複分解反應

複分解反應是重要的四種基本化學反應類型之一（基本反應還包括化合反應、分解反應、置換反應），同時它也是酸、鹼、鹽之間相互反應的核心內容 ^[3]  。

即：AB+CD=AD+CB ^[2] 

生成物中有沉澱或有氣體或有弱電解質。複分解反應的特點：化合物反應物與生成物均為化合物，反應物相互交換成分，反應物和生成物的元素價態都不變 ^[3]  。

從宏觀角度來説，反應能否發生是有特定條件的。對生成物而言，兩種化合物之間進行成分交換後生成的另外兩種化合物中必有沉澱、氣體或弱電解質（例：H₂O），從體系中脱離；對反應物而言，當反應物中沒有酸時，要發生離子交換，需要反應物要均可溶於水，反應才能發生 ^[1]  。依據概念和反應條件進行微觀探析：複分解反應只是兩種化合物之間相互交換離子成分，在反應前，反應物中各離子是以一定比例共存的，在反應前後各元素化合價不變，離子種類和個數不變，但隨反應的持續發生，溶液中自由移動的離子濃度不斷減小 ^[1]  。即複分解反應是電解質在溶液中發生的離子間重新組合。當溶液中存在的某些離子能互相結合而使其濃度迅速減小的話，那麼反應就向離子濃度減小的方向進行。

複分解反應需生成物有沉澱、氣體、水中至少有一種生成。反應物有酸可不溶，無酸都得溶 ^[6]  。例如：

“反應物有酸可不溶”是指如果反應物中有酸參與，那麼其他物質的水溶性可不考慮，反應時可以是沉澱，也可以是溶液。例如：

AgNO₃+HCl=AgCl↓+HNO₃

Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

“無酸都得溶”是指如果反應物中沒有酸，那麼要求參與反應的物質都必須能溶於水，常是兩種溶液進行反應 ^[8]  。例如：

BaCl₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaCl

FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃↓+3NaCl

CuSO₄+2NaOH=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄

複分解反應是指由兩種化合物互相交換成分，生成另外兩種化合物的反應。複分解反應主要是酸、鹼、鹽之間發生的化學反應，某些金屬氧化物跟酸也能發生複分解反應。即

AB+CD=AD+CB

(1)酸與鹼的中和反應。例如 ^[2]  ：

HCI+NaOH=NaCl+H₂O

H₂SO₄+2KOH=K₂SO₄+2H₂O

CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O

(2)鹼與鹽反應生成另一種鹼和另一種鹽。例如 ^[2]  ：

2NaOH+CuSO₄=Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄

3KOH+FeCl₃=3KCI+Fe(OH)₃↓

(3)酸與鹽反應生成另一種酸和另一種鹽。例如 ^[2]  ：

BaCl₂+H₂SO₄=BaSO₄↓+2HCl

(4)鹽與鹽反應生成另兩種新鹽。例如 ^[2]  ：

AgNO₃+NaCI=AgCl↓+NaNO₃

BaCl₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaCl

由此可見，酸鹼中和反應一定是複分解反應，但複分解反應不一定是中和反應。

因為複分解反應只是離子間的相互交換，並沒有化合價的變化，所以複分解反應一定不是氧化還原反應。如圖所示為複分解反應與化合反應、分解反應、置換反應、氧化還原反應關係圖：

熟練掌握部分酸鹼鹽的溶解性，可據此快速判斷一個複分解反應能否發生。

在實際應用中，溶解性表包括的物質較多，單純記憶其溶解性就顯得比較混亂。但只要將其歸類，並找出表中的異同之處，編成口訣，那麼，溶解性表的工具使用就會被很好的體現，且用途廣泛 ^[3]  。

注：此為20℃的情況。“溶”表示那種物質可溶於水，“不”表示不溶於水，“微”表示微溶於水，“揮”表示揮發性，“-”表示那種物質不存在或遇到水就分解了） ^[3]  溶解性表口訣1 ^[3]  ：

鉀鈉銨鹽硝酸鹽，均可溶於水中間。

硫酸鹽中鋇不溶，氯化鹽中銀不溶。

碳酸鉀鈉銨鹽溶，氫氧鉀鈉鈣鋇溶。

溶解性表口訣2 ^[3]  ：

酸除硅酸全可溶，鹼溶鉀鈉銨鋇鈣。

鉀鈉銨鹽硝酸鹽，全部溶解不困難。

氯化銀和硫酸鋇，兩種沉澱記心間。

碳酸鹽除鉀鈉銨，其餘皆不溶於水。

溶解性表口訣3 ^[3]  ：

鉀鈉銨鹽皆可溶，硝酸鹽入水影無蹤。

氯化物不溶氯化銀，硫酸鹽不溶硫酸鋇。

碳酸鹽只溶鉀鈉銨，可溶鹼有四位鉀鈉和鈣鋇。

1．複分解反應用於常見離子的檢驗 ^[7] 

滴加稀鹽酸，現象：有氣泡產生。將氣體通入澄清石灰水，現象：生成白色渾濁。如：Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。

如果需要進一步區分是碳酸根離子還是碳酸氫根離子，可直接將氫氧化鈣溶液加入溶液中，有沉澱則為碳酸根離子（Na₂CO₃+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+2NaOH），沒有沉澱是碳酸氫根離子。

滴加硝酸鋇，現象：生成白色沉澱。滴加稀硝酸，現象：沉澱不溶解。如：Ba(NO₃)₂+Na₂SO₄=BaSO₄↓+2NaNO₃。

滴加硝酸銀，現象：生成白色沉澱。滴加稀硝酸，現象：沉澱不溶解。如：AgNO₃+NaCl=AgCl↓+NaNO₃。

滴加氫氧化鈉溶液，現象：有氣泡產生。用紅色石蕊試紙檢驗，現象：試紙變藍。如：NaOH+NH₄Cl=H₂O+NaCl+NH₃↑。

2．侯德榜制鹼法 ^[9] 

在中國化學工業史上，有一位傑出的科學家，他為祖國的化學工業事業奮鬥終生，並以獨創的制鹼工藝聞名於世界，他就是侯德榜。侯德榜制鹼就用了到複分解反應，方程式如下：

NH₃+H₂O+CO₂=NH₄HCO₃（首先通入氨氣，然後再通入二氧化碳）

NH₄HCO₃+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓（NaHCO₃↓溶解度最小，所以析出）

複分解電滲析(electrodialysis metathesis, EDM) ^[5]  是以電滲析技術為基礎，利用陰、陽離子交換膜不同組合方式，使兩種鹽溶液中的陰離子和陽離子相互交換，形成2種新鹽的過程 ^[10]  。複分解電滲析技術與傳統的僅有1個脱鹽室和1個濃縮室的電滲析相區別，複分解電滲析有2個脱鹽室和2個濃縮室。近年來，國內外已有不少研究人員將複分解電滲析技術應用到資源回收、高鹽廢水處理、污染零排放等過程，在無機鹽合成、處理工業廢水、海水淡化等方面具有一定的優越性。

複分解反應能夠發生的三個條件（即生成物中有沉澱或有氣體或有弱電解質），長期以來有效地指導了科學實驗和生產實踐。通過實踐表明：反應中因温差或濃度的原因能析出一種物質或複鹽，複分解反應也能發生 ^[3]  。複分解反應不僅僅發生在酸鹼鹽中，在有機化學中也有複分解反應的應用，2005年諾貝爾化學獎授予了三位科學家，以表彰他們在烯烴複分解反應研究方面所取得的成績。這三位科學家分別是法國石油學院的伊夫.肖萬、美國麻省理工學院的羅伯特.格拉布和加利福尼亞州加州理工學院的理查德.施羅克。他們發現了烯烴複分解反應的“交換舞伴”的肖萬機理，即：烯烴複分解反應是金屬卡賓化合物的催化作用下，烯烴裏的碳碳雙鍵被拆散、交換、重組，形成新分子的過程 ^[4]  。

綜上所述，複分解反應在許多化學和生物化學過程中具有重要的應用。在實驗室中，它們常用於合成新的化合物或分離混合物中的組分。在工業上，複分解反應用於生產化學品、藥物、材料等 ^[11-13]  。通過研究複分解反應，化學家們可以深入理解化學反應的機理和原理。這種理解對於開發新的反應過程、改進現有的化學合成方法以及探索新的應用領域非常重要。綜上所述，複分解反應在化學、生物化學、環境科學和能源領域具有廣泛的應用，對於推動科學和技術的發展起着重要作用。