9.1. Mik azok a kémiai reakciók
Emlékezzünk vissza, hogy kémiai reakcióknak nevezünk bármilyen kémiai jelenségek természet. Egy kémiai reakció során az egyik eltörik, a másik pedig létrejön. kémiai kötések. A reakció eredményeként egyes vegyi anyagokból más anyagok is képződnek (lásd 1. fejezet).
A 2.5. §-hoz készült házi feladatot elvégezve megismerkedett a kémiai átalakulások teljes halmazából a négy fő reakciótípus hagyományos kiválasztásával, egyúttal javasoltad a nevüket: kombinációs, bomlási, helyettesítési és cserereakciók.
Példák összetett reakciókra:
C + O 2 \u003d CO 2; (egy)
Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3. (3)
Példák a bomlási reakciókra:
2Ag 2O 4Ag + O 2; (4)
CaCO 3 CaO + CO 2; (öt)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O. (6)
Példák helyettesítési reakciókra:
CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 \u003d 2NaCl + I 2; (8)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2. (kilenc)
| Cserereakciók- kémiai reakciók, amelyek során a kiindulási anyagok mintegy kicserélik alkotórészei. |
Példák a cserereakciókra:
Ba(OH) 2 + H 2SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 \u003d KCl + HNO 2; (tizenegy)
AgNO 3 + NaCl \u003d AgCl + NaNO 3. (12)
A kémiai reakciók hagyományos osztályozása nem fedi le minden sokféleségüket – a négy fő típus reakciói mellett számos bonyolultabb reakció is létezik.
A másik két kémiai reakciótípus kiválasztása azon alapul, hogy a két legfontosabb nem kémiai részecske, az elektron és a proton vesz részt bennük.
Egyes reakciók során az elektronok teljes vagy részleges átvitele megy végbe egyik atomról a másikra. Ilyenkor a kiindulási anyagokat alkotó elemek atomjainak oxidációs állapota megváltozik; a megadott példák közül ezek az 1., 4., 6., 7. és 8. reakciók. Ezeket a reakciókat ún. redox.
A reakciók másik csoportjában egy hidrogénion (H +), azaz egy proton megy át az egyik reagáló részecskéből a másikba. Az ilyen reakciókat ún sav-bázis reakciók vagy protontranszfer reakciók.
A felsorolt példák között ilyen reakciók a 3., 10. és 11. reakciók. Ezekkel a reakciókkal analóg módon a redoxreakciókat néha ún. elektrontranszfer reakciók. A RIA-val a 2. §-ban, a KOR-ral pedig a következő fejezetekben ismerkedhet meg.
VEGYÜLET REAKCIÓK, BOMLÁSI REAKCIÓK, SZubsztitúciós reakciók, CSEREREAKCIÓK, REDOX REAKCIÓK, SAV-BÁZIS REAKCIÓK.
Írja fel a reakcióegyenleteket az alábbi sémáknak megfelelően:
a) HgO Hg + O 2 ( t); b) Li 2O + SO 2Li 2SO 3; c) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( t);
d) Al + I 2 AlI 3; e) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; e) Mg + H 3PO 4 Mg 3 (PO 4) 2 + H 2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( t); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( t); j) CuSO 4 + Al Al 2(SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( t); m) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( t); m) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Adja meg a reakció hagyományos típusát. Vegye figyelembe a redox és a sav-bázis reakciókat. A redoxreakciókban jelölje meg, hogy mely elemek atomjai változtatják meg oxidációs állapotukat.
9.2. Redox reakciók
Tekintsük a nagyolvasztókban fellépő redox reakciót a vas (pontosabban öntöttvas) vasércből történő ipari előállítása során:
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
Határozzuk meg a kiindulási anyagokat és a reakciótermékeket alkotó atomok oxidációs állapotát!
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Amint látható, a reakció hatására a szénatomok oxidációs állapota nőtt, a vasatomok oxidációs állapota csökkent, az oxigénatomok oxidációs állapota változatlan maradt. Következésképpen a szénatomok ebben a reakcióban oxidáción mentek keresztül, azaz elektronokat veszítettek. oxidált), a vasatomokat pedig a redukcióhoz, azaz elektronokat kapcsoltak ( felépült) (lásd a 7.16. pontot). Az OVR jellemzésére a fogalmakat használjuk oxidálószerÉs redukálószer.
Így reakciónkban az oxidáló atomok vasatomok, a redukáló atomok pedig szénatomok.
Reakciónkban az oxidálószer a vas(III)-oxid, a redukálószer a szén(II)-oxid.
Azokban az esetekben, amikor az oxidáló atomok és a redukáló atomok ugyanannak az anyagnak a részei (példa: az előző bekezdés 6. reakciója), az „oxidáló anyag” és a „redukáló anyag” fogalmak nem használatosak.
Így a tipikus oxidálószerek olyan anyagok, amelyek atomokat tartalmaznak, amelyek hajlamosak elektronok hozzáadására (teljesen vagy részben), csökkentve ezzel oxidációs állapotukat. Az egyszerű anyagok közül elsősorban a halogének és az oxigén, kisebb mértékben a kén és a nitrogén. Tól től összetett anyagok- olyan anyagok, amelyek magasabb oxidációs állapotú atomokat tartalmaznak, amelyek nem hajlamosak egyszerű ionok képzésére ezekben az oxidációs állapotokban: HNO 3 (N + V), KMnO 4 (Mn + VII), CrO 3 (Cr + VI), KClO 3 ( Cl + V), KClO 4 (Cl + VII) stb.
Tipikus redukálószerek olyan anyagok, amelyek olyan atomokat tartalmaznak, amelyek hajlamosak részben vagy egészben elektronokat adni, növelve oxidációs állapotukat. Az egyszerű anyagok közül ezek a hidrogén, az alkáli- és alkáliföldfémek, valamint az alumínium. A komplex anyagok közül - H 2 S és szulfidok (S -II), SO 2 és szulfitok (S + IV), jodidok (I -I), CO (C + II), NH 3 (N -III) stb.
Általános esetben szinte minden összetett és sok egyszerű anyag oxidáló és redukáló tulajdonságokat is mutathat. Például:
SO 2 + Cl 2 \u003d S + Cl 2 O 2 (az SO 2 erős redukálószer);
SO 2 + C \u003d S + CO 2 (t) (az SO 2 gyenge oxidálószer);
C + O 2 \u003d CO 2 (t) (C a redukálószer);
C + 2Ca \u003d Ca 2 C (t) (C egy oxidálószer).
Térjünk vissza a rész elején általunk tárgyalt reakcióhoz.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Vegyük észre, hogy a reakció eredményeként az oxidáló atomok (Fe + III) redukáló atomokká (Fe 0), a redukáló atomok (C + II) pedig oxidáló atomokká (C + IV). De a CO 2 bármilyen körülmények között nagyon gyenge oxidálószer, és a vas, bár redukálószer, ilyen körülmények között sokkal gyengébb, mint a CO. Ezért a reakciótermékek nem lépnek reakcióba egymással, és nem fordul elő fordított reakció. A fenti példa azt az általános elvet szemlélteti, amely meghatározza az OVR áramlásának irányát:
A redoxreakciók gyengébb oxidálószer és gyengébb redukálószer képződése irányába mennek végbe.
Az anyagok redox tulajdonságai csak azonos feltételek mellett hasonlíthatók össze. Bizonyos esetekben ez az összehasonlítás mennyiségileg is elvégezhető.
A fejezet első bekezdésének házi feladatának elkészítésekor észrevette, hogy néhány reakcióegyenletben (különösen az OVR-ben) meglehetősen nehéz együtthatókat találni. Ennek a feladatnak az egyszerűsítésére redoxreakciók esetén a következő két módszert alkalmazzuk:
de) elektronikus mérlegmódszerÉs
b) elektron-ion egyensúly módszer.
Most az elektronegyensúly módszert fogod tanulni, az elektron-ion egyensúly módszert pedig általában felsőoktatási intézményekben tanulják.
Mindkét módszer azon alapul, hogy a kémiai reakciókban az elektronok sehol nem tűnnek el és nem jelennek meg, vagyis az atomok által befogadott elektronok száma megegyezik a többi atom által leadott elektronok számával.
Az elektronegyensúly módszerben az adományozott és átvett elektronok számát az atomok oxidációs állapotának változása határozza meg. A módszer alkalmazásakor ismerni kell mind a kiindulási anyagok, mind a reakciótermékek összetételét.
Tekintsük az elektronikus mérleg módszerének alkalmazását példákon keresztül.
1. példa Készítsünk egyenletet a vas és a klór reakciójára. Ismeretes, hogy egy ilyen reakció terméke vas(III)-klorid. Írjuk fel a reakciósémát:
Fe + Cl 2 FeCl 3.
Határozzuk meg a reakcióban részt vevő anyagokat alkotó összes elem atomjainak oxidációs állapotát:
A vasatomok elektronokat adnak, a klórmolekulák pedig elfogadják azokat. Ezeket a folyamatokat fejezzük ki elektronikus egyenletek:
Fe-3 e- \u003d Fe + III,
Cl2 + 2 e-\u003d 2Cl -I.
Ahhoz, hogy az adott elektronok száma egyenlő legyen a fogadott elektronok számával, az első elektronikus egyenletet meg kell szorozni kettővel, a másodikat pedig hárommal:
| Fe-3 e- \u003d Fe + III, Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
2Fe - 6 e- \u003d 2Fe + III, 3Cl 2 + 6 e– = 6Cl –I. |
A 2-es és 3-as együtthatót a reakcióvázlatba beírva a reakcióegyenletet kapjuk:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3.
2. példaÁllítsunk fel egyenletet a fehér foszfor égésének reakciójára klórfeleslegben. Ismeretes, hogy a foszfor(V)-klorid a következő körülmények között képződik:
| +V–I | ||||
| P4 | + | Cl2 | PCl 5. |
A fehér foszformolekulák elektronokat adnak át (oxidálódnak), a klórmolekulák pedig befogadják (redukálva):
| P4-20 e– = 4P + V Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P4-20 e– = 4P + V Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
P4-20 e– = 4P + V 10Cl 2 + 20 e– = 20Cl –I |
Az eredetileg kapott tényezőknek (2 és 20) volt egy közös osztója, amellyel (a reakcióegyenlet jövőbeli együtthatóiként) felosztották őket. Reakció egyenlet:
P 4 + 10Cl 2 \u003d 4PCl 5.
3. példaÁllítsunk fel egyenletet arra a reakcióra, amely a vas(II)-szulfid oxigénben történő pörkölése során megy végbe.
Reakciós séma:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Ebben az esetben a vas(II) és a kén(–II) atomok is oxidálódnak. A vas(II)-szulfid összetétele 1:1 arányban tartalmazza ezen elemek atomjait (lásd az indexeket a legegyszerűbb képletben).
Elektronikus mérleg:
| 4 | Fe + II - e– = Fe + III S-II-6 e– = S + IV |
Összesen 7 e – |
| 7 | O 2 + 4e - \u003d 2O - II |
A reakcióegyenlet: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.
4. példa. Állítsunk fel egyenletet arra a reakcióra, amely a vas(II)-diszulfid (pirit) oxigénben történő égetése során megy végbe.
Reakciós séma:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Az előző példához hasonlóan itt is oxidálódnak a vas(II)- és a kénatomok, de oxidációs állapota I. Ezen elemek atomjai 1:2 arányban szerepelnek a pirit összetételében (lásd az indexeket). a legegyszerűbb képletben). Ebben a vonatkozásban a vas- és kénatomok reagálnak, amit az elektronikus mérleg összeállításakor figyelembe vesznek:
| Fe+III – e– = Fe + III 2S-I-10 e– = 2S +IV |
Összesen adjon 11-et e – | |
| O 2 + 4 e– = 2O –II |
A reakcióegyenlet: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Az OVR-nek vannak bonyolultabb esetei is, ezek egy részét a házi feladat elvégzésével fogod megismerni.
OXIDÁLÓATOM, REDUKÁTOR ATOM, OXIDÁLÓ ANYAG, REDUKTÁLÓ ANYAG, ELEKTRON-EGYENSÚLY MÓDSZER, ELEKTRONIKUS EGYENLETEK.
1. Készítsen elektronikus mérleget a jelen fejezet 1. §-ának szövegében megadott minden OVR egyenlethez.
2. Állítsa össze az OVR egyenleteit, amelyeket a jelen fejezet 1. §-ának feladatának végrehajtásakor fedezett fel. Ezúttal az elektronikus mérleg módszerét használja az esélyek elhelyezéséhez. 3. Az elektronikus mérleg módszerével alkossuk meg a reakcióegyenleteket az alábbi sémák szerint: a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O 2 Na 2O 2;
c) Na202 + Na Na20;
d) Al + Br2AlBr3;
e) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( t);
e) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( t);
g) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( t);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( t);
j) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( t);
l) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( t);
m) Mn 2O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
m) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( t);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( t)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( t);
c) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( t);
t) CuS + O 2 Cu 2 O + SO 2 ( t);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( t).
9.3. exoterm reakciók. Entalpia
Miért fordulnak elő kémiai reakciók?
A kérdés megválaszolásához emlékezzünk vissza, miért egyesülnek egyes atomok molekulákká, miért keletkezik izolált ionokból ionkristály, miért működik az atom elektronhéjának kialakulásakor a legkisebb energia elve. Mindezekre a kérdésekre ugyanaz a válasz: mert energetikailag előnyös. Ez azt jelenti, hogy az ilyen folyamatok során energia szabadul fel. Úgy tűnik, hogy a kémiai reakcióknak ugyanezen okból kellene lezajlania. Valójában sok reakciót lehet végrehajtani, amelyek során energia szabadul fel. Energia szabadul fel, általában hő formájában.
Ha egy exoterm reakció során a hőnek nincs ideje eltávolítani, akkor a reakciórendszer felmelegszik.
Például a metán égési reakciójában
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
annyi hő szabadul fel, hogy a metánt üzemanyagként használják fel.
Az a tény, hogy ebben a reakcióban hő szabadul fel, tükröződik a reakcióegyenletben:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g) + K.
Ez az ún termokémiai egyenlet. Itt a "+" szimbólum K" azt jelenti, hogy a metán elégetésekor hő szabadul fel. Ezt a hőt nevezik a reakció termikus hatása.
Honnan származik a felszabaduló hő?
Tudod, hogy a kémiai reakciókban kémiai kötések szakadnak meg és jönnek létre. Ebben az esetben a kötések megszakadnak a CH 4 molekulák szén- és hidrogénatomjai között, valamint az oxigénatomok között az O 2 molekulákban. Ebben az esetben új kötések jönnek létre: a szén- és oxigénatomok között a CO 2 molekulákban, illetve az oxigén és hidrogén atomok között a H 2 O molekulákban. A kötések felszakításához energiát kell elkölteni (lásd "kötési energia", "porlasztási energia"). ), és a kötések kialakításakor energia szabadul fel. Nyilvánvaló, hogy ha az "új" kötések erősebbek, mint a "régiek", akkor több energia szabadul fel, mint amennyi elnyelődik. A felszabaduló és elnyelt energia különbsége a reakció termikus hatása.
A hőhatást (hőmennyiséget) kilojoule-ban mérik, például:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2O (g) + 484 kJ.
Egy ilyen rekord azt jelenti, hogy 484 kilojoule hő szabadul fel, ha két mol hidrogén reagál egy mól oxigénnel és két mol gáznemű víz (gőz) képződik.
Ily módon a termokémiai egyenletekben az együtthatók számszerűen megegyeznek a reaktánsok és reakciótermékek anyagmennyiségével.
Mi határozza meg az egyes reakciók termikus hatását?
A reakció termikus hatása attól függ
a) -tól aggregált állapotok kiindulási anyagok és reakciótermékek,
b) a hőmérsékleten és
c) arról, hogy a kémiai átalakulás állandó térfogaton vagy állandó nyomáson megy végbe.
A reakció termikus hatásának az anyagok aggregációs állapotától való függése abból adódik, hogy az egyik aggregációs állapotból a másikba való átmenet folyamatait (mint néhány más fizikai folyamatot) hő felszabadulása vagy elnyelése kíséri. Ez termokémiai egyenlettel is kifejezhető. Példa erre a vízgőz kondenzáció termokémiai egyenlete:
H 2O (g) \u003d H 2O (g) + K.
A termokémiai egyenletekben és szükség esetén a közönséges kémiai egyenletekben az anyagok aggregált állapotát betűindexekkel jelzik:
d) - gáz,
g) - folyékony,
(t) vagy (cr) szilárd vagy kristályos anyag.
A termikus hatás hőmérséklettől való függése a hőkapacitások különbségeivel függ össze
kiindulási anyagok és reakciótermékek.
Mivel az állandó nyomáson végbemenő exoterm reakció következtében a rendszer térfogata mindig növekszik, az energia egy része a térfogatnövelő munkára fordítódik, és a felszabaduló hő kevesebb lesz, mint ugyanazon reakció esetén. állandó hangerőn.
A reakciók termikus hatásait általában az állandó térfogatú, 25 °C-on lezajló reakciókra számítják ki, és a szimbólummal jelölik. K o.
Ha energia csak hő formájában szabadul fel, és kémiai reakcióállandó térfogaton megy végbe, akkor a reakció termikus hatása ( QV) egyenlő a változással belső energia(D U) olyan anyagok, amelyek részt vesznek a reakcióban, de ellenkező előjellel:
Q V = - U.
Egy test belső energiája alatt a molekulák közötti kölcsönhatások összenergiáját, a kémiai kötéseket, az összes elektron ionizációs energiáját, az atommagokban lévő nukleonok kötési energiáját, és minden más ismert és ismeretlen típusú energiát értünk, amelyet ez a test „tárol”. A „–” jel annak köszönhető, hogy hő felszabadulásakor a belső energia csökken. Azaz
U= – QV .
Ha a reakció állandó nyomáson megy végbe, akkor a rendszer térfogata megváltozhat. A belső energia egy részét a hangerő növelését szolgáló munkára is fordítják. Ebben az esetben
U = -(Q P + A) = –(Q P + PV),
ahol Qpállandó nyomáson lezajló reakció termikus hatása. Innen
Q P = - FELV .
Egyenlő érték U+PV hívták entalpia változásés D-vel jelöljük H.
H=U+PV.
Következésképpen
Q P = - H.
Így a hő felszabadulásakor a rendszer entalpiája csökken. Innen ered ennek a mennyiségnek a régi neve: "hőtartalom".
A hőhatással ellentétben az entalpia változása jellemzi a reakciót, függetlenül attól, hogy az állandó térfogaton vagy állandó nyomáson megy végbe. Az entalpiaváltozással felírt termokémiai egyenleteket ún termokémiai egyenletek termodinamikai formában. Ebben az esetben az entalpia változás értékét standard körülmények között (25 °C, 101,3 kPa) adjuk meg, jelölve H kb. Például:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2O (g) H kb= – 484 kJ;
CaO (cr) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (cr) H kb= -65 kJ.
A reakcióban felszabaduló hőmennyiség függése ( K) a reakció termikus hatásától ( K o) és az anyag mennyisége ( n B) a reakció egyik résztvevőjét (B anyag - kiindulási anyag vagy reakciótermék) a következő egyenlet fejezi ki:
Itt B a B anyag mennyisége, amelyet a B anyag képlete előtti együttható adja meg a termokémiai egyenletben.
Egy feladat
Határozza meg az oxigénben elégetett hidrogén mennyiségét, ha 1694 kJ hő szabadul fel!
Megoldás
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2O (g) + 484 kJ. |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. A kristályos alumínium és a klórgáz kölcsönhatás reakciójának termikus hatása 1408 kJ. Írja fel ennek a reakciónak a termokémiai egyenletét, és határozza meg az alumínium tömegét, amely 2816 kJ hő előállításához szükséges ezzel a reakcióval. 9.4. endoterm reakciók. Entrópia Az exoterm reakciók mellett olyan reakciók is lehetségesek, amelyek során hőt vesznek fel, és ha nem adják be, akkor a reakciórendszert lehűtik. Az ilyen reakciókat ún endoterm. Az ilyen reakciók termikus hatása negatív. Például: Így az ilyen és hasonló reakciók termékeiben a kötések kialakulása során felszabaduló energia kisebb, mint a kiindulási anyagokban lévő kötések felbomlásához szükséges energia.
Vegyünk két lombikot, és töltsük meg az egyiket nitrogénnel (színtelen gáz), a másikba pedig nitrogén-dioxiddal (barna gáz), hogy a lombikban a nyomás és a hőmérséklet azonos legyen. Ismeretes, hogy ezek az anyagok nem lépnek kémiai reakcióba egymással. A lombikokat szorosan összekötjük a nyakukkal, és függőlegesen állítjuk be úgy, hogy a nehezebb nitrogén-dioxidot tartalmazó lombik alul legyen (9.1. ábra). Egy idő után látni fogjuk, hogy a barna nitrogén-dioxid fokozatosan átterjed a felső lombikba, a színtelen nitrogén pedig az alsóba. Ennek eredményeként a gázok összekeverednek, és a lombik tartalmának színe azonos lesz. Ily módon
Entrópia közötti kapcsolategyenletek ( S) és egyéb mennyiségeket a fizika és a fizikai kémia tantárgyakon tanulnak. entrópia mértékegysége [ S] = 1 J/K. G= H-T S A reakció spontán bekövetkezésének feltétele: G< 0. Alacsony hőmérsékleten a reakció lehetőségét nagyobb mértékben meghatározó tényező az energiatényező, magas hőmérsékleten pedig az entrópia. A fenti egyenletből különösen jól látható, hogy azok a bomlási reakciók, amelyek nem szobahőmérsékleten mennek végbe (az entrópia növekszik), miért indulnak el megemelt hőmérsékleten. ENDOTERMIKUS REAKCIÓ, ENTRÓPIA, ENERGIATÉNYEZŐ, ENTRÓPIA TÉNYEZŐ, GIBBS ENERGIA. 2CuO (cr) + C (grafit) \u003d 2Cu (cr) + CO 2 (g) -46 kJ. Írja fel a termokémiai egyenletet, és számolja ki, mennyi energiát kell költenie ahhoz, hogy egy ilyen reakcióban 1 kg rezet nyerjen. CaCO 3 (cr) \u003d CaO (cr) + CO 2 (g) - 179 kJ 24,6 liter szén-dioxid keletkezett. Határozza meg, mennyi hőt pazaroltak el haszontalanul. Hány gramm kalcium-oxid keletkezett ebben az esetben? |
Az "összetett reakció" fogalma a "bomlási reakció" fogalmának antonimája. Próbálja meg az oppozíciós technikával meghatározni az „összetett reakció” fogalmát. Jobb! A következő megfogalmazásod van.
Tekintsük az ilyen típusú reakciókat egy másik, az Ön számára új, kémiai folyamatok rögzítési formája segítségével – az úgynevezett átmeneti vagy átalakulási láncok segítségével. Például séma
ábra mutatja a foszfor átalakulását foszfor-oxiddá (V) P 2 O 5 , amely azután H 3 PO 4 foszforsavvá alakul.
Az anyagok átalakulásának sémájában szereplő nyilak száma megfelel a kémiai átalakulások - kémiai reakciók - minimális számának. Ebben a példában két kémiai folyamatról van szó.
1. folyamat. Foszfor-oxid (V) Р 2 O 5 kinyerése foszforból. Nyilvánvaló, hogy ez a foszfor és az oxigén kombinációjának reakciója.
Tegyünk egy kis vörös foszfort egy kanálba, hogy megégetjük az anyagokat, és gyújtsuk meg. A foszfor erős lánggal ég, és kis foszfor(V)-oxid részecskékből álló fehér füst keletkezik:
4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5.
2. folyamat. Tegyünk egy kanál égő foszfort a lombikba. Foszfor-oxidból (V) származó sűrű füsttel van tele. A lombikból kiveszünk egy kanalat, vizet öntünk a lombikba és a tartalmát összerázzuk, miután a lombik nyakát dugóval lezárjuk. A füst fokozatosan elvékonyodik, vízben oldódik, végül teljesen eltűnik. Ha egy kis lakmuszt adunk a lombikban kapott oldathoz, az piros színű lesz, ami a foszforsav képződésének bizonyítéka:
P 2 O 5 + ZN 2 O \u003d 2H 3 RO 4.
A szóban forgó átmenetek végrehajtására szolgáló reakciók katalizátor részvétele nélkül mennek végbe, ezért ezeket nem katalitikusnak nevezzük. A fenti reakciók csak egy irányba mennek végbe, azaz visszafordíthatatlanok.
Vizsgáljuk meg, hány és milyen anyag lépett be a fenti reakciókba, és hány és milyen anyag keletkezett bennük. Az első reakcióban két egyszerű anyagból egy összetett anyag keletkezett, a másodikban pedig két összetett anyagból, amelyek mindegyike két elemből áll, egy összetett anyag keletkezett, amely már három elemből állt.
Egy komplex anyag is keletkezhet összetett és egyszerű anyagok kombinációjának reakciója eredményeként. Például a kénsav (IV) kén-oxidból történő előállítása során a (VI) kén-oxidot kapják:
Ez a reakció mind előre, azaz a reakciótermék keletkezésével, mind pedig fordított irányban megy végbe, azaz a reakciótermék kiindulási anyagokra bomlik, ezért az egyenlőségjel helyett a reverzibilitás jelét teszik.
Ez a reakció egy katalizátort tartalmaz - vanádium (V) oxid V 2 O 5, amely a reverzibilitási jel felett van feltüntetve:
Három anyag kombinációjának reakciójában összetett anyag is előállítható. Például salétromsavat kapunk egy reakcióval, amelynek sémája a következő:
NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3.
Fontolja meg, hogyan kell kiválasztani az együtthatókat a kémiai reakció sémájának kiegyenlítéséhez.
A nitrogénatomok számát nem kell kiegyenlíteni: a séma bal és jobb oldalán egyaránt egy-egy nitrogénatom. Egyenlítse ki a hidrogénatomok számát - a savképlet elé írjuk a 2-es együtthatót:
NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.
de ebben az esetben a nitrogénatomok számának egyenlősége sérül - egy nitrogénatom marad a bal oldalon, és kettő van a jobb oldalon. A nitrogén-monoxid (IV) képlete elé írjuk a 2-es együtthatót:
2NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.
Számoljuk meg az oxigénatomok számát: a reakcióséma bal oldalán hét, a jobb oldalon hat található. Az oxigénatomok számának kiegyenlítéséhez (hat atom az egyenlet minden részében), ne feledje, hogy az egyszerű anyagok képlete előtt felírhatja az 1/2 törtegyütthatót:
2NO 2 + H 2 O + 1/2O 2 → 2HNO 3.
Tegyük az együtthatókat egész számokra. Ehhez átírjuk az egyenletet az együtthatók megkétszerezésével:
4NO 2 + 2Н 2 O + O 2 → 4HNO 3.
Meg kell jegyezni, hogy szinte minden összetett reakció exoterm reakció.
15. sz. laboratóriumi kísérlet
Réz kalcinálása alkohollámpa lángjában
- Tekintse meg a kapott rézhuzalt (lemezt), és írja le! kinézet. Gyújtsa meg a huzalt tégelyfogóval a szellemlámpa lángjának felső részében 1 percig. Ismertesse a reakció körülményeit! Írjon le egy jelet, amely megerősíti, hogy kémiai reakció történt. Írd fel a reakció egyenletét! Nevezze meg a reakció kiindulási anyagait és termékeit!
Magyarázza meg, hogy változott-e a rézhuzal (lemez) tömege a kísérlet befejezése után! Indokolja válaszát az anyagok tömegének megmaradásának törvényének ismeretével!
Kulcsszavak és kifejezések
- A kombinációs reakciók a bomlási reakciók antonimája.
- Katalitikus (beleértve az enzimes) és nem katalitikus reakciókat.
- Átmeneti láncok vagy transzformációk.
- Reverzibilis és visszafordíthatatlan reakciók.
Dolgozzon számítógéppel
- Lásd az elektronikus jelentkezést. Tanulmányozza át az óra anyagát, és oldja meg a javasolt feladatokat.
- Keressen az interneten olyan e-mail címeket, amelyek további forrásként szolgálhatnak a bekezdés kulcsszavainak és kifejezéseinek tartalmáról. Ajánlja fel a tanárnak a segítségét egy új óra előkészítésében - készítsen jelentést a következő bekezdés kulcsszavairól és kifejezéseiről.
Kérdések és feladatok
1. Milyen reakciókat nevezünk cserereakcióknak? Miben különböznek a kombinációs, bomlási és helyettesítési reakcióktól?
A cserereakciók olyan reakciók, amelyek során két összetett anyag kicseréli az alkotórészeit. Így összetett anyagokból összetett anyagok keletkeznek. Míg a bomlási reakciókban egy összetett anyagból több egyszerű vagy összetett anyag képződik, addig az összetett reakciókban több egyszerű vagy összetett anyagból egy összetett anyag, addig a szubsztitúciós reakciókban egy egyszerű és egy egyszerű anyagból egy összetett és egy egyszerű anyag keletkezik. összetett anyag.
2. Vitatható-e, hogy bármely fém karbonátoldatának és savnak a kölcsönhatása csak cserereakció? Miért?
3. Írja fel a megoldások közötti cserereakciók egyenleteit:
a) kalcium-klorid és nátrium-foszfát;
b) kénsav és vas(III)-hidroxid. 
4. A cserereakciók közül melyik, melyiknek a sémái 
a végéig fut? A válaszhoz használja a hidroxidok és sók vízben való oldhatóságának táblázatát. 
5. Határozza meg a nátrium-hidroxid anyag mennyiségét, amely 980 g 30%-os foszforsav oldat teljes semlegesítéséhez szükséges. 
6. Számítsa ki az anyag mennyiségét és a csapadék tömegét, amely 980 g 20%-os réz(II)-szulfát-oldat és a szükséges mennyiségű kálium-hidroxid kölcsönhatása során keletkezik! 
Kapcsolódási reakciók (egy összetett anyag képződése több egyszerű vagy összetett anyagból) A + B \u003d AB
Bomlási reakciók (egy összetett anyag bomlása több egyszerű vagy összetett anyagra) AB \u003d A + B
Szubsztitúciós reakciók (egyszerű és összetett anyagok között, amelyekben egy egyszerű anyag atomjai helyettesítik egy összetett anyag egyik elemének atomjait): AB + C \u003d AC + B
Cserereakciók (két összetett anyag között, amelyekben az anyagok kicserélik az összetevőit) AB + SD \u003d AD + CB
1. Adja meg az összetett reakció helyes meghatározását:
A. Egy egyszerű anyagból több anyag keletkezésének reakciója;
B. Olyan reakció, amelyben több egyszerű vagy összetett anyagból egy összetett anyag keletkezik.
B. Olyan reakció, amelyben az anyagok kicserélik az alkotóelemeiket.
2. Adja meg a helyettesítési reakció helyes meghatározását:
A. Reakció bázis és sav között;
B. Két egyszerű anyag kölcsönhatásának reakciója;
C. Anyagok közötti reakció, amelyben egy egyszerű anyag atomjai helyettesítik az összetett anyag egyik elemének atomjait.
3. Adja meg a bomlási reakció helyes definícióját:
A. Olyan reakció, amelyben egy összetett anyagból több egyszerű vagy összetett anyag keletkezik;
B. Olyan reakció, amelyben az anyagok kicserélik az összetevőket;
B. Reakció oxigén- és hidrogénmolekulák képződésével.
4. Adja meg a cserereakció jeleit:
A. Víz képződése;
B. Csak gázképződés;
B. Csak csapadék;
D. Kicsapódás, gázképződés vagy gyenge elektrolit képződése.
5. Milyen típusú reakciók lépnek fel a savas oxidok kölcsönhatása bázikus oxidokkal?
A. Csere reakció;
B. Csatlakozási reakció;
B. Bomlási reakció;
D. Szubsztitúciós reakció.
6. Milyen típusú reakció a sók kölcsönhatása savakkal vagy bázisokkal?
A. Szubsztitúciós reakciók;
B. Bomlási reakciók;
B. Cserereakciók;
D. Kapcsolódási reakciók.
7. Azokat az anyagokat, amelyek képlete KNO3 FeCl2, Na2SO4, nevezzük:
A) sók B) okok; B) savak D) oxidok.
8 . Azokat az anyagokat, amelyek képlete HNO3, HCl, H2SO4, nevezzük:
9 . Azokat az anyagokat, amelyek képlete KOH, Fe(OH)2, NaOH, nevezzük:
A) sók B) savak; B) okok D) oxidok. 10 . Azokat az anyagokat, amelyek képlete NO2, Fe2O3, Na2O, nevezzük:
A) sók B) savak; B) okok D) oxidok.
11 . Adja meg a lúgokat alkotó fémeket:
Cu, Fe, Na, K, Zn, Li.
Válaszok:
Na, K, Li.
Egy vegyületnek több, viszonylag egyszerű összetételű reagáló anyagból történő reakciói során egy összetettebb összetételű anyagot kapunk:
Ezeket a reakciókat rendszerint hőleadás kíséri, pl. stabilabb és kevésbé energiagazdag vegyületek képződéséhez vezetnek.
Az egyszerű anyagok kombinációjának reakciói mindig redox jellegűek. Az összetett anyagok között fellépő kapcsolódási reakciók egyaránt előfordulhatnak vegyérték változás nélkül:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2,
és redoxnak minősül:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.
2. Bomlási reakciók
A bomlási reakciók egy összetett anyagból több vegyület képződéséhez vezetnek:
A = B + C + D.
Egy összetett anyag bomlástermékei lehetnek egyszerű és összetett anyagok is.
A vegyérték-állapot megváltoztatása nélkül végbemenő bomlási reakciók közül meg kell jegyezni a kristályos hidrátok, bázisok, savak és oxigéntartalmú savak sóinak bomlását:
|
CuSO 4 + 5H 2 O |
|
2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O. |
2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2, (NH 4) 2Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
Különösen jellemzőek a salétromsav-sók bomlási redox reakciói.
Bomlási reakciók in szerves kémia repedésnek nevezik.
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20,
vagy dehidrogénezés
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2.
3. Szubsztitúciós reakciók
A szubsztitúciós reakciókban általában egy egyszerű anyag kölcsönhatásba lép egy összetett anyaggal, és egy másik egyszerű és egy másik összetett anyagot képez:
A + BC = AB + C.
Ezek a reakciók túlnyomó többségében a redox reakciókhoz tartoznak:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3,
Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2,
2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2,
2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2.
Rendkívül kevés példa van olyan szubsztitúciós reakciókra, amelyek nem járnak együtt az atomok vegyértékállapotának változásával. Meg kell jegyezni a szilícium-dioxid reakcióját oxigéntartalmú savak sóival, amelyek gáznemű vagy illékony anhidrideknek felelnek meg:
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2,
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 \u003d ZCaSiO 3 + P 2 O 5,
Néha ezeket a reakciókat cserereakcióknak tekintik:
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + Hcl.
4. Csere reakciók
A cserereakciók két vegyület közötti reakciók, amelyek alkotórészeiket egymással kicserélik:
AB + CD = AD + CB.
Ha a szubsztitúciós reakciók során redox folyamatok mennek végbe, akkor a cserereakciók mindig az atomok vegyértékállapotának megváltoztatása nélkül mennek végbe. Ez az összetett anyagok - oxidok, bázisok, savak és sók - közötti reakciók leggyakoribb csoportja:
ZnO + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 O,
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,
CrCl 3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 + ZNaCl.
Ezen cserereakciók speciális esetei a semlegesítési reakciók:
Hcl + KOH \u003d KCl + H 2 O.
Általában ezek a reakciók engedelmeskednek a kémiai egyensúly törvényeinek, és abba az irányba haladnak, hogy legalább az egyik anyag eltávolítható a reakciószférából gáznemű, illékony anyag, csapadék vagy alacsony disszociációjú (oldatoknál) vegyület formájában:
NaHCO 3 + Hcl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2,
Ca (HCO 3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O,
CH 3 COONa + H 3 RO 4 \u003d CH 3 COOH + NaH 2 RO 4.