§11. Типы химических реакций
Вопрос в начале параграфа
✓ Все химические вещества (29 июня 2015 г. было зарегистрировано 100−миллионное вещество), как вы знаете, делятся на два типа: простые и сложные. Можно ли положить в основу классификации химических реакций такой признак, как состав веществ?
Ответ:
Да, в основу классификации химических реакций можно положить такой признак, как состав веществ, так как от состава веществ зависит тип химической реакции (соединение, разложение, обмен, замещение).
Лабораторный опыт 10
1. В пробирку налейте 2 мл раствора пероксида водорода. Видимых изменений не наблюдается. Возьмите небольшое количество оксида марганца(IV) и насыпьте его в пробирку с раствором пероксида водорода. Что наблюдаете? Внесите в пробирку тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Какие признаки и условия протекания химической реакции иллюстрирует этот эксперимент?
Ответ:
2$H_{2}$ $O_{2}$ = 2$H_{2}$ O + $O_{2}$↑
При добавлении оксида марганца(IV) наблюдается выделение пузырьков газа, так как $MnO_{2}$ выступил в роли катализатора.
При внесении в пробирку тлеющей лучинки она вспыхивает ярким пламенем, так как кислород поддерживает горение.
Этот эксперимент иллюстрирует такие признаки химической реакции, как выделение газа, и условие − наличие катализатора.
Лабораторный опыт 11
1. В пробирку налейте 3−4 мл раствора медного купороса и опустите в неё стальную кнопку или скрепку. Что наблюдаете?
Ответ:
$CuSO_{4}$ + Fe = $FeSO_{4}$ + Cu
При опускании стальной скрепки в раствор медного купороса наблюдается оседание меди на скрепке и изменение цвета раствора с синего на зеленый цвет.
Проверьте свои знания
1. Какие признаки могут быть положены в основу классификаций химических реакций?
Ответ:
В основу классификаций химических реакций могут быть положены следующие признаки:
1) состав и число реагентов и продуктов реакции;
2) наличие катализатора;
3) выделение / поглощение теплоты.
2. Назовите типы химических реакций по признаку состава и числа реагентов и продуктов реакции. Дайте определение каждому типу реакций.
Ответ:
Типы химических реакций:
1) Реакциями соединения называются такие реакции, в результате которых из двух или нескольких веществ образуется одно сложное вещество.
2) Реакциями разложения называются такие реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.
3) Реакциями замещения называются такие реакции, в результате которых из простого и сложного веществ образуются новое простое и новое сложное вещества.
4) Реакциями обмена называются такие реакции, в результате которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.
Примените свои знания
3. Расставьте коэффициенты в схемах химических реакций и определите их тип по признаку «состав и число реагентов и продуктов реакции»:
а) CuO + $H_{2}$ $SO_{4}$ → $CuSO_{4}$ + $H_{2}$O
б) $NaHSO_{4}$ + NaOH → $Na_{2}$ $SO_{4}$ + $H_{2}$O
в) $NH_{4}$ $HCO_{3}$ → $NH_{3}$↑ + $CO_{2}$↑ + $H_{2}$O
г) $SO_{3}$ + $H_{2}$O → $H_{2}$ $SO_{4}$
д) ($NH_{4}$) $_{2}$ $Cr_{2}$ $O_{7}$ → $Cr_{2}$ $O_{3}$ + $N_{2}$↑+ $H_{2}$O
Ответ:
а) CuO + $H_{2}$ $SO_{4}$ = $CuSO_{4}$ + $H_{2}$O − реакция обмена.
В данной реакции расстановка коэффициентов не нужна, так как они все равны 1.
б) $NaHSO_{4}$ + NaOH = $Na_{2}$ $SO_{4}$ + $H_{2}$O − реакция обмена.
В данной реакции расстановка коэффициентов не нужна, так как они все равны 1.
в) $NH_{4}$ $HCO_{3}$ = $NH_{3}$↑ + $CO_{2}$↑ + $H_{2}$O − реакция разложения.
В данной реакции расстановка коэффициентов не нужна, так как они все равны 1.
г) $SO_{3}$ + $H_{2}$O = $H_{2}$ $SO_{4}$ − реакция соединения.
В данной реакции расстановка коэффициентов не нужна, так как они все равны 1.
д) ($NH_{4}$) $_{2}$ $Cr_{2}$ $O_{7}$ = $Cr_{2}$ $O_{3}$ + $N_{2}$↑+ 4$H_{2}$O − реакция разложения.
4. При разложении малахита $(CuOH)_ {2}$ $CO_ {3}$ образуется оксид меди (II) CuO, углекислый газ и вода. Составьте уравнение этой реакции.
Ответ:
Напишем реакцию разложения малахита:
$(CuOH)_ {2}$ $CO_{3}$ = 2CuO + $CO_{2}$ ↑ + $H_{2}$O
5. При разложении перманганата калия $KMnO_{4}$ образуется манганат калия $K_{2}$ $MnO_{4}$, оксид марганца(IV) $MnO_{2}$ и кислород. Запишите уравнение этой реакции. К какому типу реакций по признаку поглощения или выделения теплоты относятся реакции задания 3?
Ответ:
Напишем реакцию разложения перманганата калия:
2$KMnO_{4}$ = $K_{2}$ $MnO_{4}$ + $MnO_{2}$ + $CO_{2}$
Классификация реакций из задания 3 по признаку поглощения или выделения теплоты:
а) CuO + $H_{2}$ $SO_{4}$ → $CuSO_{4}$ + $H_{2}$O − экзотермическая реакция.
б) $NaHSO_{4}$ + NaOH → $Na_{2}$ $SO_{4}$ + $H_{2}$O − экзотермическая реакция.
в) $NH_{4}$ $HCO_{3}$ → $NH_{3}$↑ + $CO_{2}$↑ + $H_{2}$O − эндотермическая реакция.
г) $SO_{3}$ + $H_{2}$O → $H_{2}$ $SO_{4}$ − экзотермическая реакция.
д) $(NH_{4}$ $)_ {2}$ $Cr_{2}$ $O_{7}$ → $Cr_{2}$ $O_{3}$ + $N_{2}$↑+ 4$H_{2}$О − эндотермическая реакция.
6. Запишите уравнение реакции получения азотной кислоты, схема которой:
$NO_{2}$ + $O_{2}$ + $H_{2}$ O → $HNO_{3}$
Ответ:
Уравнение реакции получения азотной кислоты:
4$NO_{2}$ + $O_{2}$ + 2$H_{2}$ O = 4$HNO_{3}$
7. Запишите уравнение реакции замещения, которую используют для сварки рельсов, если известно, что реагентами являются железная окалина $Fe_{3}$ $O_{4}$ и алюминий.
Ответ:
Уравнение химической реакции замещения, которую используют для сварки рельсов:
3$Fe_{3}$ $O_{4}$ + 8Al = 4$Al_{2}$ $O_{3}$ + 9Fe
8. Вспомните из курса биологии, что такое фотосинтез. Запишите уравнение этого процесса, если известно, что в результате взаимодействия углекислого газа и воды образуется глюкоза, формула которой $C_{6}$ $H_{12}$ $O_{6}$, и кислород. Можно ли отнести эту реакцию к реакциям замещения? Поясните ответ.
Ответ:
Запишем уравнение фотосинтеза:
6$CO_{2}$ + 6$H_{2}$О = $C_{6}$ $H_{12}$ $O_{6}$ + 6$O_{2}$
Эту реакцию нельзя отнести к реакциям замещения, так как реагенты − сложные вещества, а в реакции замещения должно быть одно простое вещество и одно сложное.
9. При горении метана, формула которого $CH_{4}$, образуются углекислый газ и вода. Можно ли отнести эту реакцию к одному из изученных вами типов: а) по составу и числу реагентов и продуктов реакции; б) по признаку поглощения или выделения теплоты? Поясните ответ.
Ответ:
Запишем уравнение горения метана:
$CH_{4}$ + 2$O_{2}$ = $CO_{2}$ + 2$H_{2}$O
а) по составу и числу реагентов и продуктов реакции − нельзя точно классифицировать, так как образуется два вещества (значит, не соединение), реагенты не обмениваются своими составными частями (значит, не обмен), в продуктах нет простого вещества (значит, не замещение), два реагента (значит, не разложение).
б) по признаку поглощения или выделения теплоты − экзотермическая реакция, так как горение и выделяется тепло.
10. Расставьте коэффициенты в схемах реакций. Выберите реакции обмена.
а) $H_{2}$ $O_{2}$ → $H_{2}$ O + $O_{2}$↑
б) Na + S → $Na_{2}$ *S
в) $N_{2}$ + $H_{2}$ → $NH_{3}$↑
г) $CO_{2}$ + Mg → MgO + C↓
д) Al + $H_{2}$ $SO_{4}$ → $Al_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$ + $H_{2}$↑
е) MgO + $HNO_{3}$ → $Mg(NO_{3}$ $)_ {2}$ + $H_ {2}$ O
ж) $Ca(OH)_ {2}$ + $H_ {3}$ $PO_{4}$ → $Ca_{3}$ $(PO_{4}$ $)_{2}$↓ + $H_{2}$ O
з) $BaCl_{2}$ + $Na_{2}$ $CO_{3}$ → $BaCO_{3}$↓ + NaCl
и) $Pb(NO_{3}$ $)_ {2}$ + KOH → $Pb(OH)_ {2}$↓ + $KNO_{3}$
к) $H_{2}$ S + $Br_{2}$ → HBr + S
л) $NaNO_{3}$ → $NaNO_{2}$ + $O_{2}$↑
м) $H_{2}$ O + $P_{2}$ $O_{5}$ → $H_{3}$ $PO_{4}$
н) $SiCl_{4}$ + Zn → Si + $ZnCl_{2}$
о) NO + $O_{2}$ → $NO_{2}$↑
Ответ:
а) 2$H_{2}$ $O_{2}$ = 2$H_{2}$ O + $O_{2}$↑
б) 2Na + S = $Na_{2}$ S
в) $N_{2}$ + $H_{2}$ = 2$NH_{3}$↑
г) $CO_{2}$ + 2Mg = 2MgO + C↓
д) 2Al + 3$H_{2}$ $SO_{4}$ = $Al_{2}$ $(SO_{4}$ $)_ {3}$ + 3$H_{2}$↑
е) MgO + 2$HNO_{3}$ = $Mg(NO_{3}$ $)_ {2}$ + $H_ {2}$ O − реакция обмена
ж) 3$Ca(OH)_ {2}$ + 2$H_ {3}$ $PO_{4}$ = $Ca_{3}$ $(PO_{4}$ $)_ {2}$↓ + 6$H_ {2}$ O − реакция обмена
з) $BaCl_{2}$ + $Na_{2}$ $CO_{3}$ = $BaCO_{3}$↓ + 2NaCl− реакция обмена
и) $Pb(NO_{3}$ $)_ {2}$ + 2KOH = $Pb(OH)_ {2}$↓ + 2$KNO_{3}$ − реакция обмена
к) $H_{2}$ S + $Br_{2}$ = 2HBr + S
л) 2$NaNO_{3}$ = 2$NaNO_{2}$ + $O_{2}$↑
м) 3$H_{2}$ O + $P_{2}$ $O_{5}$ = 2$H_{3}$ $PO_{4}$
н) $SiCl_{4}$ + 2Zn = Si + 2$ZnCl_{2}$
о) 2NO + $O_{2}$ = 2$NO_{2}$↑
Используйте дополнительную информацию
11. Подготовьте сообщение и презентацию об обмене веществ (жиров, белков и углеводов) в организме. Какие из этих процессов относятся к экзо− и эндотермическим реакциям?
Ответ:
Обмен веществ или метаболизм играет огромную роль в организме человека. За счет него организм обеспечивается энергией, полученной при расщеплении богатых энергией пищевых веществ или путем преобразования энергии Солнца. Также метаболизм выполняют функцию превращение пищевых молекул, то есть биополимеров, в мономеры.
Процессы расщепления относятся к экзотермическим реакциям, то есть идут с выделением тепла. А процессы пластического обмена, то есть строительства новых белков из аминокислот идут, наоборот, с поглощением тепла, то есть относятся к эндотермическим реакциям.
Наиважнейшей функцией процесса обмена веществ является поддержание постоянства внутренней среды клеток и организма в непрерывно меняющихся условиях существования.
В нашем организме белки расщепляются до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот, а углеводы до глюкозы. Таким образом, метаболизм обеспечивает жизнедеятельность, развитие и рост организма.