Конспект урока: Классификация химических реакций

Как мы уже знаем, существует огромное количество различных химических веществ. Химические реакции также очень разнообразны. В связи с этим возникает необходимость в их классификации.

Критериев классификации химических реакций очень много. Мы рассмотрим некоторые из них. И начнём с классификации химических реакций по числу и составу реагентов и образующихся веществ.

Классификация химических реакций по числу и составу реагентов и образующихся веществ

Чтобы определить тип реакции по данному критерию, нужно обратиться к уравнению реакции.

       1. Реакции соединения

Например, реакция образования газа аммиака — реакция соединения:
 

${\mathrm{N}}_2 + 3{\mathrm{H}}_2 = 2{\mathrm{NH}}_3$.

В реакцию соединения могут вступать сложное вещество и простое:
 

$2\mathrm{NO} + {\mathrm{O}}_2 = 2{\mathrm{NO}}_2$.

Или сложные вещества:
 

${\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} + {\mathrm{CO}}_2 = 2{\mathrm{NaHCO}}_3$.

Самый главный критерий реакций соединения — образование одного продукта в ходе реакции.

       2. Реакции разложения

Реакции разложения противоположны реакциям соединения.

Например, разложение гидрокарбоната натрия при нагревании:
 

$2{\mathrm{NaHCO}}_3 = {\mathrm{Na}}_2{\mathrm{CO}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} + {\mathrm{CO}}_2$.

Нерастворимые гидроксиды можно разложить на оксид и воду при нагревании:
 

$2\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3 = {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3 + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

       3. Реакции замещения

К реакциям замещения относятся реакции взаимодействия кислот и металлов, например:
 

$\mathrm{Ca} + {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 = {\mathrm{CaSO}}_4 + {\mathrm{H}}_2$.

Кальций — простое вещество, серная кислота — сложное. В ходе реакции кальций вытесняет водород из серной кислоты и образуется новое простое вещество — водород и новое сложное вещество — сульфат кальция.

Также более активные металлы могут вытеснять менее активные из состава их солей:

$2\mathrm{Al} + 3{\mathrm{CuSO}}_4 \to 3\mathrm{Cu} + {\mathrm{Al}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3$.

Реакции замещения характерны не только для металлов, но и для галогенов: более активные вытесняют менее активные. Так хлор может вытеснять из солей бром или йод, а бром может вытеснить только йод из его солей:

$2{\mathrm{AlBr}}_3 + 3{\mathrm{Cl}}_2 \to 2\mathrm{Al}{\mathrm{Cl}}_3 + 3{\mathrm{Br}}_2$.

       4. Реакции обмена

В таких реакция исходные вещества обмениваются своими составными частями.

Среди реакций обмена очень много качественных реакций.

Качественная реакция — реакция, с помощью которой определяют наличие того или иного вещества.

Например, реакция взаимодействия нитрата серебра и хлорида натрия:
 

${\mathrm{AgNO}}_3 + \mathrm{NaCl} \to \mathrm{AgCl} + {\mathrm{NaNO}}_3$.

В ходе реакции наблюдается выпадение белого осадка — хлорида серебра.

Рисунок 1. Осадок гидроксида меди (II)

Известной и яркой реакцией является реакция взаимодействия сульфата меди (II) и гидроксида натрия:

 

${\mathrm{CuSO}}_4 + 2\mathrm{NaOH} = \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 + {\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$.

 

В ходе реакции выпадает осадок голубого цвета — гидроксид меди (II). 

 

К особому типу реакций обмена относят реакции нейтрализации — реакции между кислотами и щелочами с образованием соли и воды.

 

Например, при взаимодействии соляной кислоты и гидроксида бария образуется соль — хлорид бария и вода:
 

$2\mathrm{HCI} + \mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 = {\mathrm{BaCl}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Решение

1. В начале запишем уравнение этой реакции.

$\mathrm{Ba} + 2\mathrm{HCl} = {\mathrm{BaCl}}_2 + {\mathrm{H}}_{2 }$

2. Барий и водород — простые вещества, соляная кислота и хлорид бария — сложные. Следовательно, в данной реакции взаимодействуют простое вещество со сложным и образуются новое простое и новое сложное вещество, что соответствует реакции замещения.

Ответ: это реакция замещения.

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

В ходе химических реакций происходит поглощение или выделение теплоты. По данному критерию химические реакции делят на два типа:

• эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением теплоты;
• экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением теплоты.

Тепловой эффект принято обозначать буквой Q и измеряется он в килоджоулях (кДж), если говорить о реакции в целом или в кДж/моль, если говорить о каком-либо веществе в реакции.

Для эндотермических реакций тепловой эффект будет принимать отрицательное значение, а для экзотермических — положительное. 

Экзотермические — реакции горения и большинство реакций соединения, а эндотермические — реакции разложения.

В уравнениях реакций можно указывать тепловой эффект, тогда такое уравнение называется термохимическим. Например:
 

$2{\mathrm{SO}}_2 + {\mathrm{O}}_2 = 2{\mathrm{SO}}_3 + 97 \mathrm{кДж}$.

По термохимическому уравнению можно рассчитать, какое количество теплоты выделится или поглотится в ходе химической реакции.

Классификация химических реакций по агрегатному состоянию реагирующих веществ

Здесь нам нужно познакомиться с понятием фаза.

Фаза может быть газообразной, жидкой или твёрдой.

В зависимости от агрегатного состояния реагентов химические реакции делятся на:

• гомогенные реакции — реагенты находятся в одной фазе и между ними нет поверхности раздела (например: взаимодействие газообразных водорода и азота с образованием нового газа - аммиака);
• гетерогенные реакции — реакции, протекающие между веществами, которые находятся в разных фазах (например: растворение гранулы цинка в растворе соляной кислоты).

Классификация химических реакций по обратимости

По данному критерию химические реакции делятся на необратимые и обратимые.

Например, при взаимодействии железа и серы происходит образование сульфида железа (II):

$\mathrm{Fe} + \mathrm{S} \to \mathrm{FeS}$.

Повернуть данную реакции вспять не получится, она необратима.

Например, при взаимодействии азота и водорода образуется аммиак:
 

${\mathrm{N}}_2 + 3{\mathrm{H}}_2 = 2{\mathrm{NH}}_3$.

Такая реакция может протекать и в обратном направлении, то есть аммиак будет разлагаться на азот и водород:
 

$2{\mathrm{NH}}_3 = {\mathrm{N}}_2 + 3{\mathrm{H}}_2$.

Чтобы показать обратимость, используют специальный знак — две противоположно направленные стрелки: 
 

${\mathrm{N}}_2 + 3{\mathrm{H}}_2 \rightleftarrows 2{\mathrm{NH}}_3$.

Классификация химических реакций по использованию катализатора

По этому критерию химические реакции также подразделяются на две группы: каталитические и некаталитические.

Например, чтобы заставить натрий реагировать с водой, не требуется много усилий. Реакция протекает легко и очень быстро:
 

$2\mathrm{Na} + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = 2\mathrm{NaOH} + {\mathrm{H}}_2$.

А вот чтобы, например, разложить пероксид водорода, потребуется катализатор MnO₂:  
     

        $2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2 \stackrel{{\mathrm{MnO}}_2}{\rightleftarrows } 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} + {\mathrm{O}}_2$.

В нашем организме также протекает множество каталитических реакций с участием биологических катализаторов — ферментов.

Классификация химических реакций по изменению степеней окисления элементов

Процессы в ОВР происходят за счёт передачи электронов. Вещество, отдающее электроны, называется восстановителем (процесс окисления). Вещество, принимающее электроны, называется окислителем (процесс восстановления).

Ниже показана схема протекания окислительно-восстановительной реакции при взаимодействии хлорида меди (II) и алюминия:

Мы рассмотрели лишь некоторые критерии, по которым можно классифицировать различные химические реакции. Теперь, основываясь на данных признаках, вы сможете с лёгкостью дать характеристику множеству химических реакций.