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摘要：化学反应先后问题是初中常见的问题，也是中考中的热点，现阶段文献报告多以习题的角度进行剖析并总结规律，但影响化学反应顺序的主要因素为化学热力学和化学动力学两个方面。本文将从化学热力对初中化学中的复分解反应和置换反应中所涉及的反应顺序问题进行解释。
关键词 化学反应顺序 化学热力学 复分解反应 置换反应
中图分类号：G4 文献标识码：A
1.研究背景
1.1初中涉及化学反应中的先后问题
初三下学期在学完金属、金属和酸、碱、盐的知识后，学生会遇到大量物质间“反应先后”的问题，该考点常以图像题、选择题、推断题以及实验探究的形式出现，也是近几年中考热点，学生得分率普遍较低，现阶段文献报告多以习题的角度进行剖析并总结规律，但实际影响化学反应顺序的主要因素为化学热力学和化学动力学两个方面[ 1.2 ]。查阅了相关资料，发现多数研究者认为，竞争反应存在先后顺序并遵循“谁强谁先”的原则，也有文献从生成物角度进行剖析，认为“生成物谁弱谁先反应”[3.4 ]。
竞争反应先后顺序从严格角度属于化学反应动力学讨论范畴，需要通过动力学实验测定，但任何一个化学反应都存在反应限度，反应限度可以通过平衡常数来度量，反应平衡常数大说明反应进行程度大。在初中化学教学中先后顺序的反应，通常为不存在后续竞争的反应，一种反应物和其余的两种物质平行反应，不存在与生成物进一步反应的问题。例如：将Fe粉加入AgNO3 、Cu（NO3）2的混合溶液中。这种不存在后续竞争的反应，反应的先后顺序和反应进行完全程度相吻合，可以通过化学热力学来分析。
1.2化学热力学原理在初中化学中应用
在化学反应中，任何一个反应进行的完全程度都可以通过吉布斯自由能（ ΔG）来判断，而本文讨论的反应均为在溶液中进行的，因此用ΔGθ 来表示。通过化学热力学公式：
（kθ为标准平衡常数，R为摩尔气体常数，T为热力学温度，F为法拉第常数，n为电子转移摩尔数，Eθ为标准电极电势）
存在理论一：对氧化还原反应而言，氧化剂的氧化性越强（标准电极电位正值越大）、还原剂的还原性越强（标准电极电位负值越大），反应平衡常数越大、反应程度进行越完全。
对于酸碱反应，反应程度同样可以用反应平衡常数来分析，可得到理论二：酸和碱的电离常数越大（酸的酸性和碱的碱性越强），酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全（酸碱质子理论）[ 5 ]
笔者将初中化学反应的先后顺序分为复分解反应和置换反应，通过以上两种理论从热力学角度进行抛砖引玉、谨以大家共勉。
2.根据化学热力学分析置换反应的先后顺序
初中常见的置换反应可以分为三类①活泼金属和酸反应;②活泼金属加入混合盐溶液中;③活潑金属加入酸和盐的混合溶液中。笔者将从以下三个角度结合化学热力学进行分类剖析。
2.1 活泼金属与酸反应
表一中四种活动性不同的金属和盐酸或稀硫酸反应，均属于氧化还原反应，根据理论一“平衡常数越大，反应程度越完全”通过表二可以看出，平衡常数Mg>Al>Zn>Fe，故Mg和盐酸或稀硫酸反应程度越完全。相对，Fe和盐酸或稀硫酸反应程度弱些。
2.2 活泼金属加入混合盐溶液中
初中阶段最常见的活泼金属和盐溶液的反应为将Fe粉加入AgNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中。根据初中现有结论——活动性相差大的会优先反应，[ ]笔者将通过化学热力学计算，根据吉布斯自由能公式对其进行解释。
Fe和AgNO3溶液反应，反应方程式为：Fe + 2AgNO3=Fe （NO3）2 + 2Ag;利用电化学的方法将反应设计成原电池：
根据吉布斯自由公式ΔGθ = -nF Eθ= -RT lgkθ 可以计算，Fe和AgNO3溶液反应的平衡常数Kθ1=1.29×1042。同理， Fe和Cu（NO3）2溶液反应的平衡常数Kθ2 =3.06×1026
通过计算可得Kθ1>Kθ2 ，根据理论一，可以得到，Fe和AgNO3溶液反应程度进行的越完全，和现有理论相吻合。
2.3活泼金属加入酸和盐的混合溶液中
将Fe粉加入H2SO4和CuSO4的混合溶液中，Fe先和CuSO4反应再和H2SO4反应。接下来笔者将从热力学角度进行论述。Fe和H2SO4反应方程式为：Fe + H2SO4=FeSO4 + H2↑;利用电化学的方法将反应设计成原电池：
根据吉布斯自由公式可以计算，Fe和H2SO4溶液反应的平衡常数Kθ1=1.4×1016
Fe和CuSO4溶液反应，反应方程式为：Fe+ CuSO4=FeSO4 + Cu。
根据吉布斯自由公式可以计算，Fe和CuSO4溶液反应的平衡常数Kθ2=3.8×1026
通过计算可得Kθ2>Kθ1 ，根据理论一可知，对于Fe粉加入H2SO4和CuSO4的混合溶液中Fe和CuSO4反应程度越完全，和现有结论“Fe先和CuSO4溶液反应”。
3.根据化学热力学分析复分解反应的先后顺序
初中常见的复分解反应可以分为三类：①不同强度酸碱中和反应的先后顺序;②酸碱中和反应和其余复分解反应先后顺序;③同时产生气体和沉淀类的先后顺序。笔者将从以下三个方面结合化学热力学进行分类剖析。
3.1 不同强度酸碱中和反应的先后顺序
表四中①将H2SO4滴加入Cu（OH）2 和NaOH的混合溶液中，根据理论二，酸碱质子理论，酸的酸性和碱的碱性越强，酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全。和Cu（OH）2 相比NaOH的碱性更强，所以和H2SO4反应过程中，H2SO4和NaOH反应平衡常数越大，反应进行的越完全。同理，对于②将NaOH滴加入HCl和H2CO3的混合溶液中，根据理论二，可以得到同样的结论，NaOH和HCl的反应程度相比NaOH和H2CO3的反应更加完全。 3.2 酸碱中和反应和其余复分解反应先后顺序
表五中，第①种类型，将足量的盐酸滴入Na2CO3和NaOH的混合溶液中，会发生两种反应HCl+NaOH=NaCl + H2O;HCl + Na2CO3=NaCl + H2O+ CO2↑，反应涉及的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 ，根据理论二酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全，故对于上述反应，在盐酸足量的情况下，HCl和NaOH反应更完全。
表五中，第②种类型，将NaOH滴入HCl和NH4Cl的混合溶液中，会发生两种反应HCl+NaOH=NaCl + H2O;NaOH + NH4Cl=NaCl + H2O+ NH3↑，反应涉及的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 ，根据理论二酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全，故对于上述反应，在氢氧化钠溶液足量的情况下， NaOH和HCl反应更完全。
表五中，第③种类型，将NaOH滴入H2SO4和CuSO4的混合溶液中，会发生两种反应H2SO4+2NaOH=Na2SO4+ 2H2O;2NaOH + CuSO4=Na2SO4 +Cu（OH） 2↓，反应涉及的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 ，根据理论二酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全，故对于上述反应，在氢氧化钠溶液足量的情况下，NaOH和H2SO4反应更完全。
綜上所述，有两个复分解反应同时发生时，中和反应优先于其余复分解反应。
3.3 同时产生气体和沉淀类的先后顺序
例：向CaCl2和HCl混合溶液中加入Na2CO3
将Na2CO3加入CaCl2和HCl混合溶液中，发生的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 > K3，根据理论二故对于上述反应，在盐酸足量的情况下，先产生气体后产生沉淀，和初中现有结论相吻合。
对初中阶段常见反应先后顺序类型，和动力学进行完全程度相吻合。但在化学反应中其基本规律是“反应越完全”并不等同于“先反应”。但影响反应先后的因素不仅仅是热力学因素，同时动力学因素也对反应先后产生了影响，如果恰好满足“谁强谁先反应”，可能是动力学顺序和热力学顺序相一致，还应遇到具体问题具体分析。
参考文献
[1]肖中荣.铵根、碳酸氢根和氢氧根反应的先后顺序究竟如何[J].化学教育，2014，21：67-69
[2]周丽萍.数理化学习（初中版）[M].数理化学习出版社，2016：59-60
[3]刘晓愚，丁伟，宗华.铁粉和氧化铜与足量稀硫酸反应的实验探究[J].化学教学，2017，6：76-78
[4]周声灶.浅谈初中化学反应的顺序[J].学科教学，2009，10：127
[5]范书宁，吴星，吕琳.关于中学化学中竞争反应先后顺序的讨论[J].化学教学，2018，4：91-96
作者简介：白杨（1994年5月——），女，汉，黑龙江，教师，硕士，南山区荔香学校，教学教研
关键词 化学反应顺序 化学热力学 复分解反应 置换反应
中图分类号：G4 文献标识码：A
1.研究背景
1.1初中涉及化学反应中的先后问题
初三下学期在学完金属、金属和酸、碱、盐的知识后，学生会遇到大量物质间“反应先后”的问题，该考点常以图像题、选择题、推断题以及实验探究的形式出现，也是近几年中考热点，学生得分率普遍较低，现阶段文献报告多以习题的角度进行剖析并总结规律，但实际影响化学反应顺序的主要因素为化学热力学和化学动力学两个方面[ 1.2 ]。查阅了相关资料，发现多数研究者认为，竞争反应存在先后顺序并遵循“谁强谁先”的原则，也有文献从生成物角度进行剖析，认为“生成物谁弱谁先反应”[3.4 ]。
竞争反应先后顺序从严格角度属于化学反应动力学讨论范畴，需要通过动力学实验测定，但任何一个化学反应都存在反应限度，反应限度可以通过平衡常数来度量，反应平衡常数大说明反应进行程度大。在初中化学教学中先后顺序的反应，通常为不存在后续竞争的反应，一种反应物和其余的两种物质平行反应，不存在与生成物进一步反应的问题。例如：将Fe粉加入AgNO3 、Cu（NO3）2的混合溶液中。这种不存在后续竞争的反应，反应的先后顺序和反应进行完全程度相吻合，可以通过化学热力学来分析。
1.2化学热力学原理在初中化学中应用
在化学反应中，任何一个反应进行的完全程度都可以通过吉布斯自由能（ ΔG）来判断，而本文讨论的反应均为在溶液中进行的，因此用ΔGθ 来表示。通过化学热力学公式：
（kθ为标准平衡常数，R为摩尔气体常数，T为热力学温度，F为法拉第常数，n为电子转移摩尔数，Eθ为标准电极电势）
存在理论一：对氧化还原反应而言，氧化剂的氧化性越强（标准电极电位正值越大）、还原剂的还原性越强（标准电极电位负值越大），反应平衡常数越大、反应程度进行越完全。
对于酸碱反应，反应程度同样可以用反应平衡常数来分析，可得到理论二：酸和碱的电离常数越大（酸的酸性和碱的碱性越强），酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全（酸碱质子理论）[ 5 ]
笔者将初中化学反应的先后顺序分为复分解反应和置换反应，通过以上两种理论从热力学角度进行抛砖引玉、谨以大家共勉。
2.根据化学热力学分析置换反应的先后顺序
初中常见的置换反应可以分为三类①活泼金属和酸反应;②活泼金属加入混合盐溶液中;③活潑金属加入酸和盐的混合溶液中。笔者将从以下三个角度结合化学热力学进行分类剖析。
2.1 活泼金属与酸反应
表一中四种活动性不同的金属和盐酸或稀硫酸反应，均属于氧化还原反应，根据理论一“平衡常数越大，反应程度越完全”通过表二可以看出，平衡常数Mg>Al>Zn>Fe，故Mg和盐酸或稀硫酸反应程度越完全。相对，Fe和盐酸或稀硫酸反应程度弱些。
2.2 活泼金属加入混合盐溶液中
初中阶段最常见的活泼金属和盐溶液的反应为将Fe粉加入AgNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中。根据初中现有结论——活动性相差大的会优先反应，[ ]笔者将通过化学热力学计算，根据吉布斯自由能公式对其进行解释。
Fe和AgNO3溶液反应，反应方程式为：Fe + 2AgNO3=Fe （NO3）2 + 2Ag;利用电化学的方法将反应设计成原电池：
根据吉布斯自由公式ΔGθ = -nF Eθ= -RT lgkθ 可以计算，Fe和AgNO3溶液反应的平衡常数Kθ1=1.29×1042。同理， Fe和Cu（NO3）2溶液反应的平衡常数Kθ2 =3.06×1026
通过计算可得Kθ1>Kθ2 ，根据理论一，可以得到，Fe和AgNO3溶液反应程度进行的越完全，和现有理论相吻合。
2.3活泼金属加入酸和盐的混合溶液中
将Fe粉加入H2SO4和CuSO4的混合溶液中，Fe先和CuSO4反应再和H2SO4反应。接下来笔者将从热力学角度进行论述。Fe和H2SO4反应方程式为：Fe + H2SO4=FeSO4 + H2↑;利用电化学的方法将反应设计成原电池：
根据吉布斯自由公式可以计算，Fe和H2SO4溶液反应的平衡常数Kθ1=1.4×1016
Fe和CuSO4溶液反应，反应方程式为：Fe+ CuSO4=FeSO4 + Cu。
根据吉布斯自由公式可以计算，Fe和CuSO4溶液反应的平衡常数Kθ2=3.8×1026
通过计算可得Kθ2>Kθ1 ，根据理论一可知，对于Fe粉加入H2SO4和CuSO4的混合溶液中Fe和CuSO4反应程度越完全，和现有结论“Fe先和CuSO4溶液反应”。
3.根据化学热力学分析复分解反应的先后顺序
初中常见的复分解反应可以分为三类：①不同强度酸碱中和反应的先后顺序;②酸碱中和反应和其余复分解反应先后顺序;③同时产生气体和沉淀类的先后顺序。笔者将从以下三个方面结合化学热力学进行分类剖析。
3.1 不同强度酸碱中和反应的先后顺序
表四中①将H2SO4滴加入Cu（OH）2 和NaOH的混合溶液中，根据理论二，酸碱质子理论，酸的酸性和碱的碱性越强，酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全。和Cu（OH）2 相比NaOH的碱性更强，所以和H2SO4反应过程中，H2SO4和NaOH反应平衡常数越大，反应进行的越完全。同理，对于②将NaOH滴加入HCl和H2CO3的混合溶液中，根据理论二，可以得到同样的结论，NaOH和HCl的反应程度相比NaOH和H2CO3的反应更加完全。 3.2 酸碱中和反应和其余复分解反应先后顺序
表五中，第①种类型，将足量的盐酸滴入Na2CO3和NaOH的混合溶液中，会发生两种反应HCl+NaOH=NaCl + H2O;HCl + Na2CO3=NaCl + H2O+ CO2↑，反应涉及的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 ，根据理论二酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全，故对于上述反应，在盐酸足量的情况下，HCl和NaOH反应更完全。
表五中，第②种类型，将NaOH滴入HCl和NH4Cl的混合溶液中，会发生两种反应HCl+NaOH=NaCl + H2O;NaOH + NH4Cl=NaCl + H2O+ NH3↑，反应涉及的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 ，根据理论二酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全，故对于上述反应，在氢氧化钠溶液足量的情况下， NaOH和HCl反应更完全。
表五中，第③种类型，将NaOH滴入H2SO4和CuSO4的混合溶液中，会发生两种反应H2SO4+2NaOH=Na2SO4+ 2H2O;2NaOH + CuSO4=Na2SO4 +Cu（OH） 2↓，反应涉及的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 ，根据理论二酸碱的平衡常数越大，反应进行的越完全，故对于上述反应，在氢氧化钠溶液足量的情况下，NaOH和H2SO4反应更完全。
綜上所述，有两个复分解反应同时发生时，中和反应优先于其余复分解反应。
3.3 同时产生气体和沉淀类的先后顺序
例：向CaCl2和HCl混合溶液中加入Na2CO3
将Na2CO3加入CaCl2和HCl混合溶液中，发生的离子反应和平衡常数如下所示：
可以看到K1 >K2 > K3，根据理论二故对于上述反应，在盐酸足量的情况下，先产生气体后产生沉淀，和初中现有结论相吻合。
对初中阶段常见反应先后顺序类型，和动力学进行完全程度相吻合。但在化学反应中其基本规律是“反应越完全”并不等同于“先反应”。但影响反应先后的因素不仅仅是热力学因素，同时动力学因素也对反应先后产生了影响，如果恰好满足“谁强谁先反应”，可能是动力学顺序和热力学顺序相一致，还应遇到具体问题具体分析。
参考文献
[1]肖中荣.铵根、碳酸氢根和氢氧根反应的先后顺序究竟如何[J].化学教育，2014，21：67-69
[2]周丽萍.数理化学习（初中版）[M].数理化学习出版社，2016：59-60
[3]刘晓愚，丁伟，宗华.铁粉和氧化铜与足量稀硫酸反应的实验探究[J].化学教学，2017，6：76-78
[4]周声灶.浅谈初中化学反应的顺序[J].学科教学，2009，10：127
[5]范书宁，吴星，吕琳.关于中学化学中竞争反应先后顺序的讨论[J].化学教学，2018，4：91-96
作者简介：白杨（1994年5月——），女，汉，黑龙江，教师，硕士，南山区荔香学校，教学教研