В промышленности подбирают такие условия, чтобы осуществлялись нужные реакции, а вредные замедлялись.

ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

В таблице 12 приведены основные типы химических реакций по числу участву­ющих в них частиц. Даны рисунки и уравнения часто описываемых в учебни­ках реакций разложения , соединения , замещения и обмена .

В верхней части таблицы представлены реакции разложения воды и гидрокарбоната натрия. Изображён прибор для прохождения через воду постоянного электрическо­го тока. Катод и анод представляют собой металлические пластинки, погружён­ные в воду и соединённые с источником электрического тока. В связи с тем, что чистая вода практически не проводит электрический ток, к ней добавляют небольшое количест­во соды (Nа 2 СО 3) или серной кислоты (Н 2 SО 4). При прохождении тока на обоих электродах происходит выделение пузырьков газа. В трубке, где собирается водород, объём оказывается вдвое большим, чем в трубке, где соби­рается кислород (о его наличии можно удостовериться с помощью тлеющей лучинки). Модельная схема демонстрирует реакцию разложения воды. Химические (ковалентные) связи между атомами в молекулах воды разрушаются, и из освобождающихся атомов обра­зуются молекулы водорода и кислорода.

Модельная схема реакции соединения металлического железа и молекулярной серы S 8 показывает, что в резуль­тате перегруппировки атомов в процессе реакции образуется сульфид железа. При этом разрушаются химические связи в кристалле железа (металлическая связь) и молекуле серы (ковалентная связь), а осво­бодившиеся атомы соединяются с образованием ионных связей в кристалл соли.

К другой реакции соединения относится гашение извести СаО водой с образованием гидроксида кальция. При этом жжёная (негашёная) известь начинает разогреваться и образуется рыхлый порошок гашёной извести.

К реакциям замещения относят взаимодействие металла с кислотой или солью. При погружении достаточно активного металла в сильную (но не азотную) кислоту выделяются пузырьки водорода. Более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.

Типичными реакциями обмена является реакция нейтрализации и реакция между растворами двух солей. На рисунке показано получение осадка сульфата бария. За ходом реакции нейтрализации следят с помощью индикатора фенолфталеина (малиновая окраска исчезает).

Таблица 12

Типы химических реакций

ВОЗДУХ. КИСЛОРОД. ГОРЕНИЕ

Кислород является самым распространённым химическим элементом на Земле. Содержание его в земной коре и гидросфере представлено в таблице 2 "Распространённость химических элементов". На долю кислорода приходится примерно половина (47 %) массы литосферы. Он является преобладающим химическим эле­ментом гидросферы. В земной коре кислород присутствует только в связанном виде (оксиды, соли). Гидросфера также представлена в основном связанным кис­лородом (часть молекулярного кислорода растворена в воде).

В атмосфере свободного кислорода содержится 20,9 % по объёму. Воздух – сложная смесь газов. Сухой воздух на 99,9 % состоит из азота (78,1 %), кислорода (20,9 %) и аргона (0,9 %). Содержание этих газов в воздухе практически постоян­но. В состав сухого атмосферного воздуха также входят диоксид углерода, неон, гелий, метан, криптон, водород, оксид азота(I) (оксид диазота, гемиоксид азота – N 2 О), озон, диоксид серы, монооксид уг­лерода, ксенон, оксид азота(IV) (диоксид азота – NО 2).

Состав воздуха определил французский химик Антуан Лоран Лавуазье в конце XVIII века (таблица 13). Он доказал содержание кислорода в воздухе, и назвал его "жизненный воздух". Для этого он нагревал на печи ртуть в стеклянной реторте, тонкая часть которой поводилась под стеклянный колпак, опущенный в водяную баню. Воздух под колпаком оказывался замкнутым. При нагревании ртуть соединялась с кислородом, превращаясь в оксид ртути красного цвета. "Воздух", остав­шийся в стеклянном колпаке после нагревания ртути, не содержал кислорода. Мышь, помещённая под колпак, задыхалась. Прокалив оксид ртути, Лавуазье снова выделил из него кислород и вновь получил чистую ртуть.

Содержание кислорода в атмосфере стало заметно увеличиваться около 2 млрд. лет назад. В результате реакции фотосинтеза поглощался некоторый объём углекислого газа и выделялся такой же объём кислорода. На рисунке таблицы схема­тически показано образование кислорода при фотосинтезе. В процессе фотосин­теза в листьях зелёных растений, содержащих хлорофилл , при поглощении солнечной энергии происходит превращение воды и углекислого газа в углеводы (сахара) и кислород . Реакцию образова­ния глюкозы и кислорода в зелёных растениях можно записать в следующем виде:

6Н 2 О + 6СО 2 = С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .

Образующаяся глюкоза превращается в нерастворимый в воде крахмал , который накапливается в растениях.

Таблица 13

Воздух. Кислород. Горение

Фотосинтез представляет собой сложный химический процесс, включающий несколько стадий: поглощение и транспортировку солнечной энергии, использо­вание энергии солнечного света для инициирования фотохимических окисли­тельно-восстановительных реакций, восстановление углекислого газа и образованием угле­водов.

Солнечный свет – это электромагнитное излучение разных длин волн. В молекуле хлоро­филла при поглощении видимого света (красного и фиолетового) происходят переходы электронов из одного энергетического состояния в другое. На фотосинтез расходуется только небольшая часть солнечной энергии (0,03 %), достигающей поверхности Земли.

Весь имеющийся на Земле диоксид углерода проходит через цикл фотосинте­за в среднем за 300 лет, кислород – за 2000 лет, вода океанов – за 2 млн. лет. В настоящее время в атмосфере установилось постоянное содержание кислорода. Он практически полностью расходуется на дыхание, горение и гниение органиче­ских веществ.

Кислород – одно из самых активных веществ. Процессы с участием кислоро­да называются реакциями окисления. К ним относят горение, дыхание, гниение и многие другие. На таблице показано горение нефти, которое идёт с выделением теплоты и света.

Реакции горения могут принести не только пользу, но и вред. Горение можно остановить, прекратив доступ воздуха (окислителя) к горящему предмету с помощью пены, песка или одеяла.

Пенные огнетушители наполняют концентрированным раствором питьевой соды. При её контакте с концентрированной серной кислотой, находящейся в стеклянной ампуле в верхней части огнетушителя, образуется пена углекислого газа. Для приведения в действие огнетушитель переворачивают и ударяют об пол металлическим штиф­том. При этом ампула с серной кислотой разбивается и образующийся в результате реакции кислоты с гидрокарбонатом натрия углекислый газ вспенивает жидкость и выбрасывает её из огнетушителя сильной струёй. Пенис­тая жидкость и углекислый газ, обволакивая горящий предмет, оттесняют воздух и гасят пламя.

Похожая информация.

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Победитель конкурса "Электронный учебник на уроке".

7-й класс

Цель урока:

• изучение и первичное осознание химических явлений; выяснение признаков и условий протекания химических реакций;
• совершенствование умения отличать физические процессы от химических; формирование практических навыков при работе с химическими реактивами и лабораторным оборудованием.

Задачи урока:

образовательные:

• закрепить знания учащихся о физических и химических явлениях;
• содействовать формированию у учащихся знаний о признаках и условиях протекания химических реакций;

развивающие:

• развивать умение ставить проблемы и решать их, устанавливать межпредметные связи;
• вырабатывать практические умения работать с лабораторным оборудованием и реактивами в соответствии с правилами по ТБ;
• продолжать формирование умений оформлять результаты учебного эксперимента;
• развивать способность к само- и взаимоконтролю.

воспитательные:

• воспитывать культуру общения через работу в парах;
• продолжить формирование представлений о положительной роли химии для объяснения происходящих процессов в природе и в организме человека.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления знаний.

Методы обучения: беседа, рассказ учителя, демонстрационный эксперимент, демонстрация видеофрагментов, использование ЭФУ.

Оборудование: ПК, медиапроектор, наборы для лабораторной работы, рабочая тетрадь.

Средства обучения: мультимедийная презентация.

Этапы урока

• Деятельность учителя
• Деятельность ученика
• Примечание

Ход урока

I. Организационный момент – 1 мин

В течение урока вам предстоит работать с электронными приложениями Я надеюсь, что урок будет интересным и полезным для вас.

Цель: создание положительного эмоционального настроя на усвоение учебного материала, формулирование целей и задач урока, ожидаемых результатов.

II. Проверка домашнего задания – 5 мин

– Ребята, какие явления могут встречаться в нашей жизни?

– Как вы считаете, какие из этих явлений должна изучать физика, а какие - химия?

– Сформулируйте определения физических и химических явлений.

– Химия – одна из наук, помогающая познать тайны природы. Но этому надо учиться. Одно из необходимых умений – это умение наблюдать явлений, отличать, определять принадлежность явления к определенной группе. На экране будут представлены картинки физических и химических явлений.

Физическое явление – это явление, при котором, изменяется агрегатное состояние вещества или форма образованного им тела, а само вещество остаётся без изменений.

Химическое явление – это явление, при котором одно вещество превращается в другое.

III. Мотивация к открытию новых знаний – 2 мин

Скажите, теперь вы сможете отличить физическое явление от химической реакции?

– Достаточно ли ваших знаний для этого?

– Какой главный отличительный признак химической реакции?

– Ежеминутно в мире протекает миллионы химических реакций – в нашем желудке, когда мы едим, в выпекающемся пироге или в двигателе автомобиля. Но как определить происходит химическая реакция или нет?

При химических процессах происходит превращение одних веществ в другие, которые обладают новыми свойствами, которыми не обладали исходные вещества. Эти превращения сопровождаются яркими и наглядными изменениями. Эти наглядные изменения называются признаки.

– Что ещё вам необходимо знать о химических реакциях, чтобы безошибочно отличать их от физических явлений?

– Поэтому какую тему мы будем изучать сегодня на уроке?

– Должно быть что-то очень заметное

– Знать признаки химический явлений (реакций)

– Признаки химических реакций

Цель: подготовка к осознанному восприятию материала, стимулирование познавательного интереса.

IV. Актуализация субъектного опыта учащихся – 3 мин

“Химии никоим образом научиться невозможно, не видав самой практики и не принимаясь за химические операции”.

М.В. Ломоносов

– Как вы понимаете эти слова?

– Что хотели бы узнать и чему научиться на уроке:

• выявить – (признаки химических реакций)
• определить – (отличия химических и физических явлений)
• познакомиться – (с условиями протекания реакций)
• провести – (химический эксперимент)
• отметить – (значение химических реакций)

Главный признак химической реакции – это образование новых веществ с новыми свойствами. Вы знаете много веществ, но ваши знания будут неполными, если мы не изучим явления происходящие с ними. Вот по этому, сегодня на уроке вы должны провести различные реакции и выяснить их основные признаки.

– Для того чтобы проводить опыты, нужно знать какие вещества необходимо брать для реакции.

(учащиеся формируют цели урока)

Цель: активизация личного опыта каждого ученика и использование его в обучении, подготовка к восприятию нового материала, оценка учителем уровня подготовленности учащихся.

V. Открытие новых знаний, изучение нового материала (лабораторный эксперимент) – 12 мин

– В ходе исследования вы будете выступать в роли юных химиков – экспериментаторов. Нам предстоит работать с реактивами, в том числе с кислотами и щелочами. Вспомните правила ТБ, которые необходимо знать при работе с этими веществами.

– Анализируя лабораторный эксперимент, не забывайте записывать свои наблюдения в рабочую тетрадь и делать выводы. Пользоваться можно глазами, руками, памятью, эрудицией, правилами техники безопасности и реактивами.

– Какие опыты проводили и какие признаки наблюдали?

– Как вы думаете, какие условия необходимо выполнить, чтобы произошла химическая реакция?

(ребята перечисляют правила ТБ)

Условия протекания химических реакций: соприкосновение веществ, нагревание

Цель: формирование новых знаний о химических реакциях, признаках, условиях протекания реакции и классификации реакций по тепловому эффекту.

VI. Закрепление изученного – 5 мин

Используя электронные приложения, ребята закрепляют изученный материал.

– Прочитайте описание явлений и укажите, в какой части текста говориться о физическом явлении, а в какой о химической реакции. Назовите признаки химической реакции.

1) При горении свечи воск сначала плавится и смачивает фитиль, а потом сгорает, образуя углекислый газ и пары воды. Горение сопровождается образованием пламени.

2) В процессе выплавки чугуна из руды образуется металл. Горячий чугун разливают в формы, в которых он постепенно остывает и затвердевает.

3) Для приготовления лимонада в воду высыпают кристаллики лимонной кислоты. Они постепенно растворяются. Затем в воду с кислотой добавляют соду. В результате появляются пузырьки газа.

4) При нагревании воды она испаряется, а при действии на неё электрического тока, воды разлагается на два простых газообразных вещества: кислород и водород.

5) При длительном пережёвывании чёрного хлеба он измельчается. Потом вы почувствуете сладковатый вкус, так как хлеб начинает перевариваться под действием слюны.

6) Для приготовления теста сначала дрожжи растворяют в воде. Затем их добавляют к остальным компонентам теста. В результате появляются пузырьки газа, которые делают тесто воздушным.

– Итак, запишем в рабочую тетрадь признаки и условия протекания реакций

Плавление воска - физическое явление, т.к. меняется его агрегатное состояние, а горение - химическое, в тексте говорится об образовании двух новых веществ.

Превращение руды в чугун – процесс химический, а остывание и затвердевание чугуна - физический.

Растворение кристалликов лимонной кислоты – явление физическое, т.к. меняется размер частиц вещества. После добавления соды произошла химическая реакция – как появляются пузырьки какого-то нового вещества.

Испарение воды – физическое явление, так как меняется агрегатное состояние вещества, а разложение под действием тока - химическое, так как образовались новые вещества.

Измельчение хлеба - физическое явление. Переваривание под действием слюны - химическое.

1-2 минуты дети знакомятся с текстом и обсуждают его. Учитель направляет обсуждение ответов каждой группы остальными детьми.

Включить экран.

VII. Применение изученного – 3 мин

– Молодцы, ребята! Вы на практике узнали о некоторых признаках химических реакций. Но... вся ли информация сейчас прозвучала? Как вы думаете?

– Совершенно верно! Мы ничего не сказали о том, где человек в своей повседневной жизни может встретиться с химическими реакциями и наблюдать за их признаками, какие химические реакции происходят в природе и какими признаками они сопровождаются. Можете привести примеры?

– Наверно, не вся!

– Извержения вулканов. Огромное количество (выделение энергии в виде тепла и света)

– Летом листья на деревьях зелёные, а осенью жёлтые и красные

– Образование пещер, т.к. происходит взаимодействие таких минералов, как известняк, с водой и углекислым газом, что приводит к их растворению?

VIII. Контроль и самоконтроль – 5 мин

1. Установите соответствие

Явления : 1). Растворение соли в воде; 2). Плавление свинца; 3). Загнивание белка; 4). Почернение серебряной ложки.

Название явления: а). Физическое явление; б) Химическое явление.

(1а; 2а; 3б; 4б).

2. Укажите признаки следующих химических реакций

Название химической реакции.

Признак хим. реакции.

1. Прокисание молока.
2. Горение бензина.
3. Разложение сахара.
4. Образование накипи в чайнике.
5. Открывание бутылки с газированной водой

– Ваше время закончилось. Проверьте свои ответы и выставьте себе оценки. .

Цель: репродуктивное воссоздание изученного материала, систематизация и обобщение, выполнение заданий на изученную тему, первичная проверка усвоения и понимания материала.

IX. Домашнее задание – 1 мин

Приведите пословицы, где речь идёт о явлениях. Определите группу явлений: физические или химические

Цель: разъяснение, постановка домашнего задания.

X. Подведение итогов. Рефлексия – 2 мин

– В ходе урока вы попытались овладеть самым главным в процессе познания – умением находить истину с помощью доказательств, то есть проводить исследования. Многие учёные прошлых веков опирались в своих изысканиях лишь на интуицию и в результате нередко ошибались. Вы же с помощью опытов нашли свою истину.

Без химических реакций невозможна жизнь и все многообразие веществ. И задача человека, изучив этот мир, постараться использовать полученные знания во благо.

Продолжите предложение:

• Теперь я знаю, что...
• Теперь я знаю, как...
• Теперь я умею...
• Меня удивило...

– Выразите свое мнение об уроке, выбрав смайлик.

– Что ещё вы хотели бы знать о химических реакциях?

– В заключение я хочу сказать, что химия – это удивительная наука, вы ее только начинаете познавать. Спасибо за сотрудничество.

Химические реакции обнаруживаются по различным сопровождающим их явлениям.

Разогревание смеси веществ, свечение, световые вспышки, взрывы. Нетрудно понять, что все это результат выделения энергии. Химические реакции следует проводить с большой осторожностью, защищая в первую очередь глаза, держа сосуды с веществами на максимальном удалении от лица. Если результат реакции заранее не известен, то проводят опыты с очень малыми количествами веществ. Работы с летучими, ядовитыми, сильно пахнущими веществами нельзя проводить в закрытых помещениях без хорошей вытяжной вентиляции (тяги).

ОПЫТ 2.1. В толстостенную пробирку (рис. 2.1) помещают немного брома Вг 2 (тяжелой краснобурой жидкости с резким запахом) и алюминиевую стружку. Пробирку закрывают пробкой с длинной трубкой. Реакция идет сначала медленно, и изменения не заметны. Постепенно она ускоряется и заканчивается яркой вспышкой. Смесь разогревается, пары непрореагировавшего избытка брома поднимаются высоко по трубке. Уравнение реакции:

Изменение окраски. Вполне естественно, что исходные вещества и продукты реакции характеризуются разными свойствами, в том числе они могут иметь совершенно разную окраску. Изменение окраски можно продемонстрировать многими интересными опытами.

ОПЫТ 2.2. В пробирку с разбавленным раствором аммиака добавляют 3-5 капель раствора сульфата меди CuS0 4 . Появляется интенсивная фиолетовая окраска вследствие образования нового вещества:

Выделение газа. Газообразные вещества в качестве продуктов реакции могут выделяться из растворов, а также из расплавленных и твердых смесей. К поверхности жидкости поднимается множество пузырьков газа. Происходит разбрызгивание жидкости, чего следует остерегаться. Иногда образуется пена. При выполнении таких опытов сосуды нельзя плотно закрывать.

ОПЫТ 2.3. В пробирку помещают кристаллический нитрат натрия NaNOg слоем около 5 мм. Осторожно нагревают в пламени газовой горелки до плавления (308 °С). Начинается выделение пузырьков газа, в котором загорается тлеющая лучинка. Этим доказывается, что выделяющийся газ - кислород. Из 0,5 г NaN0 3 выделяется более 60 см 3 кислорода:

Рис. 2.1. Прибор для проведения реакции алюминия с бромом

Рис. 2.2. Прибор для получения газа

Для сбора газа в виде индивидуального вещества применяют различные приборы, один из которых показан на рис. 2.2. С образованием или поглощением газообразных веществ связано появление и исчезновение запаха. Это также практически важный признак протекания химических реакций.

опыт 2.4. В фарфоровой ступке растирают порошок гидроксида кальция Са(ОН) 2 с хлоридом аммония NH 4 C1. Появляется запах аммиака:

Образование осадков. Химические реакции в растворах часто приводят к образованию веществ, нерастворимых в воде или других жидкостях. Обычно рассматриваются реакции в водных растворах.

опыт 2.5. К раствору нитрата свинца Pb(N0 3) 2 добавляют раствор хромата калия К 2 Сг0 4 желтого цвета. Появляется нерастворимое ярко-желтое вещество хромат свинца РЬСг0 4 , оседающее на дно сосуда. Это вещество применяется в качестве пигмента - желтый крон.

задание 2.1. Какие условия способствуют протеканию химических реакций? Для ответа используйте данные приведенных примеров, а также свои наблюдения и предположения.

задание 2.2. В две пробирки с раствором нитрата свинца добавили раствор хромата калия, не измеряя объема. После оседания хромата свинца на дно раствор в одной из пробирок оказался желтым, а в другой бесцветным. Что будет наблюдаться при повторном добавлении в пробирки раствора хромата калия?

Классификация химических реакций

Рассмотрим классификацию химических реакций по изменению числа и состава исходных веществ и продуктов реакции.

Реакции соединения. Из двух исходных веществ может образоваться один продукт. Превращение такого типа называется реакцией соединения.

Смесь серого порошка цинка и желтого порошка серы при достаточном нагревании на железной пластинке сама начинает раскаляться до светло-красного свечения. Часть серы испаряется. После окончания реакции продукт остывает и превращается в белую массу сульфида цинка ZnS:

Реакции этого типа возможны как между простыми, так и между сложными веществами. Белый порошок оксида кальция, или негашеная известь СаО, при смешении с водой разогревается, превращаясь в рыхлую белую массу - гидроксид кальция Са(ОН) 2 , или гашеную известь:

Реакции разложения. Вещество при изменении условий может превратиться в два или несколько новых веществ. Соответствующие реакции называются реакциями разложения.

Голубой порошок гидроксида меди Си(ОН) 2 или осадок этого вещества в пробирке с раствором при несильном нагревании (70-90 °С) чернеет, превращаясь в оксид меди СиО:

Есть и очень неустойчивые вещества, разлагающиеся при самом незначительном нагревании, а также существующие лишь при пониженных температурах.

Хлорид свинца (IV) РbС1 4 при комнатной температуре представляет собой желтую жидкость. При слабом нагревании он разлагается со взрывом, превращаясь в хлорид свинца(П):

Реакции замещения. Атомы или группы атомов, составляющие один из реагентов, могут замещать некоторые из атомов в другом реагенте. Такое взаимодействие веществ называют реакцией замещения.

опыт 2.6. Железо в виде опилок или небольшого изделия (гвоздик, скрепка), опущенное в соляную кислоту (раствор хлороводорода НС1 в воде), замещает водород, образуя бледно-зеленый раствор хлорида железа(И):

Выделяющийся водород можно собрать, применяя прибор, показанный на рис. 2.2, но заменив большую склянку на пробирку. При приближении зажженной спички к пробирке водород мгновенно сгорает - раздается характерный свистящий звук.

При сильном нагревании смеси соды Na 2 C0 3 с белым кварцевым песком Si0 2 происходит замещение группы С0 2 , выделяющейся в виде углекислого газа, на группу Si0 2:

После прокаливания остается белый силикат натрия.

Реакции обмена. Реагенты могут обмениваться атомами или группами атомов, и такое взаимодействие называется реакцией обмена.

Выделение осадка из раствора очень часто происходит в результате обмена. При смешении бесцветных растворов хлорида бария ВаС1 2 и сульфата магния MgS0 4 образуется белая взвесь (суспензия) нерастворимого в воде сульфата бария BaS0 4 , который

постепенно осаждается на дно пробирки. Над осадком бесцветный раствор хлорида магния:

Реакцию образования сульфата бария часто применяют для анализа (испытания) растворов на присутствие соединений химического элемента бария.

задание 2 .3. Определите, к какому типу относится реакция между нитратом свинца и хроматом калия (с. 45).

задание 2.4. Найдите в изученном материале другие примеры реакций обмена.

Реакции переноса. Есть химические реакции, характеризующиеся тем, что атом или группа атомов переходит от структурной единицы одного вещества к структурной единице другого вещества. Они называются реакциями переноса.

ОПЫТ 2 .7. К нерастворимому в воде белому порошку хлорида серебра AgCl добавляют бесцветный раствор хлорида олова(II) SnCl 2 . Смесь чернеет вследствие образования мелких крупинок серебра. Атомы хлора переходят от хлорида серебра к хлориду олова:

Реакция переноса может идти как реальная транспортировка частиц от одного вещества к другому. Если в особый сосуд эксикатор (рис. 2.3) в открытых чашках поместить голубые кристаллы медного купороса CuS0 4 5Н 2 0 и белый порошок оксида фосфора Р 2 0 5 , то через несколько дней кристаллы белеют, теряя воду, а оксид фосфо-

Рис. 2.3. Эксикатор с веществами, участвующими в переносе воды

pa реагирует с ней, превращаясь в метафосфорную кислоту:

Вода переносится в виде пара через воздушное пространство в эксикаторе.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Приведите собственные примеры реакций, сопровождающихся характерными явлениями.

2. К каким типам относятся реакции, рассмотренные в разделе 2.1?

3. Карбонат аммония (NH 4) 2 C0 3 , порошок белого цвета, имеет слабый запах аммиака. На открытом воздухе вещество постепенно исчезает, разлагаясь на газообразные вещества. Напишите уравнение реакции.

4. К какому типу относятся следующие реакции:

Из предыдущих разделов мы узнали (приблизительно, конечно), какие бывают вещества и как они устроены. Теперь нам нужно познакомиться с самым важным в химии — с химическими реакциями: узнать, какие они бывают, почему одни вещества реагируют, а другие нет и почему реакции идут так, а не иначе. Когда появилась химия как наука (а произошло это приблизительно в XVII — XVIII вв.), химики имели дело с небольшим числом известных элементов и со сравнительно: небольшим числом веществ.

Тем не менее они очень слабо представляли себе, что же происходит в ходе химической реакции, когда одни вещества превращаются в другие. Химия в те времена представляла собой набор эмпирических правил, то есть правил, найденных в результате многочисленных экспериментов, проводимых часто без всякого заранее намеченного плана.

И в головах химиков зачастую царил хаос — как и сейчас у многих школьников! Видный американский физикохимик Джордж Хэммон по этому поводу высказался так: «В 1950-х годах учебники по органической химии стали такими большими, что их разделили на две части.

И вы должны были запомнить каждое соединение, каждую реакцию. И самые лучшие студенты всё это выучивали.

Это было мучительно, но это требовалось — запомнить названия всех этих соединений, всех этих реакций…

» На самом деле в современной химии царит порядок; химики знают, что уже точно установлено, что требует проверки, а что пока ещё им неизвестно. Вот главное из давно и точно установленного: в химии строжайше выполняется закон о сохранении числа атомов.

В химических процессах одни элементы не могут превращаться в другие, и любая химическая реакция представляет собой просто «перестановку атомов»: атомы, входившие в состав исходных веществ (их часто называют реагентами), оказываются в составе продуктов реакции. При этом число атомов каждого элемента остаётся строго постоянным.

Современный химик никогда не будет пытаться провести «невозможные» превращения, например получить золото из ртути или свинца, как это пытались сделать алхимики. Или получить оксид фтора F2O7, в котором этот элемент был бы семивалентным, несмотря на то, что на валентной оболочке его атома находятся семь электронов, и в этом отношении фтор аналогичен хлору, оксид которого С12О7 известен.

И только в шутку химик может писать «уравнения» таких реакций, как А1 + Сu = Аu + С1 или Si + Nb = Sb + Ni (попробуйте сами, пользуясь периодической таблицей, составить ещё несколько таких «алхимических превращений»). Во все времена, и сейчас тоже, главный вопрос для химиков — как получить вещество с нужными свойствами.

Но прежде, чем на него ответить, необходимо выяснить, что произойдёт, если прореагируют такие-то вещества.

И хорошо бы также заранее знать, с какой скоростью пойдёт конкретная реакция в данных условиях.

Слишком медленно — плохо, долго ждать, а слишком быстро — тоже может быть плохо: как бы взрыва не было… Известно, что многие вещества могут спокойно сосуществовать, вовсе не реагируя друг с другом.

Начинающие изучать химию иногда задают вопрос, ставящий в тупик преподавателя: а что получится, если из всех этих баночек с реактивами достать понемногу и всё перемешать? Но даже если такой странный эксперимент проделать, тут же возникнет следующий вопрос: как узнать, произошла ли при смешении тех или иных веществ химическая реакция или никакой реакции не было?

Химики давно выделили характерные признаки химической реакции. Обычно считается, что протекание реакции характеризуется выделением тепла (а иногда и света, а также звука), образованием осадка, выделением газообразных веществ.

Вот конкретные примеры. Если насыпать на железный лист горку растёртого в порошок дихромата аммония и поджечь её сверху наблюдается очень красивая реакция: (NH4)2Cr2О7 = Сг2О3 + N2 + 4Н2О.

При этом из красной горки вверх летят искры, и во все стороны, как лава, выделяется в большом количестве зелёный порошок оксида хрома.

Недаром такой эксперимент получил название «Извержение вулкана». В этой реакции выделяются и свет, и теплота, и газы (азот и пары воды).

Всё это характерные признаки химической реакции.

Всем известно, что теплота и свет сопровождают реакции горения.

Но и здесь есть исключения.

Например, если поджечь струю водорода, его пламя будет совершенно невидимым. Правда, для этого водород должен выделяться из металлической трубки, так как стеклянная быстро нагреется на конце и окрасит пламя в жёлтый цвет (свечение натрия).

Чтобы убедиться в том, что выходящий из трубки водород действительно горит, к её выходному отверстию подносят холодный предмет, и тогда на нём осаждаются капельки воды, образовавшиеся в реакции горения: 2Н2 + О2 = 2Н2О.

Известны и реакции с выделением света, но без горения. Такое явление называется хемилюминесценцией.

Светиться могут гнилушки, светляки, некоторые морские одноклеточные организмы. Светятся и многие морские животные, обитающие как на поверхности моря, так и в его глубине.

Это примеры биолюминесценции — свечения в живых организмах. Во всех этих случаях энергия химической реакции выделяется в виде света.

В 1669 году алхимик из Гамбурга Хенниг Бранд случайно открыл белый фосфор по его свечению в темноте. Впоследствии химики выяснили, что белый фосфор легко испаряется и светятся его пары, когда они реагируют с кислородом воздуха.

Свет выделяется и в реакции некоторых органических веществ с перекисью водорода. При этом наблюдается настолько яркая хемилюминесценция, что её можно видеть даже при дневном освещении.

Это явление используют, например, для производства игрушек и украшений. Их делают в виде прозрачных пластмассовых трубочек, в которых запаяна ампула с перекисью водорода, а также раствор сложного вещества — дифенилового эфира щавелевой кислоты и флуоресцентный краситель.

Если ампулу раздавить, эфир начнёт окисляться, энергия этой реакции передаётся на краситель, который и светится. Его цвет может быть разным — оранжевым, голубым, зелёным — в зависимости от красителя.

Чем быстрее идёт реакция окисления, тем ярче свечение, но тем быстрее оно прекращается.

Подбором компонентов получают яркое (можно читать в темноте) свечение, которое затухает в течение примерно 12 часов — для карнавала или дискотеки этого вполне достаточно. А вот примеры реакций, сопровождающихся выделением большого количества теплоты.

Если облить порошок оксида кальция (негашёной извести) водой, то в результате реакции образуется гашёная известь (гидроксид кальция): СаО + Н2О = Са(ОН)2. В этой реакции выделяется так много теплоты, что закипает вода в стакане, поставленном в негашёную известь до опыта. Ещё один пример взят из биографии американского физика Роберта Вуда.

Как-то он повёз кататься в санях свою невесту, и у неё замёрзли руки.

Тогда Вуд достал припасённую бутылку, заполненную на три четверти водой, и налил в неё из флакона концентрированную серную кислоту. «Через десять секунд бутылка так нагрелась, — записал будущий знаменитый физик в своём дневнике, — что её нельзя было держать в руках.

Когда она начинала остывать, я добавлял ещё кислоты, а когда кислота перестала поднимать температуру — достал банку с палочками едкого натра и понемногу подкладывал их. Таким способом бутылка была нагрета почти до кипения всю поездку».

Реакция серной кислоты с едким натром (старое название гидроксида натрия) идёт так: H2SО4 + 2NaOH = Na2SО4 + 2Н2О.

В этой реакции действительно выделяется очень много теплоты.

Какая же реакция происходит при простом разбавлении серной кислоты? По этому поводу давно был спор.

Многие химики считали, что никакой химической реакции в этом случае нет. Другие же, в том числе и Д. И. Менделеев, полагали, что всё же имеет место химическое взаимодействие серной кислоты с водой. Сейчас принято считать подобные процессы физико-химическими.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Химическими реакция называют превращения веществ, в которых происходит изменение их состава и (или) строения.

Наиболее часто под химическими реакциями понимают процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).

Химические реакции записываются с помощью химических уравнений, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. Согласно закону сохранения массы, число атомов каждого элемента в левой и правой частях химического уравнения одинаково. Обычно формулы исходных веществ записывают в левой части уравнения, а формулы продуктов – в правой. Равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения достигается расстановкой перед формулами веществ целочисленных стехиометрических коэффициентов.

Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции: температура, давление, излучение и т.д., что указывается соответствующим символом над (или «под») знаком равенства.

Все химические реакции могут быть сгруппированы в несколько классов, которым присущи определенные признаки.

Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ

Согласно этой классификации, химические реакции подразделяются на реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

В результате реакций соединения из двух или более (сложных или простых) веществ образуется одно новое вещество. В общем виде уравнение такой химической реакции будет выглядеть следующим образом:

Например:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3

Реакции соединения в большинстве случаев экзотермические, т.е. протекают с выделением тепла. Если в реакции участвуют простые вещества, то такие реакции чаще всего являются окислительно-восстановительными (ОВР), т.е. протекают с изменением степеней окисления элементов. Однозначно сказать будет ли реакция соединения между сложными веществами относиться к ОВР нельзя.

Реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько других новых веществ (сложных или простых) относят к реакциям разложения . В общем виде уравнение химической реакции разложения будет выглядеть следующим образом:

Например:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O =2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)

Большинство реакций разложения протекает при нагревании (1,4,5). Возможно разложение под действием электрического тока (2). Разложение кристаллогидратов, кислот, оснований и солей кислородсодержащих кислот (1, 3, 4, 5, 7) протекает без изменения степеней окисления элементов, т.е. эти реакции не относятся к ОВР. К ОВР реакциям разложения относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления (6).

Реакции разложения встречаются и в органической химии, но под другими названиями — крекинг (8), дегидрирование (9):

С 18 H 38 = С 9 H 18 + С 9 H 20 (8)

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

При реакциях замещения простое вещество взаимодействует со сложным, образуя новое простое и новое сложное вещество. В общем виде уравнение химической реакции замещения будет выглядеть следующим образом:

Например:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 О 3 (1)

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2 (2)

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2 (3)

2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2 (5)

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5 (6)

СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl (7)

Реакции замещения в своем большинстве являются окислительно-восстановительными (1 – 4, 7). Примеры реакций разложения, в которых не происходит изменения степеней окисления немногочисленны (5, 6).

Реакциями обмена называют реакции, протекающие между сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. Обычно этот термин применяют для реакций с участием ионов, находящихся в водном растворе. В общем виде уравнение химической реакции обмена будет выглядеть следующим образом:

АВ + СD = АD + СВ

Например:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)

NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 О + СО 2 (3)

AgNО 3 + КВr = АgВr ↓ + КNО 3 (4)

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 ↓+ ЗNаСl (5)

Реакции обмена не являются окислительно-восстановительными. Частный случай этих реакций обмена -реакции нейтрализации (реакции взаимодействия кислот со щелочами) (2). Реакции обмена протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного вещества (3), осадка (4, 5) или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды (1, 2).

Классификация химических реакций по изменениям степеней окисления

В зависимости от изменения степеней окисления элементов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции все химические реакции подразделяются на окислительно-восстановительные (1, 2) и, протекающие без изменения степени окисления (3, 4).

2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (восстановитель)

С 4+ + 4e = C 0 (окислитель)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (восстановитель)

N 5+ +3e = N 2+ (окислитель)

AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

В зависимости от того, выделяется ли или поглощается тепло (энергия) в ходе реакции, все химические реакции условно разделяют на экзо – (1, 2) и эндотермические (3), соответственно. Количество тепла (энергии), выделившееся или поглотившееся в ходе реакции называют тепловым эффектом реакции. Если в уравнении указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, то такие уравнения называются термохимическими.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 кДж (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602, 5 кДж (2)

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 кДж (3)

Классификация химических реакций по направлению протекания реакции

По направлению протекания реакции различают обратимые (химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ) и необратимые (химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ).

Для обратимых реакций уравнение в общем виде принято записывать следующим образом:

А + В ↔ АВ

Например:

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

Примерами необратимых реакций может служить следующие реакции:

2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О

Свидетельством необратимости реакции может служить выделение в качестве продуктов реакции газообразного вещества, осадка или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды.

Классификация химических реакций по наличию катализатора

С этой точи зрения выделяют каталитические и некаталитические реакции.

Катализатором называют вещество, ускоряющее ход химической реакции. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называются каталитическими. Протекание некоторых реакций вообще невозможно без присутствия катализатора:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (катализатор MnO 2)

Нередко один из продуктов реакции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию (автокаталитические реакции):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, где Ме – металл.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1