Химия

Урок 1: Типы химических реакций

Типы химических реакций

Мир так изменчив, что не всегда замечаешь перемены. Сегодня ещё было знойное лето, а завтра жёлтые листья начинают медленно опадать – пришла осень. Ежесекундно в мире происходит миллионы химических процессов. Задача химиков выделить общие черты и систематизировать.

Обложка урока взята с источника.

slide4

Интенсивная подготовка к ОГЭ с репетитором

Перейти

Выбери своего онлайн-репетитора для занятий

Перейти slide5
slide6

Подготовка к ОГЭ с командой
лучших преподавателей

Перейти
slmob

Интенсивные курсы подготовки к ОГЭ

Перейти
slmob10

Узнай тонкости ОГЭ и перестань его бояться

Перейти
slmob11

Подготовка к ОГЭ с командой
лучших преподавателей

Перейти

План урока:

Тепловой эффект реакции

Реакции с изменением степени окисления

 

Один и тот же химический процесс, мы можем характеризовать с разных сторон. Рассмотрим самую обыденную реакцию – образования воды.

1gjkgjg

Изучив тему химические реакции вы с уверенностью скажете, что это реакция соединения. Водород используется как экологическое топливо, т.е. при его горении выделяется энергия в виде тепла.

Раздел химии, изучающий тепловые эффекты называется термохимией.

 

Тепловой эффект реакции

Во время прохождения химических процессов характерен обмен энергией в виде тепла с внешней средой, которое может, как поглощаться, так и выделяться. Почему, реакция образования воды происходит с выделением тепла. А вот обратная реакция – её разложение – требует нагревания. Каждое вещество наделено энергией. Вспомните фундаментальный закон.

2gthgh

Обратите внимание, что по изменению теплоты мы можем судить о том, происходит взаимодействие между веществами или нет.

Теперь давайте разберёмся, что мы понимаем под фразой тепловой эффект химической реакции.

3ojhj

Рассмотрим реакцию получения хлороводорода из простых веществ.

4ghhg

Чтобы это вещество образовалось, необходимо затратить энергию для разрушения связей в молекулах Cl2, Н2и HCl.Числовые данные узнаем, обратившись к справочным материалам.

5gghg

6hhjkl

Теперь найдём разность энергий химических связей между веществами продуктами и реагентами.

7utgfh

Что показал данный расчёт, чтобы активировать реагенты, т. е. разрушить связи в простых веществах, необходимо затратить 436 + 240 = 676 кДж. Теперь посмотрим на продукт, образуется 2 моль HCl и при этом также выделяется 2 ∙ 430 = 860 кДж. Это означает, что выделилось больше теплоты (избыток) при образовании HCl, чем было потрачено на разрыв связи исходящих веществ.

Абстрагируясь от вещества HCl, давайте представим такую ситуацию. Чтобы получить 2 конфеты, съев которые, вы получите заряд бодрости в виде 430 кДж за каждую, вам необходимо выгулять собаку, при этом тратится 240 кДж энергии, а также, к примеру, помочь маме с уборкой в доме, на это уйдёт 436 кДж. После сделанных дел, вы скушаете свои заслуженные конфеты, вопрос хватит у вас сил на игру с друзьями во дворе?

8ghjd

Таким образом, у вас останется энергия на игру с друзьями.

9hjf

Теперь промоделируем обратный процесс. Вам очень хочется две конфеты, но чтобы их получить, необходимо внести вклад, который оценивается в 430 кДж за каждую (а хочется именно две). В списке дел только выгул питомца (240 кДж) и помощь маме (436 кДж).

10nfghg

К сожалению, этого не достаточно, чтобы получить желаемые 2 конфеты.

Рассмотрим обратную реакцию.

11jhkh

Выполним аналогичный расчёт.

12jhjghf

Расчёт показал, чтобы разрушить молекулу HCl необходимо,затратить больше энергии, чем её выделится при образовании водорода и хлора.Чтобы реакция произошла, необходимо повысить температуру, т.е. нагреть систему.

13jhjhjg
Источник

Термохимические уравнения отображают не только перегруппировку атомов во время процесса, но также и изменения теплоты (её поглощение или выделение).

14gjhk

15jkghdf

Внизу около индекса или в скобках указываем агрегатное состояние.

Твёрдое – т, жидкость – ж, газ – г.

Вам уже известно, как делать вычисления массы или объёма вещества используя уравнение реакции. Чтобы определить тепловой эффект реакции, нам аналогично, необходимо составить уравнение, а также узнать количество молей.

 

Задача 1. Используя термохимическое уравнение 2Н2 + О2 = 2Н2О + 571 кДж определите сколько тепла выделится при горении 2,24 л водорода (н.у.).

Дано:

V(H2) = 2,24 л

Найти:

Q - ?

Решение.

 

Решение этих задач сводится к вычислению числа молей.

Абстрагируясь на ваших любимых конфетах, попробуем разобраться с тепловым эффектом. Допустим, если вы скушаете две конфеты, то получите заряд энергии 571 кДж. А если в вашем кармашке будет 5 конфет, то съев их, вы получите совсем другое количество энергии.

Это уравнение показывает, что при сгорании 2 моль выделится 571 кДж тепла.

Теперь наша задача выяснить,сколько моль составляют 2,24 л водорода при н.у. (ведь в условии дан объём, а не количество молей)?

16gjghjh

Составим пропорцию: согласно термохимическому уравнению при сгорании 2 моль выделится 571 кДж, тогда от 0,1 моль получим Q.

17jgjyu

Ответ.Q= 28,55 кДж

 

Задача 2.Термохимическое уравнение реакции горения этилена имеет вид

18jgjk

Сколько литров кислорода потребуется, чтобы выделилось 6226 кДж тепла?

Дано:

Q1 = 1410.9 кДж

Q2 = 6226 кДж

Найти:

V(O2) - ?

Решение.

19gjghg

Говорят конфет много кушать вредно, давайте рассмотрим на яблоках. Чтобы получить тепло количеством 1410,9 кДж, необходимо скушать 3 яблока. Сколько потребуется фруктов, чтобы образовалось 6226 кДж. Вернёмся к кислороду.

20ghftf

Чтобы ответь на поставленный вопрос задачи, найдём объём кислорода

21jhuy

Ответ. V(O2) = 296.5 л

 

Реакции с изменением степени окисления

Чтобы разобраться с данным типом реакций, давайте вспомним, что мы подразумеваем под понятием степень окисления.

22hghgh

Рассмотрим уравнение реакции соединения между О2 и Н2.

23fghyu

Следует отметить, изменение степени окисления происходит потому, что один из элементов отдал электроны, второй их принял.

24kogjh

Что мы видим, водород лишился 2 электронов, а кислород, волшебным образом, принял целых 4. И закрадывается вопрос, откуда взялось ещё 2 электрона. Решением этой проблемы послужит электронный баланс.

25jhjyu

Подберём наименьший общий кратный (НОК) для отданных (2) и принятых (4) электронов – это число 4. Найдём дополнительные множители для веществ. Для этого НОК поочерёдно разделим на 2 и 4.

26uythg

Красным выделены электроны, принимавшие участие в процессе, зелёным – это коэффициенты, которые необходимо поставить для баланса, чтобы уравнять левую и правую части.

27thgh

Теперь вспомним понятие окислитель и восстановитель.

28jkhjgh

Реакции, во время которых изменяются степени окисления элементов, имеют достаточно широкое распространение. К ним относятся абсолютно все реакции замещения (без исключений), большая часть процессов соединения и разложения. И только в реакциях по типу обмена не происходит изменения степени окисления.

29byhghg

Окисление и восстановление в химии занимает важное место. Вот представьте на секунду, если бы не происходили процессы фотосинтеза, существовала природа в том виде, в котором мы видим её сейчас. Привычная кисломолочная продукция также была бы не доступная, ведь за их образование отвечает реакция окисления, которая происходит во время брожения.

30gjhyh
Источник

Рассмотрим процесс, который происходит во время коррозии железа.

31gjkk

Окислительно-восстановительные реакции всегда можно узнать, если в продуктах либо реагентах имеются простые вещества. В данном процессе это железо и кислород. Они, как маяки указывают путь кораблям, так и вам помогут определить, что во время этого процесса происходит смена степени окисления.

32hjj

Выпишем отдельно элементы, которые изменили свою степень окисления во время процесса:

33guyu

Теперь обратите внимание на то, что железо, как восстановитель, способно отдать только 3 электрона (больше у него нет), а вот окислитель – кислород ненасытный, ему три мало – подавай 4 электрона. Обратите внимание, что молекула кислорода состоит из 2 атомов и каждому необходимо 2 электрона, поэтому 4. Снова поможет метод электронного баланса. Число 12 одновременно делится на 3 и 4.

34gjyu

Получим суммарное уравнение, соединив левую и правую части. Обратите внимание

35gikukjk

Следует отметить, что коэффициент восстановителя, а также и окислителя, подобрали верно. Так как кислород входит до реакции в состав двух веществ, а после реакции только в одно вещество, то уравняв атомы водорода (использовали коэффициент 6), мы автоматически составили баланс между реагентами и продуктами реакции.

Рассмотрим ещё одно уравнение окислительно-восстановительной реакции. Золото, как вам известно, благородный металл. Его высочество мало с кем реагирует. Однако царская водка способна на него повлиять. Царской её называют не потому, что её употребляют только цари, этот раствор ни в коем случае нельзя использовать в пище. Это смесь двух концентрированных кислот соляной и азотной HNO3 + 3HCl. Такое название она получила по причине того, что кислота ранее (в средние века) имела название «водка». А царская, потому что имела способность растворить царя металлов – золото.

36kjkiuo
Источник

37gjui

Определим, каким образом меняется степень окисления в соединениях.

38gjyu

Как видно из схемы, смена степени окисления произошла только в двух элементах – это золото и азот.

39jkiiy

Количество отданных и принятых электронов, принимавшее участие в процессе, равное. Итоговое уравнение имеет вид:

40ytcb

Однако обратите внимание на комплексное соединение, где содержится 4 атомов хлора, а в реакцию вступил всего лишь 1. Поэтому необходимо перед соляной кислотой поставить коэффициент 4, который сделает дисбаланс по водороду, чтобы этого не произошло, требуется поставить 2 перед водой. Перенесём эти математические размышления на уравнение реакции:

41gjyui

Реакций ОВР насчитывается много. С этого множества выделяют следующие типы:

42uihj

Рассмотрим первый тип реакций – межмолекулярные ОВР. К примеру, рассмотрим реакцию, во время которой можно наблюдать «лисий хвост», так химики называют оксид азота (IV) из-за его окраски.

43jujhkj
Источник.

44fuyhb

Определим степени окисления каждого элемента.

45gjyu

Электронный баланс реакций окисления и восстановления имеет вид:

46gjyun

Снова обратите внимание, что медь, как восстановитель, в этой реакции отдаёт 2 электрона, однако азоту – окислителю, достаточно 1. Подберём число, которое одновременно делится на 1 и 2, это – 2 (на схеме выделено зелёным). Разделив его на количество электронов, получим коэффициенты (указано синим цветом).

47hijhhj

В конечном виде уравнение будет иметь следующий вид:

48gjhjb

Кислоты необходимо взять 4 моль, поскольку азот входит в состав двух продуктов реакции: Cu(NO3)2и NO2. Следует отметить, что эта реакция не будет относиться к реакциям диспропорционирования, поскольку окислитель и восстановитель разные вещества.

Как пример внутримолекулярной реакции можно привести термическое разложение нитратов.

49ghyyfgh
Источник

Рассмотрим на примере следующих соединений: NaNO3 и Cu(NO3)2.

Натрий находится левее от магния в ряду напряжения металлов, поэтому продуктами будут NaNO2 и О2.

50hjyuyf

Получим суммарное уравнение:

51guyuy

При нагревании нитрата меди (II) происходи также разложение. При этом возможно наблюдение изменения окраски с зелёно-синего (соль меди) на чёрный, именно такого цвета CuO. А вот наличие кислорода можно доказать с помощью тлеющей лучинки. Также будет происходить выделение оксида азота NO2, который Вы узнаете по характерному запаху и цвету.

52guyu

Уравнение имеет вид

53hiuiu

Примером реакции диспропорционирования может быть образование «химического хамелеона» - раствора, который в зависимости от среды способен изменять свою окраску. Если раствор манганата калия (K2MnO4) сильно разбавить водой, то происходит реакция диспропорционирования, в ходе которой меняется окраска с зелёной на красно-фиолетовую.

54guyuyt

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Реакция с поглощением тепла происходит между веществами:
14NH3(г) + 5O2(г) → 4NO(г) + 6H2O(г) + 904 кДж
2C(тв) + S(тв) →CS2(ж) - 88,7 кДж;
34NH3(г) + 3O2(г) → 2N2(г) + 6H2O(ж) + 1531 кДж
4CaCO3(тв) → CaO(тв)+CO2(г) - 160 кДж
Ответить
24
Вопрос: 2
Реакция горения аммиака имеет вид 4NH3(г) + 3O2(г) → 2N2(г) + 6H2O(ж) + 1531 кДж. Какое количество тепла выделится при сгорании 201,6 л этого газа:
19545 кДж
21723 кДж;
33444,75 кДж
46124,5 кДж
Ответить
3
Вопрос: 3
Реакция разложения, во время которой изменяются степени окисления:
1BaCO3→ t BaO + CO2↑
22KClO3 → t 2KCl + 3O2↑
3H2SO3 → H2O + SO2
42H2O2 → 2H2O + O2
Ответить
24
Вопрос: 4
Укажите сумму коэффициентов в уравнении реакции Na + H2SO4 = Na2SO4 + H2S + H2O
123
222
319
421
Ответить
2
Вопрос: 5
Используя термохимическое уравнение 2Н2 + О2 = 2Н2О + 571 кДж, вычислите объём использованного кислорода, если выделилось 142,75 кДж теплоты.
15,6 л
211,2 л
322,4 л
42,24 л
Ответить
1
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Реакция с поглощением тепла происходит между веществами:
1) 4NH3(г) + 5O2(г) → 4NO(г) + 6H2O(г) + 904 кДж 2) C(тв) + S(тв) →CS2(ж) - 88,7 кДж; 3) 4NH3(г) + 3O2(г) → 2N2(г) + 6H2O(ж) + 1531 кДж 4) CaCO3(тв) → CaO(тв)+CO2(г) - 160 кДж
2 вопрос:

Реакция горения аммиака имеет вид 4NH3(г) + 3O2(г) → 2N2(г) + 6H2O(ж) + 1531 кДж. Какое количество тепла выделится при сгорании 201,6 л этого газа:
1) 9545 кДж 2) 1723 кДж; 3) 3444,75 кДж 4) 6124,5 кДж
3 вопрос:

Реакция разложения, во время которой изменяются степени окисления:
1) BaCO3→ t BaO + CO2↑ 2) 2KClO3 → t 2KCl + 3O2↑ 3) H2SO3 → H2O + SO2 4) 2H2O2 → 2H2O + O2
4 вопрос:

Укажите сумму коэффициентов в уравнении реакции Na + H2SO4 = Na2SO4 + H2S + H2O
1) 23 2) 22 3) 19 4) 21
5 вопрос:

Используя термохимическое уравнение 2Н2 + О2 = 2Н2О + 571 кДж, вычислите объём использованного кислорода, если выделилось 142,75 кДж теплоты.
1) 5,6 л 2) 11,2 л 3) 22,4 л 4) 2,24 л
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: C(тв) + S(тв) →CS2(ж) - 88,7 кДж;
1 вопрос: CaCO3(тв) → CaO(тв)+CO2(г) - 160 кДж
2 вопрос: 3444,75 кДж
3 вопрос: 2KClO3 → t 2KCl + 3O2↑
3 вопрос: 2H2O2 → 2H2O + O2
4 вопрос: 22
5 вопрос: 5,6 л
Slide6

Подготовься к ОГЭ наилучшим образом с репетитором

Перейти
slide16

Онлайн-занятия помогут сдать ОГЭ на 100 баллов

Перейти
slide19

Ускоренный курс
подготовки к ОГЭ

Перейти
slmob12

Подготовка к ОГЭ наилучшим образом

Перейти
slmob13

Узнай, как сдать ОГЭ на 100 баллов

Перейти
slide19

Ускоренный курс
подготовки к ОГЭ

Перейти