Между известными на сегодня 15 миллионами ве­ществ возможны миллиарды самых различных…

Между известными на сегодня 15 миллионами ве­ществ возможны миллиарды самых различных хими­ческих реакций. Для того чтобы только записать все возможные уравнения реакций, не хватит человеческой жизни. А уж запомнить их невозможно даже современ­ному компьютеру. C целью первоначального изучения химии полезно классифицировать эти всевозможные процессы. Огромное число химических реакций может быть разбито на несколько типов, которым присущи вполне определенные признаки.

В качестве классификационных признаков могут быть выбраны следующие:

1. Число и состав исходных веществ и продуктов реакции.

2. Изменение степеней окисления химических эле­ментов в ходе реакции.

3. Знак теплового эффекта реакции.

Рассмотрим более подробно каждый из типов реакций.

Классификация по числу и составу реагентов и конечных веществ

Реакции соединения. В ходе реакций соединения из не­скольких более простых по составу реагирующих веществ получается одно, более сложное по составу, вещество:

А + В + C = D.

Как правило, эти реакции сопровождаются выделе­нием теплоты, т. е. приводят к образованию более устой­чивых соединений.

Реакции соединения простых веществ всегда носят окислительно-восстановительный характер. Реакции со­единения, протекающие между сложными веществами, могут происходить как без изменения степеней окисле­ния, например:

Na9CO4 + СО, + H,0 = 2NaHC0,,
ZoZZ о

Так и с изменением степеней окисления:

2SO2 + O2 = 2SO3.

Реакции присоединения протекают и с участием ор­ганических соединений, например — реакции гидрата­ции и гидрирования:

C9H. + H9O → C9H5OH
Z 4 Z ZO

C4Hfi + H9’ijss31→ C4Hs
OD Z OO

Реакции разложения. В ходе реакций разложения из одного более сложного по составу вещества образуют­ся несколько более простых по составу соединений:

А = В + C + D.

Продуктами разложения сложного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества, напри­мер:

CaCO3 = CaO + CO2

N2H4 = N2 + 2H2

Из реакций разложения, протекающих без измене­ния степеней окисления, отметим разложение кристал­логидратов, гидроксидов, кислородсодержащих кислот и некоторых солей:

CuSO4 ∙ 5H20’°-→ CuSO4 + 5H2O
2A1(OH)3—- Al2O3 + 3H2O
MgCO3’°→ MgO + CO2

К реакциям разложения, происходящим с изменени­ем степеней окисления, относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления, например:

4HNO3f→ 2H2O + 4NO2 + O2 (NH4)2Cr2O7’°—> Cr2O, + N2 + 4H2O. ‘ 4’Z Z 7 Zo Z Z

Реакции разложения существуют и в органической химии, среди них, например, реакции крекинга:

C18H38’” C9H18 + C9H20
Io Oo У IO У Δxj

Или дегидрирования:

C..H’ → C3Hfi + H2
со оо Z

Реакции замещения. Реакцией замещения называ­ют взаимодействие простого вещества и сложного, в хо­де которого атомы простого вещества замещают один из элементов, входящих в состав сложного вещества. При­меры таких реакций приведены ниже:

Zn + 2HC1 = ZnCl2 + H2

8A1 + 3Fe3O4 = 9Fe + 4A12O3

2K + 2H2O = 2K0H + H2

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
4 4

В органической химии реакции замещения имеют свою специфику, с которой вы познакомитесь в старших классах. Так, к реакциям замещения относится хлори­рование метана:

CH4 + Cl2 — r"s→ CH4Cl + HCl 4 Z о

Практически все реакции замещения сопровожда­ются изменением степеней окисления элементов, т. е. яв­ляются окислительно-восстановительными.

Реакции обмена. Реакциями обмена принято назы­вать реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых сложные вещества обмениваются между собой своими составными частями:

AB + CD = AD + ВС.

В отличие от реакций замещения, реакции обмена протекают без изменения степеней окисления элемен­тов. Это наиболее распространенная группа реакций между сложными веществами — оксидами, основани­ями, кислотами и солями, например:

Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O
AgNO3 + KBr = AgBr + KNO3
FeCl3 + ЗКОН = Fe(OH)3 + ЗКС1

Частный случай реакций обмена — хорошо вам из­вестная реакция нейтрализации:

HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O

Классификация реакций по изменению степеней окисления химических элементов

В ходе химических реакций элементы могут как не изменять степени окисления, например:

Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4I + 2NaCl

CO2 + CaO = CaCO3 так и изменять их:

Mg + 2H+ → Mg2+ + H2↑

Fe+2S21 + 8Н№5О3(конц)=

= Fe+3(NO3)3 + 5N+2O↑ + 2H2S+6O4 + 2H2O

Реакции, протекающие с изменением степеней окис­ления, называют окислительно-восстановительными. Окислительно-восстановительные реакции чрезвычайно распространены как в живой природе, так и в промыш­ленной химии. Выплавка и очистка металлов, фотогра­фические процессы, реакция фотосинтеза, получение аммиака и неорганических кислот, производство меди­каментов и строительных материалов, реакции горения, дыхания — вот далеко не полный список окислитель­но-восстановительных процессов, с которыми сталкива­ется человечество. Ниже мы ещё раз вернёмся к окис­лительно-восстановительным свойствам неорганических соединений.

Классификация реакций по тепловому эффекту

В зависимости от теплового эффекта химические ре­акции подразделяются на экзотермические и эндотерми ческие. Экзотермическими называют реакции, протека­ющие с выделением энергии, например:

2Mg + O2 = 2MgO + Q

Примерами многочисленных экзотермических реак­ций являются: горение веществ на воздухе или в кисло­роде, взаимодействие металлов и неметаллов с галогена­ми, реакции нейтрализации, взаимодействие щелочных металлов с водой, взаимодействие активных металлов с кислотами и т. д.

Реакции, сопровождающиеся поглощением энергии, называют эндотермическими:

CaCO3 = CaO + CO2- Q

Как правило, реакции разложения протекают с поглощением энергии, а присоединения — с выделе­нием энергии. Но и здесь есть свои исключения. Так, реакция взаимодействия азота и кислорода (реакция соединения) является эндотермической, а разложе­ние перманганатов или хлоратов — реакции экзотер­мические:

N2 + O2 = 2N0 — Q

KClO4 = KCl + 2O2 + Q

Кроме рассмотренных признаков, химические реак­ции можно классифицировать:

— по признаку обратимости (обратимые и необрати­мые химические процессы),

— по фазовым признакам (газовые, в растворе, твёр­дофазные, гомогенные, гетерогенные),

— по необходимости использовать катализатор (ка­талитические и некаталитические) и по ряду других признаков.

Задания

Часть 1

К каждому из заданий части 1 даны 4 варианта ответа, из которых только один правильный.

1. Реакция, протекающая по уравнению

Zn + H9SO. = ZnSO. + H9, 2 4 4 Z7

Относится к реакциям

1) обмена

2) соединения

3) замещения

4) разложения

2. Какому типу соответствует реакция, протекающая по уравнению

Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O?

1) обмена

2) соединения

3) разложения

4) замещения

3- Какое из приведенных уравнений соответствует ре­акции нейтрализации?

1) BaCO3 + 2HC1 = BaCl2 + H2O + C02↑

2) Ba(OH)2 + Na2SO4 = BaSO4I + 2NaOH

3) CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3I + 2NaCl

4) 3NaOH + H4PO. = Na4PO. + 3H9O z 3 4 3 4 Z

4. Окисление аммиака:

4NH3(r)+ 3O2(r) = 2N2(r) + 6Н2О(ж)

Является реакцией

1) каталитической, эндотермической

2) каталитической, экзотермической

3) некаталитической, экзотермической

4) некаталитической, эндотермической

5. Взаимодействие водорода с хлором относится к реак­циям

1) разложения, эндотермическим

2) обмена, экзотермическим

3) соединения, эндотермическим

4) соединения, экзотермическим

6. Взаимодействие кальция и соляной кислоты отно­сится к реакциям

1) соединения, экзотермическим

2) замещения, экзотермическим

3) обмена, экзотермическим

4) замещения, эндотермическим

7. К практически необратимым реакциям относится взаимодействие между

1) N2и H2 3) C и O2

2) SO2и O2 4) H2и S

8. Какая из перечисленных реакций является окисли­тельно-восстановительной?

1) 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2) CaO + H2O = Ca(OH)2

3) NaOH + HI = NaI + H2O

4) 2A1 + 3S = Al2S3

9. Реакция, уравнение которой

2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2I + 2NaCl,

Относится к реакциям

1) разложения 3) замещения

2) соединения 4) обмена

10. Реакция, уравнение которой

2A1 + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3,

Относится к реакциям

1) разложения 3) замещения

2) соединения 4) обмена

11. К реакциям ионного обмена относится реакция, уравнение которой

1) 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

2) NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl

3) Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

4) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

12. К окислительно-восстановительным реакциям отно­сится реакция, уравнение которой

1) Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 + H2O

2) 2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2

3) Cu(OH)2 = CuO + H2O

4) 2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2I + 2NaCl

13. Взаимодействие гидроксида кальция с соляной кис­лотой относится к реакциям

1) соединения

2) обмена

3) разложения

4) замещения

14. Взаимодействие цинка с соляной кислотой относит­ся к реакциям

1) замещения

2) соединения

3) разложения

4) обмена

15. Окисление сероводорода

2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2

Является реакцией

1) окислительно-восстановительной, некаталитичес­кой, экзотермической

2) окислительно-восстановительной, каталитичес­кой, эндотермической

3) замещения, некаталитической, эндотермичес­кой

4) обмена, некаталитической, экзотермической

16. Серная кислота в растворе вступает в реакцию за­мещения с

1) железом

2) гидроксидом цинка

3) нитратом бария

4) оксидом меди(П)

17. Реакции нейтрализации соответствует уравнение:

1) BaCO3 + 2HC1 = BaCl2 + H2O + CO2

2) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O

3) CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl

4) CuO + SO3 = CuSO4

18. Гидроксид калия вступает в реакцию нейтрализа­ции с

1) оксидом cepu(VI)

2) сульфатом меди(П)

3) азотной кислотой

4) хлоридом железа(Ш)