Хімічні властивості речовин виявляються у різноманітних хімічних реакціях.

Перетворення речовин, що супроводжуються зміною їх складу та (або) будови, називаються хімічними реакціями. Часто зустрічається і таке визначення: хімічною реакцієюназивається процес перетворення вихідних речовин (реагентів) на кінцеві речовини (продукти).

Хімічні реакції записуються за допомогою хімічних рівнянь та схем, що містять формули вихідних речовин та продуктів реакції. У хімічних рівняннях, на відміну від схем, число атомів кожного елемента однаково у лівій та правій частинах, що відображає закон збереження маси.

У лівій частині рівняння пишуться формули вихідних речовин (реагентів), у правій частині - речовин, які отримуються в результаті протікання хімічної реакції (продуктів реакції, кінцевих речовин). Знак рівності, що пов'язує ліву та праву частину, вказує, що загальна кількість атомів речовин, що беруть участь у реакції, залишається постійною. Це досягається розстановкою перед формулами цілих стехіометричних коефіцієнтів, що показують кількісні співвідношення між реагентами і продуктами реакції.

Хімічні рівняння можуть містити додаткові відомості про особливості перебігу реакції. Якщо хімічна реакція протікає під впливом зовнішніх впливів (температура, тиск, випромінювання і т.д.), це вказується відповідним символом, зазвичай над (або «під») знаком рівності.

Величезна кількість хімічних реакцій може бути згруповано в кілька типів реакцій, яким властиві певні ознаки.

В якості класифікаційних ознакможуть бути обрані такі:

1. Число та склад вихідних речовин та продуктів реакції.

2. Агрегатний стан реагентів та продуктів реакції.

3. Число фаз, у яких перебувають учасники реакції.

4. Природа частинок, що переносяться.

5. Можливість перебігу реакції у прямому та зворотному напрямку.

6. Знак теплового ефекту поділяє всі реакції на: екзотермічніреакції, що протікають з екзо-ефектом - виділення енергії у формі теплоти (Q>0, ∆H<0):

З +О 2 = СО 2 + Q

і ендотермічніреакції, що протікають з ендо-ефектом - поглинанням енергії у формі теплоти (Q<0, ∆H >0):

N 2 + О 2 = 2NО - Q.

Такі реакції відносять до термохімічним.

Розглянемо докладніше кожен із типів реакцій.

Класифікація за кількістю та складом реагентів та кінцевих речовин

1. Реакції з'єднання

При реакціях сполуки з кількох реагуючих речовин щодо простого складу виходить одна речовина складнішого складу:

Зазвичай, ці реакції супроводжуються виділенням тепла, тобто. приводять до утворення більш стійких і менш багатих на енергію сполук.

Реакції сполуки простих речовин завжди мають окислювально-відновний характер. Реакції сполуки, що протікають між складними речовинами, можуть відбуватися як без зміни валентності:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 ,

так і ставитися до окислювально-відновних:

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3 .

2. Реакції розкладання

Реакції розкладання призводять до утворення кількох сполук з однієї складної речовини:

А = В + З + D.

Продуктами розкладання складної речовини може бути як прості, і складні речовини.

З реакцій розкладання, що протікають без зміни валентних станів, слід зазначити розкладання кристалогідратів, основ, кислот і солей кисневмісних кислот:

	t o
4HNO 3	=	2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O.

2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2 ,
(NH 4)2Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Особливо характерними є окислювально-відновні реакції розкладання для солей азотної кислоти.

Реакції розкладання в органічній хімії звуться крекінгу :

18 H 38 = 9 H 18 + 9 H 20 ,

або дегідрування

C4H10 = C4H6 + 2H2.

3. Реакції заміщення

При реакціях заміщення зазвичай проста речовина взаємодіє зі складним, утворюючи іншу просту речовину та інше складне:

А + ВС = АВ + С.

Ці реакції в переважній більшості належать до окисно-відновних:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 Про 3 ,

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2

2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 .

Приклади реакцій заміщення, які супроводжуються зміною валентних станів атомів, вкрай нечисленні. Слід зазначити реакцію двоокису кремнію з солями кисневмісних кислот, яким відповідають газоподібні або леткі ангідриди:

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5 ,

Іноді ці реакції розглядають як реакції обміну:

СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl.

4. Реакції обміну

Реакціями обмінуназивають реакції між двома сполуками, які обмінюються між собою своїми складовими частинами:

АВ + СD = АD + СВ.

Якщо при реакціях заміщення протікають окислювально-відновні процеси, реакції обміну завжди відбуваються без зміни валентного стану атомів. Це найбільш поширена група реакцій між складними речовинами - оксидами, основами, кислотами та солями:

ZnO + Н 2 SО 4 = ZnSО 4 + Н 2 О,

AgNО 3 + КВr = АgВr + КNО 3

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 + ЗNаСl.

Окремий випадок цих реакцій обміну реакції нейтралізації:

НСl + КОН = КСl + Н2О.

Зазвичай ці реакції підпорядковуються законам хімічної рівноваги і протікають у тому напрямку, де хоча б одна з речовин видаляється зі сфери реакції у вигляді газоподібної, летючої речовини, осаду або малодисоціюючої (для розчинів) сполуки:

NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 Про + СО 2

Са(НСО 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 ↓ + 2Н 2 О,

СН 3 СООNа + Н 3 РВ 4 = СН 3 СООН + NаН 2 РВ 4 .

5. Реакції перенесення.

При реакціях перенесення атом або група атомів переходить від однієї структурної одиниці до іншої:

АВ + ВС = А + В 2 С,

А 2 + 2СВ 2 = АСВ 2 + АСВ 3 .

Наприклад:

2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4 ,

H2O+2NO2=HNO2+HNO3.

Класифікація реакцій за фазовими ознаками

Залежно від агрегатного стану реагуючих речовин розрізняють такі реакції:

1. Газові реакції

H 2 + Cl 2		2HCl.

2. Реакції у розчинах

NaОН(р-р) + НСl(p-p) = NaСl(p-p) + Н2О(ж)

3. Реакції між твердими речовинами

	t o
СаО(тв) +SiO 2 (тв)	=	СаSiO 3 (тв)

Класифікація реакцій за кількістю фаз.

Під фазою розуміють сукупність однорідних частин системи з однаковими фізичними та хімічними властивостями та відокремлених один від одного поверхнею розділу.

Все різноманіття реакцій з цього погляду можна розділити на два класи:

1.Гомогенні (однофазні) реакції.До них відносять реакції, що протікають у газовій фазі, і низку реакцій, що протікають у розчинах.

2.Гетерогенні (багатофазні) реакції.До них відносять реакції, у яких реагенти та продукти реакції знаходяться у різних фазах. Наприклад:

газорідкофазні реакції

CO 2 (г) + NaOH(p-p) = NaHCO 3 (p-p).

газотвердофазні реакції

СО 2 (г) + СаО(тв) = СаСО 3 (тв).

рідкотвердофазні реакції

Na 2 SO 4 (р-р) + Сl 3 (р-р) = SО 4 (тв)↓ + 2NaСl (p-p).

рідкогазотвердофазні реакції

Са(НСО 3) 2 (р-р) + Н 2 SО 4 (р-р) = СО 2 (r) + Н 2 О(ж) + СаSО 4 (тв)↓.

Класифікація реакцій за типом частинок, що переносяться.

1. Протолітичні реакції.

До протолітичним реакціямвідносять хімічні процеси, суть яких полягає у перенесенні протона від одних реагуючих речовин до інших.

В основі цієї класифікації лежить протолітична теорія кислот і основ, відповідно до якої кислотою вважають будь-яку речовину, що віддає протон, а основою - речовина, здатна приєднувати протон, наприклад:

До протолітичних реакцій відносять реакції нейтралізації та гідролізу.

2. Окисно-відновні реакції.

До таких відносять реакції, в яких речовини, що реагують, обмінюються електронами, змінюючи при цьому ступеня окислення атомів елементів, що входять до складу реагуючих речовин. Наприклад:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,

FeS 2 + 8HNO 3 (кінець) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O,

Переважна більшість хімічних реакцій відносяться до окислювально-відновних, вони відіграють виключно важливу роль.

3. Ліганднообмінні реакції.

До таких відносять реакції, в ході яких відбувається перенесення електронної пари з утворенням ковалентного зв'язку донорно-акцепторного механізму. Наприклад:

Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2 ,

Fe + 5CO = ,

Al(OH) 3 + NaOH = .

Характерною особливістю ліганднообмінних реакцій є те, що утворення нових сполук, які називають комплексними, відбувається без зміни ступеня окислення.

4. Реакція атомно-молекулярного обміну.

До даного типу реакцій відносяться багато з реакцій заміщення, що вивчаються в органічній хімії, що протікають по радикальному, електрофільному або нуклеофільному механізму.

Зворотні та незворотні хімічні реакції

Оборотними називають такі хімічні процеси, продукти яких здатні реагувати один з одним у тих же умовах, в яких вони отримані, з утворенням вихідних речовин.

Для оборотних реакцій рівняння прийнято записувати так:

Дві протилежно спрямовані стрілки вказують на те, що за тих самих умов одночасно протікає як пряма, так і зворотна реакція, наприклад:

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О.

Необоротними називають такі хімічні процеси, продукти яких здатні реагувати друг з одним з утворенням вихідних речовин. Прикладами незворотних реакцій може бути розкладання бертолетової солі при нагріванні:

2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2 ,

або окислення глюкози киснем повітря:

З 6 Н 12 Про 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О.

Хімічні реакції слід відрізняти від ядерних реакцій. В результаті хімічних реакцій загальна кількість атомів кожного хімічного елемента та його ізотопний склад не змінюються. Інша справа ядерні реакції - процеси перетворення атомних ядер в результаті їх взаємодії з іншими ядрами або елементарними частинками, наприклад перетворення алюмінію на магній:

27 13 Аl + 1 1 Н = 24 12 Мg + 4 2 Не

Класифікація хімічних реакцій багатопланова, тобто у її основу може бути покладено різні ознаки. Але під будь-якою з таких ознак можуть бути віднесені реакції між неорганічними, так і між органічними речовинами.

Розглянемо класифікацію хімічних реакцій за різними ознаками.

I. За кількістю та складом реагуючих речовин

Реакції без зміни складу речовин.

У неорганічній хімії до таких реакцій можна віднести процеси одержання алотропних модифікацій одного хімічного елемента, наприклад:

С (графіт) ↔ С (алмаз)
S (ромбічна) ↔ S (моноклінова)
Р (білий) ↔ Р (червоний)
Sn (біле олово) ↔ Sn (сіре олово)
3O 2 (кисень) ↔ 2O 3 (озон)

В органічній хімії до цього типу реакцій можуть бути віднесені реакції ізомеризації, які йдуть без зміни як якісного, а й кількісного складу молекул речовин, наприклад:

1. Ізомеризація алканів.

Реакція ізомеризації алканів має велике практичне значення, так як вуглеводні ізобудування мають меншу здатність до детонації.

2. Ізомеризація алкенів.

3. Ізомеризація алкінів (реакція А. Є. Фаворського).

CH 3 - CH 2 - С= - СН ↔ СН 3 - С= - С- СН 3

етилацетилен диметнлацетилен

4. Ізомеризація галогеналканів (А. Є. Фаворський, 1907).

5. Ізомеризація ціаніту амонію при нагріванні.

Вперше сечовина була синтезована Ф. Велером у 1828 р. ізомеризацією ціанату амонію при нагріванні.

Реакції, що йдуть зі зміною складу речовини

Можна виділити чотири типи таких реакцій: з'єднання, розкладання, заміщення та обміну.

1. Реакції сполуки - це такі реакції, при яких із двох і більше речовин утворюється одна складна речовина

У неорганічній хімії все різноманіття реакцій сполуки можна розглянути, наприклад, на прикладі реакцій одержання сірчаної кислоти із сірки:

1. Одержання оксиду сірки (IV):

S + O 2 = SO - із двох простих речовин утворюється одна складна.

2. Одержання оксиду сірки (VI):

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - із простої та складної речовин утворюється одна складна.

3. Одержання сірчаної кислоти:

SO 3 + Н 2 O = Н 2 SO 4 - із двох складних речовин утворюється одна складна.

Прикладом реакції сполуки, при якій одна складна речовина утворюється більш ніж з двох вихідних, може бути заключна стадія отримання азотної кислоти:

4NО 2 + O 2 + 2Н 2 O = 4НNO 3

В органічній хімії реакції сполуки прийнято називати реакціями приєднання. Все різноманіття таких реакцій можна розглянути на прикладі блоку реакцій, що характеризують властивості ненасичених речовин, наприклад етилену:

1. Реакція гідрування - приєднання водню:

CH 2 = CH 2 + Н 2 → Н 3 -СН 3

етен → етан

2. Реакція гідратації – приєднання води.

3. Реакція полімеризації.

2. Реакції розкладання - це такі реакції, у яких з однієї складної речовини утворюється кілька нових речовин.

У неорганічній хімії все різноманіття таких реакцій можна розглянути на блоці реакцій одержання кисню лабораторними способами:

1. Розкладання оксиду ртуті(II) - з однієї складної речовини утворюються дві прості.

2. Розкладання нітрату калію - з однієї складної речовини утворюються одна проста і одна складна.

3. Розкладання перманганату калію - з однієї складної речовини утворюються дві складні і одна проста, тобто три нові речовини.

В органічній хімії реакції розкладання можна розглянути на блоці реакцій отримання етилену в лабораторії та промисловості:

1. Реакція дегідратації (відщеплення води) етанолу:

З 2 H 5 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O

2. Реакція дегідрування (відщеплення водню) етану:

CH 3 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2

або СН 3 -СН 3 → 2С + ДТ 2

3. Реакція крекінгу (розщеплення) пропану:

CH 3 -СН 2 -СН 3 → СН 2 = СН 2 + СН 4

3. Реакції заміщення - це реакції, у яких атоми простої речовини заміщають атоми якогось елемента у складному речовині.

У неорганічній хімії прикладом таких процесів може бути блок реакцій, що характеризують властивості, наприклад, металів:

1. Взаємодія лужних або лужноземельних металів із водою:

2Na + 2Н 2 O = 2NаОН + Н 2

2. Взаємодія металів із кислотами в розчині:

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2

3. Взаємодія металів із солями в розчині:

Fе + СuSO 4 = FеSO 4 + Сu

4. Металотермія:

2Аl + Сr 2 O 3 → Аl 2 O 3 + 2Сr

Предметом вивчення органічної хімії є прості речовини, лише сполуки. Тому як приклад реакції заміщення наведемо найбільш характерну властивість граничних сполук, зокрема метану - здатність його атомів водню заміщатися на атоми галогену. Інший приклад - бромування ароматичного з'єднання (бензолу, толуолу, аніліну).

С 6 Н 6 + Вr 2 → С 6 Н 5 Вr + НВr

бензол → бромбензол

Звернімо увагу на особливість реакції заміщення в органічних речовин: у результаті таких реакцій утворюються не проста і складна речовина, як у неорганічній хімії, а дві складні речовини.

В органічній хімії до реакцій заміщення відносять деякі реакції між двома складними речовинами, наприклад нітрування бензолу. Вона є формально реакцією обміну. Те, що це реакція заміщення, стає зрозумілим лише під час розгляду її механізму.

4. Реакції обміну - це такі реакції, при яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами

Ці реакції характеризують властивості електролітів і в розчинах протікають за правилом Бертолле, тобто тільки в тому випадку, якщо в результаті утворюється осад, газ або речовина, що малодисоціює (наприклад, Н 2 O).

У неорганічній хімії це може бути блок реакцій, що характеризують, наприклад, властивості лугів:

1. Реакція нейтралізації, що йде з утворенням солі та води.

2. Реакція між лугом і сіллю, що йде з утворенням газу.

3. Реакція між лугом і сіллю, що йде з утворенням осаду:

СuSO 4 + 2КОН = Сu(ОН) 2 + До 2 SO 4

або в іонному вигляді:

Сu 2+ + 2OН - = Сu(ОН) 2

В органічній хімії можна розглянути блок реакцій, що характеризують, наприклад, властивості оцтової кислоти:

1. Реакція, що йде з утворенням слабкого електроліту - Н2O:

СН 3 СООН + NаОН → Nа(СН3СОО) + Н 2 O

2. Реакція, що йде з утворенням газу:

2СН 3 СООН + СаСО 3 → 2СН 3 СОО + Са 2+ + СО 2 + Н 2 O

3. Реакція, що йде з утворенням осаду:

2СН 3 СООН + К 2 SO 3 → 2К(СН 3 СОО) + Н 2 SO 3

2СН 3 СООН +SiO → 2СН 3 СОО + Н 2 SiO 3

ІІ. За зміною ступенів окиснення хімічних елементів, що утворюють речовини

За цією ознакою розрізняють такі реакції:

1. Реакції, що йдуть зі зміною ступенів окислення елементів, або окислювально-відновлювальні реакції.

До них відноситься безліч реакцій, у тому числі всі реакції заміщення, а також ті реакції з'єднання та розкладання, в яких бере участь хоча б одна проста речовина, наприклад:

1. Mg 0 + H + 2 SO 4 = Mg +2 SO 4 + H 2

2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2

Складні окиснювально-відновні реакції складаються за допомогою методу електронного балансу.

2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O

В органічній хімії яскравим прикладом окисно-відновних реакцій можуть бути властивості альдегідів.

1. Вони відновлюються у відповідні спирти:

Альдекіди окислюються у відповідні кислоти:

2. Реакції, що йдуть без зміни ступенів окиснення хімічних елементів.

До них, наприклад, відносяться всі реакції іонного обміну, а також багато реакцій сполуки, багато реакцій розкладання, реакції етерифікації:

НСООН + CHgOH = НСООСН 3 + H 2 O

ІІІ. По тепловому ефекту

По тепловому ефекту реакції ділять на екзотермічні та ендотермічні.

1. Екзотермічні реакції протікають із виділенням енергії.

До них відносяться майже всі реакції сполуки. Рідкісний виняток становлять ендотермічні реакції синтезу оксиду азоту(II) з азоту та кисню та реакція газоподібного водню з твердим йодом.

Екзотермічні реакції, що протікають із виділенням світла, відносять до реакцій горіння. Гідрування етилену – приклад екзотермічної реакції. Вона йде за кімнатної температури.

2. Ендотермічні реакції протікають із поглинанням енергії.

Очевидно, що до них відноситимуться майже всі реакції розкладання, наприклад:

1. Випалення вапняку

2. Крекінг бутану

Кількість виділеної або поглиненої в результаті реакції енергії називають тепловим ефектом реакції, а рівняння хімічної реакції із зазначенням цього ефекту називають термохімічним рівнянням:

Н 2(г) + З 12(г) = 2НС 1(г) + 92,3 кДж

N 2(г) + O 2(г) = 2NO(г) - 90,4 кДж

IV. За агрегатним станом реагуючих речовин (фазового складу)

За агрегатним станом реагуючих речовин розрізняють:

1. Гетерогенні реакції - реакції, в яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться у різних агрегатних станах (у різних фазах).

2. Гомогенні реакції - реакції, в яких реагуючі речовини та продукти реакції знаходяться в одному агрегатному стані (в одній фазі).

V. За участю каталізатора

За участю каталізатора розрізняють:

1. Некаталітичні реакції, що йдуть без участі каталізатора.

2. Каталітичні реакції, що йдуть за участю каталізатора. Оскільки всі біохімічні реакції, які у клітинах живих організмів, йдуть з участю особливих біологічних каталізаторів білкової природи - ферментів, всі вони ставляться до каталітичних чи, точніше, ферментативним. Слід зазначити, що понад 70% хімічних виробництв використовують каталізатори.

VI. У напрямку

У напрямку розрізняють:

1. Необоротні реакції протікають у умовах лише одному напрямі. До них можна віднести всі реакції обміну, що супроводжуються утворенням осаду, газу або малодисоціюючої речовини (води) та всі реакції горіння.

2. Оборотні реакції в даних умовах протікають одночасно у двох протилежних напрямках. Таких реакцій переважна більшість.

В органічній хімії ознака оборотності відображають назви – антоніми процесів:

Гідрування - дегідрування,

Гідратація - дегідратація,

Полімеризація – деполімеризація.

Зворотні всі реакції етерифікації (протилежний процес, як ви знаєте, має назву гідролізу) і гідролізу білків, складних ефірів, вуглеводів, полінуклеотидів. Оборотність цих процесів є основою найважливішого властивості живого організму - обміну речовин.

VII. За механізмом перебігу розрізняють:

1. Радикальні реакції йдуть між утворюються в ході реакції радикалами та молекулами.

Як ви вже знаєте, при всіх реакціях відбувається розрив старих та утворення нових хімічних зв'язків. Спосіб розриву зв'язку у молекулах вихідної речовини визначає механізм (шлях) реакції. Якщо речовина утворена за рахунок ковалентного зв'язку, то можуть бути два способи розриву зв'язку: гемолітичний і гетеролітичний. Наприклад, для молекул Сl 2 СН 4 і т. д. реалізується гемолітичний розрив зв'язків, він призведе до утворення частинок з неспареними електронами, тобто вільних радикалів.

Радикали найчастіше утворюються, коли розриваються зв'язки, при яких загальні електронні пари розподілені між атомами приблизно однаково (неполярний ковалентний зв'язок), проте багато полярних зв'язків також можуть розриватися подібним чином, зокрема тоді, коли реакція проходить в газовій фазі і під дією світла , як, наприклад, у разі розглянутих вище процесів - взаємодії 12 і СН 4 - . Радикали дуже реакційноздатні, оскільки прагнуть завершити свій електронний шар, забравши електрон в іншого атома чи молекули. Наприклад, коли радикал хлору стикається з молекулою водню, він викликає розрив загальної електронної пари, що зв'язує атоми водню, і утворює ковалентний зв'язок з одним з атомів водню. Другий атом водню, ставши радикалом, утворює загальну електронну пару з неспареним електроном атома хлору з молекули Сl 2 , що руйнується, в результаті чого виникає радикал хлору, який атакує нову молекулу водню і т. д.

Реакції, які є ланцюгом послідовних перетворень, називають ланцюговими реакціями. За розробку теорії ланцюгових реакцій два видатних хіміка - наш співвітчизник Н. Н. Семенов та англієць С. А. Хіншелвуд були удостоєні Нобелівської премії.
Аналогічно протікає і реакція заміщення між хлором та метаном:

За радикальним механізмом протікають більшість реакцій горіння органічних та неорганічних речовин, синтез води, аміаку, полімеризація етилену, вінілхлориду та ін.

2. Іонні реакції йдуть між вже наявними або такими, що утворюються в ході реакції іонами.

Типові іонні реакції – це взаємодія між електролітами у розчині. Іони утворюються як при дисоціації електролітів у розчинах, а й під впливом електричних розрядів, нагрівання чи випромінювань. γ-Промені, наприклад, перетворюють молекули води та метану на молекулярні іони.

За іншим іонним механізмом відбуваються реакції приєднання до алкенів галогеноводородів, водню, галогенів, окислення та дегідратація спиртів, заміщення спиртового гідроксилу на галоген; реакції, що характеризують властивості альдегідів та кислот. Іони у разі утворюються при гетеролітичному розриві ковалентних полярних зв'язків.

VIII. За видом енергії,

ініціює реакцію, розрізняють:

1. Фотохімічні реакції. Їх ініціює світлова енергія. Крім розглянутих вище фотохімічних процесів синтезу НСl або реакції метану з хлором, до них можна віднести одержання озону у тропосфері як вторинного забруднювача атмосфери. У ролі первинного у разі виступає оксид азоту(IV), який під впливом світла утворює радикали кисню. Ці радикали взаємодіють із молекулами кисню, у результаті виходить озон.

Утворення озону йде весь час, поки достатньо світла, тому що NO може взаємодіяти з молекулами кисню з утворенням того ж NO 2 . Накопичення озону та інших вторинних забруднювачів атмосфери може призвести до появи фотохімічного смогу.

До цього виду реакцій належить і найважливіший процес, що протікає в рослинних клітинах - фотосинтез, назва якого говорить сама за себе.

2. Радіаційні реакції. Вони ініціюються випромінюваннями великої енергії - рентгенівськими променями, ядерними випромінюваннями (γ-променями, а-частинками - Не 2+ та ін.). За допомогою радіаційних реакцій проводять дуже швидку радіополімеризацію, радіоліз (радіаційне розкладання) і т.д.

Наприклад, замість двостадійного одержання фенолу з бензолу, його можна отримувати взаємодією бензолу з водою під дією радіаційних випромінювань. При цьому з молекул води утворюються радикали [ON] і [H], з якими і реагує бензол з утворенням фенолу:

З 6 Н 6 + 2[ВІН] → З 6 Н 5 ВІН + Н 2 O

Вулканізація каучуку може бути проведена без сірки з використанням радіовулканізації, і отримана гума буде нітрохи не гіршою за традиційну.

3. Електрохімічні реакції. Їх ініціює електричний струм. Крім добре відомих вам реакцій електролізу вкажемо також реакції електросинтезу, наприклад реакції промислового отримання неорганічних окислювачів

4. Термохімічні реакції. Їх ініціює теплова енергія. До них відносяться всі ендотермічні реакції та безліч екзотермічних реакцій, для початку яких необхідна початкова подача теплоти, тобто ініціювання процесу.

Розглянута вище класифікація хімічних реакцій відбито схемою.

Класифікація хімічних реакцій, як та інші класифікації, умовна. Вчені домовилися розділити реакцію певні типи за виділеними ними ознаками. Але більшість хімічних перетворень можна зарахувати до різних типів. Наприклад, складемо характеристику процесу синтезу аміаку.

Це реакція сполуки, окислювально-відновна, екзотермічна, оборотна, каталітична, гетерогенна (точніше, гетерогенно-каталітична), що протікає із зменшенням тиску в системі. Для успішного управління процесом необхідно враховувати усі наведені відомості. Конкретна хімічна реакція завжди багатоякісна, її характеризують різні ознаки.

Департамент освіти Іванівської області

Обласна державна бюджетна професійна освітня установа

Південний технологічний коледж

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

ВІДКРИТОГО УРОКУ З ХІМІЇ

На тему:

« Класифікація хімічних реакцій»

Викладач: Вдовін Ю.А.

Курс:I

Група: 39-40

Південь – 2017 р.

Тема урока:	Класифікація хімічних реакцій
Цілі уроку:	Розширити та поглибити знання про хімічні реакції, порівняти їх з іншими видами явищ. Навчитися виділяти суттєві ознаки, які можуть бути покладені в основу класифікації хімічних реакцій. Розглянути класифікацію хімічних реакцій за різними ознаками.
Завдання уроку:	1. Освітня - систематизувати, узагальнити та поглибити знання учнів про хімічні реакції та їх класифікацію, розвинути навички самостійної роботи, уміння записувати рівняння реакцій та розставляти коефіцієнти, вказувати типи реакцій, робити висновки та узагальнення. 2. Розвиваюча - розвинути культуру мови із застосуванням хімічних термінів та формул, розвиток пізнавальних здібностей, мислення, уваги. 3. Виховна – виховання самостійності, посидючості, уважності, толерантності.
Тип уроку:	Комбінований
Обладнання та реактиви:	Реактиви: Нітрат амонію, гідроксид натрію, гідроксид амонію, сульфат міді (II), карбонат натрію, соляна кислота, гексаціаноферрат (III) калію, хлорид заліза (III), перманганат калію, сірчана кислота, етанол. Обладнання: Пробірки, склянки з розчинами, піпетки, штативи, чашка Петрі, порцелянова чашка для випарювання, скляна паличка, вата, металеве деко.
Методи навчання	Словесні (розмова, пояснення) Методи проблемного навчання; лабораторний досвід.
Форми роботи:	індивідуальне, фронтальне.

План уроку:

Хід уроку:

1. Організаційний момент (1 хв)

А) Вітання;

Б) Техніка безпеки;

2. Мотивація (2 хв)

Вступне слово:

У навколишньому світі протікає величезна кількість реакцій. Ось ми просто сидимо, стоїмо, йдемо кудись, а в кожній клітинці нашого тіла кожну секунду відбуваються десятки і сотні тисяч перетворень одних речовин на інші.

Майже не поступається живому організму та нежива матерія. Десь зараз, саме в даний момент, відбувається хімічний кругообіг: одні молекули зникають, інші виникають, і ці процеси ніколи не зупиняються.

Якби відразу всі вони припинилися, то світ став би безмовним. Як утримати в пам'яті різноманіття хімічних процесів, як практично орієнтуватися в них? Як біологам вдається орієнтуватися у різноманітті живих організмів? (Створення проблемної ситуації).

Передбачувана відповідь: У будь-якій науці застосовується прийом класифікації, що дозволяє за загальними ознаками розділити безліч об'єктів на групи.

Сформулюємо тему: Класифікація хімічних реакцій.

Будь-який урок має переслідувати цілі.

Сформулюємо цілі сьогоднішнього уроку?

Що ми маємо розглянути?

Чого варто навчитися?

Розглянути можливі класифікації хімічних реакцій.

Навчитися виділяти ознаки, якими проводиться класифікація реакцій.

А у чому користь класифікації хімічних реакцій?

Передбачувана відповідь:Вона допомагає узагальнити, структурувати знання про хімічні процеси, виділити щось спільне і передбачити на основі наявних знань щось ще невідоме, але схоже з відомим.

А де знання класифікації хімічних реакцій може бути використане у вашій практиці?

Передбачувана відповідь:деякі класи хімічних реакцій можуть бути корисними нам у практичній діяльності. Наприклад, на окислювально-відновних процесах засноване таке важливе для вас явище, як гальванотехніка. Думаю, поняття «Гальванічні елементи» вам дуже знайомі!

Крім того, знання класу хімічної реакції того чи іншого процесу може допомогти у керуванні цим процесом.

3. Актуалізація знань (6 хв)

А) Завдання з картками на відміну фізичних процесів від хімічних реакцій (2 хв).

Завдання виконується студентом на магнітній дошці та паралельно групою з презентацією.

Вдивіться у ці відомі всім вам явища. Розділіть їх на групи. Вкажіть назву груп і дайте визначення кожній групі.

Б) Повторення техніки безпеки

Проведення лабораторних дослідів (3 хв)

А як можна дізнатися, що ми маємо хімічну реакцію?

Передбачувана відповідь №1: за критеріями.

Передбачувана відповідь №2: Щодо випадання осаду, виділення газу тощо.

А тепер я пропоную Вам поринути в атмосферу емпіризму та побути експериментаторами. Перед Вами стоять пробірки та склянки з реактивами. У робочому полі, у завданні №2 вказані методики досвіду. Виконайте ці досліди. Результати ваших експериментів занесіть до таблиці «Ознаки перебігу хімічних реакцій».

	Ознака перебігу	Схема реакції
	Поява запаху
	Випадання осаду
	Розчинення осаду
	Виділення газу
	Зміна кольору
	Випромінювання світла
	Виділення або поглинання тепла

4 . Вивчення нового матеріалу (15 хв)

Ми побачили, що хімічні реакції найчастіше супроводжуються ефектами. Деякі подібні ефекти беруться за основу різних типів класифікації.

Так, хімічні реакції класифікуються за різними типами, тому ту саму хімічну реакцію можна розглядати і класифікувати по-різному.

А) Класифікація за кількістю та складом реагентів та їх продуктів:

З'єднання

Розкладання

Заміщення

На одному слайді подано приклади хімічних реакцій.

Діти порівнюють рівняння реакцій і формулюють визначення класів на основі даного порівняльного аналізу. Аналогічно відбувається з іншими типами.

Б) За тепловим ефектом

Екзотермічні

Ендотермічні

В) За зміною ступеня окиснення

Окисно-відновні

Без зміни ступеня окиснення

Г) За фазовим складом

Гомогенні

Гетерогенні

Д) По використанню каталізатора

Каталітичні

Некаталітичні

Е) У напрямку:

Оборотні

Не оборотні

5. Застосування та закріплення знань (15 хв)

А тепер настав час застосувати наші знання.

Діти виконують завдання 3-5 робочого поля.

3. Напроти кожного терміна, що відноситься до класу хімічних реакцій, вклейте потрібне визначення.

Реакції з'єднання	Реакції, внаслідок яких із двох і більше речовин утворюється одна складна речовина
Реакції розкладання	Реакції, у яких зі складного речовини утворюється кілька нових речовин.
Реакції заміщення	Реакції, внаслідок яких атоми простої речовини замінюють атоми одного з елементів у складній речовині.
Реакції обміну	Реакції, у яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами.
Екзотермічні реакції	Реакції, що протікають із виділенням теплоти.
Ендотермічні реакції	Реакції, що протікають із поглинанням теплоти.
Каталітичні реакції	Реакції, що йдуть за участю каталізатора.
Некаталітичні реакції	Реакції без каталізатора.
Окисно-відновні	Реакції, що протікають із зміною ступенів окиснення елементів, що утворюють речовини, що беруть участь у реакції.
Оборотні реакції	Хімічні реакції, які протікають одночасно у двох протилежних напрямках - прямому та зворотному.
Необоротні реакції	Хімічні реакції, у яких вихідні речовини практично повністю перетворюються на кінцеві продукти.
Гомогенні реакції	Реакції, які протікають в однорідному середовищі, наприклад, у суміші газів або в розчинах.
Гетерогенні реакції	Реакції, що протікають між речовинами у неоднорідному середовищі.

Перевірка роботи відбувається за слайдом презентації.

4. Співвіднесіть хімічні реакції з їх класом:

Реакції з'єднання
Реакції розкладання
Реакції заміщення
Реакції обміну
Екзотермічні реакції

Хімічні реакції (хімічні явища)- Це процеси, в результаті яких з одних речовин утворюються інші, що відрізняються від вихідних за складом або будовою. При протіканні хімічних реакцій немає зміни числа атомів тієї чи іншої елемента, взаємоперетворення ізотопів.

Класифікація хімічних реакцій багатопланова, в її основу можуть бути покладені різні ознаки: число та склад реагентів та продуктів реакції, тепловий ефект, оборотність та ін.

I. Класифікація реакцій за кількістю та складом реагуючих речовин

А. Реакцій, що протікають без зміни якісного складу речовини . Це численні алотропні перетворення простих речовин (наприклад, кисень ↔ озон (3О 2 ↔2О 3), біле олово ↔ сіре олово); перехід при зміні температури деяких твердих речовин з одного кристалічного стану до іншого – поліморфні перетворення(наприклад, червоні кристали іодиду ртуті (II) при нагріванні перетворюються на речовину жовтого кольору того ж складу, при охолодженні протікає зворотний процес); реакції ізомеризації (наприклад, NH 4 OCN↔ (NH 2) 2 CO) та ін.

Б. Реакції, що протікають із зміною складу реагуючих речовин.

Реакції з'єднання- Це реакції, при яких з двох або більше вихідних речовин утворюється одна нова складна речовина. Вихідні речовини можуть бути як простими, так і складними, наприклад:

4Р + 5О 2 = 2Р 2 Про 5; 4NO 2 + О 2 + 2Н 2 О = 4HNO 3; СаО+ Н 2 О =Са(ОН) 2 .

Реакції розкладання- Це реакції, при яких з однієї вихідної складної речовини утворюється дві або більше нових речовин. Речовини, що утворюються в реакціях такого типу, можуть бути як простими, так і складними, наприклад:

2HI = Н 2 + I 2; СаCO 3 = СаО + CO 2; (CuOH) 2 CO 3 = CuO + H 2 O + CO 2 .

Реакції заміщення- Це процеси, в яких атоми простої речовини заміщають атоми якогось елемента в складній речовині. Оскільки в реакціях заміщення як один з реагентів обов'язково бере участь проста речовина, практично всі перетворення такого типу є окислювально-відновними, наприклад:

Zn + H 2 SO 4 = H 2 + ZnSO 4; 2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 ; H2S+Br2=2HBr+S.

Реакції обміну- Це реакції, при яких дві складні речовини обмінюються своїми складовими частинами. Реакції обміну можуть протікати безпосередньо між двома реагентами без участі розчинника, наприклад:H 2 SO 4 + 2КОН =K 2 SO 4 + 2Н 2 О;SiО 2 (тв) + 4HF(г)=SiF 4 + 2Н 2 О.

Реакції обміну, які у розчинах електролітів, називають реакціями іонного обміну. Такі реакції можливі лише в тому випадку, якщо одна з речовин, що утворюються є слабким електролітом, виділяється зі сфери реакції у вигляді газу або важкорозчинної речовини (правило Бертолле):

AgNO 3 +HCl=AgCl↓ +HNO 3 або Ag + +Cl - =AgCl↓;

NH 4 Cl+ КОН =KCl+NH 3 +H 2 O, або NH 4 + +OH - =H 2 O+NH 3 ;

NaOH+HCl=NaCl+H 2 O, або Н + +OH - =H 2 O.

ІІ. Класифікація реакцій з теплового ефекту

А. Реакції, що протікають із виділенням теплової енергії –екзотермічні реакції (+ Q).

Б. Реакції, що протікають із поглинанням теплоти –ендотермічні реакції (-Q).

Тепловим ефектомреакції називають кількість теплоти, що виділяється чи поглинається внаслідок хімічної реакції. Рівняння реакції, в якому зазначено її тепловий ефект, називають термохімічним.Значення теплового ефекту реакції зручно наводити з розрахунку на 1 моль одного з учасників реакції, тому в термохімічних рівняннях часто можна зустріти дробові коефіцієнти:

1/2N 2 (г) + 3/2Н 2 (г) = NH 3 (г) + 46,2 кДж/моль.

Екзотермічними є всі реакції горіння, переважна більшість реакцій окислення та сполуки. Реакції розкладання, зазвичай, вимагають витрат енергії.

лекція 2.

Хімічні реакції. Класифікація хімічних реакцій

Окисно-відновні реакції

Речовини, взаємодіючи один з одним, піддаються різним змінам і перетворенням. Наприклад, вугілля, згоряючи, утворює вуглекислий газ. Берилій, взаємодіючи з киснем повітря перетворюється на оксид берилію.

Явища, при яких одні речовини перетворюються на інші, що відрізняються від вихідних складом і властивостями і при цьому немає зміни складу ядер атомів називаються хімічними . Окислення заліза, горіння, одержання металів із руд – усе це хімічні явища.

Слід розрізняти хімічні та фізичні явища.

При фізичних явищах змінюється форма чи фізичний стан речовини чи утворюються нові речовини з допомогою зміни складу ядер атомів. Наприклад, при взаємодії газоподібного аміаку з рідким азотом, аміак переходить спочатку в рідкий, а потім у твердий стан. Не хімічне, а фізичне явище, т.к. склад речовини не змінюється. Деякі явища, що призводять до освіти. Нові речовини належать до фізичних. Такі, наприклад, ядерні реакції в результаті яких з ядер одних елементів утворюються атоми інших.

фізичні явища, т.к. та хімічні широко поширені: протікання електричного струму по металевому провіднику, кування та плавання металу, виділення теплоти, перетворення води на лід чи пару. І т.д.

Хімічні явища завжди супроводжуються фізичними. Наприклад, при згорянні магнію виділяється теплота і світло, в гальванічному елементі внаслідок хімічної реакції виникає електричний струм.

Відповідно до атомно-молекулярного вчення і закону збереження маси речовини з атомів речовин, що вступили в реакцію, утворюються нові речовини як прості так і складні, причому загальна кількість атомів кожного елемента завжди залишається постійним.

Хімічні явища виникають завдяки перебігу хімічних реакцій.

Хімічні реакції класифікують за різними ознаками.

1. За ознакою виділення чи поглинання теплоти. Реакції, що протікають із виділенням теплоти, називаються екзотермічними. Наприклад, реакція утворення хлористого водню з водню та хлору:

Н 2 +СI 2 =2HCI+184,6 кДж

Реакції, що протікають із поглинанням теплоти з навколишнього середовища, називаються ендотермічними. Наприклад, реакція утворення оксиду азоту (II) з азоту та кисню, яка протікає за високої температури:

N 2 +O 2 =2NO - 180,8кДж

Кількість виділеної або поглиненої в результаті реакції теплоти називають тепловим ефектом реакції. Розділ хімії, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій, називається термохімією. Про це ми докладно поговоримо щодо розділу «Енергетика хімічних реакцій».

2. За ознакою зміни числа вихідних та кінцевих речовин реакції поділяють на такі типи: з'єднання, розкладання та обміну .

Реакції в результаті яких з двох або декількох речовин утворюється одна нова речовина називаються реакціями сполуки :

Наприклад, взаємодія хлористого водню з аміаком:

HCI + NH 3 = NH 4 CI

Або горіння магнію:

2Mg + O2 = 2MgO

Реакції в результаті яких з однієї речовини утворюється кілька нових речовин, що називаються реакціями розкладання .

Наприклад реакція розкладання йодиду водню

2HI = H 2 + I 2

Або розкладання перманганату калію:

2KmnO 4 = K2mnO 4 + mnO 2 + O 2

Реакції між простими та складними речовинами, в результаті яких атоми простої речовини замінюють атоми одного з елементів складної речовини, називаються реакціями заміщення.

Наприклад, заміщення свинцю цинком у нітраті свинцю (II):

Pb(NO 3) 2 + Zn = Zn(NO 3) 2 + Pb

Або витіснення брому хлором:

2NaBr + CI 2 = 2NaCI + Br 2

Реакції в результаті яких дві речовини обмінюються своїми складовими частинами, утворюючи дві нові речовини реакціями обміну . Наприклад, взаємодія оксиду алюмінію із сірчаною кислотою:

AI2O3 + 3H3SO4 = AI2(SO4)3 + 3H3O

Або взаємодія хлориду кальцію з нітратом срібла:

CaCI 2 + AgNO 3 = Ca(NO 3) 2 + AgCI

3. За ознакою оборотності реакції поділяються на оборотні та незворотні.

4. За ознакою зміни ступеня окиснення атомів, що входять до складу реагуючих речовин, розрізняють реакції, що протікають без зміни ступеня окиснення атомів і окислювально-відновні (зі зміною ступеня окиснення атомів).

Окисно-відновні реакції. Найважливіші окислювачі та відновники. Методи підбору коефіцієнтів у реакціях

окислення-відновлення

Усі хімічні реакції можна поділити на два типи. До першого типу відносяться реакції, що протікають без зміни ступенів окислення атомів, що входять до складу реагуючих речовин.

Наприклад

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H3O

BaCI 2 + K 2 SO4 = BaSO 4 + 2KCI

До другого типу відносяться хімічні реакції, що протікають із зміною ступенів окислення всіх або деяких елементів:

2KCIO 3 = 2KICI+3O2

2KBr+CI2=Br 2 +2KCI

Тут у першій реакції атоми хлору та кисню змінюють ступінь окислення, а у другій атоми брому та хлору.

Реакції, що протікають зі зміною ступеня окислення атомів, що входять до складу реагуючих речовин, називаються окислювально-відновними.

Зміна ступеня окиснення пов'язане з відтягуванням чи переміщенням електронів.

Основні положення теорії окисно-відновних

реакцій:

1. Окисленням називається процес віддачі електронів атомом, молекулою чи іоном.

AI - 3e - = AI 3 + H 2 - 2e - = 2H +

2. Відновлення називається процес приєднання електронів атомом, молекулою або іоном.

S + 2e - = S 2-CI 2 +2e - = 2CI -

3.Атоми, молекули або іони, що віддають електрони, називаються відновниками. Під час реакції вони окислюються

4.Атоми, молекули або іони, що приєднують електрони, називаються окислювачами. Під час реакції вони відновлюються.

Окислення завжди супроводжується відновленням і навпаки відновлення завжди пов'язане з окисленням, що можна виразити рівнянням:

Відновник - e - = Окислювач

Окислювач + e - = Відновник

Тому окислювально-відновні реакції є єдністю двох протилежних процесів окислення і відновлення.

Число електронів, що віддаються відновником, завжди дорівнює числу електронів, що приєднуються окислювачем.

Відновлювачі і окислювачі може бути як простими речовинами, тобто. що складаються з одного елемента або складними. Типовими відновниками є атоми на зовнішньому енергетичному рівні яких від одного до трьох електронів. До цієї групи належать метали. Відновлювальні властивості можуть виявляти і неметали, наприклад, водень, вуглець, бір та ін.

У хімічних реакціях вони віддають електрони за схемою:

Е – ne – = Е n+

У період з підвищенням порядкового номера елемента відновлювальні властивості простих речовин знижуються а окисні зростають і стають максимальними у галогенів. Наприклад, у третьому періоді натрій найактивніший відновник, а хлор – окислювач.

У елементів основних підгруп посилюються відновлювальні властивості з підвищенням порядкового номера і слабшають окисні. Елементи основних підгруп 4 - 7 груп (неметали) можуть як віддавати, і приймати електрони, тобто. виявляти відновлювальні та окисні властивості. Виняток – фтор, який виявляє лише окислювальні властивості, т.к. має найбільшу електронегативність. Елементи побічних підгруп мають металевий характер, т.к. на зовнішньому рівні їх атомів міститься 1-2 електрони. Тому їх звичайні речовини є відновниками.

Окисні або відновлювальні властивості складних речовин залежать від ступеня окиснення атома цього елемента.

Наприклад, KMnO 4 , MnO 2 , MnSO 4 ,

У першому з'єднанні марганець має максимальну міру окислення і не може більше її підвищувати, отже він може бути лише окислювачем.

У третьому з'єднанні у марганцю мінімальний ступінь окислення, може бути лише відновником.

Найважливіші відновники : метали, водень, вугілля, монооксид вуглецю, сірководень, хлорид двовалентного олова, азотиста кислота, альдегіди, спирти, глюкоза, мурашина та щавлева кислоти, соляна кислота, катод при елетролізі.

Найважливіші окислювачі : галогени, перманганат калію, біхромат, кисень, озон, пероксид водню, азотна, сірчана, селенова кислоти, гіпохлорити, перхлорати, хлорати, црська горілка, суміш концентрованих азотної та плавикової кислот, анод при електролізі.

Складання рівнянь окисно-відновних реакцій

1.Метод електронного балансу. У цьому методі порівнюють ступеня окислення атомів у вихідних і кінцевих речовинах, керуючись правилом число електронів відданих відновником дорівнює числу електронів, приєднаних окислювачем. Для складання рівняння необхідно знати формули реагуючих речовин та продуктів реакції. Останні визначаються або з урахуванням відомих властивостей елементів або дослідним шляхом.

Мідь, утворюючи іон міді віддає два електрони, її ступінь окислення зростає від 0 до +2. Іон паладію приєднуючи два електрони змінює ступінь окислення від +2 до 0. Отже нітрат паладію - окислювач.

Якщо встановлено як вихідні речовини, і продукти їх взаємодії, то написання рівняння реакції зводиться, зазвичай, до знаходження і розміщення коефіцієнтів. p align="justify"> Коефіцієнти визначають методом електронного балансу за допомогою електронних рівнянь. Обчислюємо, як змінюють свій ступінь окислення відновник та окислювач, і відображаємо це в електронних рівняннях:

Сu 0 -2e - = Сu 2+ 1

Pd +2 +2e - =Pd 0 1

З наведених електронних рівнянь видно, що з відновнику і окислювачі коефіцієнти рівні 1.

Остаточне рівняння реакції:

Cu + Pd (NO 3) 2 = Cu (NO 3) 2 + Pd

Для перевірки правильності складеного рівняння підраховуємо число атомів у правій та лівій частині рівняння. Останнім перевіряємо за киснем.

відновної реакції, що йде за схемою:

KМnO 4 + H 3 PO 3 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + H 3 PO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Рішення Якщо за умови завдання дано як вихідні речовини, і продукти їх взаємодії, то написання рівняння реакції зводиться, зазвичай, до знаходження і розміщення коефіцієнтів. p align="justify"> Коефіцієнти визначають методом електронного балансу за допомогою електронних рівнянь. Обчислюємо, як змінюють свій ступінь окислення відновник та окислювач, і відображаємо це в електронних рівняннях:

відновник 5 │ Р 3+ - 2ē ═ Р 5+ процес окислення

окислювач 2 │Mn +7 + 5 ē ═ Mn 2+ процес відновлення

Загальна кількість електронів, відданих відновленням, повинна дорівнювати числу електронів, яке приєднує окислювач. Загальне найменше кратне для відданих та прийнятих електронів 10. Розділивши це число на 5, отримуємо коефіцієнт 2 для окислювача та продукту його відновлення. Коефіцієнти перед речовинами, атоми яких змінюють свій ступінь окислення, знаходять підбором. Рівняння реакції матиме вигляд

2KМnO 4 + 5H 3 PO 3 + 3H 2 SO 4 ═ 2MnSO 4 + 5H 3 PO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.

Метод напівреакцій чи іонно-електронний метод. Як показує сама назва, цей метод заснований на складанні іонних рівнянь для процесу окислення та процесу відновлення.

При пропущенні сірководню через підкислений розчин перманганату калію малинове забарвлення зникає і каламутніє розчин.

Досвід показує, що помутніння розчину відбувається в результаті утворення сірки:

Н 2 S  S + 2H +

Ця схема зрівняна за кількістю атомів. Для зрівнювання за кількістю зарядів треба від лівої частини відібрати два електрони після чого можна стрілку замінити на знак рівності

Н 2 S - 2е - = S + 2H +

Це перша напівреакція – процес окислення відновника сірководню.

Знебарвлення розчину пов'язане з переходом MnO 4 - (малінова забарвлення) в Mn 2+ (слабко рожеве забарвлення). Це можна виразити схемою

MnO 4 – Mn 2+

У кислому розчині кисень, що входить до складу MnO 4 - разом з іонами водню зрештою утворює воду. Тому процес переходу записуємо так

MnO 4 – +8Н + Mn 2+ + 4Н 2 О

Щоб стрілку замінити на знак рівності, треба зрівняти і заряди. Оскільки вихідні речовини мають сім позитивних зарядів, то а кінцеві два позитивні заряди, то для виконання умов рівності треба до лівої частини схеми додати п'ять електронів

MnO 4 – +8Н + +5е – Mn 2+ + 4Н 2 О

Це напівреакція – відновлення окислювача, тобто. перманганат-іона.

Для складання загального рівняння реакції треба рівняння напівреакцій почленно скласти, попередньо, зрівнявши числа відданих та отриманих електронів. У цьому випадку за правилом знаходження найменшого кратного визначають відповідні множники на які множать рівняння підлогу

Н 2 S - 2е - = S + 2H + 5

MnO 4 – +8Н + +5е – Mn 2+ + 4Н 2 Про 2

5Н 2 S +2MnO 4 – +16Н + = 5S+10H + + 2Mn 2+ + 8Н 2 О

Після скорочення на 10H+ отримуємо

5Н 2 S +2MnO 4 – +6Н + = 5S + 2Mn 2+ + 8Н 2 Про або у молекулярній формі

2к + + 3SO 4 2- = 2к + + 3SO 4 2-

5Н 2 S +2KMnO 4 +3Н 2 SO 4 = 5S + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 +8Н 2 О

Порівняємо обидва методи. Достоїнство метод напівреакцій проти методом електронного балансу у тому, що у ньому застосовуються не гіпотетичні іони, а реально існуючі. Насправді в розчині немає іонів Mn+7, Cr+6, S+6, S+4; MnO 4– , Cr 2 O 7 2– , CrO 4 2– , SO 4 2– . При методі напівреакцій не потрібно знати всі речовини, що утворюються; вони виникають у рівнянні реакції під час виведення його.

Класифікація окисно-відновних реакцій

Зазвичай розрізняють три типи окислювально-відновних реакцій: міжмолекулярні, внутрішньомолекулярні та реакції диспропорціонування .

До міжмолекулярних відносяться реакції в яких окислювач та відновник перебувають у різних речовинах. Сюди ж відносять і реакції між різними речовинами в яких атоми одного і того ж елемента мають різні ступені окислення:

2H 2 S + H 2 SO 3 = 3S + 3H 2 O

5HCI + HCIO 3 = 5CI 2 + 3H 2 O

До внутрішньомолекулярних відносяться такі реакції, в яких окислювач і відновник знаходяться в тому самому речовині. В цьому випадку атом з більш позитивним ступенем окиснення окислює атом з меншим ступенем окиснення. Такими реакціями є реакції хімічного розкладання. Наприклад:

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

2KCIO 3 = 2KCI + 3O 2

Сюди ж відносять і розкладання речовин, у яких атоми одного й того ж елемента мають різні ступені окислення:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O

Протікання реакцій диспропорціонування супроводжується одночасним збільшенням та зменшенням ступеня окислення атомів одного й того самого елемента. При цьому вихідна речовина утворює сполуки, одна з яких містить атоми з більш високим, а інша з нижчим ступенем окислення. Ці реакції можливі для речовин із проміжним ступенем окиснення. Прикладом може бути перетворення манганату калію в якому марганець має проміжний ступінь окислення +6 (від +7 до +4). Розчин цієї солі має гарний темно-зелений колір (колір іона МnO 4 хімічних Хімічнийексперимент з неорганічної хімії у системі проблемного навчання Дипломна робота >> Хімія

Задач» 27. Класифікація хімічних реакцій. Реакціїякі йдуть без зміни складу. 28. Класифікація хімічних реакцій, які йдуть...