Классификация реакций в неорганической химии

Оглавление: ВВЕДЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ: По числу и составу реагирующих веществ По изменению степеней окисления химических элементов По участию катализатора По агрегатному состоянию реагирующих веществ По тепловому эффекту По направлению 3. НАИБОЛЕЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ, ПРОВОДИМЫЕ В ШКОЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ

ВВЕДЕНИЕ Химические реакции – химические процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие отличающиеся от них по составу и (или) строению. При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами. Признаки химических реакций: Выделяется газ Выпадет осадок 3) Происходит изменение окраски веществ Выделяется или поглощается тепло, свет Рассмотрим классификацию химических реакций по различным признакам. ОГЛАВЛЕНИЕ

По числу и составу реагирующих веществ: Реакции, идущие без изменения состава веществ В неорганической химии к таким реакциям можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента, например: С (графит) С (алмаз) 3О2 (кислород) 2О3 (озон) Sn (белое олово) Sn (серое олово) S (ромбическая) S (пластическая) Р (красный) Р (белый) КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ: ОГЛАВЛЕНИЕ

Аллотропия серы: S (ромбическая) S (пластическая) ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Аллотропия фосфора: Р (красный) Р (белый) ОГЛАВЛЕНИЕ

Реакции, идущие с изменением состава вещества Реакции соединения – это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество. В неорганической химии все многообразие реакции соединения можно рассмотреть на примере реакции получения серной кислоты из серы: а) получение оксида серы(IV): S + O2 SO2 - из двух простых веществ образуется одно сложное, б) получение оксида серы(VI): 2SO2 + O2 2SO3 - из простого и сложного веществ образуется одно сложное, в) получение серной кислоты: SO3 + H2O = H2SO4 - из двух сложных веществ образуется одно сложное. ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Реакция соединения кислотного оксида фосфора(V) с водой: Р2 О5 + 3H2O = 2 H3PO4 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

2. Реакции разложения – это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ. В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на блоке реакций получения кислорода лабораторными способами: а) разложение оксида ртути(II): 2HgO t 2Hg + O2 - из одного сложного вещества образуются два простых. б) разложение нитрата калия: 2KNO3 t 2KNO2 + O2 - из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное. в) разложение перманганата калия: 2KMnO4 t K2MnO4 + MnO2 + O2 - из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое. ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Разложение перманганата калия при нагревании: Разгорание тлеющей лучины свидетельствует от том, что происходит выделение кислорода: 2KMnO4 t K2MnO4 + MnO2 + O2 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

3. Реакции замещения – это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе. В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства металлов: а) взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + H2 б) взаимодействие металлов с кислотами в растворе: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 в) взаимодействие металлов с солями в растворе: Fe + Cu SO4= FeSO4 + Cu г) металлотермия: 2Al + Cr2O3 t Al2O3 + 2Cr ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Взаимодействие щелочного металла натрия с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Взаимодействие щелочного металла кальция с водой: Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + H2 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

4. Реакции обмена – это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, то есть только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н2О). В неорганической это может быть блок реакций, характеризующих свойства щелочей: а) реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды: NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2 O или в ионном виде: ОН- + Н+ = Н2О б) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа: 2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2NH3 + 2 H2O в) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка: СиSO4 + 2KOH = Cu(OH)2 + K2SO4 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Взаимодействие сульфата хрома(III) с гидроксидом калия: Cr2(SO4)3 + 6KOH = 2Cr(OH)3 + 3K2SO4 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

2. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества: Окислительно-восстановительные реакции: Окислительно-восстановительные реакции – реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов. К ним относится множество реакций, в том числе все реакции замещения, а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество: 0 +1 +2 0 0 0 +2 -2 а) Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2 б) 2Мg + O2 = 2MgO 0 +2 0 +2 Mg – 2e¯ Mg – окисление Mg – 2e¯ Mg 2 – окисление +1 0 0 -2 2Н + 2e¯ H2 – восстановление O2 + 4e¯ 2O 1 – восстановление ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Окислительно-восстановительная реакция: горение магния Сложные окислительно-восстановительные реакции составляются с помощью метода электронного баланса ОГЛАВЛЕНИЕ 0 0 +2 -2 2Мg + O2 = 2MgO Классификация реакций

Не окислительно-восстановительные реакции: К ним относятся все реакции ионного обмена, например: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + Н2СО3 Но т.к. угольная кислота – очень слабая, она может существовать только в разбавленных растворах, а в присутствии более сильных кислот неустойчива и разлагается на углекислый газ и воду. Таким образом, окончательное уравнение имеет вид: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O, многие реакции соединения : Li2O + H2O = 2LiOH а также многие реакции разложения: 2Fe(OH)3 t Fe 2O3 + 3H2O Не окислительно-восстановительные реакции – реакции, иду- щие без изменения степеней окисления элементов. ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

3. По участию катализатора: Катализаторы – это вещества, участвующие в химической реакции и изменяющие ее скорость или направление, но по окончании реакции остающиеся неизменными качественно и количественно. Некаталитические реакции: Некаталитические реакции - реакции, идущие без участия катализатора: 2HgO t 2Hg + O2 2Al + 6HCl t 2AlCl3 + 3H2 Каталитические реакции: Каталитические реакции – реакции, идущие с участием катализатора: H2O 4Al + 3I2 2AlI3 t,MnO2 2KClO3 2KCl + 3O2 P,t CO + NaOH H-CO-ONa ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Каталитическая реакция взаимодействия алюминия с йодом: H2O 4Al + 3I2 2AlI3 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

4. По агрегатному состоянию реагирующих веществ (фазовому составу): Гетерогенные реакции: Гетерогенные реакции – реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах): FeO(т) + СО(г) Fe(т) + СО2(г) + Q 2Al(т) + 3СuСl2 (р-р) = 3Сu(т) + 2AlCl3 (р-р) CaC2(т) + 2H2O(ж) = C2H2 + Ca(OH)2(р-р) Гомогенные реакции: Гомогенные реакции – реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе): 2С2Н6(г) + 7О2(г) 4СО2(г) + 6Н2О(г) 2 SO2(г) + O2(г) = 2SO3(г) +Q H2(г) + F2(г) = 2HF(г) ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

5. По тепловому эффекту: Экзотермические реакции: Экзотермические реакции – реакции, протекающие с выделением энергии во внешнюю среду. К ним относятся почти все реакции соединения. Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения, например: 4Р + 5О2 = 2Р2О5 + Q ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Эндотермические реакции: Эндотермические реакции – реакции, протекающие с поглощением энергии во внешнюю среду. К ним относятся почти все реакции разложения, например: Обжиг известняка: СаСО3 t CaO + CO2 - Q Количество выделенной или поглощенной в результате реакции энергии называют тепловым эффектом реакции, а уравнение химической реакции с указанием этого эффекта называют термохимическим уравнением, например: H2(г)+ Cl2(г) = 2HCl(г) + 92.3 кДж N2(г) + O2(г) = 2NO – 90.4 кДж ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

6. По направлению: Необратимые реакции: Необратимые реакции протекают в данных условиях только в одном направлении. К таким реакциям можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды) и все реакции горения: Горение пороха ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

Обратимые реакции: Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях. Таких реакций подавляющее большинство. Например: 2SO2 + O2 2SO3 N2 +3H2 2NH3 ОГЛАВЛЕНИЕ Классификация реакций

3. НАИБОЛЕЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ, ПРОВОДИМЫЕ В ШКОЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ Наиболее интересными реакциями, проводимыми в школьных лабораториях являются реакции горения. Вот некоторые из них: Горение кальция на воздухе Горение лития Также достаточно интересными являются реакции: взаимодействия бумаги с серной кислотой взаимодействия фосфора с азотной кислотой взаимодействие сахара с концентрированной серной кислотой ОГЛАВЛЕНИЕ

Реакция горения кальция на воздухе: Реакции горения протекают очень бурно ОГЛАВЛЕНИЕ Интересные реакции

Реакция горения лития: ОГЛАВЛЕНИЕ

Реакция взаимодействия бумаги с серной кислотой : ОГЛАВЛЕНИЕ Интересные реакции

Реакция взаимодействия фосфора с азотной кислотой: ОГЛАВЛЕНИЕ Интересные реакции

Реакция взаимодействия сахара с концентрированной серной кислотой ОГЛАВЛЕНИЕ Интересные реакции