Ия массы и энергии классификация хим реакций. Департамент образования Ивановской области

♦ По числу и составу исходных и полученных веществ химические реакции бывают:

Соединения - из двух или нескольких веществ образуется одно сложное вещество:
Fe + S = FeS
(при нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа)
Разложения - из одного сложного вещества образуется два или несколько веществ:
2H 2 O = 2H 2 + O 2
(вода разлагается на водород и кислород при пропускании электрического тока)
Замещения - атомы простого вещества замещают один из элементов в сложном веществе:
Fe + CuCl 2 = Cu↓ + FeCl 2
(железо вытесняет медь из раствора хлорида меди (II))
Обмена - 2 сложных вещества обмениваются составными частями:
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O
(реакция нейтрализации - соляная кислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и воды)

♦ Реакции, протекающие с выделением энергии (тепла), называются экзотермическими . К ним относятся реакции горения, например серы:

S + O 2 = SO 2 + Q
Образуется оксид серы (IV), выделение энергии обозначают + Q

Реакции, требующие затрат энергии, т. е. протекающие с поглощением энергии, называются эндотермическими . Эндотермической является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H 2 O = 2H 2 + O 2 − Q

♦ Реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов, т. е. переходом электронов, называются окислительно-восстановительными :

Fe 0 + S 0 = Fe +2 S −2

Противоположностью являются электронно-статичные реакции, часто их называют просто реакции, протекающие без изменения степени окисления . К ним относятся все реакции обмена:

H +1 Cl −1 + Na +1 O −2 H +1 = Na +1 Cl −1 + H 2 +1 O −2

(Напомним, что степень окисления в веществах, состоящих из двух элементов, численно равна валентности, знак ставится перед цифрой)

2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих качественный состав предложенной соли, например сульфата меди (II)

Качественный состав соли доказывают с помощью реакций, сопровождающихся выпадением осадка или выделением газа с характерным запахом или цветом. Образование осадка происходит в случае получения нерастворимых веществ (определяем по таблице растворимости). Газы выделяются при образовании слабых кислот (для многих требуется нагревание) или гидроксида аммония.

Наличие иона меди можно доказать добавлением гидроксида натрия, выпадает синий осадок гидроксида меди (II):

CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Дополнительно можно провести разложение гидроксида меди (II) при нагревании, образуется черный оксид меди (II):

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

Наличие сульфат-иона доказывается выпадением белого кристаллического осадка, нерастворимого в концентрированной азотной кислоте, при добавлении растворимой соли бария:

CuSO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + CuCl 2

Химической реакцией называют процесс превращения веществ, во время которого наблюдается изменение их строения или состава. В результате такого процесса происходит переход исходных веществ, или реагентов, в конечные продукты. На сегодняшний день сформирована весьма четкая классификация химических реакций.

Описание реакций с помощью уравнений. Признаки химических реакций

Существует несколько классификаций, в каждой из которых во внимание берется один или несколько признаков. Например, химические реакции можно разделять, обращая внимание на:

количество и состав реагентов и конечных продуктов;
агрегатное состояние исходных и конечных веществ (газ, жидкость, твердая форма);
количество фаз;
природу частиц, которые переносятся во время реакции (ион, электрон);
тепловой эффект;
возможность протекания реакции в обратном направлении.

Стоит отметить, что химические реакции принято записывать с помощью формул и уравнений. При этом левая часть уравнения описывает состав реагентов и характер их взаимодействия, а в правой части можно увидеть конечные продукты. Еще один очень важный момент - количество атомов каждого элемента в правой и левой части должно быть равным. Только так соблюдается

Как уже упоминалось, существует множество классификаций. Здесь будут рассмотрены наиболее часто используемые.

Классификация химических реакций по составу, количеству исходных и конечных продуктов

В них вступает несколько веществ, которые объединяются, образуя более сложное вещество. В большинстве случаев такая реакция сопровождается выделением тепла.

Исходным реагентом служит сложное соединение, которое в процессе распада образует несколько более простых веществ. Такие реакции могут быть как окислительно-восстановительными, так и происходить без изменения валентности.

Реакции замещения - представляют собой взаимодействие между сложным и простым веществом. В процессе происходит замещение какого-либо атома сложного вещества. Схематически реакцию можно отобразить следующим образом:

А + ВС = АВ + С

Реакции обмена - это процесс, во время которого два исходных реагента обмениваются между собой составляющими частями. Например:

АВ + СД = АД + СВ

Реакции переноса - характеризируются переносом атома или группы атомов от одного вещества к другому.

Классификация химических реакций: обратимые и необратимые процессы

Еще одна важная характеристика реакций - это возможность обратного процесса.

Итак, обратимыми называют такие реакции, продукты которых могут взаимодействовать друг с другом, образуя те же исходные вещества. Как правило, в уравнении обязательно должна отображаться эта черта. В это случае между левой и правой частью уравнения ставят две противоположно направленные стрелки.

При необратимой химической реакции продукты ее не способны реагировать друг с другом - по крайне мере, при нормальных условиях.

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

Термохимические реакции разделяют на две основные группы:

экзотермические процессы, во время которых наблюдается выделение тепла (энергии);
эндотермические процессы, для которых необходимо поглощение энергии извне.

Классификация химических реакций по количеству фаз и фазовым признакам

Как уже упоминалось, веществ также имеет огромное значение для полной характеристики химической реакции. По этим признакам принято выделять:

газовые реакции;
реакции в растворах;
химические процессы между

Но исходные и конечные продукты не всегда относятся к какому-либо одному агрегатному состоянию. Поэтому реакции классифицируют и исходя из количества фаз:

однофазные, или гомогенные реакции - это процессы, продукты которых находятся в одном и том же состоянии (в большинстве случаев такая реакция протекает либо в газовой фазе, либо в растворе);
(многофазные) - реагенты и конечные продукты могут находиться в разных агрегатных состояниях.

В предыдущих статьях были рассмотрены классификации реакций по следующим признакам:

1.По признаку изменения степеней окисления элементов в молекулах реагирующих веществ все реакции делятся на:

а) окислительно-восстановительные реакции (реакции с переносом электронов);

б) не окислительно-восстановительные реакции (реакции без переноса электронов).

2.По знаку теплового эффекта все реакции делятся на:

а) экзотермические (идущие с выделением теплоты);

б) эндотермические (идущие с поглощением теплоты).

3.По признаку однородности реакционной системы реакции делятся на:

а) гомогенные (протекающие в однородной системе);

б) гетерогенные (протекающие в неоднородной системе).

4.В зависимости от присутствия или отсутствия катализатора реакции делятся на:

а) каталитические (идущие с участием катализатора);

б) некаталитические (идущие без катализатора).

5.По признаку обратимости все химические реакции делятся на:

а) необратимые (протекающие только в одном направлении);

б) обратимые (протекающие одновременно в прямом и в обратном направлениях).

Рассмотрим еще одну часто используемую классификацию.

По числу и составу исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции можно выделить следующие важнейшие типы химических реакций:

а) реакции соединения;

б) реакции разложения;

в) реакции замещения;

г) реакции обмена.

Реакции соединения - это реакции, в ходе которых из двух или нескольких веществ образуется одно вещество более сложного состава: А + В +…= D

Существует большое число реакций соединения простых веществ (металлов с неметаллами, неметаллов с неметаллами), например:

H 2 + Cl 2 = 2HCl

Реакции соединения простых веществ всегда являются окислительно-восстановительными реакциями. Как правило, эти реакции экзотермичны.

В реакциях соединения могут участвовать и сложные вещества, например:

СаО + SO 3 = CaSO 4

K 2 O + H 2 O = 2KOH

В приведенных примерах степени окисления элементов при протекании реакций не изменяются.

Существуют также реакции соединения простых и сложных веществ, которые относятся к окислительно-восстановительным реакциям, например:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

2SO 2 + O 2 = 2SO 3

Реакции разложения - это реакции, при протекании которых из одного сложного вещества образуются два или несколько более простых веществ: А = В + С + …

Продуктами разложения исходного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества, например:

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

ВаСО 3 = ВаО + CO 2

2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2

Реакции разложения обычно протекают при нагревании веществ и являются эндотермическими реакциями. Как и реакции соединения, реакции разложения могут протекать с изменением и без изменения степеней окисления элементов.

Реакции замещения - это реакции между простыми и сложными веществами, при протекании которых атомы простого вещества замешают атомы одного из элементов в молекуле сложного вещества. В результате реакции замещения образуются новое простое и новое сложное вещество:

А + ВС = АС + В

Эти реакции почти всегда являются окислительно-восстановительными реакциями. Например:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2

Существует небольшое число реакций замещения, в которых участвуют сложные вещества и которые происходят без изменения степеней окисления элементов, например:

СаСО 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + СО 2

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3CaSiO 3 + P 2 O 5

Реакции обмена - это реакции между двумя сложными веществами, молекулы которых обмениваются своими составными частями:

АВ + С D = А D + СВ

Реакции обмена всегда протекают без переноса электронов, т. е. являются не окислительно-восстановительными реакциями. Например:

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H2O

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

В результате реакций обмена обычно образуются осадок (↓), или газообразное вещество (), или слабый электролит (например, вода).

1. По признаку изменения степеней окисления элементов в молекулах реагирующих веществ все реакции делятся на:

а) окислительно-восстановительные реакции (реакции с переносом электронов);

б) не окислительно-восстановительные реакции (реакции без переноса электронов).

2. По знаку теплового эффекта все реакции делятся на:

а) экзотермические (идущие с выделением теплоты);

б) эндотермические (идущие с поглощением теплоты).

3. По признаку однородности реакционной системы реакции делятся на:

а) гомогенные (протекающие в однородной системе);

б) гетерогенные (протекающие в неоднородной системе)

4. В зависимости от присутствия или отсутствия катализатора реакции делятся на:

а) каталитические (идущие с участием катализатора);

б) некаталитические (идущие без катализатора).

5. По признаку обратимости все химические реакции делятся на:

а) необратимые (протекающие только в одном направлении);

б) обратимые (протекающие одновременно в прямом и в обратном направлениях).

Рассмотрим еще одну часто используемую классификацию.

По числу и составу исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции можно выделить следующие важнейшие типы химических реакций:

а) реакции соединения; б) реакции разложения;

в) реакции замещения; г) реакции обмена.

Реакции соединения - это реакции, в ходе которых из двух или нескольких веществ образуется одно вещество более сложного состава:

А + В + ... = В.

Fe + S = FeS 2Na + Н 2 = 2NaН

S + О 2 = SО 2 Н 2 + Сl 2 = 2НСl

В реакциях соединения могут участвовать и сложные вещества, например:

СаО + SО 3 = СаSО 4 К 2 О + Н 2 О = 2КОН

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Сa(НСО 3) 2

В приведенных примерах степени окисления элементов при протекании реакций не изменяются.

2FеС1 2 + Сl 2 = 2FеСl 3 2SО 2 + О 2 = 2SО 3

· Pеакции разложения - это реакции, при протекании которых из одного сложного вещества образуются два или несколько более простых веществ: А = В + С + ...

Продуктами разложения исходного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества, например:

2Fе(ОН) 3 = Fе 2 О 3 + 3Н 2 О ВаСО 3 = ВаО + СО 2

2АgNO 3 = 2Аg + 2NO 2 + О 2

Реакции замещения - это реакции между простыми и сложными веществами, при протекании которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в молекуле сложного вещества. В результате реакции замещения образуются новое простое и новое сложное вещество:

А + ВС = АС + В

Эти реакции почти всегда являются окислительно-восстановительными реакциями. Например:

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2

Са + 2Н 2 О = Са(ОН) 2 + Н 2

Fе + СuSО 4 = FеSО 4 + Сu

2Аl + Fе 2 О 3 = 2Fе + Аl 2 О 3

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2

Са 3 (РО 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + Р 2 О 5

АВ + СВ = АВ + СВ

НNО 3 + NаОН = NaNО 3 + Н 2 О

ВаСl 2 + Н 2 SО 4 = ВаSO 4 + 2НСl

В результате реакций обмена обычно образуются осадок (↓),или газообразное вещество (), или слабый электролит (например, вода).

Классификацию химических реакций в неорганической и органической химии осуществляют на основании различных классифицирующих признаков, сведения о которых приведены в таблице ниже.

По изменению степени окисления элементов

Первый признак классификации — по изменению степени окисления элементов, образующих реагенты и продукты.
а) окислительно-восстановительные
б) без изменения степени окисления
Окислительно-восстановительными называют реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления химических элементов, входящих в состав реагентов. К окислительно-восстановительным в неорганической химии относятся все реакции замещения и те реакции разложения и соединения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество. К реакциям, идущим без изменения степеней окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции, относятся все реакции обмена.

По числу и составу реагентов и продуктов

Химические реакции классифицируются по характеру процесса, т.е по числу и составу реагентов и продуктов.

Реакциями соединения называют химические реакции, в результате которых сложные молекулы получаются из нескольких более простых, например:
4Li + O 2 = 2Li 2 O

Реакциями разложения называют химические реакции, в результате которых простые молекулы получаются из более сложных, например:
CaCO 3 = CaO + CO 2

Реакции разложения можно рассматривать как процессы, обратные соединению.

Реакциями замещения называют химические реакции, в результате которых атом или группа атомов в молекуле вещества замещается на другой атом или группу атомов, например:
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 ⁭

Их отличительный признак - взаимодействие простого вещества со сложным. Такие реакции есть и в органической химии.
Однако понятие «замещение» в органике шире, чем в неорганической химии. Если в молекуле исходного вещества какой-либо атом или функциональная группа заменяются на другой атом или группу, это тоже реакции замещения, хотя с точки зрения неорганической химии процесс выглядит как реакция обмена.
— обмена (в том числе и нейтрализации).
Реакциями обмена называют химические реакции, протекающие без изменения степеней окисления элементов и приводящие к обмену составных частей реагентов, например:
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3

По возможности протекать в обратном направлении

По возможности протекать в обратном направлении – обратимые и необратимые.

Обратимыми называют химические реакции, протекающие при данной температуре одновременно в двух противоположных направлениях с соизмеримыми скоростями. При записи уравнений таких реакций знак равенства заменяют противоположно направленными стрелками. Простейшим примером обратимой реакции является синтез аммиака взаимодействием азота и водорода:

N 2 +3H 2 ↔2NH 3

Необратимыми называют реакции, протекающие только в прямом направлении, в результате которых образуются продукты, не взаимодействующие между собой. К необратимым относят химические реакции, в результате которых образуются малодиссоциированные соединения, происходит выделение большого количества энергии, а также те, в которых конечные продукты уходят из сферы реакции в газообразном виде или в виде осадка, например:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2Ca + O 2 = 2CaO

BaBr 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2NaBr

По тепловому эффекту

Экзотермическими называют химические реакции, идущие с выделением теплоты. Условное обозначение изменения энтальпии (теплосодержания) ΔH, а теплового эффекта реакции Q. Для экзотермических реакций Q > 0, а ΔH < 0.

Эндотермическими называют химические реакции, идущие с поглощением теплоты. Для эндотермических реакций Q < 0, а ΔH > 0.

Реакции соединения как правило будут реакциями экзотермическими, а реакции разложения - эндотермическими. Редкое исключение - реакция азота с кислородом - эндотермическая:
N2 + О2 → 2NO – Q

По фазе

Гомогенными называют реакции, протекающие в однородной среде (однородные вещества, в одной фазе, например г-г, реакции в растворах).

Гетерогенными называют реакции, протекающие в неоднородной среде, на поверхности соприкосновения реагирующих веществ, находящихся в разных фазах, например, твердой и газообразной, жидкой и газообразной, в двух несмешивающихся жидкостях.

По использованию катализатора

Катализатор – вещество ускоряющее химическую реакцию.

Каталитические реакции протекают только в присутствии катализатора (в том числе и ферментативные).

Некаталитические реакции идут в отсутствие катализатора.

По типу разрыва связей

По типу разрыва химической связи в исходной молекуле различают гомолитические и гетеролитические реакции.

Гомолитическими называются реакции, при которых в результате разрыва связей образуются частицы, имеющие неспаренный электрон - свободные радикалы.

Гетеролитическими называют реакции, протекающие через образование ионных частиц - катионов и анионов.

гомолитические (равный разрыв, каждый атом по 1 электрону получает)
гетеролитический (неравный разрыв – одному достается пара электронов)

Радикальными (цепными) называют химические реакции с участием радикалов, например:

CH 4 + Cl 2 hv →CH 3 Cl + HCl

Ионными называют химические реакции, протекающие с участием ионов, например:

KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl↓

Электрофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с электрофилами - частицами, несущими целый или дробный положительный заряд. Они подразделяются на реакции электрофильного замещения и электрофильного присоединения, например:

C 6 H 6 + Cl 2 FeCl3 → C 6 H 5 Cl + HCl

H 2 C =CH 2 + Br 2 → BrCH 2 –CH 2 Br

Нуклеофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с нуклеофилами - частицами, несущими целый или дробный отрицательный заряд. Они подразделяются на реакции нуклеофильного замещения и нуклеофильного присоединения, например:

CH 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

CH 3 C(O)H + C 2 H 5 OH → CH 3 CH(OC 2 H 5) 2 + H 2 O

Классификация органических реакций

Классификация органических реакций приведена в таблице:

Предыдущая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства Следующая статья: Чему равна скорость света