置換反應(replacemen treaction)，它是一種單質與一種化合物作用，生成另一種單質與另一種化合物的反應，是化學中四大基本反應類型之一，包括金屬與金屬鹽的反應，金屬與酸的反應等。氧化還原反應不一定為置換反應，置換反應一定為氧化還原反應。例如金屬羰基化合物間的置換，則不是氧化還原反應。除此之外，也可以指路易斯酸間的置換反應，此時并不需要單質參與反應。能將另一個較弱的路易斯酸（）從穩定配位化合物的鹽中置換出來
置換反應通常發生在不同原子或基團的活性度有所差異的化合物之間。在反應中，較活潑的原子或基團可能會取代較不活潑的原子或基團，以達到更穩定的化學狀態。極性和電位是影響置換反應發生的重要因素。電子的轉移和離子的形成這種類型的置換反應，極性較強的電位也會更強，這會導致電子的流動，從而影響反應的進行。電位會通過離子或原子間電壓的產生來影響反應速率，電位的增加會增加離子的電場力，使離子更容易離開原來的位置，促進反應的進行。其次，置換反應的進行遵循電位序列的規律，并且還會受到多種因素的影響，如溫度、壓力、催化劑和溶劑等。合理控制這些因素可以實現反應的高效進行，并獲得理想的產物。
置換反應在化學合成、有機合成和無機合成中都具有應用價值。它可以用于合成特定的化合物、制備有機化合物和雜化材料，并且還可以用于分析和檢測等方面。置換反應也被廣泛運用于環境保護、廢物處理和污染治理等領域，以幫助減少或轉化有害物質。
基本原理
置換反應，就是一種單質和一種化合物相互作用，生成一種新的單質和新的化合物的過程。置換反應是極力大的原子搶占極力小的原子的位置的過程。它通常發生在不同原子或基團的活性度有所差異的化合物之間。
在置換反應中，極性和電勢是影響置換反應發生原理的兩個重要因素。極性是指分子內化學鍵中正負電荷分布不均衡的程度。電位是指物質中某一種離子或原子獲得或失去一個電子時所產生的能量差。極性分子通常具有較強的親電性，可以與其他極性分子或離子發生反應。在置換反應中，極性分子可能會被更具親電性的分子取代。離子或原子的電位差異對反應的發生和方向具有重要影響。當一個離子或原子的電位較高時，它可能會取代電位較低的離子或原子，以達到更穩定的化學狀態。例如，在金屬置換反應中，較高電勢的金屬離子可以取代較低電位的金屬離子，因為前者具有更強的還原能力。
分類與實例
反應環境分類
固態與液態的置換反應
金屬與酸
需滿足條件：（1）不能用濃硫酸，硝酸等有強氧化性的酸，它們反應時，先將金屬氧化成對應氧化物，氧化物再溶于酸中，然后繼續氧化、溶解，反應得以繼續。（2）金屬在活動性順序表中需位于氫之前。
（一般情況下，鐵與酸反應生成二價鐵）
金屬跟鹽溶液的置換
置換需滿足金屬活動性順序表先后次序
金屬在常溫下與水進行反應
鉀、鈉與水反應十分劇烈，有大量氫氣產生；鎂、鋁片不與冷水反應，若加熱之，鎂與熱水反應，也有氫氣產生，鋁仍不反應。例如： 鈉（Na）與水（H2O）的反應：
固態與氣態的置換反應
固態與氣態的置換反應在特定條件下進行。例如：
把氫氣通入CuCl，溶液中并不發生置換出銅的反應，但把氫氣通過灼熱的氧化銅，則發生置換出銅的反應。在高溫條件下，氫氣還能與其它金屬氧化物發生置換反應。在這些反應中并不服從金屬置換順序的規律。
(此反應是在高溫下進行)
固態與固態的置換反應
（1）鋁熱劑的反應，反應如下：
（2）在煉鋼過程中應用FeO作氧化劑氧化鐵水中的雜質Si、Mn(當然還有C)等，還有應用錳鐵、硅鐵作為脫氧劑除去鋼水中過量的FeO。它們都是置換反應。例如：氧化錳（Mn）的氧化反應：
某些非金屬間的置換反應。例如：氯代烷和鹵族元素之間的置換反應：
元素性質分類
金屬單質置換金屬單質
金屬置換金屬是指在反應中，一個金屬元素取代了另一個金屬元素的位置。這種置換反應通常根據金屬活動性順序表進行相應的反應，其中活性較高的金屬可以置換活性較低的金屬。例如，鐵可以取代的銅，生成銅單質和硫酸亞鐵:
金屬單質置換非金屬單質
非金屬置換金屬是指在反應中，一個非金屬元素取代了一個金屬元素的位置。例如，鈉可以取代水分子中的氫，生成和:
非金屬單質置換金屬單質
非金屬置換金屬是指在反應中，一個非金屬元素取代了一個金屬元素的位置。例如，碳還原氧化銅：
（此反應必需在高溫下進行）
非金屬單質置換非金屬單質
非金屬置換非金屬是指在反應中，氧化性(非金屬性)強的非金屬能從另一種氧化性相對較弱的非金屬的氫化物中置換出該非金屬(氫除外)。例如,氧氣可以取代甲烷中的氫，生成水:
元素周期表位置分類
同主族的置換反應
主族的置換反應指的是同一主族（或同一族）中的元素之間發生的置換反應。同主族元素具有相似的化學性質，因此它們在反應中可以互相取代。例如，氯和溴都屬于鹵族元素族，它們可以發生置換反應生成不同的鹵素化合物。
不同主族的置換反應
不同主族的置換反應是指不同主族（或不同族）中的元素之間發生的置換反應。這類反應通常需要提供足夠的能量來克服兩個不同主族元素之間的電子親和力和離子化能的差異。例如，鉀和氯屬于不同主族，它們可以發生置換反應生成氯化鉀。
同副族的置換反應
同副族的置換反應是指同一副族中的元素之間發生的置換反應。副族元素具有相似的化學性質，因此它們在反應中可以互相取代。例如，鋅和鎘都屬于過渡金屬副族，它們可以發生置換反應生成不同的金屬化合物。鋅和鎘鹽（CdCl2）反應生成氯化鋅和鎘:
主族置換副族的置換反應
主族置換副族的置換反應指的是主族元素取代副族元素發生的置換反應。這類反應通常需要提供足夠的能量來克服副族元素的高電子親和力和離子化能。例如，鈉和鋅屬于主族元素，它們可以發生置換反應生成不同的金屬化合物。鋅和氯化鈉反應生成氯化鋅和鈉:
副族置換主族的置換反應
副族置換主族的置換反應是指副族元素取代主族元素發生的置換反應。這類反應通常需要提供足夠的能量來克服主族元素的高電子親和力和離子化能。例如，銅和鋅屬于副族元素，它們可以發生置換反應生成不同的金屬化合物。鋅和硫酸銅反應生成硫酸鋅和銅:
物質類別分類
單質與氧化物的置換反應
在這類反應中，單質與氧化物發生置換反應，生成新的氧化物和單質。典型的例子是金屬與金屬氧化物的反應。例如，鐵與氧化銅反應生成鐵氧化物和銅：
單質與非氧化物的置換反應
在這類反應中，單質與非氧化物發生置換反應，生成新的化合物。常見的例子是活潑金屬與酸類物質的反應。例如，鋅與硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣：
影響因素
活動性順序表
鋰、、、鉀、鐳、、、、鈣、鈉、、、、、釤、、、
、、、、鎂、鏑、、、、、、鉺、、、、鈹、、
、鉿、鋁、鈦、鋯、釩、錳、、鋅、鉻、鎵、鐵、鎘、、鉈、鈷、
、、錫、鉛、（分子）、（氫分子）、銅、釙、汞、銀、鈀、鉑、金、
金屬活動性順序表氫以前的金屬，能從鹽酸、硫酸等等非氧化性酸里置換出氫。氫以后的金屬，一般不能置換出氫。
其他條件相同時，活動順序表上，相鄰越遠的兩種元素越容易進行置換反應（可以發生反應的前提下）。
一般對非金屬元素同理。
反應體系溫度
在高溫條件下，氫氣能與其它金屬氧化物發生置換反應，在這些反應中不服從金屬置換順序的規律。
例如在溫度較高時，氫氣不僅能從固態的氧化銅、氧化亞汞中置換出金屬，還能從比較活動金屬(鐵、鉛等)的氧化物中置換出金屬。
溫度適當升高，一般有利于加快置換速度。
攪拌速度
置換過程屬于多相反應過程，如果攪拌速度加快，則溶液與固相表面(金屬還原劑與置換產物的表面)的相對速度增加，有利于擴散速度常數的加大，從而加快置換反應速度。
置換劑的粒度
置換劑的粒度細則比表面增加，有利于加快置換速度。
置換產物的形貌
置換過程主要在已沉積的金屬表面進行，其形狀越復雜、表面越粗糙，則置換過程的速度越快。
溶液中其他離子的影響
溶液中的其他離子將對置換過程的影響有兩種情況：有利或不利。以用鋅置換Ag+為例，溶液中Na+、K+、Li+能使析出的銀表面粗糙，導致相應的置換速度加快，而氧會使銀表面形成氧化膜，表面致密會相應地降低置換速度。同樣采用鋅置換銅、鎳和鈷時，Cu2+的存在會使Ni、Co被快速置換，含Ni和Co的質量分數分別為10×10-3和40×10-6的混合溶液而言，其中Co的置換速度常數比純Co溶液的大4倍左右。
反應時間
在反應的前期置換速度隨時間的延長而加快，分析其原因是置換的生成物與置換劑之間形成了原電池，同時生成物的表面積逐步增大，因而加快了反應速度。
離子溶解度
置換反應還受到離子溶解度的影響。如果產生的產物不溶于溶液中，則會形成沉淀反應。溶解度是描述溶液中物質溶解程度的指標，對于預測置換反應的發生和產物的形式非常重要。
反應現象
金屬活動性順序簡表
中，10號氫是過渡元素，它前面的可以置換出氫（有例外，見注解），它后面的則不可以。也就是說：氫前面的可以和酸反應生成氫氣，而氫后面的基本不和酸反應，就算反應也不生成氫氣
1、金屬單質+酸→鹽+氫氣
（有氣泡產生）
2、金屬單質+鹽(溶液)→另一種金屬+另一種鹽
3、金屬氧化物+或→金屬+或
應用
金屬加工和制造
置換反應在金屬加工和制造領域具有廣泛的應用。通過置換反應，可以實現金屬的提煉、精煉和合金制備。例如，在金屬冶煉過程中，利用置換反應將金屬從其氧化物或鹵化物中提取出來。
化學工業
置換反應在化學工業中發揮著重要作用。例如，硝酸銨的生產過程中，氨與硝酸反應生成硝酸：此外，置換反應還應用于催化劑制備、有機合成等領域。
電池和電化學
置換反應在電池和電化學領域具有重要意義。在原電池中，化學能轉化為電能，通常涉及金屬間的置換反應。例如，銅鋅電池中，鋅失去電子成為陽離子，銅離子得到電子生成金屬銅：
資源再生與循環利用
置換反應在環保領域具有重要意義。通過置換反應，可以實現廢棄物中有價值成分的提取和再生，從而減少資源浪費和環境污染。例如，廢舊金屬的回收利用，通過置換反應提取有價值的金屬，降低對自然資源的開采。
污染物治理與環境保護
置換反應在環境保護方面也有廣泛應用。例如，廢水處理中，利用置換反應將有害金屬離子轉化為不溶性沉淀物，從而降低廢水中有害物質含量。此外，土壤修復領域中，通過置換反應將污染土壤中的重金屬離子去除，從而減輕土壤污染。
能源節約與減排
置換反應在能源領域也有重要應用。例如，在金屬冶煉過程中，通過置換反應優化工藝流程，降低能耗。此外，在電池和電化學領域，置換反應可實現能源的高效轉化，從而降低碳排放。
參考資料 >
The ACS Campaign for a Sustainable Future Strategic Initiative.https://www.acs.org/.2023-11-07