9.1. Mik azok a kémiai reakciók
Emlékezzünk vissza, hogy kémiai reakcióknak nevezzük a természet bármely kémiai jelenségét. A kémiai reakció során egyes kémiai kötések felszakadnak, és más kémiai kötések jönnek létre. 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 kicserélődési reakciók.
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; (négy)
CaCO 3 CaO + CO 2; (5)
(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; (nyolc)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2. (9)
| Cserereakciók- kémiai reakciók, amelyek során a kiindulási anyagok úgymond kicserélik alkotórészeiket. |
Példák a cserereakciókra:
Ba(OH) 2 + H 2SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (tíz)
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.
Két másik típusú kémiai reakció 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 + 1 2 AlI 3; e) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; e) Mg+H3PO4Mg3(PO4)2+H2;
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 sav-bázis reakciókat. A redox reakciókban 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 ebben a reakcióban a szénatomok 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 olyan 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. Az összetett anyagok közül - olyan anyagok, amelyek magasabb oxidációs állapotú atomokat tartalmaznak, és 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.
Általában szinte minden összetett és sok egyszerű anyag egyaránt mutathat oxidáló és redukáló tulajdonságokat. 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 irányában 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 látta, hogy néhány reakcióegyenletben (különösen az OVR-ben) meglehetősen nehéz együtthatókat találni. Ennek a feladatnak az egyszerűsítésére redoxreakciók esetén a következő két módszert alkalmazzuk:
a) 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 módszer 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 ismerheti meg.
OXIDÁLÓ ATOM, REDUKTÁLÓ ATOM, OXIDÁLÓ ANYAG, REDUKÁLÓ 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) Mn207 + NH3MnO2 + N2 + H20;
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. Ilyenkor új kötések jönnek létre: a szén- és oxigénatomok között a CO 2 molekulákban, illetve az oxigén- és hidrogénatomok között a H 2 O molekulákban. A kötések megszakításához 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) a kiindulási anyagok és reakciótermékek aggregációs állapotaiból,
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 állapotait 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 az energia csak hő formájában szabadul fel, és a kémiai reakció állandó térfogaton megy végbe, akkor a reakció hőhatása ( K V) egyenlő a változással belső energia(D U) olyan anyagok, amelyek részt vesznek a reakcióban, de ellenkező előjellel:
Q V = - U.
A 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= – K V .
Ha a reakció állandó nyomáson megy végbe, akkor a rendszer térfogata megváltozhat. A belső energia egy része is a hangerő növelésére irányuló munkára fordítódik. 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 nevezzük termokémiai egyenletek termodinamikai formában. Ebben az esetben az entalpia változásának 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 (kr) 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 termokémiai egyenletben a B anyag képlete előtti együttható adja meg.
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 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 az derül ki, 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 elköltenie, 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? |
Ismerkedjünk meg az utolsó típusú reakciókkal a "kiindulási anyagok és reakciótermékek száma és összetétele" alapján.
Öntsön lúg-nátrium-hidroxid oldatot egy demonstrációs csőbe, majd adjon hozzá só-réz-szulfát (II) oldatot. A vízben oldhatatlan réz(II)-hidroxid sűrű kék csapadéka hullik ki (108. ábra). Ha a kémcső tartalmának egy kis részét, amelyben a képződött csapadékot kiszűrjük, és a kapott oldatból néhány cseppet egy óraüvegen elpárologtatunk, nem lesz nehéz észrevenni a képződött só fehér kristályainak megjelenését. a reakció során:
Rizs. 108. Nátrium-hidroxid kölcsönhatása réz-szulfáttal (II)
Annak hangsúlyozására, hogy a reakció eredményeként vízben oldhatatlan réz(II)-hidroxid csapadék képződik, a reakcióegyenletben a képlete mellé egy lefelé mutató nyilat írunk.
Kétségtelen, hogy a kapott só csak nátrium-szulfát Na 2 SO 4 lehet:
A reakció eredményeként két összetett, ionos szerkezetű anyag - nátrium-hidroxid és réz(II)-szulfát - kicserélte ionjait, azaz cserereakció ment végbe, melynek egyenlete:
Hasonlóképpen ionokat cserélnek a nátrium-jodid és az ólom(II)-nitrát oldatban történő cserereakciója következtében. Ennek eredményeként sárga ólom(II)-jodid csapadék válik ki (109. ábra):
Rizs. 109. Nátrium-jodid kölcsönhatása ólom(II)-nitráttal
Öntsön lúgos oldatot egy demonstrációs kémcsőbe, és adjon hozzá néhány csepp fenolftaleint. A kémcső tartalma bíbor színűvé válik, jelezve, hogy az oldat lúgos. Ha most egy kis savas oldatot adunk a kémcső tartalmához, akkor a szín eltűnik, az oldat elszíneződik, ami kémiai reakció jele (110. ábra).
Rizs. 110.
Lúg és sav oldatok kölcsönhatása
Ha a reakció eredményeként kapott folyadékból néhány cseppet elpárologtatunk egy óraüvegen, akkor sókristályok keletkeznek rajta. A reakció másik terméke a víz:
lúg + sav → só + víz.
Felhívjuk figyelmét, hogy két összetett anyag kölcsönhatásba lép: egy lúg, amely fémionokból és hidroxidionokból áll, és egy sav, egy molekuláris vegyület, amely hidrogénionokat és savmaradékot képez az oldatban. Ennek eredményeként két új összetett anyag képződik: egy ionos vegyület - só és egy molekuláris - víz.
A két kölcsönhatásban lévő oldat mindegyikének saját környezete volt, lúgos és savas. A reakció eredményeként a közeg semlegessé vált. Ezért a savak és lúgok közötti cserereakciót semlegesítési reakciónak nevezik.
Öntsön tiszta, színtelen nátrium-karbonát oldatot egy demonstrációs csőbe, és adjon hozzá egy kevés salétromsavat. A kémiai reakció jele lesz az oldat „felforrása” az ennek következtében felszabaduló szén-dioxid miatt (111. ábra):
Rizs. 111.
Nátrium-karbonát reakciója salétromsavval
Honnan jött a szén-dioxid? Valószínűleg emlékszel arra, hogy a szénsav törékeny vegyület, amely szén-dioxidra és vízre bomlik:
tehát a reakcióegyenletet a következőképpen kell felírni:
Fogalmazzuk meg azt a szabályt, amely szerint az anyagok oldatai között cserereakciók lépnek fel.
Ha kálium-hidroxid-oldatot adunk a nátrium-klorid oldatához, akkor a reakció jelei nem észlelhetők - a reakció nem megy végbe, mivel ennek eredményeként nem képződik csapadék, gáz vagy víz:
Kulcsszavak és kifejezések
- Cserereakciók.
- Semlegesítési reakciók.
- Az oldatokban végbemenő cserereakciók lefolyásának feltételei.
Dolgozzon számítógéppel
- Lásd az elektronikus jelentkezést. Tanulmányozza 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
MEGHATÁROZÁS
Kémiai reakció az anyagok átalakulásának nevezik, amelyben változás következik be összetételükben és (vagy) szerkezetükben.
A kémiai reakciókat leggyakrabban a kezdeti anyagok (reagensek) végső anyagokká (termékekké) történő átalakulásának folyamataként értik.
A kémiai reakciókat a kiindulási anyagok és reakciótermékek képleteit tartalmazó kémiai egyenletekkel írjuk le. A tömegmegmaradás törvénye szerint az egyes elemek atomjainak száma a kémiai egyenlet bal és jobb oldalán azonos. Általában az egyenlet bal oldalára írjuk a kiindulási anyagok képleteit, a jobb oldalra pedig a szorzatok képleteit. Az egyenlet bal és jobb oldali részében az egyes elemek atomszámának egyenlőségét úgy érjük el, hogy az anyagok képletei elé egész számú sztöchiometrikus együtthatót helyezünk.
A kémiai egyenletek további információkat tartalmazhatnak a reakció jellemzőiről: hőmérséklet, nyomás, sugárzás stb., amit az egyenlőségjel felett (vagy „alatt”) a megfelelő szimbólum jelez.
Minden kémiai reakció több osztályba sorolható, amelyek bizonyos jellemzőkkel rendelkeznek.
A kémiai reakciók osztályozása a kiindulási és a keletkező anyagok száma és összetétele szerint
E besorolás szerint a kémiai reakciókat kombinációs, bomlási, helyettesítési, kicserélődési reakciókra osztják.
Ennek eredményeként összetett reakciók két vagy több (összetett vagy egyszerű) anyagból egy új anyag keletkezik. Általában egy ilyen kémiai reakció egyenlete a következőképpen néz ki:
Például:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
2Mg + O 2 \u003d 2MgO.
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
A kombinációs reakciók a legtöbb esetben exotermek, pl. áramlás a hő felszabadulásával. Ha a reakcióban egyszerű anyagok vesznek részt, akkor az ilyen reakciók leggyakrabban redox (ORD), azaz. az elemek oxidációs állapotának megváltozásával lépnek fel. Lehetetlen egyértelműen megmondani, hogy egy vegyület összetett anyagok közötti reakciója az OVR-nek tulajdonítható-e.
Azokat a reakciókat, amelyek során egy összetett anyagból több más új anyag (összetett vagy egyszerű) képződik, osztályba soroljuk bomlási reakciók. Általában a kémiai bomlási reakció egyenlete a következőképpen néz ki:
Például:
CaCO 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O \u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)
Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O (4)
H 2 SiO 3 \u003d SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 \u003d 2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)
A legtöbb bomlási reakció melegítéssel megy végbe (1,4,5). Az elektromos áram hatására történő lebontás lehetséges (2). A kristályos hidrátok, savak, bázisok és oxigéntartalmú savak sóinak bomlása (1, 3, 4, 5, 7) az elemek oxidációs állapotának megváltoztatása nélkül megy végbe, azaz. ezek a reakciók nem vonatkoznak az OVR-re. Az OVR bomlási reakciói közé tartozik a magasabb oxidációs állapotú elemek által képződött oxidok, savak és sók lebontása (6).
A bomlási reakciók a szerves kémiában is megtalálhatók, de más néven - krakkolás (8), dehidrogénezés (9):
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2 (9)
Nál nél helyettesítési reakciók egy egyszerű anyag kölcsönhatásba lép egy összetett anyaggal, új egyszerű és új összetett anyagot képezve. Általában a kémiai helyettesítési reakció egyenlete a következőképpen néz ki:
Például:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (2)
2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2 (3)
2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + Hcl (7)
A szubsztitúciós reakciók többnyire redox reakciók (1-4, 7). Kevés példa van olyan bomlási reakciókra, amelyekben az oxidációs állapot nem változik (5, 6).
Cserereakciók Az összetett anyagok között végbemenő reakciókat nevezzük, amelyek során kicserélik alkotórészeiket. Általában ezt a kifejezést olyan reakciókra használják, amelyekben ionok vesznek részt vizes oldatban. Általában a kémiai cserereakció egyenlete a következőképpen néz ki:
AB + CD = AD + CB
Például:
CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)
NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
A kicserélődési reakciók nem redoxok. Ezen cserereakciók speciális esetei a semlegesítési reakciók (savak lúgokkal való kölcsönhatásának reakciói) (2). A cserereakciók abba az irányba mennek végbe, hogy az anyagok közül legalább az egyik gáznemű (3), csapadék (4, 5) vagy rosszul disszociálódó vegyület, leggyakrabban víz (1, 2) formájában távozik a reakciószférából. ).
A kémiai reakciók osztályozása az oxidációs állapot változása szerint
A reaktánsokat és reakciótermékeket alkotó elemek oxidációs állapotának változásától függően minden kémiai reakció redoxra (1, 2) és az oxidációs állapot megváltoztatása nélkül lezajlókra (3, 4) oszlik.
2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)
Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (redukálószer)
C 4+ + 4e \u003d C 0 (oxidálószer)
FeS 2 + 8HNO 3 (konc) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (redukálószer)
N 5+ + 3e \u003d N 2+ (oxidálószer)
AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
A kémiai reakciók osztályozása termikus hatás szerint
Attól függően, hogy a reakció során hő (energia) szabadul fel vagy abszorbeálódik, minden kémiai reakciót feltételesen felosztanak exo - (1, 2) és endoterm (3) reakciókra. A reakció során felszabaduló vagy elnyelt hőmennyiséget (energia) a reakcióhőnek nevezzük. Ha az egyenlet a felszabaduló vagy elnyelt hő mennyiségét jelzi, akkor az ilyen egyenleteket termokémiainak nevezzük.
N2 + 3H2 = 2NH3 +46,2 kJ (1)
2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)
N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)
A kémiai reakciók osztályozása a reakció iránya szerint
A reakció iránya szerint vannak reverzibilis (kémiai folyamatok, amelyek termékei ugyanolyan körülmények között képesek reakcióba lépni egymással, mint előállításukkal, kiindulási anyagok képződésével) és irreverzibilisek (kémiai folyamatok, a amelyek termékei nem képesek egymással reakcióba lépni kiindulási anyagok képződésével ).
Reverzibilis reakciók esetén az egyenletet általános formában a következőképpen írják le:
A + B ↔ AB
Például:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O
Az irreverzibilis reakciók példái a következő reakciók:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
A reakció visszafordíthatatlanságának bizonyítékaként gáznemű anyag, csapadék vagy kis mértékben disszociálódó vegyület, leggyakrabban víz reakciótermékei szolgálhatnak.
A kémiai reakciók osztályozása katalizátor jelenléte alapján
Ebből a szempontból megkülönböztetünk katalitikus és nem katalitikus reakciókat.
A katalizátor olyan anyag, amely felgyorsítja a kémiai reakciót. A katalizátorokat érintő reakciókat katalitikusnak nevezzük. Néhány reakció általában lehetetlen katalizátor jelenléte nélkül:
2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalizátor)
Gyakran a reakciótermékek egyike katalizátorként szolgál, amely felgyorsítja ezt a reakciót (autokatalitikus reakciók):
MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, ahol Me egy fém.
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
