線上基礎化學/化學反應
在第 2 章中，我們瞭解到化學變化會導致一種化學物質轉化為具有新的化學和物理性質的不同物質。一種物質轉化為另一種物質的過程稱為化學反應，並使用化學方程式來描述。在本章中，我們將學習如何書寫和配平簡單的化學方程式。我們將學習化學反應的基本型別，並學習如何預測這些反應發生時可能形成的產物。我們將考察一種特殊的化學反應，其中一種產物在水中的溶解度很低，並從溶液中沉澱出來。瞭解溶解度的基本規則很簡單，而且可以讓我們預測何時可能觀察到這種型別的反應。最後，我們將討論化學反應的能量學，為後面課程中學習反應速率和平衡奠定基礎。
在第 2 章中，我們利用物理和化學變化的概念對我們周圍環境的變化進行了分類。我們說物理變化會改變物質的外觀，但不會改變其分子結構。冰融化，水蒸發，山脈慢慢風化成塵土。所有這些都會改變物質的特性，但不會改變其基本結構。然而，化學變化會導致一種分子物質轉化為另一種物質。汽油燃燒，與大氣中的氧氣發生反應，產生光和熱，並將碳基分子轉化為二氧化碳氣體和水蒸氣。當物質像這樣結合併發生化學變化時，我們說發生了化學反應。一些化學反應非常明顯，例如汽油燃燒，並伴隨著熱量或光的產生。在其他型別的化學反應中，會產生氣體，發生顏色變化，並且透明溶液變得渾濁，最終形成不溶性物質（沉澱物）。化學變化也可能非常隱蔽，只有透過複雜的化學分析才能檢測到其發生。
有時化學變化會自發發生，而另一些則需要能量（熱量）的輸入才能發生。化學反應可以快速發生，例如鈉金屬在水中的爆炸性反應，也可以非常緩慢地發生，例如鐵的生鏽或一些金屬表面暴露在空氣中緩慢形成的鏽蝕。在本章中，我們將學習使用化學方程式來表示化學反應。我們將學習如何配平這些方程式，探索反應的型別，並學習如何預測簡單反應的產物。所有這些的核心概念是化學方程式。
發生化學變化的過程可以用化學方程式來表示。在化學方程式中，發生化學反應的物質或物質（反應物）的化學式和形成的新物質或物質（產物）的化學式都顯示出來，並用一個箭頭連線起來。化學方程式中的箭頭具有數學中“等號”的屬性，因此，在化學方程式中，箭頭兩側必須具有相同數量和型別的原子。
反應物 → 產物
以固體碳與氧氣反應生成二氧化碳氣體為例。該反應的化學方程式可以寫成如下所示。圖 5.1
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
在這個方程式中，我們使用了(s)和(g)來表示反應時反應物的物理狀態（固體和氣體）。通常使用的其他縮寫包括(l) 表示液體，(aq) 表示反應物或產物溶解在水溶液中。
當我們檢查這個方程式時，我們看到箭頭兩側都有一個碳原子，並且箭頭兩側都有兩個氧原子。原子數量和型別在箭頭兩側都相同的方程式被稱為配平方程式。在書寫化學方程式時，要記住那些天然以雙原子分子形式存在的元素（表 1.1）。請記住，當將這些元素作為反應物或產物包含在內時，請記住使用下標“2”來表明它們是雙原子分子。
| 元素 | 化學式 |
|---|---|
| 氫 | H2 |
| 氧 | O2 |
| 氮 | N2 |
| 氟 | F2 |
| 氯 | Cl2 |
| 溴 | Br2 |
| 碘 | I2 |
練習 5.1 書寫化學方程式。
a. Write a chemical equation for the reaction of solid iron with solid sulfur to form solid
iron(II) sulfide.
b. Write a chemical equation for the reaction of solid carbon with solid magnesium oxide to
form carbon monoxide gas and magnesium metal.
以鈉金屬與氯氣反應生成固體氯化鈉為例。描述這個過程的方程式如下所示。圖 5.2
Na (s) + Cl2 (g) → NaCl (s)
然而，檢查這個方程式發現，雖然箭頭兩側都有一個鈉原子，但反應物中有兩個氯原子，而產物中只有一個。這個方程式沒有配平，因此不是一個有效的化學方程式。為了配平這個方程式，我們必須在適當的反應物或產物前面插入係數（不是下標），以使箭頭兩側出現相同數量和型別的原子。由於氯是雙原子分子，所以反應物中有兩個氯，產物中也必須有兩個氯。為了實現這一點，我們在產物 NaCl 前面放置係數“2”。現在我們已經平衡了氯，但在產物中有兩個鈉原子，而在反應物中只有一個。為了解決這個問題，我們需要在反應物中的鈉前面放置係數“2”，得到如下所示的方程式。
2 Na (s) + Cl2(g) → 2 NaCl (s)
在這個方程式中，反應物中有兩個鈉，產物中有兩個鈉，反應物中有兩個氯，產物中有兩個氯；現在方程式已經配平了。
人們使用許多不同的策略來平衡化學方程式。最簡單的方法，即以某種系統的方式檢查和修改係數，通常被稱為“觀察法平衡”。這些方法通常適用於大多數簡單的化學方程式，雖然對於高度複雜的反應，通常需要數學演算法。我們將在本節中使用的一種“觀察法”稱為“奇偶法”。觀察我們為鈉-氯反應寫的第一個方程式，我們注意到產物中的氯原子數是奇數，而反應物中的氯原子數是偶數。我們平衡此方程式的第一步是在產物 (NaCl) 前插入乘數“2”，這樣產物兩側的氯原子數現在都是偶數。一旦我們做到了這一點，我們只需要平衡另一個元素 (Na) 即可，因為它的原子數在兩側都是“奇數”，這樣方程式就很容易平衡了。當您將這種方法應用於更復雜的方程式時，通常從平衡方程式中最複雜的分子（原子數量最多的分子）開始，並重點關注該化合物中含量最多的元素。
另一個“奇偶法”非常有效的例子是過氧化氫分解生成水和氧氣，如下所示。
H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)
仔細觀察這個方程式，我們注意到反應物中氧原子的數量是偶數，而產物中氧原子的數量是奇數。具體來說，水只有一個氧原子（在產物中），並且可以透過在 H2O 前插入係數“2”來使產物中氧原子的數量變為“偶數”。這樣做（如下所示），我們注意到產物中現在有四個氫原子，而反應物中只有兩個。
H2O2 (aq) → O2 (g) + 2 H2O (l)
透過在反應物中的 H2O2 前插入“2”來平衡氫原子，我們得到一個方程式，該方程式兩側的氫原子數為四個，兩側的氧原子數為四個；方程式現在已經平衡了。
2 H2O2 (aq) → O2 (g) + 2 H2O (l)
示例 5.1 平衡化學方程式。
a. When hydrogen gas reacts is combined with oxygen gas and the mixture ignited with a
spark, water is formed in a violent reaction. Write a balanced chemical equation for this reaction.
b. Lead (IV) oxide reacts with HCl to give lead (II) chloride, chlorine gas and water.
Write a balanced chemical equation for this reaction.
練習 5.2 平衡化學方程式。
為以下反應寫出平衡的化學方程式
a. Solid potassium chlorate decomposes on heating to form solid KCl and oxygen gas.
b. An aqueous solution of barium chloride reacts with an aqueous solution of sodium sulfate
to form solid barium sulfate and a solution of sodium chloride.
c. Hydrogen reacts with nitrogen to give ammonia, according to the equation shown below;
balance this equation.
_____H2 (g) + _____N2 (g) → _____NH3 (g)
d. Zinc metal reacts with aqueous HCl to give hydrogen gas and zinc chloride, according
to the equation shown below; balance this equation.
_____Zn (s) + _____HCl (aq) → _____H2 (g) + _____ZnCl2 (aq)
e. Iron(III) oxide reacts with chlorine gas to give iron(III) chloride and oxygen gas,
according to the equation shown below; balance this equation.
_____Fe2O3 (s) + _____Cl2 (g) → _____FeCl3 (s) + _____O2 (g)
f. Sodium metal reacts with ammonia to give sodium amide and hydrogen gas,
according to the equation shown below; balance this equation.
_____Na (s) + _____NH3 (l) → _____H2 (g) + _____NaNH2 (s)
g. Ethane reacts with oxygen gas to give carbon dioxide and water vapor,
according to the equation shown below; balance this equation.
_____C2H6 (g) + _____O2 (g) → _____CO2 (g) + _____H2O (g)
我們在前幾節中考察的反應可以分為幾種簡單的型別。以這種方式整理反應很有用，因為它將幫助我們預測未知反應的產物。化學反應有很多不同的分類，但這裡我們將重點關注以下型別：合成、分解、單置換和雙置換。此外，我們將看到這些反應中的一些涉及反應物和產物的氧化數變化；這些將被稱為氧化還原或“氧化還原”反應。
我們將要考慮的第一種反應型別是合成反應（也稱為化合反應）。在合成反應中，元素或化合物會發生反應並結合形成一種新的物質。鈉金屬與氯氣反應生成氯化鈉是一個合成反應的例子，其中兩種反應物都是元素。
2 Na (s) + Cl2 (g) → 2 NaCl (s)
在這個反應中，鈉金屬和氯氣已經結合生成（合成）更復雜的分子氯化鈉。另一個合成反應的例子是涉及化合物作為反應物的，即有機分子乙烯（一種碳基分子——在第 14 章中更深入地介紹）與 HBr 反應生成有機分子溴乙烷。
在這個例子中，兩種分子化合物（有機化合物乙烯和溴化氫）已經結合生成（合成）新的分子溴乙烷。以類似的方式，合成反應還可以涉及元素與化合物之間的反應。
在分解反應中，單個化合物會分解成兩種或更多種新物質。形成的物質可以是元素、化合物，或元素和化合物的混合物。下面顯示了兩個簡單的分解反應的例子。
Cu2S (s) → 2 Cu (s) + S (s)
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)
在單置換反應（也稱為單置換反應）中，元素和化合物會發生反應，從而交換它們的元素。換句話說，一種元素通常會從化合物中置換出另一種元素。一般來說，金屬會在化合物中置換金屬，而非金屬通常會置換非金屬。下面顯示了一個單置換反應的例子。
Zn (s) + CuCl2 (s) → ZnCl2 (s) + Cu (s)
在這個例子中，鋅元素已經置換了金屬銅從氯化銅 (II) 中出來，形成氯化鋅和銅元素。在反應物中，鋅是元素，而在產物中，它存在於化合物氯化鋅中。同樣，銅在反應物中存在於化合物中，而在產物中是元素。
在另一個例子中，鐵金屬會與硫酸銅的水溶液反應生成銅金屬和硫酸亞鐵。
Fe (s) + CuSO4 (aq) → Cu (s) + FeSO4 (aq)
在這個反應中，鐵元素在與硫酸根陰離子形成的化合物中置換了銅，形成了銅金屬元素；金屬置換金屬。金屬在單置換反應中置換其他金屬的趨勢通常被稱為活潑性順序。在下面的活潑性順序中，任何金屬都可以置換順序中位於其右側的任何其他金屬。因此，鐵可以置換銅，如上所示，但銅金屬不會從硫酸鐵中置換鐵（鐵比銅更活潑）。活潑性順序對於預測給定的單置換反應是否會發生很有用。請注意，氫也包含在表中，儘管它通常不被認為是“金屬”。在此表中，位於氫之前的金屬會與酸反應生成氫氣和金屬鹽。銅、銀、汞和金的活潑性低於氫，不會從簡單酸中釋放氫氣。元素週期表中 I 族和 II 族中的金屬（Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr 和 Ba）非常活潑，它們會直接與水反應生成氫氣和金屬氫氧化物。這些通常被稱為“活潑金屬”。
活潑性順序對於預測給定的單置換反應是否會發生很有用。請注意，氫也包含在表中，儘管它通常不被認為是“金屬”。在此表中，位於氫之前的金屬會與酸反應生成氫氣和金屬鹽。銅、銀、汞和金的活潑性低於氫，不會從簡單酸中釋放氫氣。元素週期表中 I 族和 II 族中的金屬（Li、Na、K、Rb、Cs、Ca、Sr 和 Ba）非常活潑，它們會直接與水反應生成氫氣和金屬氫氧化物。這些通常被稱為“活潑金屬”。 圖 5.3
雙置換反應（或雙置換反應）是指兩種水溶液中的離子化合物交換陰離子並形成兩種新的化合物。為了使雙置換反應中發生化學反應，形成的兩種新化合物中的一種必須不溶於水，形成固體沉澱物（或氣體，將在第 6 章中介紹）。如果形成的兩種新化合物都可溶於水，那麼就沒有發生反應。在反應物中，溶液中有兩種陽離子和兩種陰離子，而在產物中，相同的兩種陽離子和兩種陰離子存在於相同的溶液中；什麼都沒有發生。下面顯示了一個雙置換反應的例子。
BaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) → BaSO4 (s) + 2 NaCl (aq)
在這個反應中，形成了固體硫酸鋇沉澱物。這是一個化學變化，是一個有效的化學反應。為了預測雙置換反應是否會發生，您需要了解預測離子化合物溶解度的規則。這些規則將在後面的章節中介紹，但與上面討論的活潑性順序無關。 圖 5.4
| Li > | K > | Ba > | Sr > | Ca > |
| Na > | Mg > | Al > | Mn > | Zn > |
| Fe > | Cd > | Co > | Ni > | Sn > |
| Pb > | H > | Cu > | Ag > | Hg > |
| Au |
元素的氧化數代表去除（正氧化態）或新增（負氧化態）的電子總數，以使元素達到其當前狀態。術語氧化描述元素的失去電子和增加氧化態；術語還原描述獲得電子和降低氧化態。化合物中元素的氧化數可以使用一組簡單的規則來計算，這些規則在下表 5.3 中列出。
| 表 5.3 氧化數分配規則 |
|---|
|
1. 元素在遊離態時的氧化數為零。 |
|
2. 單原子離子的氧化數等於其電荷。 |
|
3. 在含有金屬的化合物中，氫的氧化數為–1，否則始終為+1。 |
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4. 在化合物中，氧的氧化數通常為–2。 |
|
5. 鹵素的氧化數為–1，但與氧形成的化合物除外。 |
|
6. 硫的氧化數通常為–2，但與氧形成的化合物除外。 |
|
7. 在分子化合物中，電負性最大的元素被分配負的氧化數。 |
在許多化學反應中，元素的氧化數會發生變化。考慮以下所示的合成反應。在反應物中，碳和氧都是元素，它們的氧化數為零（規則 1）。在產物中，氧的氧化數為 –2（規則 4），因此，CO2 中的碳必須具有 +4 的氧化數，以平衡氧上的四個負電荷。在此反應過程中，碳的氧化數從反應物中的零變為產物中的 +4，而氧的氧化數從零變為 –2。這是一個氧化還原反應的例子；在從反應物到產物的過程中，元素的氧化數發生變化的化學反應。
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
在氧化還原反應中，被稱為被氧化的元素“失去電子”，其氧化數將增加。在上面的例子中，碳的氧化數增加從零到 +4；它“失去了電子”，並且被氧化了。在氧化還原反應中“獲得電子”的元素被稱為被還原，其氧化數將減少。在上面的反應中，氧的氧化數減少從零到 –2；它“獲得了電子”，並且被還原了。
示例 5.2 識別氧化還原反應
Arsonic and nitric acids react to form nitrogen monoxide, arsenic acid and water according
to the equation shown below. Is this an example of a redox reaction?
2 HNO3 (aq) + 3 H3AsO3 (aq) → 2 NO (g) + 3 H3AsO4 (aq) + H2O (l)
練習 5.3 識別氧化還原反應
對於以下給出的每個反應，計算反應物和產物中每個元素的氧化數
並確定反應是否涉及氧化還原。
如果是氧化還原反應，請確定被氧化和被還原的元素。
Cu2S → 2 Cu + S
Reactants: Cu _____ S _____
Products: Cu _____ S _____
Element oxidized: __________ Element Reduced __________
CaCO3 → CaO + CO2
Reactants: Ca _____ C _____ O _____
Products: Ca _____ C _____ O _____
Element oxidized: __________ Element Reduced __________
Fe2O3 + 3 H2 → 2 Fe + 3 H2O
Reactants: Fe _____ O _____ H _____
Products: Fe _____ O _____ H _____
Element oxidized: __________ Element Reduced __________
AgNO3 + NaCl → AgCl (s) + NaNO3
Reactants: Ag _____ N _____ O _____ Na _____ Cl _____
Products: Ag _____ N _____ O _____ Na _____ Cl _____
Element oxidized: __________ Element Reduced __________
化學的魅力之一在於，事情並不總是按照你的預期發展。你計劃一個反應，預期產物，而且很多時候，結果會讓你大吃一驚！然後，練習就是試圖弄清楚發生了什麼，為什麼，以及你的觀察是否會導致其他有用的概括。這個發現過程的第一步是預測或預測在給定的化學反應中可能形成的產物。我們在此描述的指南將準確地預測大多數簡單化學反應類別的產物。然而，隨著你對化學的經驗不斷增長，你將開始欣賞意外！圖 5.5
在簡單的合成反應中，涉及元素的反應，例如鋁金屬與氯氣的反應，產物將是包含兩種元素的簡單化合物。在這種情況下，最容易考慮元素作為離子所採用的常見電荷，並據此構建你的產物。鋁是 III 族元素，通常會形成 +3 離子。氯是 VII 族，會接受一個電子，形成單負離子。將這些預測放在一起，產物很可能是AlCl3。事實上，如果讓鋁金屬和氯氣發生反應，固體 AlCl3 是主要的產物。
2 Al (s) + 3 Cl2 (g) → 2 AlCl3 (s)
涉及非金屬氫氣和溴的合成反應可以用類似的方法處理。產物將包含兩種元素。氫是 I 族，有一個價電子，將形成一個共價鍵。溴是 VII 族，有七個價電子，將形成一個共價鍵。因此，可能的產物是HBr，氫和溴之間有一個共價鍵。
H2 (g) + Br2 (g) < → 2 HBr (g)
對於單置換反應，請記住（一般來說）金屬會置換金屬，非金屬會置換非金屬。對於四氯化鉛與氟氣的反應，氟會置換氯，導致鉛和氟之間的化合物以及元素氯的生成。鉛可以被視為反應中的“旁觀者”，產物很可能是四氟化鉛。完整的方程式如下所示。
PbCl4 (s) + 2 F2 (g) → PbF4 (s) + 2 Cl2 (g)
在金屬（或碳或氫）預計會置換金屬的單置換反應中，首先你應該檢查活潑性順序，以檢視是否預期會發生任何反應。請記住，金屬只能置換比它們活性更低的金屬（在表格中位於右側）。如果預測反應會發生，請使用與上面相同的通用指南。例如，固體鐵與硫酸（H2SO4）水溶液反應。在這個反應中，問題是鐵是否會置換氫並形成氫氣。查閱活潑性順序，我們看到氫位於鐵的右側，這意味著預期反應會發生。接下來，我們推斷鐵會置換氫，導致形成硫酸鐵，其中硫酸根是“旁觀者”離子。氫氣的形成需要氫的氧化數從 +1 變化到零。因此，必須有二個氫原子被還原（氧化數減少），還原所需的兩個電子必須來自鐵。因此，鐵上的電荷最可能是 +2（它從零開始，向氫原子捐贈兩個電子）。因此，最終產物最可能是硫酸亞鐵。完整的方程式如下所示。
Fe (s) + H2SO4 (aq) → FeSO4 (aq) + H2 (g)
分解反應是最難預測的，但有一些有用的總體趨勢。例如，大多數金屬碳酸鹽在加熱時會分解，生成金屬氧化物和二氧化碳。
NiCO3 (s) → NiO (s) + CO2 (g)
金屬碳酸氫鹽在加熱時也會分解，生成金屬碳酸鹽、二氧化碳和水。
2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)
最後，許多含氧化合物在加熱時會分解，生成氧氣和“其他化合物”。確定這些化合物並瞭解它們是如何以及為什麼形成，是化學的挑戰之一。一些例子
H2O2 (aq) → O2 (g) + H2O (l)
2 HgO (s) → O2 (g) + 2 Hg (l)
2 KClO3 (s) → 3 O2 (g) + 2 KCl (s)
複分解反應中的潛在產物很容易預測；陰離子和陽離子只是交換。但是請記住，其中一種產物必須沉澱，否則不會發生化學反應。對於硝酸鉛與碘化鉀之間的反應，預測的產物是碘化鉛和硝酸鉀。沒有發生氧化還原，產物碘化鉛從溶液中沉澱出來，形成鮮黃色的固體。關於如何預測這種型別的溶解度趨勢的問題將在下一節中討論。
Pb(NO3)2 (aq) + 2 KI(aq)< → PbI2 (s) + 2 KNO3 (aq)
許多簡單離子化合物的溶解度可以透過應用以下規則來預測。
| 表 5.5 離子化合物的溶解度趨勢 |
|---|
|
1. 鹼金屬離子和銨離子 Li+、Na+、K+ 和 NH4+ 的鹽幾乎總是可溶的。 |
|
2. 幾乎所有的金屬硝酸鹽和金屬乙酸鹽都是可溶的。 |
|
3. 金屬鹵化物通常可溶，但Ag+、Pb2+、Cu+ 和 Hg+ 的鹽除外。 |
|
4. 金屬硫酸鹽通常可溶，但Ba2+、Pb2+ 和 Ca2+ 的鹽除外。 |
|
5. 除鹼金屬離子和銨（規則 1）外，以下鹽通常不可溶：金屬碳酸鹽 (CO32-)、金屬磷酸鹽 (PO43-) 和金屬鉻酸鹽 (CrO42-)。 |
|
6. 金屬氫氧化物和金屬硫化物通常不可溶，但規則 1 中提到的以及 Ca2+、Sr2+ 和 Ba2+ 的鹽除外。 |
將這些規則應用於硝酸鉛與碘化鉀之間的反應，反應物都是可溶的（規則 1 和規則 2）。在產物中，硝酸鉀是可溶的（規則 2），而碘化鉛是不可溶的，根據規則 3 確定。
示例 5.3 預測溶解度
混合以下每種鹽溶液都會導致沉澱物的形成。在每種情況下，確定不可溶的鹽。
a. NaCl + Pb(NO3)2
b. Fe(C2H3O2)3 + KOH
c. Ca(NO3)2 + K2SO4
d. Li2S + CuSO4
e. Co(C2H3O2)2 + LiOH
練習 5.4 預測溶解度
對於以下給出的每種離子化合物，根據上述趨勢，確定該化合物是否會溶於水。
a. AgNO3 ☐ soluble ☐ insoluble
b. MgCl2 ☐ soluble ☐ insoluble
c. Na2SO4 ☐ soluble ☐ insoluble
d. AgCl ☐ soluble ☐ insoluble
e. Ba(NO3)2 ☐ soluble ☐ insoluble
f. PbI2 ☐ soluble ☐ insoluble
g. Mg(NO3)2 ☐ soluble ☐ insoluble
h. BaSO4 ☐ soluble ☐ insoluble
i. FeCl3 ☐ soluble ☐ insoluble
j. Pb(CH3COO)2 ☐ soluble ☐ insoluble
我們在本章中討論過的許多化學反應都會產生大量的光和熱。一個典型的例子是鋅與硫的合成反應，該反應由以下方程式描述。
Zn (s) + S (s) → ZnS (s)
最初，兩種元素都以細粉末的形式存在。它們被混合（小心地），並且混合物在實驗室工作臺上是穩定的。然而，當用加熱的金屬棒接觸混合物時，會發生劇烈的反應（反應被稱為放熱；產生熱量），並且硫化鋅作為產物形成。反應顯然是有利的，那麼為什麼它需要熱量才能開始反應呢？這個概念可以透過考慮簡單一步反應的反應座標圖（圖 5.8）來理解。圖 5.8
在反應座標圖中，y 軸對應能量。初始和最終的“能量井”分別代表反應物和產物的基態能量，連線它們的路徑描述了反應過程中發生的能量變化。
觀察硫化鋅反應的反應座標圖，反應物處於一個初始能量水平，該水平對於每個元素或化合物都是特定且唯一的。同樣，硫化鋅位於一個更低的總能量水平；這意味著從元素到化合物的轉化是有利的，並且在反應過程中釋放熱量。如果產物的能量水平高於反應物，則反應將是不利的，並且在反應過程中會吸收熱量（反應被稱為吸熱反應；消耗熱量）。
那麼，為什麼硫化鋅反應在開始之前需要能量輸入？答案在於連線反應物和產物的反應座標圖中的彎曲路徑。為了使鋅硫混合物發生反應，必須將足夠的能量輸入系統，使反應物的能量水平等於圖中最高的峰值。一旦達到這一點，反應物就可以“翻滾”能量峰並形成更穩定的產物（隨著所有多餘能量以熱量、光等形式釋放）。
反應座標圖中能量峰的頂部稱為過渡態（或活化絡合物）。在現代化學理論中，過渡態是對應於成鍵和斷鍵過程的能量最大值。從反應物到過渡態所需的能量是活化能。發生時幾乎不需要熱的反應只是活化能很小。活化能的大小決定了反應的速率，而反應物和產物之間能量的差異決定了可逆反應中產物和反應物的平衡分佈。我們將在本書後面討論反應速率和平衡時再回到這些概念。
- 發生化學變化的過程可以用化學方程式來表示。在化學方程式中，發生化學反應的物質或物質（反應物）的化學式和形成的新物質或物質（產物）的化學式都顯示出來，並用一個箭頭連線起來。化學方程式中的箭頭具有數學中“等號”的屬性，因此，在化學方程式中，箭頭兩側必須具有相同數量和型別的原子。
- 化學方程式中，箭號兩邊出現相同數量和型別的原子，稱為平衡方程式。為了平衡方程式，在適當的反應物或產物前面插入係數，直到箭號兩邊有相同數量和型別的原子。
- 在合成反應中，元素或化合物發生反應並結合形成一種新的物質。
- 在分解反應中，一種化合物會分解形成兩種或多種新的物質。形成的物質可以是元素、化合物或兩者的混合物。
- 在單取代（單置換）反應中，元素和化合物會發生反應，使其元素髮生置換。一般來說，金屬會在化合物中置換金屬，而非金屬通常會置換非金屬。
- 雙取代（雙置換）反應，兩種水溶液中的離子化合物會交換陰離子，形成兩種新的化合物。為了發生化學反應，形成的兩種新化合物中的一種必須不溶於水，形成固體沉澱或氣體。
- 元素的氧化數表示為了使元素達到當前狀態而去除（正氧化態）或新增（負氧化態）的電子總數。術語氧化描述了元素失去電子和氧化態升高；術語還原描述了獲得電子和氧化態降低。
- 氧化數發生變化的化學反應稱為氧化還原反應。在氧化還原反應中，“失去電子”的元素被稱為被氧化，其氧化數會升高。“獲得電子”的元素被稱為被還原，其氧化數會降低。
- 在涉及元素反應的簡單合成反應中，產物將是包含兩種元素的化合物。寫出產物時，請考慮元素作為離子時所帶的常見電荷，或元素在分子中通常形成的鍵的數量。
- 在簡單的單取代反應中（一般來說），金屬（包括碳和氫）往往會置換金屬，而非金屬會置換非金屬。
- 在雙取代反應中，兩種化合物的陰離子和陽離子只是簡單地交換。為了發生反應，一種產物必須沉澱，否則不會發生化學反應。氧化數的變化不會發生在雙取代反應中。
- 可以使用表 5.5 中所示的一組簡單的規則預測溶解度趨勢；您應該複習這些規則，記住要按順序應用它們。
- 引發化學反應所需的能量稱為活化能。活化能越大，反應越慢或越不利。活化能的大小與化學反應的速率直接相關。
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