Какие признаки могут быть положены в основу классификации химических реакций

Обновлено: 02.07.2024

FOR-DLE.ru - Всё для твоего DLE ;)
Привет, я Стас ! Я занимаюсь так называемой "вёрсткой" шаблонов под DataLife Engine.

На своем сайте я выкладываю уникальные, адаптивные, и качественные шаблоны. Все шаблоны проверяются на всех самых популярных браузерх.
Раньше я занимался простой вёрсткой одностраничных, новостных и т.п. шаблонов на HTML, Bootstrap. Однажды увидев сайты на DLE решил склеить пару шаблонов и выложить их в интернет. В итоге эта парочка шаблонов набрала неплохую популярность и хорошие отзывы, и я решил создать отдельный проект.
Кроме шаблонов я так же буду выкладывать полезную информацию для DataLife Engin и "статейки" для веб мастеров. Так же данный проект будет очень полезен для новичков и для тех, кто хочет правильно содержать свой сайт на DataLife Engine. Надеюсь моя работа вам понравится и вы поддержите этот проект. Как легко и удобно следить за обновлениями на сайте?
Достаточно просто зарегистрироваться на сайте, и уведомления о каждой новой публикации будут приходить на вашу электронную почту!

Задание 2
Назовите типы химических реакций по признаку состава и числа реагентов и продуктов реакции. Дайте определение каждому типу реакций.
Реакциями соединения называются такие реакции, в результате которых из двух или нескольких веществ образуется одно сложное вещество.
Реакциями разложения называются такие реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.
Реакциями замещения называются такие реакции, в результате которых из простого и сложного веществ образуются новое простое и новое сложное вещества.
Реакциями обмена называются такие реакции, в результате которых из двух сложных веществ образуются два новых сложных вещества, или, другими словами, в результате которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Задание 5
При разложении перманганата калия (марганцовки) КМnO₄ образуются манганат калия К₂МnO₄, оксид марганца (IV) МnO₂ и кислород. Запишите уравнение этой реакции.
2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
К какому типу реакций по признаку поглощения или выделения теплоты относятся реакции задания 4 и 5? К эндотермическим реакциям, поскольку во время реакции теплота поглощается.
К какому типу реакций по признаку поглощения или выделения теплоты относятся реакции задания 3?
а) СuО + Н₂SO₄ = СuSO₄ + Н₂O; Экзотермическая реакция
б) NaHSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + Н₂O; Экзотермическая реакция
в) NH₄НСО₃ = NH₃ + СO₂↑ + Н₂O; Эндотермическая реакция
г) SO₃ + Н₂O = H₂SO₄; Экзотермическая реакция
д) (NН₄)₂Сr₂O₇ = Сr₂O₃ + N₂↑ + 4H₂O. Эндотермическая реакция

Задание 6
Запишите уравнение реакции получения азотной кислоты:
4NO₂ + O₂ + 2Н₂O = 4HNO₃

Задание 7
Запишите уравнение реакции замещения, которую используют для сварки рельсов, если известно, что реагентами являются железная окалина Fе₃O₄ и алюминий.
3Fe₃O₄ + 8Al = 4Al₂O₃ + 9Fe

Задание 8
Вспомните из курса биологии, что такое фотосинтез. Запишите уравнение этого процесса, если известно, что в результате взаимодействия углекислого газа и воды образуется глюкоза, формула которой С₆Н₁₂O₆, и кислород.
6CO₂ + 6H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑
Можно ли отнести эту реакцию к реакциям замещения? Нет, нельзя. Поясните ответ. В реакции замещения среди реагентов и продуктов реакции есть простые вещества, а в реакции фотосинтеза реагенты ― сложные вещества.

Задание 9
При горении метана, формула которого СН₄, образуются углекислый газ и вода.
CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O
Можно ли отнести эту реакцию к одному из изученных вами типов:
а) по составу и числу реагентов и продуктов реакции; Нельзя. Простое вещество есть среди реагентов и отсутствует среди продуктов реакции, поэтому не является реакцией замещения.
б) по признаку поглощения или выделения теплоты? Можно. Все реакции горения ― экзотермические, поскольку сопровождаются выделением теплоты.

Часто мы даже не подозреваем, что на наших глазах идет химическая реакция, а нередко и сами являемся ее участниками. Разбираемся, что же такое химические реакции, каковы их типы, классификация, скорость и признаки

Без химических реакций была бы невозможна эволюция в природе. В открытом космосе встречаются в основном только атомы водорода (H) и гелия (He). Это объясняется отсутствием необходимых условий для прохождения химических реакций.

Химическая реакция – это процесс превращения одного или нескольких веществ в другие вещества, в результате чего происходит перераспределение электронов и ядер. Сами ядра атомов при этом не меняются:

Химические реакции нельзя путать с физическими процессами. В физических процессах вещества сохраняют свой состав, хотя могут образовывать смеси, изменять внешнюю форму либо агрегатное состояние. Так, превращение воды в пар или лед является физическим процессом, а не химической реакцией. Химическое взаимодействие, в результате которого образуется вода, описывается формулой:

Отличаются химические реакции и от ядерных реакций, в которых происходят изменения в ядрах атомов и образуются атомы новых элементов. В ходе химических процессов новые вещества получаются в результате изменений, происходящих в электронной оболочке атомов.

Выделяют следующие типы химических реакций: реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Реакция соединения представляет собой образование одного сложного вещества в результате соединения двух или более веществ. Например:

В результате реакции разложения происходит распад одного сложного вещества на несколько простых.

Реакция замещения протекает между простыми и сложными веществами, при этом атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Zn + 2HCL = ZnCl₂ + H₂

Реакция обмена возможна между двумя сложными веществами, в результате чего они обмениваются своими составными частями и образуются два новых сложных вещества.

MgO + H2SO₄ = MgSO₄ + H₂O

Существует целый ряд признаков, по которым можно классифицировать химические реакции: по агрегатному состоянию, по изменению степеней окисления реагентов, по тепловому эффекту реакции, по направлению протекания, по наличию катализаторов.

По агрегатному состоянию (газообразному, жидкому, твердому) реагирующих веществ химические реакции подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Гомогенные реакции протекают в одной фазе, например, в виде раствора:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Гетерогенные реакции осуществляются на границе раздела двух фаз. Например, твердое вещество и газ:

По изменению степеней окисления реагентов выделяют окислительно- восстановительные реакции. Окисление – это процесс отдачи электронов, что приводит к увеличению степени окисления. Восстановление – это присоединение электронов и уменьшение степени окисления. Элемент, отдающий электроны, называется восстановителем, а элемент, принимающий электроны, – окислителем. Например, в реакции Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu железо отдает два электрона и является восстановителем, а медь принимает два электрона и выступает в качестве окислителя.

По тепловому эффекту химические реакции делятся на экзотермические (сопровождающиеся выделением тепла +Q) и эндотермические (идущие с поглощением тепла -Q).

Яркий пример экзотермических реакций – процесс горения:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O +Q

К эндотермическим реакциям относятся реакции разложения:

CaCO₃ = CaO + CO₂ –Q

По направлению протекания химические реакции бывают обратимыми и необратимыми. Обратимые реакции одновременно протекают в двух противоположных направлениях: H₂ + I₂ = 2HI

Необратимые реакции идут только в одном направлении: 2Mg + O₂ = 2MgO

По наличию катализаторов (веществ, участвующих в реакции, изменяющих ее скорость, но остающихся неизменными после завершения реакции) химические реакции подразделяются на каталитические (протекающие в присутствии катализаторов) и некаталитические (идущие без катализаторов). В уравнениях каталитических реакций химическая формула катализатора записывается над знаком равенства или обратимости.

Скорость химической реакции показывает, как изменяется концентрация реагирующих веществ в единицу времени. Скорость реакции тем выше, чем больше количество реагирующих веществ и чем меньше время самой реакции. Данные процессы изучаются специальным разделом химии – химической кинетикой.

Скорость химических реакций зависит от следующих условий: наличие катализатора, степень измельченности реагирующих веществ, давление и температура, природа веществ, вступающих в реакцию, концентрация реагентов.

В соответствие с правилом Вант-Гофа в случае возрастания температуры на каждые 10 градусов по Цельсию скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза.

В результате химических реакций происходит превращение одних веществ в другие. При этом изменяются не только сами вещества, но и их свойства. Такие изменения и являются признаками химических реакций. К ним относятся:

Яркое свечение и выделение или поглощение тепла

Скорость химической реакции зависит от целого ряда факторов.

1. Природа веществ, вступающих в химическую реакцию. Так, чем активнее металл, тем он быстрее окисляется и более бурно взаимодействует с водой. Знание природы реагирующих веществ позволяет предсказать скорость протекания химической реакции.

2. Концентрация реагентов. Чем выше их концентрация, тем больше скорость реакции, поскольку с увеличением концентрации возрастает количество столкновений молекул реагирующих веществ. Например, горение в чистом кислороде идет гораздо активнее, чем на воздухе, так как концентрация кислорода в воздушной среде в пять раз ниже.

3. Площадь поверхности реагирующих веществ. Чем эта площадь больше, тем выше скорость реакции. Твердые вещества поэтому измельчают, а жидкости – распыляют. К примеру, если кусок мрамора превратить в порошок, то его реакция с соляной кислотой намного ускорится.

4. Температура. Повышение температуры на каждый градус ведет к возрастанию скорости реакции. Это связано с увеличение числа активных молекул, имеющих повышенную энергию, способствующую вступлению веществ в химическую реакцию.

5. Давление. Оно оказывает существенное воздействие на скорость реакции в газообразном состоянии. При увеличении давления скорость реакции возрастает, что объясняется повышением концентрации молекул реагирующих веществ.

6. Катализатор. Скорость реакции увеличивается в присутствии специальных веществ – катализаторов. Они образуют промежуточные вещества, которые более активно реагируют между собой. При этом сам катализатор в процессе реакции не расходуется. Существуют также вещества, замедляющие процесс реакции (ингибиторы).

Химическими реакция называют превращения веществ, в которых происходит изменение их состава и (или) строения.

Наиболее часто под химическими реакциями понимают процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).

Химические реакции записываются с помощью химических уравнений, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. Согласно закону сохранения массы, число атомов каждого элемента в левой и правой частях химического уравнения одинаково. Обычно формулы исходных веществ записывают в левой части уравнения, а формулы продуктов – в правой. Равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения достигается расстановкой перед формулами веществ целочисленных стехиометрических коэффициентов.

Все химические реакции могут быть сгруппированы в несколько классов, которым присущи определенные признаки.

Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ

Согласно этой классификации, химические реакции подразделяются на реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

В результате реакций соединения из двух или более (сложных или простых) веществ образуется одно новое вещество. В общем виде уравнение такой химической реакции будет выглядеть следующим образом:

Реакции соединения в большинстве случаев экзотермические, т.е. протекают с выделением тепла. Если в реакции участвуют простые вещества, то такие реакции чаще всего являются окислительно-восстановительными (ОВР), т.е. протекают с изменением степеней окисления элементов. Однозначно сказать будет ли реакция соединения между сложными веществами относиться к ОВР нельзя.

Реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько других новых веществ (сложных или простых) относят к реакциям разложения. В общем виде уравнение химической реакции разложения будет выглядеть следующим образом:

Большинство реакций разложения протекает при нагревании (1,4,5). Возможно разложение под действием электрического тока (2). Разложение кристаллогидратов, кислот, оснований и солей кислородсодержащих кислот (1, 3, 4, 5, 7) протекает без изменения степеней окисления элементов, т.е. эти реакции не относятся к ОВР. К ОВР реакциям разложения относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления (6).

Реакции разложения встречаются и в органической химии, но под другими названиями — крекинг (8), дегидрирование (9):

При реакциях замещения простое вещество взаимодействует со сложным, образуя новое простое и новое сложное вещество. В общем виде уравнение химической реакции замещения будет выглядеть следующим образом:

Реакции замещения в своем большинстве являются окислительно-восстановительными (1 – 4, 7). Примеры реакций разложения, в которых не происходит изменения степеней окисления немногочисленны (5, 6).

Реакциями обмена называют реакции, протекающие между сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. Обычно этот термин применяют для реакций с участием ионов, находящихся в водном растворе. В общем виде уравнение химической реакции обмена будет выглядеть следующим образом:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O (2)

Реакции обмена не являются окислительно-восстановительными. Частный случай этих реакций обмена -реакции нейтрализации (реакции взаимодействия кислот со щелочами) (2). Реакции обмена протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного вещества (3), осадка (4, 5) или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды (1, 2).

Классификация химических реакций по изменениям степеней окисления

В зависимости от изменения степеней окисления элементов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции все химические реакции подразделяются на окислительно-восстановительные (1, 2) и, протекающие без изменения степени окисления (3, 4).

2Mg + CO₂ = 2MgO + C (1)

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (восстановитель)

С 4+ + 4e = C 0 (окислитель)

Fe 2+ -e = Fe 3+ (восстановитель)

N 5+ +3e = N 2+ (окислитель)

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

В зависимости от того, выделяется ли или поглощается тепло (энергия) в ходе реакции, все химические реакции условно разделяют на экзо – (1, 2) и эндотермические (3), соответственно. Количество тепла (энергии), выделившееся или поглотившееся в ходе реакции называют тепловым эффектом реакции. Если в уравнении указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, то такие уравнения называются термохимическими.

2Mg + O₂ = 2MgO + 602, 5 кДж (2)

Классификация химических реакций по направлению протекания реакции

По направлению протекания реакции различают обратимые (химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ) и необратимые (химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ).

Для обратимых реакций уравнение в общем виде принято записывать следующим образом:

Примерами необратимых реакций может служить следующие реакции:

Свидетельством необратимости реакции может служить выделение в качестве продуктов реакции газообразного вещества, осадка или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды.

Классификация химических реакций по наличию катализатора

С этой точи зрения выделяют каталитические и некаталитические реакции.

Катализатором называют вещество, ускоряющее ход химической реакции. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называются каталитическими. Протекание некоторых реакций вообще невозможно без присутствия катализатора:

Нередко один из продуктов реакции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию (автокаталитические реакции):

Классификация химических реакций по разным признакам. Химия как часть естествознания изучает не только свойства веществ, но и их превращения, стремится использовать такие процессы для получения соединений с новыми, полезными для человека свойствами.

В основу классификации химических реакций могут быть положены самые разные признаки.

Имеются достаточно большие группы реакций, одни из которых не сопровождаются изменением состава вещества, а другие протекают с изменением состава вещества. Последняя группа химических реакций тоже делится по различным признакам: изменению числа, состава реагентов и продуктов реакции; выделению или поглощению теплоты; изменению степеней окисления атомов, образующих вещества, направлению процесса; использованию катализатора; агрегатному состоянию веществ. Рассмотрим все эти группы.

Реакции без изменения состава вещества. В неорганической химии к реакциям, в ходе которых не происходит изменения состава вещества, можно отнести процессы взаимопревращения различных аллотропных модификаций одного химического элемента.

Очень интересно, а в настоящее время и практически значимо, например, превращение одной аллотропной модификации углерода (графита) в другую (алмаз):

С (графит) С (алмаз).

Как вы уже знаете, обе аллотропные модификации углерода — и алмаз, и графит — имеют атомную кристаллическую решётку, но разной геометрии: у алмаза она объёмная тетраэдрическая, а у графита — плоскостная.

В истории химии яркий след оставила аллотропия фосфора. Процесс взаимопревращений его наиболее известных модификаций можно выразить схематически следующим образом:

Р (белый) Р (красный).

Фосфор красный имеет атомную кристаллическую решётку, а фосфор белый — молекулярную и соответственно формулу Р₄.

Рис. 66. Дж. Райт. Ал химик, открывающий фосфор. 1771

Ещё один пример. Покорители Южного полюса из экспедиции Р. Скотта не учли взаимопревращения аллотропных модификаций олова:

Sn (белое) Sn (серое).

Реакции соединения. Все типы реакций, о которых будет рассказано далее, сопровождаются изменением числа, состава реагентов и продуктов реакции. Начнём их изучение с реакции соединения.

Многообразие реакции соединения можно продемонстрировать на примере трёх этапов получения серной кислоты из серы:

а) оксида серы (IV):

б) оксид серы (VI):

в) серная кислота:

Рис. 67. Применение серной кислоты

Реакции разложения. Это следующий тип реакций, в ходе которых меняется число, состав реагентов и продуктов реакции.

Всё многообразие таких реакций можно рассмотреть на вариантах получения кислорода лабораторными способами:

а) разложение оксида ртути (II):

б) разложение пероксида водорода:

в) разложение перманганата калия:

Реакции замещения. Эти реакции протекают между простыми и сложными веществами.

Примером таких процессов могут служить реакции, характеризующие, например, свойства металлов:

а) взаимодействие щелочных и щёлочноземельных металлов с водой:

б) взаимодействие металлов с кислотами в растворе:

в) взаимодействие металлов с солями в растворе:

г) металлотермия, т. е. вытеснение более активными металлами менее активных из их оксидов:

Реакции обмена. И наконец, последний тип реакций из рассматриваемой группы. Реакции обмена протекают между двумя сложными веществами.

Если реакции обмена протекают в растворе, то они возможны только в том случае, когда в результате образуется осадок, газ или мало-диссоциирующее вещество (например, вода):

а) красивый золотисто-жёлтый осадок иодида свинца образуется в результате реакции обмена между растворами иодида натрия и нитрата свинца:

б) образование газа можно заметить, если в раствор соляной кислоты прилить раствор карбоната металла:

в) раствор обесцветится, так как произойдёт не просто реакция обмена, а реакция нейтрализации, если к раствору щёлочи добавить несколько капель фенолфталеина (окраска станет малиновой), а затем прилить кислоты до исчезновения цвета:

Экзотермические и эндотермические реакции. Следующая группа химических реакций, протекающих с изменением состава вещества, объединена по признаку выделения и поглощения теплоты, но в неё входят и некоторые типы реакций из предыдущей группы.

Как правило, почти все реакции соединения протекают с выделением теплоты.

Частным случаем экзотермических реакций являются реакции горения:

2Mg + О₂ = 2MgO + Q.

За небольшим исключением почти все реакции разложения являются эндотермическими. Например, обжиг известняка — эндотермическая реакция:

СаСО₃ СаО + CO₂ - Q.

Закрепим уже рассмотренные классификации химических реакций, для чего охарактеризуем реакцию синтеза оксида серы (IV):

соединения (из двух веществ образуется одно);
окислительно-восстановительная (атомы элементов изменили степени окисления);
обратимая (может протекать в двух противоположных направлениях);
каталитическая (происходит в присутствии катализатора);
экзотермическая (происходит с выделением энергии);
гомогенная (все вещества — газы).

В следующем параграфе речь пойдёт о скорости химических реакций, которая зависит от многих факторов, в том числе и от условий протекания реакций: температуры, присутствия катализатора.

Читайте также: