Хімія. 9 клас. Попель

2 розділ. Хімічні реакції

У цьому розділі узагальнено інформацію про відомі вам типи хімічних реакцій. Розглянуто також реакції, яких ви ще не вивчали, їхні характерні ознаки й особливості перебігу. Виконуючи запропоновані вправи, ви набудете нових навичок зі складання хімічних рівнянь.

§ 13. Класифікація хімічних реакцій

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • з'ясувати, за якими ознаками класифікують хімічні реакції;
  • поповнити свої знання про типи хімічних реакцій;
  • пригадати випадки, коли реакції розкладу, заміщення та обміну є можливими;
  • дізнатися про оборотні й необоротні реакції.

Ознаки, за якими класифікують хімічні реакції. Перетворення одних речовин на інші постійно відбуваються в природі; без них неможливе існування живих організмів. Різноманітні реакції вивчають учені в лабораторіях, здійснюють інженери і технологи на заводах, учні та студенти під час виконання практичних робіт.

Хімічні реакції відбуваються повільно або миттєво, за звичайних умов або при нагріванні, за наявності каталізатора чи без нього. Вони можуть супроводжуватися різними зовнішніми ефектами — утворенням осаду чи газу, зміною кольору речовин або розчинів, виділенням теплоти тощо.

Для встановлення порядку в розмаїтті хімічних реакцій здійснено їх класифікацію. При цьому було враховано певні ознаки й особливості реакцій. Найважливіші з них:

  • кількість реагентів і продуктів реакції;
  • можливі напрямки перебігу реакції;
  • зміна чи збереження ступенів окиснення елементів унаслідок перетворень речовин;
  • виділення або поглинання теплоти під час реакції.

У цьому параграфі узагальнено відомості про реакції сполучення, розкладу, заміщення та обміну, а також розглянуто реакції, які можуть відбуватися в різних напрямках.

Реакції сполучення і розкладу. У 7 класі ви дізналися про реакції, у кожній з яких кількість реагентів і продуктів неоднакова.

Реакцію, в якій із кількох речовин утворюється одна речовина, називають реакцією сполучення.

Реакція сполучення

A + B (+ ...) → C

Вам відомі реакції сполучення, в яких беруть участь:

дві прості речовини (мал. 28)

два оксиди

Мал. 28. Реакція алюмінію з бромом

Не всі реакції сполучення можливі. Наприклад, інертні гази гелій, неон і аргон не взаємодіють із жодною речовиною. Не відбуваються реакції кисню з хлором, бромом, йодом, а водню — з бором, силіцієм. Золото реагує лише з найактивнішими неметалами — галогенами, а також із деякими сполуками. Оксиди вступають між собою в реакції, якщо вони різняться за хімічними властивостями. Так, основні оксиди взаємодіють із кислотними й амфотерними оксидами.

• Складіть рівняння реакцій: а) між натрієм і воднем; б) між оксидами Літію і Сульфуру(VI).

Реакцію, в якій з однієї речовини утворюється кілька речовин, називають реакцією розкладу.

Очевидним є те, що розкладатися здатні лише складні речовини. Серед них — основи, амфотерні гідроксиди, оксигеновмісні кислоти та їхні солі, деякі оксиди (мал. 29):

Мал. 29. Розклад меркурій(ІІ) оксиду

Реакція розкладу

A → B + C (+ ...)

Реакції розкладу відбуваються, як правило, при нагріванні. Карбонатна і сульфітна кислоти розкладаються вже за звичайних умов під час утворення:

CO2 + H2O ⇄ H2CO3.

Продуктами розкладу основ, оксигеновмісних кислот і більшості їхніх солей є оксиди. Не розкладаються при нагріванні гідроксиди, карбонати й сульфати Натрію і Калію, а також оксигеновмісні солі, кожна з яких утворена двома нелеткими оксидами, — фосфати, силікати, цинкати, алюмінати тощо.

• Складіть рівняння реакцій розкладу: а) цинк карбонату; б) алюміній гідроксиду.

Реакції заміщення та обміну. Вивчаючи у 8 класі хімічні перетворення неорганічних сполук, ви дізналися про реакції, в кожній з яких — два реагенти і два продукти.

Реакцію між простою і складною речовинами, в результаті якої утворюються інші проста і складна речовини, називають реакцією заміщення.

Реакція заміщення

A + BC → B + AC

Реакції заміщення за участю металів вам добре відомі.

Лужні та лужноземельні метали взаємодіють з водою:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑.

У цій реакції один із двох атомів Гідрогену в молекулі води заміщується на атом (точніше — на йон) металічного елемента.

Відомі реакції, під час яких відбувається повне заміщення атомів Гідрогену в молекулах води. Приклад такого перетворення:

Майже всі метали взаємодіють із кислотами. Частина цих реакцій відбувається з виділенням водню:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑.

Так взаємодіють із металами хлоридна і розбавлена сульфатна кислоти. Перебіг подібних реакцій можливий, якщо метал перебуває в ряду активності зліва від водню.

Метали можуть взаємодіяти з розчинами солей. Продуктами цих реакцій є інший метал і нова сіль:

Mg + CuSO4 = Cu + MgSO4.

Такі перетворення відбуваються, якщо метал-реагент розміщений у ряду активності зліва від металу-продукту.

• Напишіть рівняння реакції міді з розчином аргентум нітрату.

Цинк, алюміній, олово, інші активні метали, яким відповідають елементи, що утворюють амфотерні оксиди та гідроксиди, взаємодіють із лугами. Під час реакції металу з розплавленим лугом атоми металічного елемента заміщують атоми Гідрогену в другому реагенті:

У реакціях заміщення можуть брати участь і неметали. Наприклад, більш активний галоген витісняє менш активний із водного розчину галогеноводню (безоксигенової кислоти) або солі (галогеніду):

Br2 + 2HI = I2 + 2HBr;

Cl2 + 2KBr = Br2 + 2KCl.

Нагадуємо, що хімічна активність галогенів зростає у групі періодичної системи знизу догори.

Реакцію між двома складними речовинами, у результаті якої вони обмінюються своїми складовими частинами (атомами, групами атомів, йонами), називають реакцією обміну.

Реакції обміну відбуваються переважно у водному розчині. У них беруть участь електроліти — основи, кислоти, солі. Випадки, коли ці реакції можливі, вам відомі. Це — виділення осаду (мал. 30), утворення газу або слабкого електроліту (у тому числі води):

Мал. 30. Осадження кадмій сульфіду

Реакція обміну

AB + CD → AD + CB

• Складіть йонно-молекулярні рівняння цих реакцій.

Оборотні та необоротні реакції. Чимало хімічних реакцій відбувається лише «в одному напрямку». Їх продукти за будь-яких температури й тиску не взаємодіють з утворенням речовин, які раніше були реагентами. Такі реакції називають необоротними.

Натрій реагує з водою згідно з рівнянням

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑.

Це — необоротна реакція, оскільки протилежне перетворення неможливе:

NaOH + H2

Відомі й реакції іншого типу. Кальцій оксид за звичайних умов повільно взаємодіє з вуглекислим газом:

СаО + СО2 = СаСО3.

Якщо продукт цієї реакції — кальцій карбонат — сильно нагріти, він почне розкладатися на кальцій оксид і вуглекислий газ, тобто відбуватиметься протилежна реакція:

У певному температурному інтервалі одночасно можливі й утворення кальцій карбонату, і його розклад. За цих умов обидві реакції не відбуваються до кінця, і в закритій посудині виявляємо суміш трьох сполук — кальцій оксиду, карбон(IV) оксиду і кальцій карбонату.

Хімічні реакції, які можуть відбуватися в протилежних напрямках, називають оборотними.

Деякі реакції є оборотними за звичайних умов. Серед них — взаємодія вуглекислого і сірчистого газів з водою.

Реакцію, що відбувається між речовинами, записаними в лівій частині хімічного рівняння, називають прямою, а протилежну реакцію — зворотною. Одночасний перебіг цих реакцій показують у рівнянні за допомогою знака оборотності:

SO2 + Н2О ⇄ H2SO3.

Оборотними бувають і фізичні явища, зокрема зміна агрегатного стану речовини. Якщо посудина, в якій кипить вода, накрита кришкою, то в ній одночасно відбуваються два протилежні процеси — перетворення води на пару і конденсація водяної пари з утворенням води.

ВИСНОВКИ

Для класифікації хімічних реакцій використовують різні ознаки. Зіставляючи кількості реагентів і продуктів, а також враховуючи, простою чи складною є кожна речовина, розрізняють реакції сполучення, розкладу, заміщення та обміну.

Залежно від напрямку перебігу хімічні реакції поділяють на оборотні (вони можуть відбуватися в прямому і зворотному напрямках) і необоротні (можлива лише пряма реакція).

  • 96. Назвіть ознаки, за якими класифікують хімічні реакції.
  • 97. Дайте означення реакцій сполучення, розкладу, заміщення та обміну.
  • 98. Знайдіть відповідність:

Тип реакції

а) реакція обміну;

б) реакція розкладу;

в) реакція заміщення;

г) реакція сполучення.

  • 99. Запишіть рівняння двох реакцій — сполучення і розкладу, під час яких утворюється алюміній оксид.
  • 100. Складіть два молекулярні рівняння реакцій обміну, які відповідають йонно-молекулярному рівнянню Ag+ + Cl- = AgCl↓.
  • 101. Напишіть рівняння оборотної реакції утворення амоніаку NH3 із простих речовин. Укажіть пряму і зворотну реакції.
  • 102. Обчисліть масу солі, яка утворилася в результаті нейтралізації барій гідроксидом 800 г розчину нітратної кислоти з масовою часткою кислоти 25,2 %.
  • 103. Сульфур(VІ) оксид при сильному нагріванні розкладається на сульфур(IV) оксид і кисень. Обчисліть:

а) середню молярну масу суміші газів, яка утворюється;

б) відносну густину цієї суміші за повітрям.

  • 104. Кальцій карбонат при нагріванні втратив 11 % своєї маси. Знайдіть масові частки речовин, що містяться у твердому залишку.