9.1. Ce sunt reacțiile chimice
Amintiți-vă că numim reacții chimice oricare fenomene chimice natură. În timpul unei reacții chimice, unul se rupe și celălalt se formează. legături chimice. În urma reacției, din unele substanțe chimice se obțin și alte substanțe (vezi cap. 1).
Făcând temele pentru § 2.5, v-ați familiarizat cu selecția tradițională a patru tipuri principale de reacții din întregul set de transformări chimice, în același timp le-ați sugerat denumirea: reacții de combinare, descompunere, substituție și schimb.
Exemple de reacții compuse:
C + O 2 \u003d CO 2; (unu)
Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3. (3)
Exemple de reacții de descompunere:
2Ag2O4Ag + O2; (4)
CaC03CaO + CO2; (cinci)
(NH4)2Cr2O7N2 + Cr2O3 + 4H2O. (6)
Exemple de reacții de substituție:
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. (nouă)
| Reacții de schimb- reacții chimice în care substanțele inițiale, parcă, își schimbă părțile constitutive. |
Exemple de reacții de schimb:
Ba(OH)2 + H2S04 = BaS04 + 2H20; (10)
HCl + KNO 2 \u003d KCI + HNO 2; (unsprezece)
AgNO 3 + NaCl \u003d AgCl + NaNO 3. (12)
Clasificarea tradițională a reacțiilor chimice nu acoperă toată diversitatea lor - pe lângă reacțiile celor patru tipuri principale, există și reacții mult mai complexe.
Selectarea altor două tipuri de reacții chimice se bazează pe participarea la acestea a celor mai importante două particule nechimice: electronul și protonul.
În timpul unor reacții, are loc un transfer complet sau parțial de electroni de la un atom la altul. În acest caz, se modifică stările de oxidare ale atomilor elementelor care alcătuiesc substanțele inițiale; dintre exemplele date, acestea sunt reacțiile 1, 4, 6, 7 și 8. Aceste reacții se numesc redox.
Într-un alt grup de reacții, un ion de hidrogen (H +), adică un proton, trece de la o particulă care reacţionează la alta. Astfel de reacții se numesc reacții acido-bazice sau reacții de transfer de protoni.
Printre exemplele date, astfel de reacții sunt reacțiile 3, 10 și 11. Prin analogie cu aceste reacții, reacțiile redox sunt uneori numite reacții de transfer de electroni. Veți face cunoștință cu RIA în § 2 și cu KOR - în capitolele următoare.
REACŢII COMPUSE, REACŢII DE DESCOMPUNERE, REACŢII DE SUSTITUIRE, REACŢII DE SCHIMB, REACŢII REDOX, REACŢII ACID-BAZICE.
Scrieți ecuațiile de reacție corespunzătoare următoarelor scheme:
a) HgO Hg + O 2 ( t); b) Li2O + SO2Li2SO3; c) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( t);
d) Al + I2AlI3; e) CuCl2 + Fe FeCl2 + Cu; e) Mg + H3P04Mg3 (P04)2 + H2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( t); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( t); j) CuS04 + Al Al2 (S04)3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( t); m) NH3 + O2N2 + H2O ( t); m) H2S04 + CuO CuS04 + H2O.
Precizați tipul tradițional de reacție. Observați reacțiile redox și acido-bazice. În reacțiile redox, indicați atomii căror elemente își schimbă stările de oxidare.
9.2. Reacții redox
Luați în considerare reacția redox care are loc în furnalele în timpul producției industriale de fier (mai precis, fontă) din minereu de fier:
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
Să determinăm stările de oxidare ale atomilor care alcătuiesc atât materiile prime, cât și produșii de reacție
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
După cum puteți vedea, starea de oxidare a atomilor de carbon a crescut ca urmare a reacției, starea de oxidare a atomilor de fier a scăzut, iar starea de oxidare a atomilor de oxigen a rămas neschimbată. În consecință, atomii de carbon din această reacție au suferit oxidare, adică au pierdut electroni ( oxidat), iar atomii de fier la reducere, adică au atașat electroni ( recuperat) (vezi § 7.16). Pentru a caracteriza OVR se folosesc conceptele oxidantȘi agent de reducere.
Astfel, în reacția noastră, atomii de oxidare sunt atomi de fier, iar atomii reducători sunt atomi de carbon.
În reacția noastră, agentul de oxidare este oxidul de fier (III), iar agentul de reducere este oxidul de carbon (II).
În cazurile în care atomii oxidanți și atomii reducători fac parte din aceeași substanță (exemplu: reacția 6 din paragraful anterior), conceptele „substanță oxidantă” și „substanță reducătoare” nu sunt utilizate.
Astfel, agenții oxidanți tipici sunt substanțe care includ atomi care tind să adauge electroni (în întregime sau parțial), scăzând starea lor de oxidare. Dintre substanțele simple, acestea sunt în primul rând halogeni și oxigen, într-o măsură mai mică sulf și azot. Din substanțe complexe- substanțe care includ atomi în stări superioare de oxidare care nu sunt înclinați să formeze ioni simpli în aceste stări de oxidare: HNO 3 (N + V), KMnO 4 (Mn + VII), CrO 3 (Cr + VI), KClO 3 ( Cl). + V), KClO 4 (Cl + VII), etc.
Agenții reducători tipici sunt substanțe care includ atomi care tind să doneze electroni în întregime sau parțial, crescându-le starea de oxidare. Dintre substanțele simple, acestea sunt hidrogenul, metalele alcaline și alcalino-pământoase, precum și aluminiul. Dintre substanțele complexe - H 2 S și sulfuri (S -II), SO 2 și sulfiți (S + IV), ioduri (I -I), CO (C + II), NH 3 (N -III), etc.
În general, aproape toate substanțele complexe și multe substanțe simple pot prezenta atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare. De exemplu:
SO 2 + Cl 2 \u003d S + Cl 2 O 2 (SO 2 este un agent reducător puternic);
SO 2 + C \u003d S + CO 2 (t) (SO 2 este un agent de oxidare slab);
C + O 2 \u003d CO 2 (t) (C este agentul reducător);
C + 2Ca \u003d Ca 2 C (t) (C este un agent oxidant).
Să revenim la reacția discutată de noi la începutul acestei secțiuni.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Rețineți că, în urma reacției, atomii de oxidare (Fe + III) s-au transformat în atomi reducători (Fe 0), iar atomii reducători (C + II) s-au transformat în atomi de oxidare (C + IV). Dar CO2 în orice condiții este un agent oxidant foarte slab, iar fierul, deși este un agent reducător, este mult mai slab decât CO în aceste condiții. Prin urmare, produșii de reacție nu reacționează unul cu celălalt și nu are loc reacția inversă. Exemplul de mai sus este o ilustrare a principiului general care determină direcția fluxului OVR:
Reacțiile redox au loc în direcția formării unui agent oxidant mai slab și a unui agent reducător mai slab.
Proprietățile redox ale substanțelor pot fi comparate doar în aceleași condiții. În unele cazuri, această comparație poate fi făcută cantitativ.
Făcându-vă temele pentru primul paragraf al acestui capitol, ați văzut că este destul de dificil să găsiți coeficienți în unele ecuații de reacție (în special OVR). Pentru a simplifica această sarcină în cazul reacțiilor redox, se folosesc următoarele două metode:
dar) metoda echilibrului electronicȘi
b) metoda echilibrului electron-ion.
Veți studia acum metoda echilibrului electronilor, iar metoda echilibrului electron-ion este de obicei studiată în instituțiile de învățământ superior.
Ambele metode se bazează pe faptul că electronii din reacțiile chimice nu dispar nicăieri și nu apar nicăieri, adică numărul de electroni acceptați de atomi este egal cu numărul de electroni cedați de alți atomi.
Numărul de electroni donați și primiți în metoda echilibrului electronic este determinat de modificarea stării de oxidare a atomilor. Când se utilizează această metodă, este necesar să se cunoască compoziția atât a materiilor prime, cât și a produselor de reacție.
Luați în considerare aplicarea metodei balanței electronice folosind exemple.
Exemplul 1 Să facem o ecuație pentru reacția fierului cu clorul. Se știe că produsul unei astfel de reacții este clorura de fier (III). Să scriem schema de reacție:
Fe + Cl2FeCl3.
Să determinăm stările de oxidare ale atomilor tuturor elementelor care alcătuiesc substanțele care participă la reacție:
Atomii de fier donează electroni, iar moleculele de clor îi acceptă. Exprimăm aceste procese ecuații electronice:
Fe-3 e- \u003d Fe + III,
CI2 + 2 e-\u003d 2Cl -I.
Pentru ca numărul de electroni dați să fie egal cu numărul celor primiți, prima ecuație electronică trebuie înmulțită cu doi, iar a doua cu trei:
| Fe-3 e- \u003d Fe + III, CI2 + 2 e– = 2Cl –I |
2Fe - 6 e- \u003d 2Fe + III, 3CI2 + 6 e– = 6Cl –I. |
Introducând coeficienții 2 și 3 în schema de reacție, obținem ecuația reacției:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3.
Exemplul 2 Să compunem o ecuație pentru reacția de ardere a fosforului alb într-un exces de clor. Se știe că clorura de fosfor (V) se formează în următoarele condiții:
| +V–I | ||||
| P4 | + | Cl2 | PCl 5 . |
Moleculele albe de fosfor donează electroni (oxidează), iar moleculele de clor îi acceptă (reduși):
| P4-20 e– = 4P + V CI2 + 2 e– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P4-20 e– = 4P + V CI2 + 2 e– = 2Cl –I |
P4-20 e– = 4P + V 10Cl2 + 20 e– = 20Cl –I |
Factorii obținuți inițial (2 și 20) au avut un divizor comun, prin care (ca coeficienți viitori în ecuația de reacție) au fost împărțiți. Ecuația reacției:
P 4 + 10Cl 2 \u003d 4PCl 5.
Exemplul 3 Să compunem o ecuație pentru reacția care are loc în timpul prăjirii sulfurei de fier (II) în oxigen.
Schema de reactie:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
În acest caz, atât atomii de fier (II) cât și de sulf (–II) sunt oxidați. Compoziția sulfurei de fier (II) conține atomi ai acestor elemente într-un raport de 1:1 (vezi indici în formula cea mai simplă).
Balanță electronică:
| 4 | Fe + II - e– = Fe +III S-II-6 e– = S + IV |
Total donat 7 e – |
| 7 | O 2 + 4e - \u003d 2O -II |
Ecuația reacției: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.
Exemplul 4. Să compunem o ecuație pentru reacția care are loc în timpul arderii disulfurei (piritei) de fier (II) în oxigen.
Schema de reactie:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Ca și în exemplul precedent, aici sunt oxidați atât atomii de fier(II), cât și atomii de sulf, dar cu o stare de oxidare de I. Atomii acestor elemente sunt incluși în compoziția piritei într-un raport de 1:2 (vezi indici). în cea mai simplă formulă). În acest sens, atomii de fier și sulf reacționează, ceea ce este luat în considerare la alcătuirea balanței electronice:
| Fe+III – e– = Fe +III 2S-I-10 e– = 2S +IV |
Total dat 11 e – | |
| O2 + 4 e– = 2O –II |
Ecuația reacției: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Există și cazuri mai complexe de OVR, unele dintre ele le vei cunoaște făcându-ți temele.
ATOM OXIDANT, ATOM REDUCTOR, SUBSTANTĂ OXIDANȚĂ, SUBSTANTĂ REDUCTORĂ, METODA ECHILIBRARE ELECTRONICE, ECUAȚII ELECTRONICE.
1. Realizați o balanță electronică pentru fiecare ecuație OVR dată în textul § 1 al acestui capitol.
2. Alcătuiți ecuațiile OVR pe care le-ați descoperit la finalizarea sarcinii pentru § 1 din acest capitol. De data aceasta, utilizați metoda echilibrului electronic pentru a plasa cotele. 3. Utilizând metoda balanţei electronice, alcătuiţi ecuaţiile de reacţie corespunzătoare următoarelor scheme: a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O2Na2O2;
c) Na2O2 + Na Na2O;
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) Mn2O7 + NH3MnO2 + N2 + H20;
m) MnO2 + H2Mn + H2O ( 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. reacții exoterme. Entalpie
De ce apar reacțiile chimice?
Pentru a răspunde la această întrebare, să ne amintim de ce atomii individuali se combină în molecule, de ce se formează un cristal ionic din ioni izolați, de ce funcționează principiul energiei minime în timpul formării învelișului de electroni a unui atom. Răspunsul la toate aceste întrebări este același: pentru că este benefic din punct de vedere energetic. Aceasta înseamnă că energia este eliberată în timpul unor astfel de procese. S-ar părea că reacțiile chimice ar trebui să aibă loc din același motiv. Într-adevăr, pot fi efectuate multe reacții, în timpul cărora este eliberată energie. Energia este eliberată, de obicei sub formă de căldură.
Dacă căldura nu are timp să fie îndepărtată în timpul unei reacții exoterme, atunci sistemul de reacție se încălzește.
De exemplu, în reacția de ardere a metanului
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
se eliberează atât de multă căldură încât metanul este folosit drept combustibil.
Faptul că căldura este eliberată în această reacție poate fi reflectată în ecuația reacției:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g) + Q.
Acest așa-zis ecuația termochimică. Aici simbolul „+ Q„ înseamnă că atunci când metanul este ars, se eliberează căldură. Această căldură se numește efectul termic al reacției.
De unde vine căldura degajată?
Știți că în reacțiile chimice se rup și se formează legăturile chimice. În acest caz, legăturile sunt rupte între atomii de carbon și hidrogen din moleculele de CH4, precum și între atomii de oxigen din moleculele de O2. În acest caz, se formează noi legături: între atomii de carbon și oxigen din moleculele de CO 2 și între atomii de oxigen și hidrogen din moleculele de H 2 O. Pentru a rupe legăturile, trebuie să cheltuiți energie (vezi „energie de legătură”, „energia de atomizare” ), iar când se formează legături, se eliberează energie. Evident, dacă legăturile „noile” sunt mai puternice decât cele „vechi”, atunci va fi eliberată mai multă energie decât absorbită. Diferența dintre energia eliberată și cea absorbită este efectul termic al reacției.
Efectul termic (cantitatea de căldură) se măsoară în kilojuli, de exemplu:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 kJ.
O astfel de înregistrare înseamnă că se vor elibera 484 de kilojulii de căldură dacă doi moli de hidrogen reacţionează cu un mol de oxigen şi se formează doi moli de apă gazoasă (abur).
În acest fel, în ecuațiile termochimice, coeficienții sunt numeric egali cu cantitățile de substanță a reactanților și a produselor de reacție.
Ce determină efectul termic al fiecărei reacții specifice?
Efectul termic al reacției depinde
a) din state agregate materii prime și produse de reacție,
b) pe temperatură şi
c) dacă transformarea chimică are loc la volum constant sau la presiune constantă.
Dependența efectului termic al unei reacții de starea de agregare a substanțelor se datorează faptului că procesele de trecere de la o stare de agregare la alta (ca și alte procese fizice) sunt însoțite de eliberarea sau absorbția de căldură. Aceasta poate fi exprimată și printr-o ecuație termochimică. Un exemplu este ecuația termochimică a condensării vaporilor de apă:
H 2 O (g) \u003d H 2 O (g) + Q.
În ecuațiile termochimice și, dacă este necesar, în ecuațiile chimice obișnuite, stările agregate ale substanțelor sunt indicate folosind indici de litere:
(d) - gaz,
(g) - lichid,
(t) sau (cr) este o substanță solidă sau cristalină.
Dependența efectului termic de temperatură este asociată cu diferențele de capacități termice
materii prime şi produşi de reacţie.
Deoarece, ca urmare a unei reacții exoterme la presiune constantă, volumul sistemului crește întotdeauna, o parte din energie este cheltuită pentru a lucra pentru a crește volumul, iar căldura degajată va fi mai mică decât în cazul aceleiași reacții. la volum constant.
Efectele termice ale reacțiilor sunt de obicei calculate pentru reacțiile care au loc la volum constant la 25 °C și sunt notate cu simbolul Q o.
Dacă energia este eliberată numai sub formă de căldură, și reactie chimica are loc la un volum constant, apoi efectul termic al reacției ( Q V) este egală cu modificarea energie interna(D U) substanțe care participă la reacție, dar cu semnul opus:
Q V = - U.
Energia internă a unui corp este înțeleasă ca energia totală a interacțiunilor intermoleculare, a legăturilor chimice, a energiei de ionizare a tuturor electronilor, a energiei de legătură a nucleonilor din nuclee și a tuturor celorlalte tipuri de energie cunoscute și necunoscute „înmagazinate” de acest corp. Semnul „–” se datorează faptului că atunci când căldura este eliberată, energia internă scade. i.e
U= – Q V .
Dacă reacția are loc la presiune constantă, atunci volumul sistemului se poate modifica. O parte din energia internă este, de asemenea, cheltuită pentru munca de creștere a volumului. În acest caz
U = -(Q P + A) = –(Q P + PV),
Unde Qp este efectul termic al unei reacții care se desfășoară la presiune constantă. De aici
Q P = - SUSV .
O valoare egală cu U+PV a fost numit modificarea entalpieiși notat cu D H.
H=U+PV.
prin urmare
Q P = - H.
Astfel, atunci când căldura este eliberată, entalpia sistemului scade. De aici și vechea denumire a acestei cantități: „conținut de căldură”.
Spre deosebire de efectul termic, modificarea entalpiei caracterizează reacția, indiferent dacă se desfășoară la volum constant sau la presiune constantă. Ecuațiile termochimice scrise folosind modificarea entalpiei se numesc ecuații termochimice în formă termodinamică. În acest caz, este dată valoarea modificării entalpiei în condiții standard (25 ° C, 101,3 kPa), notată H despre. De exemplu:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) H despre= – 484 kJ;
CaO (cr) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (cr) H despre= - 65 kJ.
Dependența cantității de căldură eliberată în reacție ( Q) din efectul termic al reacției ( Q o) și cantitatea de substanță ( n B) unul dintre participanții la reacție (substanța B - substanța de pornire sau produsul de reacție) este exprimat prin ecuația:
Aici B este cantitatea de substanță B, dată de coeficientul din fața formulei substanței B din ecuația termochimică.
O sarcină
Determinați cantitatea de substanță hidrogen arsă în oxigen dacă s-au eliberat 1694 kJ de căldură.
Soluţie
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 kJ. |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. Efectul termic al reacției de interacțiune a aluminiului cristalin cu clorul gazos este de 1408 kJ. Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție și determinați masa de aluminiu necesară pentru a produce 2816 kJ de căldură folosind această reacție. 9.4. reactii endoterme. Entropie Pe lângă reacțiile exoterme, sunt posibile reacții în cursul cărora căldura este absorbită, iar dacă nu este furnizată, atunci sistemul de reacție este răcit. Astfel de reacții se numesc endotermic. Efectul termic al unor astfel de reacții este negativ. De exemplu: Astfel, energia eliberată în timpul formării legăturilor în produsele acestor reacții și a celor similare este mai mică decât energia necesară pentru a rupe legăturile din materiile prime.
Să luăm două baloane și să umplem unul dintre ele cu azot (gaz incolor) și celălalt cu dioxid de azot (gaz maro), astfel încât atât presiunea, cât și temperatura din baloane să fie aceleași. Se știe că aceste substanțe nu intră într-o reacție chimică între ele. Legăm strâns baloanele cu gâtul lor și le așezăm vertical, astfel încât balonul cu dioxid de azot mai greu să fie în partea de jos (Fig. 9.1). După un timp, vom vedea că dioxidul de azot maro se răspândește treptat în balonul superior, iar azotul incolor pătrunde în cel inferior. Ca urmare, gazele sunt amestecate, iar culoarea conținutului baloanelor devine aceeași. În acest fel,
Ecuații de relație între entropie ( S) și alte cantități sunt studiate la cursurile de fizică și chimie fizică. unitate de entropie [ S] = 1 J/K. G= H-T S Condiția apariției spontane a reacției: G< 0. La temperaturi scăzute, factorul care determină posibilitatea unei reacții într-o măsură mai mare este factorul de energie, iar la temperaturi ridicate, cel de entropie. Din ecuația de mai sus, în special, este clar de ce reacțiile de descompunere care nu au loc la temperatura camerei (entropia crește) încep să aibă loc la o temperatură ridicată. REACȚIE ENDOTERMICĂ, ENTROPIE, FACTOR DE ENERGIE, FACTOR DE ENTROPIE, ENERGIE GIBBS. 2CuO (cr) + C (grafit) \u003d 2Cu (cr) + CO 2 (g) este -46 kJ. Notează ecuația termochimică și calculează câtă energie trebuie să cheltuiești pentru a obține 1 kg de cupru într-o astfel de reacție. CaCO 3 (cr) \u003d CaO (cr) + CO 2 (g) - 179 kJ S-au format 24,6 litri de dioxid de carbon. Stabiliți câtă căldură a fost irosită inutil. Câte grame de oxid de calciu s-au format în acest caz? |
Conceptul de „reacție compusă” este antonimul conceptului de „reacție de descompunere”. Încercați, folosind tehnica opoziției, să definiți conceptul de „reacție compusă”. Dreapta! Aveți următoarea formulare.
Să luăm în considerare acest tip de reacții cu ajutorul unei alte forme, noi pentru tine, de înregistrare a proceselor chimice - așa-numitele lanțuri de tranziții, sau transformări. De exemplu, schema
prezintă conversia fosforului în oxid de fosfor (V) P 2 O 5 , care, la rândul său, este apoi transformat în acid fosforic H 3 PO 4 .
Numărul de săgeți din schema de transformare a substanțelor corespunde numărului minim de transformări chimice - reacții chimice. În acest exemplu, acestea sunt două procese chimice.
primul proces. Obţinerea oxidului de fosfor (V) Р 2 O 5 din fosfor. Evident, aceasta este o reacție a combinației de fosfor cu oxigen.
Să punem niște fosfor roșu într-o lingură pentru a arde substanțele și să-i dăm foc. Fosforul arde cu o flacără strălucitoare, producând fum alb format din particule mici de oxid de fosfor (V):
4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5.
al 2-lea proces. Să punem în balon o lingură de fosfor arzând. Este umplut cu fum dens din oxid de fosfor (V). Scoatem o lingura din balon, turnam apa in balon si agitam continutul, dupa ce inchidem gatul balonului cu un dop. Fumul se subțiază treptat, se dizolvă în apă și, în sfârșit, dispare complet. Dacă se adaugă puțin turnesol la soluția obținută în balon, acesta va deveni roșu, ceea ce este o dovadă a formării acidului fosforic:
P 2 O 5 + ZN 2 O \u003d 2H 3 RO 4.
Reacțiile care sunt efectuate pentru a efectua tranzițiile luate în considerare se desfășoară fără participarea unui catalizator, de aceea sunt numite necatalitice. Reacțiile considerate mai sus au loc doar într-o singură direcție, adică sunt ireversibile.
Să analizăm câte și ce substanțe au intrat în reacțiile de mai sus și câte și ce substanțe s-au format în ele. În prima reacție, s-a format o substanță complexă din două substanțe simple, iar în a doua - din două substanțe complexe, fiecare dintre ele constând din două elemente, s-a format o substanță complexă, constând deja din trei elemente.
O substanță complexă se poate forma și ca rezultat al reacției combinației de substanțe complexe și simple. De exemplu, în producția de acid sulfuric din oxid de sulf (IV), se obține oxid de sulf (VI):
Această reacție se desfășoară atât în direcția înainte, adică cu formarea produsului de reacție, cât și în sens invers, adică produsul de reacție se descompune în substanțele inițiale, prin urmare, în locul semnului egal, pun semnul reversibilității.
Această reacție implică un catalizator - oxid de vanadiu (V) V 2 O 5, care este indicat deasupra semnului de reversibilitate:
O substanță complexă poate fi obținută și în reacția combinației a trei substanțe. De exemplu, acidul azotic se obține printr-o reacție a cărei schemă este:
NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3.
Luați în considerare cum să alegeți coeficienții pentru a egaliza schema acestei reacții chimice.
Numărul de atomi de azot nu trebuie egalat: atât în partea stângă, cât și în partea dreaptă a schemei, câte un atom de azot. Egalizează numărul de atomi de hidrogen - în fața formulei acidului scriem coeficientul 2:
NO2 + H2O + O2 → 2HNO3.
dar în acest caz, egalitatea numărului de atomi de azot va fi încălcată - un atom de azot rămâne în partea stângă și există doi dintre ei în dreapta. Scriem coeficientul 2 în fața formulei pentru oxidul de azot (IV):
2NO2 + H2O + O2 → 2HNO3.
Să numărăm numărul de atomi de oxigen: sunt șapte în partea stângă a schemei de reacție și șase în partea dreaptă. Pentru a egaliza numărul de atomi de oxigen (șase atomi în fiecare parte a ecuației), amintiți-vă că înainte de formulele substanțelor simple, puteți scrie coeficientul fracțional 1/2:
2NO2 + H2O + 1/2O2 → 2HNO3.
Să facem coeficienții numere întregi. Pentru a face acest lucru, rescriem ecuația prin dublarea coeficienților:
4NO 2 + 2Н 2 O + O 2 → 4HNO 3.
Trebuie remarcat faptul că aproape toate reacțiile compuse sunt reacții exoterme.
Experimentul de laborator nr. 15
Calcinarea cuprului în flacăra unei lămpi cu alcool
- Luați în considerare firul de cupru (placa) care vi se oferă și descrieți-l aspect. Aprindeți firul, ținându-l cu clești pentru creuzet, în partea superioară a flăcării lămpii cu spirit, timp de 1 minut. Descrieți condițiile reacției. Descrieți un semn care confirmă că a avut loc o reacție chimică. Scrieți o ecuație pentru reacție. Numiți materiile prime și produsele reacției.
Explicați dacă masa firului (plăcii) de cupru s-a modificat după încheierea experimentului. Justificați-vă răspunsul folosind cunoștințele legii conservării masei substanțelor.
Cuvinte cheie și expresii
- Reacțiile combinate sunt antonime pentru reacțiile de descompunere.
- Reacții catalitice (inclusiv enzimatice) și necatalitice.
- Lanțuri de tranziții sau transformări.
- Reacții reversibile și ireversibile.
Lucrați cu computerul
- Consultați aplicația electronică. Studiați materialul lecției și finalizați sarcinile propuse.
- Căutați pe Internet adrese de e-mail care pot servi ca surse suplimentare care dezvăluie conținutul cuvintelor cheie și al frazelor din paragraf. Oferă profesorului ajutorul tău în pregătirea unei noi lecții - întocmește un raport asupra cuvintelor și expresiilor cheie din următorul paragraf.
Întrebări și sarcini
1. Ce reacții se numesc reacții de schimb? Cum diferă ele de reacțiile de combinare, descompunere și substituție?
Reacțiile de schimb sunt reacții în care două substanțe complexe își schimbă părțile constitutive. Astfel, substanțele complexe se formează din substanțe complexe. În timp ce în reacțiile de descompunere se formează mai multe substanțe simple sau complexe dintr-o substanță complexă, în reacțiile compuse, o substanță complexă se formează din mai multe substanțe simple sau complexe, în reacțiile de substituție, o substanță complexă și una simplă se formează dintr-o substanță simplă și una simplă. substanță complexă.
2. Se poate susține că interacțiunea unei soluții de carbonat a oricărui metal și a unui acid este doar o reacție de schimb? De ce?
3. Scrieți ecuațiile pentru reacțiile de schimb între soluții:
a) clorură de calciu și fosfat de sodiu;
b) acid sulfuric și hidroxid de fier (III). 
4. Care dintre reacțiile de schimb, ale căror scheme 
va alerga până la capăt? Pentru a răspunde, folosiți tabelul de solubilitate a hidroxizilor și a sărurilor în apă. 
5. Determinați cantitatea de substanță hidroxid de sodiu care va fi necesară pentru a neutraliza complet 980 g de soluție de acid fosforic 30%. 
6. Calculați cantitatea de substanță și masa precipitatului format în timpul interacțiunii a 980 g dintr-o soluție 20% de sulfat de cupru (II) cu cantitatea necesară de hidroxid de potasiu. 
Reacții de conexiune (formarea unei substanțe complexe din mai multe substanțe simple sau complexe) A + B \u003d AB
Reacții de descompunere (descompunerea unei substanțe complexe în mai multe substanțe simple sau complexe) AB \u003d A + B
Reacții de substituție (între substanțe simple și complexe, în care atomii unei substanțe simple înlocuiesc atomii unuia dintre elementele unei substanțe complexe): AB + C \u003d AC + B
Reacții de schimb (între două substanțe complexe în care substanțele își schimbă părțile constitutive) AB + SD \u003d AD + CB
1. Specificați definiția corectă a unei reacții compuse:
A. Reacția de formare a mai multor substanțe dintr-o substanță simplă;
B. O reacție în care se formează o substanță complexă din mai multe substanțe simple sau complexe.
B. O reacție în care substanțele își schimbă constituenții.
2. Specificați definiția corectă a unei reacții de substituție:
A. Reacția dintre bază și acid;
B. Reacția interacțiunii a două substanțe simple;
B. O reacție între substanțe în care atomii unei substanțe simple înlocuiesc atomii unuia dintre elementele unei substanțe complexe.
3. Precizați definiția corectă a reacției de descompunere:
A. O reacție în care dintr-o substanță complexă se formează mai multe substanțe simple sau complexe;
B. O reacție în care substanțele își schimbă constituenții;
B. Reacție cu formarea moleculelor de oxigen și hidrogen.
4. Precizați semnele reacției de schimb:
A. Formarea apei;
B. Numai formarea de gaze;
B. Numai precipitații;
D. Precipitarea, formarea de gaz sau formarea unui electrolit slab.
5. Ce tip de reacții este interacțiunea oxizilor acizi cu oxizii bazici:
A. Reacția de schimb;
B. Reacția de conectare;
B. Reacția de descompunere;
D. Reacția de substituție.
6. Ce tip de reacție este interacțiunea sărurilor cu acizii sau bazele:
A. Reacții de substituție;
B. Reacții de descompunere;
B. Reacții de schimb;
D. Reacții de conexiune.
7. Substanțele ale căror formule sunt KNO3 FeCl2, Na2SO4 se numesc:
a) săruri B) temeiuri; B) acizi D) oxizi.
8 . Substanțele ale căror formule sunt HNO3, HCl, H2SO4 se numesc:
9 . Substanțele ale căror formule sunt KOH, Fe(OH)2, NaOH se numesc:
a) săruri B) acizi; B) temeiuri D) oxizi. 10 . Substanțele ale căror formule sunt NO2, Fe2O3, Na2O se numesc:
a) săruri B) acizi; B) temeiuri D) oxizi.
11 . Precizați metalele care formează alcalii:
Cu, Fe, Na, K, Zn, Li.
Raspunsuri:
Na, K, Li.
În reacțiile unui compus din mai multe substanțe care reacţionează cu o compoziție relativ simplă, se obține o substanță cu o compoziție mai complexă:
De regulă, aceste reacții sunt însoțite de eliberare de căldură, adică. duce la formarea de compuși mai stabili și mai puțin bogați în energie.
Reacțiile combinației de substanțe simple sunt întotdeauna de natură redox. Reacțiile de conexiune care apar între substanțe complexe pot apărea atât fără modificarea valenței:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2,
și să fie clasificate ca redox:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.
2. Reacții de descompunere
Reacțiile de descompunere duc la formarea mai multor compuși dintr-o substanță complexă:
A = B + C + D.
Produșii de descompunere ai unei substanțe complexe pot fi atât substanțe simple, cât și complexe.
Dintre reacțiile de descompunere care apar fără modificarea stărilor de valență, trebuie remarcată descompunerea hidraților cristalini, bazelor, acizilor și sărurilor acizilor care conțin oxigen:
|
CuS04 + 5H20 |
|
2H2O + 4NO2O + O2O. |
2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2, (NH 4) 2Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
Deosebit de caracteristice sunt reacțiile redox de descompunere pentru sărurile acidului azotic.
Reacții de descompunere în Chimie organica se numesc cracare.
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20,
sau dehidrogenare
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2.
3. Reacții de substituție
În reacțiile de substituție, de obicei o substanță simplă interacționează cu una complexă, formând o altă substanță simplă și alta complexă:
A + BC = AB + C.
Aceste reacții, în marea majoritate, aparțin reacțiilor redox:
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.
Exemplele de reacții de substituție care nu sunt însoțite de o modificare a stărilor de valență ale atomilor sunt extrem de puține. Trebuie remarcată reacția dioxidului de siliciu cu sărurile acizilor care conțin oxigen, care corespund anhidridelor gazoase sau volatile:
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2,
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 \u003d ZCaSiO 3 + P 2 O 5,
Uneori, aceste reacții sunt considerate reacții de schimb:
CH4 + CI2 = CH3CI + Hcl.
4. Reacții de schimb
Reacțiile de schimb sunt reacții între doi compuși care își schimbă constituenții între ei:
AB + CD = AD + CB.
Dacă procesele redox au loc în timpul reacțiilor de substituție, atunci reacțiile de schimb au loc întotdeauna fără modificarea stării de valență a atomilor. Acesta este cel mai comun grup de reacții între substanțe complexe - oxizi, baze, acizi și săruri:
ZnO + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 O,
AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3,
CrCI3 + ZNaOH = Cr(OH)3 + ZNaCl.
Un caz special al acestor reacții de schimb este reacțiile de neutralizare:
Hcl + KOH \u003d KCl + H2O.
De obicei, aceste reacții se supun legilor echilibrului chimic și se desfășoară în direcția în care cel puțin una dintre substanțe este îndepărtată din sfera de reacție sub formă de substanță gazoasă, volatilă, precipitat sau compus cu disociere scăzută (pentru soluții):
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.