3.1 歸納演繹法

根據大量現實素材進行整理，得出其中普遍適用的規律，這就是歸納的方法。歸納出普遍適用的規律，應用到更多的事實中檢驗就是演繹的過程。歸納是形成理論的過程，演繹則是用理論指導實踐的過程。在演繹中得到無差別的適用，歸納出的結論就可以作為定理應用。

高中化學學習過程，盡管因占有的素材不夠全面，無法歸納出定理。但不停地歸納，卻可以得出解決不同類型問題的通式、通法，即所謂的方法和技巧。多對比分析，從知識角度或解題角度進行歸納，得出適用于自己的方法和技巧，這是艾氏學習法適用于無機化學的一個體現。

3.1.1 金屬活動順序表的應用

初中化學教材就已經給出金屬活動順序表。這張表就是前人利用歸納法總結的經驗順序，再加上后期多次反復的理論及實踐的修正，才成為最終的樣子：

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

初中對于金屬活動順序表的應用為：氫前面的金屬可從酸溶液中置換出氫氣，氫后面的金屬則不能，所以就有了活潑金屬與不活潑金屬的劃分；金屬活動順序表前面的金屬可以從溶液中置換出后面的金屬，因此有了一部分置換反應的依據。

如果參照高中教材就不難發現，這個金屬活動順序表應該進行改革：

K、Ca、Na活潑金屬

Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb較活潑金屬

Cu、Hg、Ag、Pt、Au氫后不活潑金屬

之所以這樣劃分的依據是：

1.金屬單質與溶液的反應

活潑金屬可與冷水劇烈反應，較活潑金屬與水有條件反應，不活潑金屬與水不反應。

該反應現象為：浮熔游響紅。說明鈉的密度小而浮于水上，反應大量放熱且鈉的熔點低，生成氫氣促進鈉在溶液表面四處游動并發出響聲，最后因生成的強堿在滴入酚酞溶液后呈現紅色。實驗現象如圖3-1所示。

根據教材原文給出的這個方程式，結合金屬活動順序表演繹則有：

前面將金屬活動順序分為三組，在第一組活潑金屬與水的反應中進行了演繹，但從鎂開始就需要小心演繹了：

之所以鈉為分界線，正因為從Mg開始，金屬在與水反應時，只有在加熱條件下，反應速率加快，才能夠觀察到反應現象。并且這個反應也可以用于積累一個關于書寫化學方程式的要點：生成物中有不同狀態的物質生成才標注氣體或沉淀符號。本反應因反應物Mg是固體，生成物中的難溶物Mg（OH）2無須標注沉淀符號。

再往下演繹就是金屬鋁和鐵了：

當演繹到鐵時，問題出現了。一方面氣體或沉淀符號是否需要書寫：高溫條件水變為水蒸氣，反應物中有氣體，生成物中的氫氣不用寫氣體符號；另一方面前面的金屬都是無條件或者加熱條件與水置換生成氫氣和堿，而鐵的反應則因高溫條件使生成的氫氧化物直接分解最終以氧化物的形式呈現。

由此對于高中并沒有學過的內容，我們的知識就可以得以拓展了。

拓展金屬Pb與水的反應條件一定是高溫，原因在于隨著金屬活動性的遞減，金屬與水的反應越來越困難，也就越來越依賴于反應條件。同時可以演繹出金屬Pb與水反應的產物必然是生成的氫氧化物直接分解而以氧化物的形式呈現，并且因高溫反應，生成物的氫氣無須標注氣體符號。

高中將金屬活動順序表分為三組的原因：活潑金屬與水無條件反應；較活潑金屬與水反應需要一定條件；不活潑金屬無法與水發生置換反應。

分析過程重于結論，打破固化思維。

硫酸銅溶液中分別加入金屬鈉或金屬鎂現象是否相同？

高中階段接觸的溶液都是正常溶液，所謂正常溶液就是排除那些超級濃或超級稀的溶液。正常溶液中含量最多的是溶劑水，這個知識可以在物質的量的計算中得以驗證。這里只是應用這個結論。

活潑金屬如金屬鈉，因活潑性過強，與水可無條件劇烈反應，因此加入硫酸銅溶液中，同時發生兩個置換反應：

在溶液中含量最多的是水，以第一個反應為主，因此平時講授環節才不會提到鈉與硫酸銅的置換。認定了第一個反應為主，進而會發生下一個反應：

因此對于初學化學的學生，老師一直強調鈉加入硫酸銅溶液“先與水反應再與溶液反應”是很有道理的。這樣的分析針對的是同時進行多個反應當中選擇最主要的那個反應進行研究。

而學習到金屬鎂加入硫酸銅溶液中，為什么老師在講授中不再強調鎂先與水反應再與溶液反應，而直接說金屬鎂與硫酸銅的置換呢？

前面提到金屬鎂屬于較活潑金屬，與水反應需要加熱條件才能觀察到明顯現象。因此盡管硫酸銅溶液中最多的是水，但主要的反應仍然是鎂與硫酸銅的置換。

金屬鎂加入硫酸亞鐵溶液，盡管溶液中最多的是水，盡管得電子能力亞鐵離子弱于氫離子。但主反應仍然是金屬鎂與亞鐵離子的置換，而非與水的置換。在這一階段的學習也可以叫作化學初步階段，還是將原因歸結為：金屬鎂屬于較活潑金屬，與水不加熱幾乎無法進行反應。

如果能夠讓思維再活躍些，是不是可以思考下金屬與水生成的氫氧化物的某些性質與其活潑性是否有聯系呢？

2.金屬氫氧化物的性質遞變規律及金屬單質與氧氣的反應

生活中對于那些具有強烈吸引屬性的物品，只要條件合適必然入手，入手后這些物品往往會被珍視而不至輕易遺棄。相反那些我們并不是很想得到的物品，相對而言更容易丟失。前者如某些明星的簽名，后者如學校的作業本。

一個尷尬的話題，也是一個重要的化學定律：易合成難分解。

金屬鈉與水反應很劇烈，很容易生成熱穩定性強的產物氫氧化鈉。這個推論可以推廣到整個活潑金屬范疇。

至于第二組較活潑金屬：

較活潑金屬的熱穩定性明顯隨著金屬活動順序的減弱而減弱，分解條件越來越簡單。同時歸納一個共性：金屬氫氧化物分解產物都是水和對應的氧化物。

通過這些反應的歸納也可以找到一個關于堿性氧化物判斷的小技巧：氫氧化鈉理論分解的產物是氧化鈉（Na2O）而非過氧化鈉（Na2O2 ），因此可以快速判斷過氧化鈉不是堿性氧化物。

按照這樣的遞變趨勢進入不活潑金屬的區域，可以獲知，一般條件就足以促使不活潑金屬的氫氧化物分解生成水和對應的氧化物：

最后一個反應可以在高中教材的溶解性表中找到佐證：氫氧化銀不穩定，在溶液中易分解成氧化銀，所以氫氧化銀的溶解性才不予討論，而直接畫了一條橫線。畢竟在研究氫氧化銀溶解度的過程中氫氧化銀已經開始分解并悄悄離開了溶液。

再稍加推敲，不難從可溶性堿這個角度得出更多的信息。“鉀鈉鋇鈣皆可溶”說的是KOH、NaOH、Ba（OH）2、Ca（OH）2是四個可溶性的強堿。這個很熟悉的知識點其實暗示了：活潑金屬形成的氫氧化物易溶于水；較活潑金屬及不活潑金屬形成的氫氧化物都是難溶于水的。

氫氧化鋇屬于可溶性強堿這一事實也提示了Ba這個金屬其實是活潑金屬，可以具有和金屬鈉類似的性質。但Ba可形成多種難溶性鹽，容易被誤解為屬于不活潑金屬。

前面提到了一個物質：過氧化鈉。對這個物質從其來源入手，金屬活動順序的應用將會被大大推進：

這個對比反應提示：活潑金屬與氧氣不需要條件就可以生成氧化物，如果非要加上加熱或點燃條件則會有過氧化物的生成。CaO2、BaO2這樣的物質存在就完全沒必要大驚小怪了。

從較活潑金屬開始就不再有過氧化物的生成：

金屬鎂活潑性介于活潑和較活潑金屬之間，與氧氣可以直接化合，但因活潑性變弱，因此工業生產或者實驗中往往施加條件以加快反應。

該反應的條件無須贅述，只是生成的氧化鋁是致密且高熔點的氧化膜，可以保護內部金屬，因此該反應如果用酒精燈加熱，就會出現生成的氧化鋁包裹住內部熔化的鋁而產生熔化不滴落的現象。同時因為金屬鋁屬于活潑性較強的金屬，即使用砂紙打磨過的鋁條（除去表面原有的氧化膜）再加熱也會因為表面迅速與空氣中的氧氣生成氧化膜而出現熔化不滴落的現象。

氧化鎂盡管致密，但這一屬性不足以和氧化鋁媲美，但在高熔點這一方面卻與氧化鋁類似。因此鎂鋁合金常用于制造航空器材，同時氧化鋁與氧化鎂用作防火材料就非常合適了。

鐵被氧氣緩慢氧化生成氧化鐵（另外一種解釋必須引入電化學的知識，這里先不討論），但點燃加快反應的同時也改變了生成物。這個反應條件不同，產物也不同的原因與活潑金屬的不同，僅僅是因為金屬鐵存在兩種變價而造成的。

銅與氧氣的反應相對就簡單很多，除了注意反應物與生成物的顏色變化外，實在沒有太多的注意要點。

銀與氧氣在高溫條件下的反應幾乎無法進行，但銀在空氣中久置也會發生緩慢反應而變黑。

金屬可以與氧氣生成氧化物，而金屬氧化物的性質又有哪些？在酸堿中和反應及對水的分析中將繼續討論。

3.1.2 酸堿中和反應

酸與堿反應生成鹽和水，相信初中對于這個內容已經十分“通透”了，但很多越是表面熟悉的知識其實越陌生。

表面上看這個反應真的很簡單，但關鍵是有沒有把酸堿中和擴展到氫離子與氫氧根離子1：1結合生成水。

上面的反應沒有問題，接下來的氫氧化鈉、氫氧化鋁分別與硫酸的反應方程式就應該不存在問題：

NaOH+H2SO4

Al(OH)3+H2SO4

如果能將酸堿中和的定義擴展到氫離子和氫氧根離子的關系上，這個配平的核心就是守恒的思想。

1.直接的酸堿中和反應及酸式酸鹽與堿的反應

上面提到的兩個反應：

兩個反應的實質核心都是等量氫離子與氫氧根離子生成水，剩余的陰、陽離子組合生成鹽分子的過程。將硫酸改為硝酸利用上面的結論，反應方程式可以表示為：

并且這類酸堿中和的反應不受金屬活動順序影響，即使是不活潑金屬的氫氧化物也能夠與強酸無條件中和生成水：

這類酸堿中和反應也可以擴展到弱酸與強堿的反應（甚至只要可以發生反應的酸堿中和都可以這樣去解決）。

對于多元弱酸，在進行演繹的時候需要多留心。比如氫氧化鈉與氫硫酸的反應：

NaOH+H2S

按照核心反應應該是2：1進行反應恰好生成鹽和水。但這個反應的難點或者說有趣的地方，在于因反應物用量不同而導致產物的不同：

多元弱酸與少量堿生成酸式鹽，與足量堿生成正鹽。這一類基于酸堿中和反應而產生的量的問題也正是高中學習的一個難點，尤其是命題時很多反應并沒有明確規定酸或堿的用量，需要根據上下文的情景推斷出量的關系。

普通的酸、堿反應，從氫離子和氫氧根離子的身份標簽上可以輕松解決，那么氫離子或氫氧根離子隱藏起來怎么辦？如硫酸氫鈉、碳酸氫鈉、亞硫酸氫鈉、硫氫化鈉等這類酸式鹽怎么辦？其實質還是找準酸堿中和的核心：等量氫離子和氫氧根離子生成水。

因為硫酸是強酸，硫酸氫鈉是強酸的酸式酸鹽，因此這個酸式酸鹽具有了強制“中和”的特權，不僅可以與強堿進行中和，甚至弱堿（較活潑金屬及不活潑金屬形成的堿）也不能逃脫。

其余的酸式酸鹽因其是來源于弱酸的產物，因此高中階段與堿的反應僅限于考查強堿范疇：

與一元強堿的反應只要抓住反應的核心大膽演繹即可，但這類反應中仍然存在著難點。如碳酸氫鈉與氫氧化鈣的反應既有酸堿中和過程，也包含難溶物的生成。

反應中先處理的第一層次是酸堿中和（氫離子與氫氧根離子1：1結合生成水），第二層次是處理難溶物的生成，最后一個層次是根據元素守恒寫出最終的剩余物質。

當氫氧化鈣過量時：

當提示語言變為碳酸氫鈉過量，意味著反應方程式變為：

同樣的層次處理，最終得到的產物與上一個方程式明顯不同。

當反應的比例關系限定為碳酸氫鈉與氫氧化鈣為3：2甚至5：3時，演繹的層次并沒有改變，生成物的判斷則會水到渠成：

這兩個方程式的處理層次與前面完全一致，只是最終根據元素守恒得出最終的產物碳酸鈉、氫氧化鈉時稍稍麻煩一點，但這并不是真正的困難。

同樣的層次分析可以解決一個高中化學中高頻的反應方程式：

2.金屬氧化物與酸的反應及非金屬氧化物與堿的反應

金屬氧化物與酸的反應生成鹽和水，這個知識點的介紹出現在初中的化學教材中，為了便于后面的學習，可以將反應整理為通式：

將這個已經很熟悉的結論演繹則會有：

第一個反應直接體現金屬氧化物與酸生成鹽和水，第二個反應硬記難度較大，因此利用通式判斷就是一個切入點。三氧化二鐵中氧原子數為3，需要結合6個氫離子生成水，因此需要6個硫酸氫鈉生成3個水，剩余的陰、陽離子再組合成對應的鹽。

而非金屬氧化物與強堿的反應則需要利用構造的方法進行判斷。如二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應：

（1）（注意此步反應生成的酸含有2個H+）

（2）

總反應：

或者：

（1）（注意此步反應生成的酸含有2個H+）

（2）

總反應：

因為高中階段只對多元弱酸的分步電離有要求，對多元弱堿的分步電離不做要求，因此酸堿中和反應中關于“量”問題的研究以多元弱酸為核心。

再如：一氧化二氯與氫氧化鈉的反應。

（1）

（2）

總反應：

非金屬氧化物與強堿溶液的反應可以等效為：非金屬氧化物先與水生成酸，生成的酸再與溶液中的堿中和生成鹽和水。

即使不能與水生成對應酸的二氧化硅，也可以通過這種構造的方式推出其與氫氧化鈉溶液反應的方程式：

（1）

（2）

總反應：

甚至可以發生反應的金屬氧化物與非金屬氧化物之間的反應也可以通過該方法進行構造，如氧化鈉與二氧化碳的反應：

簡化后的總方程式為：

將金屬氧化物與水結合生成堿，非金屬氧化物與水結合生成酸，這樣利用構造出的酸、堿之間的中和反應判斷反應產物并寫出反應方程式，是將不容易理解、不容易記住的知識點轉化為核心知識的方法，也就是前面提到的艾氏學習法。

常見的金屬氧化物與構造的堿及常見的非金屬氧化物與構造的酸如表3-1所示。

需要注意Al2O3屬于兩性氧化物，既可以構造成堿的形式Al（OH）3 ，也可以構造成酸的形式HAlO2。

酸堿中和反應是高中階段最容易、最完全、最重要的反應類型。這種通過構造的方法判斷反應最終產物及反應物的比例關系并不能代表真實的反應機理過程，但通過這樣的構造方法可以克服方程式書寫過程中的畏難心理，對陌生方程式的書寫也能起到作用。

如二氧化硒（SeO2）與氫氧化鈉的反應方程式，硒為非金屬，且要求與氫氧化鈉發生反應，因此可以將二氧化硒先構造成酸再與氫氧化鈉中和：

再如近些年工業流程題中出現的一個陌生的方程式為氧化鐵與氫氧化鈉共熱生成鐵酸鈉（NaFeO2）的反應。

分析一下，該反應為氧化鐵與強堿反應，就可以參照酸的構造方法將氧化鐵構造成為酸再與氫氧化鈉中和。

最終合并上述方程式可以得到總方程式為：

盡管氧化鐵是金屬氧化物，但題干提示另外一個反應物為強堿，且反應物與生成物中鐵元素的價態沒有改變，因此可以將氧化鐵構造成酸。處理陌生的方程式時千萬不要墨守成規，一定要依據題意進行判斷。