Реферат: Классификация химических реакций

Содержание

Введение

1. Общее понятие о химической реакции

2. Классификация химических реакций

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Самое интересное в окружающем мире состоит в том, что он постоянно изменяется.

Понятие « химическая реакция» - второе главное понятие химии. Каждую секунду в мире происходит неисчислимое множество реакций, в результате которых одни вещества превращаются в другие. Некоторые реакции мы можем наблюдать непосредственно, например ржавление железных предметов, свертывание крови, сгорание автомобильного топлива.

В то же время, подавляющее большинство реакций остаются невидимыми, но именно они определяют свойства окружающего нас мира.

Для того, чтобы осознать свое место в мире и научиться им управлять, человек должен глубоко понять природу этих реакций и те законы, которым они подчиняются. Задача современной химии состоит в изучении функций веществ в сложных химических и биологических системах, анализе связи структуры вещества с его функциями и синтезе веществ с заданными функциями.

Итак, химических реакций протекающих вокруг человека очень много, они протекают постоянно. Что же необходимо сделать, чтобы не запутаться во всём многообразии химических реакций? Научиться их классифицировать и выявлять существенные признаки классов.

Цель данной работы: рассмотреть понятие «химическая реакция» и систематизировать и обобщить знания о классификации химических реакций.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы 14 страниц.

1. Общее понятие о химической реакции

Химическая реакция - это превращение одних веществ в другие. Однако, такое определение нуждается в существенном дополнении.

Так, например, в ядерном реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие превращения химическими не называют. В чем же здесь дело? В ядерном реакторе происходят ядерные реакции. Они заключаются в том, что ядра элементов при столкновении с частицами высокой энергии (ими могут быть нейтроны, протоны и ядра иных элементов) - разбиваются на осколки, представляющие собой ядра других элементов. Возможно и слияние ядер между собой. Эти новые ядра затем получают электроны из окружающей среды и, таким образом, завершается образование двух или нескольких новых веществ. Все эти вещества являются какими-либо элементами Периодической системы. В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.

Таким образом, химическими реакциями называются явления, при которых одни вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества - с другим составом и другими свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.

Выделим признаки и условия химических реакций (рис.1, 2).

Рисунок 1 – Признаки химических реакций

Рисунок 2 – Условия проведения химических реакций

Рассмотрим типичную химическую реакцию: сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха (данную реакцию можно наблюдать дома, у кого есть газовая плита) на рисунке 3.

Рисунок 3 - Сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха

Метан СН₄ и кислород О₂ реагируют между собой с образованием диоксида углерода СО₂ и воды Н₂ О. При этом разрываются связи между атомами С и Н в молекуле метана и между атомами кислорода в молекуле О₂ . На их месте возникают новые связи между атомами С и О, Н и О.

На рисунке 3 хорошо видно, что для успешного осуществления реакции на одну молекулу метана надо взять две молекулы кислорода. Однако записывать химическую реакцию с помощью рисунков молекул не слишком удобно, поэтому для записи химических реакций используют сокращенные формулы веществ - такая запись называется уравнением химической реакции.

Рисунок 4 – Уравнение реакции

Уравнение химической реакции показанной на рисунке 3 выглядит следующим образом

CH₄ +2O₂ = CO₂ + 2H₂ O

Количество атомов разных элементов в левой и правой частях уравнения одинаково. В левой части один атом углерода в составе молекулы метана (СН₄ ), и в правой - тот же атом углерода мы находим в составе молекулы СО₂ . все четыре водородных атома из левой части уравнения мы обязательно найдем и в правой - в составе молекул воды.

В уравнении химической реакции для выравнивания количества одинаковых атомов в разных частях уравнения используются коэффициенты , которые записываются перед формулами веществ.

Рассмотрим другую реакцию - превращение оксида кальция СаО (негашеной извести) в гидроксид кальция Са(ОН)₂ (гашеную известь) под действием воды (рис.5).

Рисунок 5 - Оксид кальция СаО присоединяет молекулу воды Н₂ О

с образованием гидроксида кальция Са(ОН)₂

В отличие от математических уравнений, в уравнениях химических реакций нельзя переставлять левую и правую части. Вещества в левой части уравнения химической реакции называются реагентами , а в правой - продуктами реакции .

Если сделать перестановку левой и правой части в уравнении из рисунка 5, то получим уравнение совсем другой химической реакции

Ca(OH)₂ = CaO + H₂ O

Если реакция между СаО и Н₂ О (рис. 4) начинается самопроизвольно и идет с выделением большого количества теплоты, то для проведения последней реакции, где реагентом служит Са(ОН)₂ , требуется сильное нагревание. Добавим также, что реагентами и продуктами могут быть не обязательно молекулы, но и атомы - если в реакции участвует какой-нибудь элемент или элементы в чистом виде, например

H₂ + CuO = Cu + H₂ O

Таким образом, мы подошли к классификации химических реакций, которую рассмотрим в следующей главе.

2. Классификация химических реакций

В процессе изучения химии приходится встречаться с классификациями химических реакций по различным признакам (табл.1).

Таблица 1 - Классификация химических реакций

По

тепловому эффекту

Экзотермические – протекают с выделением энергии

4Р + 5О₂ = 2Р₂ О₅ + Q; CH₄ + 2О₂ → СО₂ + 2H₂ O + Q

Эндотермические – протекают с поглощением энергии

Cu(OH)₂ CuO + H₂ O – Q; C₈ H₁₈ C₈ H₁₆ + H₂ – Q

По

числу и составу исходных и

образовавшихся веществ

Реакции разложения – из одного сложного вещества образуется несколько более простых:

СаСО₃ СаО + СО₂ C₂ H₅ OH → C₂ H₄ + H₂ O

Реакции соединения – из нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное: 2H₂ + О₂ → 2H₂ OC₂ H₄ + H₂ → C₂ H₆

Реакции замещения – атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂ ↑ CH₄ + Cl₂ → CH₃ Cl + HCl

Реакции обмена – два сложных вещества обмениваются составными частями: AgNO₃ + HCl = AgCl↓ + HNO₃

HCOOH + CH₃ OH → HCOOCH₃ + H₂ O

По

агрегатному состоянию реагирующих веществ

Гетерогенные – исходные вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях:

Fe_(т) + CuCl_2(р-р) → Cu_(т) + FeCl_2(р-р)

2Na_(т) + 2C₂ H₅ OH_(ж) → 2C₂ H₅ ONa_(р-р) + H_2(г) ↑

Гомогенные – исходные вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии: H_2(г) + Cl_2(г) =2HCl_(г)

C₂ H₅ OH₍ _ж ₎ + CH₃ COOH₍ _ж ₎ → CH₃ COOC₂ H₅₍ _ж ₎ + H₂ O₍ _ж ₎

По

наличию катализатора

Каталитические 2H₂ O₂

2H₂ O + О₂ ↑ C₂ H₄ + H₂ C₂ H₄

Некаталитические S + О₂

SO₂ C₂ H₂ + 2Cl₂ → C₂ H₂ Cl₄

По

направлению

Необратимые – протекают в данных условиях только в одном направлении: H₂ SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄ + 2HCl

CH₄ + 2О₂ → СО₂ + 2H₂ O

Обратимые – протекают в данных условиях одновременно в двух противоположных направлениях:

3H₂ + N₂ ↔ 2NH₃ ; C₂ H₄ + H₂ ↔ C₂ H₆

По

изменению степени окисления атомов элементов

Окислительно-восстановительные – реакции, идущие с изменением степени окисления: Fe⁰ + 2H⁺¹ Cl^-1 → Fe²⁺ Cl₂ ^-1 + H₂ ⁰

H⁺¹ C⁰ O^-2 H⁺¹ + H₂ → C^-2 H₃ ⁺¹ O^-2 H⁺¹

Неокислительно-восстановительные – реакции, идущие без изменения степени окисления: S⁺⁴ O₄ ^-2 + H₂ O → H₂ ⁺ S⁺⁴ O₄ ^-2

CH₃ NH₂ + HCl → (CH₃ NH₃ )Cl

Как видим, существует различные способы классификации химических реакций, из которых более подробно мы рассмотрим следующие.

По признаку изменения числа исходных и конечных веществ. Здесь можно найти 4 типа химических реакций (рис.6): реакции соединения , реакции разложения , реакции обмена , реакции замещения .

Рисунок 6 – Классификация химических реакций по признаку изменения числа исходных и конечных веществ

Приведем примеры таких реакций. Для этого воспользуемся уравнением получения гашеной извести и уравнению получения негашеной извести

СаО + Н₂ О = Са(ОН)₂

Са(ОН)₂ = СаО + Н₂ О

Эти реакции относятся к разным типам химических реакций.

Первая реакция является типичной реакцией соединения , поскольку при ее протекании две молекулы реагентов СаО и Н₂ О соединяются в одну, более сложную молекулу Са(ОН)₂ .

Вторая реакция Са(ОН)₂ = СаО + Н₂ О является типичной реакцией разложения : здесь реагент Ca(OH)₂ разлагается с образованием двух других, более простых веществ (продуктов реакции).

В реакциях обмена количество реагентов и продуктов обычно одинаково. В таких реакциях исходные вещества обмениваются между собой атомами и даже целыми составными частями своих молекул. Например, при сливании раствора CaBr₂ с раствором HF выпадает осадок. Происходит реакция, в которой ионы кальция и водорода обмениваются между собой ионами брома и фтора

CaBr₂ + 2HF = CaF₂ ¯ + 2HBr

При сливании растворов CaCl₂ и Na₂ CO₃ тоже выпадает осадок, потому что ионы кальция и натрия обмениваются между собой частицами CO₃ ^2- и Cl^–

CaCl₂ + Na₂ CO₃ = CaCO₃ ¯ + 2NaCl

Стрелка рядом с продуктом реакции показывает, что это соединение нерастворимо и выпадает в осадок. Таким образом, стрелку можно использовать и для обозначения удаления какого-нибудь продукта из химической реакции в виде осадка (¯ ) или газа ( ), например:

Zn + 2HCl = H₂ + ZnCl₂

Последняя реакция относится к еще одному типу химических реакций - реакциям замещения . Цинк заместил водород в его соединении с хлором - в HCl. Водород при этом выделяется в виде газа.

Реакции замещения внешне могут быть похожи на реакции обмена. Отличие заключается в том, что в реакциях замещения обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе, например

2NaBr + Cl₂ = 2NaCl + Br₂ – это реакция замещения;

в левой части уравнения есть простое вещество-молекула хлора Cl₂ , и в правой части есть простое вещество – молекула брома Br₂ .

В реакциях обмена - и реагенты и продукты являются сложными веществами, например

CaCl₂ + Na₂ CO₃ = CaCO₃ ¯ + 2NaCl – это реакция обмена;

в этом уравнении реагенты и продукты - сложные вещества.

Деление всех химических реакций на реакции соединения, разложения, замещения и обмена - не единственное.

Рассмотрим способ классификации по признаку изменения (или отсутствия изменения) степеней окисления у реагентов и продуктов. По этому признаку все реакции делятся на окислительно-восстановительные реакции и все прочие (т.е. не окислительно-восстановительные).

Рисунок 7 – Реакции с изменением степени окисления элементов

Так, рассмотренная выше реакция между Zn и HCl является не только реакцией замещения, но и окислительно-восстановительной реакцией , потому что в ней изменяются степени окисления реагирующих веществ

Zn⁰ + 2H⁺¹ Cl = H₂ ⁰ + Zn⁺² Cl₂

это реакция замещения и одновременно окислительно-восстановительная реакция.

Окислительно-восстановительными являются также:

- реакции метана с кислородом (рис. 1):

меняют степень окисления углерод и кислород;

- реакция оксида меди с водородом:

меняют степень окисления водород и медь;

- реакция бромида натрия с хлором:

меняют степень окисления бром и хлор.

Важно также отметить, что по разным признакам одна и та же реакция может быть отнесена одновременно к нескольким типам, например

- эта реакция относится к реакциям: соединения, экзотермическим, окислительно-восстановительным, каталитическим и обратимым.

К окислительно-восстановительным в неорганической химии относятся все реакции замещения и те реакции разложения и соединения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество.

В более обобщенном варианте (уже с учетом и органической химии): все реакции с участием простых веществ, и наоборот, к реакциям, идущим без изменения степеней окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции, относятся все реакции обмена.

К окислительно-восстановительным относятся подавляющее большинство химических реакций, они играют исключительно важную роль.

Классификация окислительно-восстановительных реакций

Межмолекулярные (окислитель и восстановитель - разные вещества):

Внутримолекулярные (окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же вещества):

Диспропорционирование [дисмутация] (степень окисления одного и того же элемента и повышается и понижается):

Контрпропорционирование [конмутация] (взаимодействие окислителя и восстановителя, в состав которых входит один и тот же элемент в разных степенях окисления):

Продуктом является вещество с элементом в промежуточной степени окисления.

Таким образом, мы узнали, что такое химическая реакция, выявили признаки химических реакций, сформировали представления о причинах и условия протекания химических реакций и систематизировали и обобщили представление о классификации химических реакций.

Заключение

Завершая работу, кратко отметим следующее.

Вещества, взаимодействуя друг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям.

Химическая реакция — это превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции).

В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.

Химические реакциимогут сопровождаться выделением тепла, испусканием света, изменением агрегатного состояния веществ, появлением запаха, образованием газа и т.п.

Для описания химических реакцийиспользуют химические уравнения , в левой части которых указывают исходные вещества, в правой - продукты.

Обе части уравнения соединены знаком равенства (в этом случае кол-во атомов хим. элементов справа и слева должно быть уравнено с помощью стехиометрического коэффициента, стрелкой (в случае необратимых хим. превращений) или прямой и обратной стрелками (для обратимых реакций).

Химические реакциимогут осуществляться как один элементарный акт (стадия) (простые реакции ) или через последовательность отдельных стадий (сложные реакции ), составляющих в совокупности механизм реакции .

Существуют различные системы классификации химических реакций.

Наиболее широко используют следующую классификацию:

а) по числу и составу исходных веществ и продуктов, которые подразделяют на:

- реакции соединения - реакции, при которых из двух или нескольких веществ образуется одно новое вещество:

- реакции разложения - реакции, в результате которых из одного вещества образуется несколько новых веществ:

- реакции замещения - реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают в молекулах других веществ:

- реакции обмена - реакции, в результате которых два вещества обмениваются атомами или группировками атомов, образуя два новых вещества:

б) выделение или поглощение теплоты: подразделяются на экзотермические и эндотермические. Выделение или поглощение энергии может быть обозначено в уравнении реакции соответственно знаком +Q или -Q.

Реакции разложения обычно протекают с поглощением энергии, а присоединения — с выделением энергии.

в) изменение степени окисления химических элементов: реакции, в результате которых некоторые элементы, входящие в состав исходных веществ и продуктов, меняют свои степени окисления.

г) наличие или отсутствие катализатора. Реакции, идущие с участием катализаторов, называются каталитическими. Не все реакции нуждаются в катализаторах, но многие без катализаторов практически идти не могут.

д) обратимость реакций: делят на обратимые и необратимые.

- реакции, протекающие в двух противоположных направлениях, называются обратимыми,

- реакции, протекающие только в одном направлении - необратимыми.

Признаками необратимости реакций в растворах является образование малодиссоциирующего вещества (осадка, газа или воды).

Кроме того, одна и та же реакция по разным признакам может быть отнесена одновременно к нескольким типам.

Список используемой литературы

1. Габриелян О.С. Химия. 11 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений / О.С.Габриелян. - М.: Дрофа.- 304 с.

2. Иванова Р.Г. Химия. Учебник для 10 кл. общеобразовательных учреждений / Р.Г.Иванова, А.А.Каверина. – М.: Просвещение, 2001. – 287 с.

3. Кузнецова Н.Е. Химия. Учебник. 8 класс / Н.Е.Кузнецова, И.М.Титова, Н.Н.Гара, А.Ю.Жегин М.: Вентана-Граф, 2005. – 224 с.

4. Мануйлов А.В. Основы химии. Электронный учебник / А.В.Мануйлов, В.И.Родионов. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.hemi.nsu.ru/

5. Химия. 8-9 класс: Поурочные планы / Авт. сост. С.Ю.Дибленко, Е.А.Смирнова, С.М.Колмыкова. – Волгоград: Учитель, 2005. – 169 с.

Реферат: Классификация химических реакций

Похожие рефераты: