分解反应、化合反应与置换反应

化学反应种类繁多，但仔细观察就会发现，许多反应在“反应物的种类”和“生成物的种类”上有着相似的规律。木炭在氧气中燃烧和硫在氧气中燃烧，都是由两种物质生成一种物质；水通电分解和高锰酸钾加热分解，都是由一种物质产生多种物质；铁钉放入硫酸铜溶液中，铁“取代”了铜的位置……这些背后都有规律可循。根据反应物与生成物种类的数量关系，化学反应可以分为化合反应、分解反应和置换反应三种基本类型。

化合反应

化合反应是指两种或两种以上的物质反应，生成一种新物质的反应。用最简单的方式来描述，就是“多种物质合为一种物质”。

A + B \rightarrow AB

这里的 $A$ 、 $B$ 可以是单质，也可以是化合物； $AB$ 是反应生成的新物质。

常见化合反应汇总

判断一个反应是否为化合反应，只需关注一点：反应物是“多种”，生成物是“一种”。只要满足这个条件，不管反应物是单质还是化合物，都属于化合反应。

例题

磷（ $P$ ）在氧气中燃烧生成五氧化二磷（ $P_2O_5$ ），写出化学方程式并判断该反应类型。

首先配平该反应的化学方程式，步骤如下：

设反应式： $P + O_2 \rightarrow P_2O_5$
观察右侧 $P_2O_5$ ，含 2 个，将系数设为 2：

最终化学方程式为：

4P + 5O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2P_2O_5

分析：反应物有两种（ $P$ 和 $O_2$ ），生成物只有一种（ $P_2O_5$ ），符合“多变一”的特征，因此该反应属于化合反应。

分解反应

分解反应与化合反应恰好相反，是指一种物质在一定条件下反应，生成两种或两种以上新物质的反应。简单来说，就是“一种物质分裂成多种物质”。

AB \rightarrow A + B

这里的 $AB$ 是反应物（一种化合物）， $A$ 、 $B$ 是分解后得到的新物质。

常见分解反应汇总

分解反应的反应物必须是一种物质（且通常为化合物），生成物是两种及以上的物质。注意：氧化汞（ $HgO$ ）加热分解也是经典的分解反应： $2HgO \xrightarrow{\Delta} 2Hg + O_2\uparrow$ ，这也是历史上首次用实验证明氧气存在的反应之一。

例题

实验室用加热高锰酸钾的方法制备氧气，反应方程式为：

2KMnO_4 \xrightarrow{\Delta} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow

现加热 $31.6\,\text{g}$ 高锰酸钾，完全分解，求生成 $O_2$ 的质量。
（已知各元素相对原子质量： $K = 39$ ， $Mn = 55$ ，）

$KMnO_4$ 的相对分子质量为 $39 + 55 + 16 \times 4 = 158$ ，
$O_2$ 的相对分子质量为。

由方程式可知， $2 \times 158 = 316$ 份质量的 $KMnO_4$ 生成 $32$ 份质量的 $O_2$ 。

设生成 $O_2$ 的质量为 $x$ ：

\frac{31.6\,\text{g}}{x} = \frac{316}{32}

x = \frac{31.6\,\text{g} \times 32}{316} = 3.2\,\text{g}

生成 $O_2$ 的质量为 $3.2\,\text{g}$ 。

置换反应

置换反应是一种特殊的反应类型，是指一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应。可以理解为，一个“自由的”单质元素“挤走”了化合物中的另一个元素，把自己“嵌入”进去。

A + BC \rightarrow AC + B

其中 $A$ 和 $B$ 都是单质， $BC$ 和 $AC$ 都是化合物。

常见置换反应汇总

置换反应有两个必要条件需要同时满足：一是反应物中必须有单质，二是生成物中也必须有单质。如果反应物全是化合物，或者生成物中没有单质，都不能算置换反应。

铁置换铜的实验现象分析

将一根洁净的铁钉放入硫酸铜（ $CuSO_4$ ）蓝色溶液中，静置一段时间后：

这个实验说明铁的活动性强于铜，铁能将铜从其溶液中“置换”出来。这与金属活动性顺序一致：活动性较强的金属能置换活动性较弱的金属。

例题

向一定量硫酸锌（ $ZnSO_4$ ）溶液中加入足量铁粉，充分反应后过滤，试判断滤液中溶质的成分，并说明理由。

铁与硫酸锌反应的判断：铁排在金属活动性顺序中 $Fe$ 的位置，锌排在铁的前面（ $Zn > Fe > Cu$ ）。因此，铁无法置换出锌，即铁与 $ZnSO_4$ 不反应。

滤液中溶质仍为 $ZnSO_4$ （硫酸锌），铁粉不发生溶解。过滤后得到的固体为剩余铁粉。

置换反应能否发生，关键看金属活动性顺序：排在前面的金属才能置换排在后面的金属。铁（ $Fe$ ）排在锌（ $Zn$ ）之后，所以铁不能置换锌；但铁能置换铜（ $Cu$ ），因为 $Fe$ 在 $Cu$ 前面。

三种基本反应类型的比较

掌握了三种反应类型的定义后，用一张表格进行系统对比，有助于加深理解和记忆。

值得注意的是，这三种类型并不能覆盖所有的化学反应。例如酸碱中和反应（ $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$ ），反应物是两种化合物，生成物也是两种化合物，既不是化合、分解，也不是置换，这类反应属于后续学习的复分解反应的范畴。

综合判断练习

下面列出几个反应，逐一判断其反应类型：

练习题

选择题

第一题　下列化学反应中，属于化合反应的是（　　）

A. $2H_2O \xrightarrow{\text{通电}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

B. $C + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} CO_2$

C. $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

D. $2KClO_3 \xrightarrow{MnO_2,\ \Delta} 2KCl + 3O_2\uparrow$

答案：B

化合反应的特征是“多变一”，即多种物质生成一种物质。选项 B 中碳与氧气反应生成二氧化碳，两种物质生成一种物质，符合化合反应定义（B 正确）。选项 A 是水分解为氢气和氧气，一种物质生成两种，属于分解反应（A 错误）；选项 C 是铁与硫酸铜溶液反应，单质和化合物生成另一种单质和另一种化合物，属于置换反应（C 错误）；选项 D 是氯酸钾分解，一种物质生成两种，属于分解反应（D 错误）。

第二题　下列反应中，属于分解反应的是（　　）

A. $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} Fe_3O_4$

B. $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

C. $CaCO_3 \xrightarrow{\text{高温}} CaO + CO_2\uparrow$

D. $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$

答案：C

分解反应的特征是“一变多”，即一种物质生成两种或两种以上的物质。选项 C 中碳酸钙（ $CaCO_3$ ）高温下分解成氧化钙（ $CaO$ ）和二氧化碳（ $CO_2$ ），一种物质生成两种物质，属于分解反应（C 正确）。选项 A 是铁与氧气反应生成 $F e_{}$ ，属于化合反应；选项 B 是氧化钙与水反应生成氢氧化钙，两种物质生成一种物质，属于化合反应；选项 D 是锌与稀硫酸反应，单质与化合物生成另一单质和另一化合物，属于置换反应。

第三题　将铁粉加入足量的硫酸铜（ $CuSO_4$ ）溶液中，充分反应后过滤，得到滤液和滤纸上的固体。下列关于实验现象和结论的描述，不正确的是（　　）

A. 铁粉表面会出现红色固体

B. 溶液颜色由蓝色变为浅绿色

C. 该反应属于置换反应

D. 过滤后滤纸上只有铜，不含铁

答案：D

铁与硫酸铜反应为 $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$ ，属于置换反应（C 正确）。铁置换出铜，铁表面会出现红色铜（A 正确）；为浅绿色，为蓝色，溶液颜色由蓝色变浅绿色（B 正确）。题目说加入的是“足量铁粉”，完全反应，但反应后仍有多余的铁粉未溶解，因此滤纸上固体含有铜和剩余铁粉（D 不正确，为答案）。

第四题　下列反应中，既不是化合反应、也不是分解反应、更不是置换反应的是（　　）

A. $2H_2 + O_2 \xrightarrow{\text{点燃}} 2H_2O$

B. $H_2 + CuO \xrightarrow{\Delta} Cu + H_2O$

C. $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

D. $2KMnO_4 \xrightarrow{\Delta} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$

答案：C

选项 A 是氢气与氧气生成水，两种物质合成一种，属于化合反应；选项 B 是氢气（单质）与氧化铜（化合物）反应，生成铜（单质）和水（化合物），属于置换反应；选项 D 是高锰酸钾分解，一种物质生成三种物质，属于分解反应。选项 C 是氢氧化钠与盐酸反应，反应物都是化合物，生成物也都是化合物（ $NaCl$ 和 $H_2O$ ），不符合以上三种反应类型中任何一种（C 正确，为答案）。

计算题

第五题　实验室用双氧水（ $H_2O_2$ ）和二氧化锰（ $MnO_2$ ）混合制备氧气，反应方程式为：

2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow

现取 $68\,\text{g}$ 双氧水（ $H_2O_2$ ）完全分解，试计算：

（1）生成 $O_2$ 的质量是多少？

（2）生成 $H_2O$ 的质量是多少？

（已知各元素相对原子质量： $H = 1$ ， $O = 16$ ）

解题过程：

首先计算各物质的相对分子质量：

$H_2O_2$ ： $1 \times 2 + 16 \times 2 = 34$

第六题　将足量锌粉加入含 $49\,\text{g}$ 稀硫酸（ $H_2SO_4$ ）的溶液中，锌与稀硫酸完全反应，方程式为：

Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow

试计算：

（1）参与反应的锌（ $Zn$ ）的质量是多少？

（2）生成氢气（ $H_2$ ）的质量是多少？

（已知各元素相对原子质量： $Zn = 65$ ， $S = 32$ ， $H = 1$ ， $O = 16$ ）

解题过程：

首先计算各物质的相对分子质量：

$H_2SO_4$ ： $1 \times 2 + 32 + 16 \times 4 = 98$

O

=

16

O = 16

3

O_{4}

Fe_3O_4

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