Хімія. Повторне видання. 9 клас. Савчин

Тема 2. Хімічні реакції

§ 15. Класифікація хімічних реакцій за кількістю та складом реагентів і продуктів реакцій

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

• називати ознаки класифікації хімічних реакцій; типи хімічних реакцій, класифікованих за зміною кількості та складу реагентів і продуктів реакцій;
• розрізняти ознаки класифікації та типи хімічних реакцій;
• класифікувати реакції за різними ознаками;
• характеризувати хімічні реакції різних типів;
• наводити приклади хімічних реакцій різних типів;
• складати рівняння реакцій різних типів.

Ознаки класифікації та типи хімічних реакцій. У 7-8 класах ви ознайомилися з різними типами хімічних реакцій. Вивчення теми «Хімічні реакції» допоможе вам закріпити свої знання про реакції на основі ознак, за якими вони об’єднані в групи (рис. 42).

Рис. 42. Ознаки класифікації хімічних реакцій

• Пригадайте, які типи хімічних реакцій вам уже відомі.

Залежно від того, які речовини взаємодіють та які утворюються внаслідок взаємодії, хімічні реакції поділяють на 4 типи: реакції сполучення, розкладу, заміщення та обміну.

Реакції сполучення. Вам уже відомо, що в реакціях сполучення взаємодіють прості та складні речовини з утворенням однієї складної речовини. Зокрема, метали виявляють здатність реагувати з неметалами. Результатом таких реакцій є утворення оксидів або солей. Повторимо реакції сполучення за допомогою демонстраційних дослідів 1-3.

Дослід 1. Взаємодія заліза із сіркою. Змішаємо у фарфоровій чашці порошки заліза й сірки в масовому відношенні 7 : 4. Нагріємо їх на полум’ї спиртівки до початку реакції. Далі вона відбувається самовільно з виділенням тепла. Продуктом реакції є нова речовина ферум(ІІ) сульфід (рис. 43), що має зовсім інші властивості, ніж реагенти. Рівняння реакції: Fe + S =^t FeS.

Рис. 43. Взаємодія заліза із сіркою

Дослід 2. Взаємодія сірки з киснем. Нагріємо порошок сірки до температури займання та розмістимо його в заздалегідь підготовленій колбі з киснем. Унаслідок реакції сірка згоряє яскравим полум’ям (рис. 44).

Рівняння реакції: S + О₂ = SO₂.

Рис. 44. Взаємодія сірки з киснем

Дослід 3. Взаємодія кальцій оксиду з водою. Покладемо у фарфорову чашку кальцій оксид і доллємо воду. Відбувається реакція з утворенням кальцій гідроксиду.

Рівняння реакції: СаО + Н₂О = Са(ОН)₂.

Усі три реакції належать до реакцій сполучення. Загальне рівняння реакції: А + В = АВ.

У реакціях сполучення взаємодіють також і складні речовини. Зокрема, деякі оксиди металічних і неметалічних елементів реагують із водою. Наприклад, унаслідок взаємодії барій оксиду з водою утворюється барій гідроксид. Рівняння реакції: ВаО + Н₂О = Ва(ОН)₂. За наявності кисню нітроген(ІV) оксид з водою утворює нітратну кислоту. Рівняння реакції:

4NO₂ + 2Н₂О + О₂ = 4HNO₃.

• Сформулюйте самостійно визначення реакцій сполучення на основі рівнянь реакцій взаємодії заліза із сіркою та горіння сірки в кисні.

Реакції розкладу. Із цим типом хімічних реакцій ви ознайомилися в курсі хімії 7 класу під час вивчення теми «Добування кисню», розкладаючи гідроген пероксид Н₂О₂ та інші речовини. Вам відомо, що за нагрівання основи й амфотерні гідроксиди розкладаються з утворенням відповідного оксиду та води. На оксид і воду розкладаються нестійкі кислоти.

• Складіть самостійно рівняння згаданих вище реакцій.

Яскравим прикладом є реакція розкладу амоній дихромату (NH₄)₂Cr₂O₇ (рис. 45), відома в хімії під назвою «хімічний вулкан» (рис. 46).

Рис. 45. Гірка амоній дихромату

Рис. 46. Реакція розкладу амоній дихромату

Виконаємо демонстраційний дослід 4.

Дослід 4. Розклад амоній дихромату. Насиплемо на керамічну підставку (плитку) у формі гірки подрібнені кристали амоній дихромату, який має характерне яскраво-оранжеве забарвлення (рис. 45). Посередині гірки вставимо 4-5 головок сірників і запалимо їх (замість сірників можна взяти розжарену скляну паличку). Починається реакція, що супроводжується бурхливим розкладом солі. Гірка помітно збільшується внаслідок виділення азоту й водяної пари, утворюється темно-зелена пухка маса хром(ІІІ) оксиду. Рівняння реакції:

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂↑ + 4H₂О↑.

Загальні рівняння реакцій розкладу:

АВ = А + В — якщо речовина складається з двох елементів;

ABC = AB + С, ABC = А + ВС, ABC = А + В + С — якщо це складна речовина.

• Сформулюйте самостійно визначення реакцій розкладу.

Реакції заміщення. Назва цього типу реакцій указує на те, що внаслідок взаємодії речовин відбувається заміщення одних атомів на інші в складній речовині. Такі реакції спостерігають під час взаємодії металів із розчинами кислот, металів із солями.

Виконаємо дослід 5, що демонструє реакцію заміщення.

Дослід 5. Взаємодія цинку з хлоридною кислотою. Покладемо на дно хімічної склянки цинкову пластину й доллємо хлоридну кислоту (або розчин сульфатної). Через певний час пластину покривають бульбашки газу, який починає інтенсивно виділятися (рис. 47, а, с. 84). Унаслідок реакції цинк заміщує атоми Гідрогену в кислоті. Відповідно, утворюються сіль цинк хлорид і водень:

Zn + 2НСl = ZnCl₂ + H₂↑.

Рис. 47. Реакції заміщення: а — між кислотою та цинком; б — між купрум(ІІ) сульфатом і залізом

• Опишіть самостійно реакцію, зображену на рисунку 47, б (с. 84). Складіть рівняння реакції та сформулюйте визначення цього типу реакцій.

Загальне рівняння реакції заміщення: А + ВС = АС + В.

Реакції обміну. Вивчення теорії електролітичної дисоціації поглибило ваші знання про реакції обміну в розчинах електролітів, унаслідок яких відбувається обмін складовими частинами речовин (див. § 12, 14).

Зрозуміло, що реакції цього типу відбуваються між двома складними речовинами. До них належать і відомі вам реакції для виявлення катіонів та аніонів у складі речовин. Як приклад, здійснимо якісну реакцію для виявлення сульфат-аніону.

Дослід 6. Взаємодія розчинів калій сульфату й барій гідроксиду. Наллємо в пробірку розчин калій або натрій сульфату об’ємом 2,5-3 мл й додамо розчин барій гідроксиду. Внаслідок реакції утворюється нерозчинний білий барій сульфат, що випадає в осад (див. рис. 41, с. 73), який не взаємодіє з кислотами. Це ознака того, що реакція відбулася.

• Складіть самостійно рівняння реакції в молекулярній та йонній формах.

Сформулюйте визначення реакцій обміну.

Загальне рівняння реакції обміну: AB + CD = AD + СВ.

Отже, за ознакою зміни кількості та складу реагентів і продуктів реакції розрізняють 4 типи реакцій: сполучення, розкладу, заміщення й обміну.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Хімічні реакції класифікують за кількома ознаками: 1) зміна кількості та складу реагентів і продуктів реакції; 2) зміна ступенів окиснення елементів, що є в складі речовин; 3) тепловий ефект реакції; 4) напрямок реакції.

• За зміною кількості та складу реагентів і продуктів реакції розрізняють 4 типи хімічних реакцій: сполучення, розкладу, заміщення й обміну.

• Загальне рівняння реакції сполучення: А + В = АВ.

• Загальні рівняння реакцій розкладу:

АВ = А + В — якщо речовина складається з двох елементів;

ABC = АВ + С, ABC = А + ВС, ABC = А + В + С — якщо це складна речовина.

• Загальне рівняння реакції заміщення: А + ВС = АС + В.

• Загальне рівняння реакції обміну: АВ + CD = AD + СВ.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Назвіть ознаки, за якими класифікують хімічні реакції.

2. Сформулюйте визначення реакцій: а) сполучення; б) розкладу; в) заміщення; г) обміну.

3. Допишіть праві частини молекулярних рівнянь, складіть йонно-молекулярні рівняння реакцій (де це можливо):

• а) КСlО₃ = ... ;
• б) Нg + О₂ = ... ;
• в) АlСl₃ + AgNO₃ = ... ;
• г) Fe + CuSO₄ = ... .

4. Допишіть праві частини молекулярних рівнянь. Складіть йонно-молекулярні рівняння реакцій (де це можливо) і вкажіть, до якого типу вони належать:

• а) ВаО + Н₂О = ... ;
• б) ZnSO₄ + NaOH = ... ;
• в) Li + Н₂О = ... ;
• г) Na₂CO₃ + HNO₃ = ... ;
• ґ) AlBr₃ + AgNO₃ =... ;
• д) SO₃ + Н₂О = ... ;
• е) Zn + CuSO₄ = ... ;
• є) Fe(OH)₃ = ... .

5. Складіть рівняння реакцій між попарно взятими речовинами, де можливо, складіть йонно-молекулярні рівняння: а) барій нітрат і натрій сульфіт; б) алюміній та бром; в) кальцій хлорид і арґентум(І) нітрат; г) калій та вода.

6. Обчисліть об’єм водню (н. у.), що виділиться внаслідок взаємодії натрію масою 11,5 г з водою.

7. Алюміній кількістю речовини 0,25 моль повністю прореагував із сіркою. Обчисліть масу й кількість речовини продукту реакції. Назвіть утворену речовину.

8. Складіть рівняння реакцій за наведеною схемою: Ва → ВаО → Ва(ОН)₂ → ВаСО₃ → СО₂ → Na₂CO₃. Укажіть тип кожної реакції. Обчисліть масу утвореного барій гідроксиду, якщо прореагував барій масою 27,4 г.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Реакцію взаємодії магнію з киснем фотографи використовували для створення спалаху.

• Під час хімічних перетворень на виробництві часто утворюються шкідливі речовини, що потрапляють у довкілля. Це зумовило появу такої науки, як екологічна, або «зелена», хімія. Вона є філософією хімічних досліджень та інженерії, що мають на меті запровадження хіміко-технологічних процесів, які допоможуть суттєво мінімізувати використання та виробництво шкідливих для людини чи довкілля речовин. Мета «зеленої» хімії — зменшення шкідливості хімічних процесів і запобігання забрудненню довкілля вже на початку планування хімічних технологій.