3.1 归纳演绎法

根据大量现实素材进行整理，得出其中普遍适用的规律，这就是归纳的方法。归纳出普遍适用的规律，应用到更多的事实中检验就是演绎的过程。归纳是形成理论的过程，演绎则是用理论指导实践的过程。在演绎中得到无差别的适用，归纳出的结论就可以作为定理应用。

高中化学学习过程，尽管因占有的素材不够全面，无法归纳出定理。但不停地归纳，却可以得出解决不同类型问题的通式、通法，即所谓的方法和技巧。多对比分析，从知识角度或解题角度进行归纳，得出适用于自己的方法和技巧，这是艾氏学习法适用于无机化学的一个体现。

3.1.1 金属活动顺序表的应用

初中化学教材就已经给出金属活动顺序表。这张表就是前人利用归纳法总结的经验顺序，再加上后期多次反复的理论及实践的修正，才成为最终的样子：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

初中对于金属活动顺序表的应用为：氢前面的金属可从酸溶液中置换出氢气，氢后面的金属则不能，所以就有了活泼金属与不活泼金属的划分；金属活动顺序表前面的金属可以从溶液中置换出后面的金属，因此有了一部分置换反应的依据。

如果参照高中教材就不难发现，这个金属活动顺序表应该进行改革：

K、Ca、Na活泼金属

Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb较活泼金属

Cu、Hg、Ag、Pt、Au氢后不活泼金属

之所以这样划分的依据是：

1.金属单质与溶液的反应

活泼金属可与冷水剧烈反应，较活泼金属与水有条件反应，不活泼金属与水不反应。

该反应现象为：浮熔游响红。说明钠的密度小而浮于水上，反应大量放热且钠的熔点低，生成氢气促进钠在溶液表面四处游动并发出响声，最后因生成的强碱在滴入酚酞溶液后呈现红色。实验现象如图3-1所示。

根据教材原文给出的这个方程式，结合金属活动顺序表演绎则有：

前面将金属活动顺序分为三组，在第一组活泼金属与水的反应中进行了演绎，但从镁开始就需要小心演绎了：

之所以钠为分界线，正因为从Mg开始，金属在与水反应时，只有在加热条件下，反应速率加快，才能够观察到反应现象。并且这个反应也可以用于积累一个关于书写化学方程式的要点：生成物中有不同状态的物质生成才标注气体或沉淀符号。本反应因反应物Mg是固体，生成物中的难溶物Mg（OH）2无须标注沉淀符号。

再往下演绎就是金属铝和铁了：

当演绎到铁时，问题出现了。一方面气体或沉淀符号是否需要书写：高温条件水变为水蒸气，反应物中有气体，生成物中的氢气不用写气体符号；另一方面前面的金属都是无条件或者加热条件与水置换生成氢气和碱，而铁的反应则因高温条件使生成的氢氧化物直接分解最终以氧化物的形式呈现。

由此对于高中并没有学过的内容，我们的知识就可以得以拓展了。

拓展金属Pb与水的反应条件一定是高温，原因在于随着金属活动性的递减，金属与水的反应越来越困难，也就越来越依赖于反应条件。同时可以演绎出金属Pb与水反应的产物必然是生成的氢氧化物直接分解而以氧化物的形式呈现，并且因高温反应，生成物的氢气无须标注气体符号。

高中将金属活动顺序表分为三组的原因：活泼金属与水无条件反应；较活泼金属与水反应需要一定条件；不活泼金属无法与水发生置换反应。

分析过程重于结论，打破固化思维。

硫酸铜溶液中分别加入金属钠或金属镁现象是否相同？

高中阶段接触的溶液都是正常溶液，所谓正常溶液就是排除那些超级浓或超级稀的溶液。正常溶液中含量最多的是溶剂水，这个知识可以在物质的量的计算中得以验证。这里只是应用这个结论。

活泼金属如金属钠，因活泼性过强，与水可无条件剧烈反应，因此加入硫酸铜溶液中，同时发生两个置换反应：

在溶液中含量最多的是水，以第一个反应为主，因此平时讲授环节才不会提到钠与硫酸铜的置换。认定了第一个反应为主，进而会发生下一个反应：

因此对于初学化学的学生，老师一直强调钠加入硫酸铜溶液“先与水反应再与溶液反应”是很有道理的。这样的分析针对的是同时进行多个反应当中选择最主要的那个反应进行研究。

而学习到金属镁加入硫酸铜溶液中，为什么老师在讲授中不再强调镁先与水反应再与溶液反应，而直接说金属镁与硫酸铜的置换呢？

前面提到金属镁属于较活泼金属，与水反应需要加热条件才能观察到明显现象。因此尽管硫酸铜溶液中最多的是水，但主要的反应仍然是镁与硫酸铜的置换。

金属镁加入硫酸亚铁溶液，尽管溶液中最多的是水，尽管得电子能力亚铁离子弱于氢离子。但主反应仍然是金属镁与亚铁离子的置换，而非与水的置换。在这一阶段的学习也可以叫作化学初步阶段，还是将原因归结为：金属镁属于较活泼金属，与水不加热几乎无法进行反应。

如果能够让思维再活跃些，是不是可以思考下金属与水生成的氢氧化物的某些性质与其活泼性是否有联系呢？

2.金属氢氧化物的性质递变规律及金属单质与氧气的反应

生活中对于那些具有强烈吸引属性的物品，只要条件合适必然入手，入手后这些物品往往会被珍视而不至轻易遗弃。相反那些我们并不是很想得到的物品，相对而言更容易丢失。前者如某些明星的签名，后者如学校的作业本。

一个尴尬的话题，也是一个重要的化学定律：易合成难分解。

金属钠与水反应很剧烈，很容易生成热稳定性强的产物氢氧化钠。这个推论可以推广到整个活泼金属范畴。

至于第二组较活泼金属：

较活泼金属的热稳定性明显随着金属活动顺序的减弱而减弱，分解条件越来越简单。同时归纳一个共性：金属氢氧化物分解产物都是水和对应的氧化物。

通过这些反应的归纳也可以找到一个关于碱性氧化物判断的小技巧：氢氧化钠理论分解的产物是氧化钠（Na2O）而非过氧化钠（Na2O2 ），因此可以快速判断过氧化钠不是碱性氧化物。

按照这样的递变趋势进入不活泼金属的区域，可以获知，一般条件就足以促使不活泼金属的氢氧化物分解生成水和对应的氧化物：

最后一个反应可以在高中教材的溶解性表中找到佐证：氢氧化银不稳定，在溶液中易分解成氧化银，所以氢氧化银的溶解性才不予讨论，而直接画了一条横线。毕竟在研究氢氧化银溶解度的过程中氢氧化银已经开始分解并悄悄离开了溶液。

再稍加推敲，不难从可溶性碱这个角度得出更多的信息。“钾钠钡钙皆可溶”说的是KOH、NaOH、Ba（OH）2、Ca（OH）2是四个可溶性的强碱。这个很熟悉的知识点其实暗示了：活泼金属形成的氢氧化物易溶于水；较活泼金属及不活泼金属形成的氢氧化物都是难溶于水的。

氢氧化钡属于可溶性强碱这一事实也提示了Ba这个金属其实是活泼金属，可以具有和金属钠类似的性质。但Ba可形成多种难溶性盐，容易被误解为属于不活泼金属。

前面提到了一个物质：过氧化钠。对这个物质从其来源入手，金属活动顺序的应用将会被大大推进：

这个对比反应提示：活泼金属与氧气不需要条件就可以生成氧化物，如果非要加上加热或点燃条件则会有过氧化物的生成。CaO2、BaO2这样的物质存在就完全没必要大惊小怪了。

从较活泼金属开始就不再有过氧化物的生成：

金属镁活泼性介于活泼和较活泼金属之间，与氧气可以直接化合，但因活泼性变弱，因此工业生产或者实验中往往施加条件以加快反应。

该反应的条件无须赘述，只是生成的氧化铝是致密且高熔点的氧化膜，可以保护内部金属，因此该反应如果用酒精灯加热，就会出现生成的氧化铝包裹住内部熔化的铝而产生熔化不滴落的现象。同时因为金属铝属于活泼性较强的金属，即使用砂纸打磨过的铝条（除去表面原有的氧化膜）再加热也会因为表面迅速与空气中的氧气生成氧化膜而出现熔化不滴落的现象。

氧化镁尽管致密，但这一属性不足以和氧化铝媲美，但在高熔点这一方面却与氧化铝类似。因此镁铝合金常用于制造航空器材，同时氧化铝与氧化镁用作防火材料就非常合适了。

铁被氧气缓慢氧化生成氧化铁（另外一种解释必须引入电化学的知识，这里先不讨论），但点燃加快反应的同时也改变了生成物。这个反应条件不同，产物也不同的原因与活泼金属的不同，仅仅是因为金属铁存在两种变价而造成的。

铜与氧气的反应相对就简单很多，除了注意反应物与生成物的颜色变化外，实在没有太多的注意要点。

银与氧气在高温条件下的反应几乎无法进行，但银在空气中久置也会发生缓慢反应而变黑。

金属可以与氧气生成氧化物，而金属氧化物的性质又有哪些？在酸碱中和反应及对水的分析中将继续讨论。

3.1.2 酸碱中和反应

酸与碱反应生成盐和水，相信初中对于这个内容已经十分“通透”了，但很多越是表面熟悉的知识其实越陌生。

表面上看这个反应真的很简单，但关键是有没有把酸碱中和扩展到氢离子与氢氧根离子1：1结合生成水。

上面的反应没有问题，接下来的氢氧化钠、氢氧化铝分别与硫酸的反应方程式就应该不存在问题：

NaOH+H2SO4

Al(OH)3+H2SO4

如果能将酸碱中和的定义扩展到氢离子和氢氧根离子的关系上，这个配平的核心就是守恒的思想。

1.直接的酸碱中和反应及酸式酸盐与碱的反应

上面提到的两个反应：

两个反应的实质核心都是等量氢离子与氢氧根离子生成水，剩余的阴、阳离子组合生成盐分子的过程。将硫酸改为硝酸利用上面的结论，反应方程式可以表示为：

并且这类酸碱中和的反应不受金属活动顺序影响，即使是不活泼金属的氢氧化物也能够与强酸无条件中和生成水：

这类酸碱中和反应也可以扩展到弱酸与强碱的反应（甚至只要可以发生反应的酸碱中和都可以这样去解决）。

对于多元弱酸，在进行演绎的时候需要多留心。比如氢氧化钠与氢硫酸的反应：

NaOH+H2S

按照核心反应应该是2：1进行反应恰好生成盐和水。但这个反应的难点或者说有趣的地方，在于因反应物用量不同而导致产物的不同：

多元弱酸与少量碱生成酸式盐，与足量碱生成正盐。这一类基于酸碱中和反应而产生的量的问题也正是高中学习的一个难点，尤其是命题时很多反应并没有明确规定酸或碱的用量，需要根据上下文的情景推断出量的关系。

普通的酸、碱反应，从氢离子和氢氧根离子的身份标签上可以轻松解决，那么氢离子或氢氧根离子隐藏起来怎么办？如硫酸氢钠、碳酸氢钠、亚硫酸氢钠、硫氢化钠等这类酸式盐怎么办？其实质还是找准酸碱中和的核心：等量氢离子和氢氧根离子生成水。

因为硫酸是强酸，硫酸氢钠是强酸的酸式酸盐，因此这个酸式酸盐具有了强制“中和”的特权，不仅可以与强碱进行中和，甚至弱碱（较活泼金属及不活泼金属形成的碱）也不能逃脱。

其余的酸式酸盐因其是来源于弱酸的产物，因此高中阶段与碱的反应仅限于考查强碱范畴：

与一元强碱的反应只要抓住反应的核心大胆演绎即可，但这类反应中仍然存在着难点。如碳酸氢钠与氢氧化钙的反应既有酸碱中和过程，也包含难溶物的生成。

反应中先处理的第一层次是酸碱中和（氢离子与氢氧根离子1：1结合生成水），第二层次是处理难溶物的生成，最后一个层次是根据元素守恒写出最终的剩余物质。

当氢氧化钙过量时：

当提示语言变为碳酸氢钠过量，意味着反应方程式变为：

同样的层次处理，最终得到的产物与上一个方程式明显不同。

当反应的比例关系限定为碳酸氢钠与氢氧化钙为3：2甚至5：3时，演绎的层次并没有改变，生成物的判断则会水到渠成：

这两个方程式的处理层次与前面完全一致，只是最终根据元素守恒得出最终的产物碳酸钠、氢氧化钠时稍稍麻烦一点，但这并不是真正的困难。

同样的层次分析可以解决一个高中化学中高频的反应方程式：

2.金属氧化物与酸的反应及非金属氧化物与碱的反应

金属氧化物与酸的反应生成盐和水，这个知识点的介绍出现在初中的化学教材中，为了便于后面的学习，可以将反应整理为通式：

将这个已经很熟悉的结论演绎则会有：

第一个反应直接体现金属氧化物与酸生成盐和水，第二个反应硬记难度较大，因此利用通式判断就是一个切入点。三氧化二铁中氧原子数为3，需要结合6个氢离子生成水，因此需要6个硫酸氢钠生成3个水，剩余的阴、阳离子再组合成对应的盐。

而非金属氧化物与强碱的反应则需要利用构造的方法进行判断。如二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应：

（1）（注意此步反应生成的酸含有2个H+）

（2）

总反应：

或者：

（1）（注意此步反应生成的酸含有2个H+）

（2）

总反应：

因为高中阶段只对多元弱酸的分步电离有要求，对多元弱碱的分步电离不做要求，因此酸碱中和反应中关于“量”问题的研究以多元弱酸为核心。

再如：一氧化二氯与氢氧化钠的反应。

（1）

（2）

总反应：

非金属氧化物与强碱溶液的反应可以等效为：非金属氧化物先与水生成酸，生成的酸再与溶液中的碱中和生成盐和水。

即使不能与水生成对应酸的二氧化硅，也可以通过这种构造的方式推出其与氢氧化钠溶液反应的方程式：

（1）

（2）

总反应：

甚至可以发生反应的金属氧化物与非金属氧化物之间的反应也可以通过该方法进行构造，如氧化钠与二氧化碳的反应：

简化后的总方程式为：

将金属氧化物与水结合生成碱，非金属氧化物与水结合生成酸，这样利用构造出的酸、碱之间的中和反应判断反应产物并写出反应方程式，是将不容易理解、不容易记住的知识点转化为核心知识的方法，也就是前面提到的艾氏学习法。

常见的金属氧化物与构造的碱及常见的非金属氧化物与构造的酸如表3-1所示。

需要注意Al2O3属于两性氧化物，既可以构造成碱的形式Al（OH）3 ，也可以构造成酸的形式HAlO2。

酸碱中和反应是高中阶段最容易、最完全、最重要的反应类型。这种通过构造的方法判断反应最终产物及反应物的比例关系并不能代表真实的反应机理过程，但通过这样的构造方法可以克服方程式书写过程中的畏难心理，对陌生方程式的书写也能起到作用。

如二氧化硒（SeO2）与氢氧化钠的反应方程式，硒为非金属，且要求与氢氧化钠发生反应，因此可以将二氧化硒先构造成酸再与氢氧化钠中和：

再如近些年工业流程题中出现的一个陌生的方程式为氧化铁与氢氧化钠共热生成铁酸钠（NaFeO2）的反应。

分析一下，该反应为氧化铁与强碱反应，就可以参照酸的构造方法将氧化铁构造成为酸再与氢氧化钠中和。

最终合并上述方程式可以得到总方程式为：

尽管氧化铁是金属氧化物，但题干提示另外一个反应物为强碱，且反应物与生成物中铁元素的价态没有改变，因此可以将氧化铁构造成酸。处理陌生的方程式时千万不要墨守成规，一定要依据题意进行判断。