Классификация химических реакций

Ключевые слова конспекта: Реакции без изменения состава веществ: аллотропия и изомерия. Причины аллотропии. Классификация химических реакций: по числу и составу реагентов и продуктов; по тепловому эффекту. Термохимическое уравнение реакции.



Химические реакции

Вспомните, чем отличаются химические явления или химические реакции от физических (Конспект).

Процессы превращения одних веществ в другие, отличающиеся от исходных по составу или строению, а следовательно, и по свойствам, называются химическими реакциями.

хим реакции

 

  Химические реакции, протекающие
без изменения состава веществ
.

Одно из положений теории химического строения утверждает, что свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от строения. Следовательно, можно сделать вывод, что некоторые химические реакции могут сопровождаться изменением только качественного или только количественного состава исходных и образующихся веществ или же изменением их строения.

Если качественный и количественный состав реагентов и продуктов реакций не меняется, то, очевидно, изменяется их строение. В курсе органической химии такие вещества называются изомерами, а процессы их взаимного перехода — реакциями изомеризации. Например, известно, что детонационную стойкость бензина характеризует октановая шкала, в которой устойчивость к детонации 2,2,4-триметилпентана (изооктана) принята за 100. А октановое число его изомера, углеводорода С8Н18 нормального строения, равно 20. Получить изооктан из н-октана можно с помощью реакции изомеризации:

В неорганической химии одинаковый качественный, но разный количественный состав простых веществ иллюстрируют, например, аллотропные видоизменения кислорода: этот элемент образует два простых вещества — кислород и озон, которые связаны взаимопревращениями. Процесс образования озона происходит при электрических разрядах:

На примере кислорода и озона можно проиллюстрировать философский закон о переходе количественных отношений в качественные. Вспомните и сравните физические, химические и физиологические свойства кислорода и озона.

Влияние строения простых веществ, образованных одним химическим элементом на их свойства, иллюстрируют аллотропные модификации углерода.

Вспомните, какое строение имеют алмаз и графит. У обоих веществ — атомная кристаллическая решётка, только у алмаза она объёмная тетраэдрическая, а у графита — плоскостная. Поэтому алмаз — очень твёрдое вещество, а графит мягок. Алмаз прозрачен и обладает высоким светопреломлением, а графит непрозрачен, тёмно-серого цвета, в отличие от алмаза проводит электрический ток. Тем не менее обе модификации связаны взаимопревращениями:

Процесс получения искусственных алмазов моделирует природные экстремальные явления: проводится при очень высоких давлениях и температурах.

В настоящее время искусственные алмазы получают из графита также при низких давлениях. Такие алмазы значительно уступают природным по ювелирным показателям, но сравнимы с природными по твёрдости, а потому применяются в технических целях.

Первые сведения об аллотропии и аллотропных модификациях связаны с фосфором. В 1669 г. алхимик Хеннинг Брант, прокаливая сухой остаток мочи в попытке получить философский камень, получил белый фосфор (от греч. phos — свет и phoros — несущий), который затем превратился в красный.

 

  Химические реакции, протекающие
с изменением состава веществ

(по признаку числа и состава реагентов и продуктов реакции).

Из курса химии основной школы вы знаете четыре типа реакций по этому признаку: соединения, разложения, замещения и обмена.

типы хим реакций

   1. Реакции соединения (присоединения)

Реакции, в результате которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество, называются реакциями соединения.

В неорганической химии весь спектр разнообразных реакций можно проиллюстрировать примерами промышленных процессов:

  1. Реакция горения фосфора — первая стадия получения чистой фосфорной кислоты: 4Р + 5O2 = 2Р2O5
    В этом процессе участвуют два простых вещества и получается одно сложное.
  1. Заключительная стадия получения фосфорной кислоты описывается уравнением Р2O5 + 3Н2O = 2Н3РO4(сложное вещество образуется в результате взаимодействия двух сложных веществ).
  2. На заключительной стадии получения азотной кислоты в реакцию вступают три вещества (одно простое и два сложных): 4NO2 + O2 + 2Н2O = 4HNO3

В органической химии реакции соединения называются реакциями присоединения, так как к основному веществу (субстрату) присоединяется дополнительное вещество (реагент). Такие реакции характерны для непредельных углеводородов и в зависимости от реагента носят видовые названия:

  • гидрирование — присоединение водорода;
  • галогенирование — присоединение галогенов;
  • гидрогалогенирование — присоединение галогеноводородов;
  • гидратация — присоединение воды.

Частным случаем реакции присоединения является реакция полимеризации — соединение множества одинаковых молекул мономера в макромолекулу полимера.

   2. Реакции разложения (отщепления)

Реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется два или несколько новых веществ, называются реакциями разложения.

Рассмотрим реакции разложения на примере реакций получения кислорода лабораторными способами.

  1. Электролиз воды: 
  2. Термическим разложением оксида ртути(II) англичанин Джозеф Пристли получил кислород.
  3. Разложение пероксида водорода:
  4. Разложение нитратов:

Последняя реакция используется не для получения кислорода, а в медицинских целях. Полученное при разложении серебро прижигает ранки или удаляет бородавки, если используется особый ляписный (от лат. lapis infernalis — адский камень) карандаш.

В органической химии реакции разложения называют реакциями отщепления. Так, для получения этилена используются реакции дегидратации этанола, деполимеризации полиэтилена, дегидрирования этана (запишите уравнения реакций).

   3. Реакции замещения

Реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы другого элемента в сложном веществе, называются реакциями замещения.

Как видно из определения, эти реакции характеризуют свойства классов простых веществ. Например, такое важное свойство галогенов, как их способность вытеснять менее активные галогены из растворов галогеноводородных кислот или их солей: Сl2 > Вг2 > I2.

Аналогично, этот тип реакций характеризует химические свойства металлов:

  1. Щелочные и щёлочноземельные металлы активно взаимодействуют с водой: 2Na + 2Н2O = 2NaOH + Н2
  2. С растворами кислот взаимодействуют металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода: Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2
  3. Металлы, стоящие в ряду напряжений до металла соли, вытесняют его из раствора соли: Fe + CuSO4 = Сu + FeSO4
  4. Более активные металлы вытесняют менее активные из их оксидов с выделением большого количества теплоты — металлотермия: l + Fe2O3 = Аl2O3 + 2Fe

Реакции замещения характерны для предельных соединений, например галогенирование метана, согласно цепочке переходов: СН4 –> СН3Сl –> СН2Сl2 –> СНСl3 –> ССl4.

Нитрование бензола относится к реакциям замещения, но протекает между двумя сложными веществами: С6Н6 + HNO3 —> C6H5NO2 + Н2O

В органической химии продуктами реакций этого типа являются не простое и сложное вещества, а два сложных. Кроме этого, в реакцию замещения могут вступать и сложные вещества.

   4. Реакции обмена

Реакции, в результате которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями, называются реакциями обмена.

Для растворов электролитов такие реакции протекают в соответствии с правилом Бертолле (названным по имени предложившего его французского химика Клода Бертолле) и возможны в том случае, если образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, вода).

Приведём примеры.

  1. Золотисто–жёлтый осадок иодида свинца выпадает при взаимодействии растворов иодида натрия и нитрата свинца:

2NaI + Pb(NO3)2 = Pbl2↓ + 2NaNO3
Pb2+ + 2I = Pbl2

  1. Лабораторный способ получения аммиака:

2NH4Cl + Са(ОН)2 = СаСl2 + 2NH3↑ + 2Н2O
NH4+ + ОН = NH3↑ + Н2
O

  1. Частным случаем реакции обмена является реакция нейтрализации — она протекает между растворами кислот и щелочей:

NaOH + НСl = NaCl + Н2O
OH + H+ = H2O

 

  Химические реакции, протекающие
с тепловым эффектом
.

Важный классификационный признак реакций — выделение или поглощение теплоты. Как правило, реакции соединения сопровождаются выделением теплоты. Такие реакции называются экзотермическими.

Если экзотермическая реакция сопровождается выделением света, то она называется реакцией горения2Mg + О2 = 2MgO + Q

Эта реакция широко использовалась раньше при фотографировании. До сих пор можно встретить выражение: «Место происшествия освещали вспышки магния», — хотя сейчас вместо вспышки пламени горящего порошка магния используются электровспышки.

Важным источником теплоты и энергии является горение углеводородов: СН4 + 2О2  –> СО2↑ + 2Н2О + Q

Но нет правил без исключения: реакция взаимодействия азота с кислородом сопровождается поглощением теплоты: N2 + О2  <=>  2NO – Q

Такие реакции называются эндотермическими.

Схематично экзо- и эндотермические реакции отражает рисунок.

Если реакции разложения протекают с поглощением теплоты, то в реакциях соединения теплота должна выделяться, и наоборот. Например, практическое значение имеет обжиг известняка: процесс получения ценного химического сырья и строительного материала — негашёной извести:

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате протекания химической реакции, называется тепловым эффектом реакции.

Если в уравнении реакции указывается тепловой эффект, то уравнение называется термохимическим.

Например:
СН4 + 2О2 —> СO2 + 2Н2O + 800 кДж — реакция экзотермическая;
СаСO3 = СаО + СO2 – 187 кДж — реакция эндотермическая.

 

Классификация реакций по другим критериям

Классификация реакций — многоплановый процесс. Их можно классифицировать также:

  • по направлению (обратимые и необратимые реакции);
  • по использованию катализатора (каталитические и некаталитические реакции);
  • по агрегатному состоянию реагентов и продуктов реакции (гомогенные и гетерогенные реакции);
  • по изменению степеней окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции (окислительно–восстановительные и реакции, протекающие без изменения степеней окисления).

 

Классификация химических реакций


Конспект урока по химии «Классификация химических реакций». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Добавить комментарий

На сайте используется ручная модерация. Срок проверки комментариев: от 1 часа до 3 дней