§ 20. Оборотні й необоротні реакції

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

формулювати визначення понять «пряма реакція», «оборотна реакція»;
розрізняти оборотні й необоротні реакції;
наводити приклади оборотних і необоротних реакцій;
складати рівняння оборотних реакцій.

• Пригадайте умови, за яких хімічні реакції відбуваються.

Оборотні й необоротні реакції. За напрямком реакції поділяють на оборотні й необоротні. Під час вивчення електролітичної дисоціації ви ознайомилися з реакціями електролітів у розчинах, які завершуються повним перетворенням реагентів на продукти реакцій. До них належать реакції, що відбуваються з утворенням нерозчинної речовини, яка випадає в осад, утворенням і виділенням газу, утворенням води або іншої малодисоційованої речовини.

Усі попередні реакції взаємодії металів із кислотами, кислот із лугами, металів із неметалами, які ви вивчали, є необоротними, оскільки з отриманих продуктів реакції не можна одержати реагенти. Про такі реакції кажуть, що вони відбуваються в одному напрямку.

Необоротними називають хімічні реакції, що відбуваються в одному напрямку й завершуються повним перетворенням реагентів на продукти реакції.

Виконаємо кілька демонстраційних дослідів.

Дослід 1. Взаємодія натрій карбонату з розчином сульфатної кислоти. Насиплемо в пробірку порошок натрій карбонату й доллємо розчин сульфатної кислоти. Рівняння реакції:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O.

Реакція припиниться тоді, коли один із реагентів прореагує повністю.

Одержати натрій карбонат і сульфатну кислоту з утворених продуктів практично неможливо.

Отже, ця реакція необоротна, бо під час взаємодії речовин забезпечуються дві умови: утворився і виділився газ та утворилися молекули малодисоційованої води.

Дослід 2. Реакція розкладу амоній хлориду. Насиплемо кристали амоній хлориду NH₄Cl масою 2,5-3 г у велику пробірку. Закриємо отвір пробірки корком із скловати й нагріватимемо вміст пробірки.

Що спостерігаємо? Амоній хлорид розкладається з утворенням амоніаку та гідроген хлориду. Згодом у верхній частині пробірки збирається густий дим, що свідчить про взаємодію утворених продуктів між собою. Продуктом реакції є сіль амоній хлорид.

Отже, у пробірці одночасно відбуваються дві реакції: пряма — розклад амоній хлориду та зворотна — утворення амоній хлориду (рис. 58 ).

Рис. 58. Схема прямої та зворотної реакцій розкладу й утворення амоній хлориду

Хімічні реакції, які одночасно відбуваються у двох протилежних напрямках (прямому й зворотному), називають оборотними.

У рівняннях оборотних реакцій замість знака «=» ставлять дві стрілки, спрямовані в протилежних напрямках «⇆».

Оборотною є також реакція взаємодії водню з йодом. На рисунку 59 зображено утворення молекул гідроген йодиду — це пряма реакція (рис. 59, а) та розклад утвореного продукту реакції на водень і йод — зворотна реакція (рис. 59, б).

Рис. 59. Схема прямої (а) і зворотної (б) реакцій утворення та розкладу гідроген йодиду

Вивчаючи кристалогідрати, ви ознайомилися з оборотною реакцією, яка відбувається під час сильного нагрівання мідного купоросу. Утворюється безводна сіль купрум(ІІ) сульфат. Зневоднюючись, кристалогідрат змінює синє забарвлення, а утворена безводна сіль має білий колір. Але якщо до неї додати кілька крапель води, то забарвлення зміниться на попереднє. Складемо рівняння прямої та зворотної реакцій:

CuSO₄ • 5Н₂О ⇆ CuSO₄ + 5Н₂О.

Оборотні реакції відбуваються в природі. Під час грози температура в зоні електричного розряду становить 3000-4000 °С, унаслідок чого з кисню, що міститься в повітрі, утворюється озон. Однак озон є нестійкою речовиною і частково розкладається на кисень. Ці процеси відображає таке рівняння:

3О₂⇆ 2О₃.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Хімічні реакції, що відбуваються в одному напрямку й завершуються повним перетворенням реагентів на продукти реакції, називають необоротними.

• Хімічні реакції, які одночасно відбуваються у двох протилежних напрямках, називають оборотними.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Назвіть чинник, який узято за основу класифікації хімічних реакцій на оборотні й необоротні.

2. Сформулюйте визначення реакцій: а) необоротних; б) оборотних.

3. Наведіть приклади реакцій: а) необоротних; б) оборотних.

4. Укажіть, які з поданих реакцій є необоротними.

Α Ν₂ + 3Η₂ = 2ΝΗ₃
Б K₂SO₃+ H₂SO₄ = K₂SO₄+ SO₂↑ + H₂O
В 2Н₂О = О₂ + 2Н₂
Г Ва(ОН)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2Н₂О

5. Перетворіть схеми реакцій на рівняння, дібравши коефіцієнти, і вкажіть оборотні реакції:

а) ВаО + H₂SO₄ → ... ; б) Аl(ОН)₃ + НСl → ... ; в) N₂ + Н₂→ ... ; г) K₂SO₃ + НСl → ... ; ґ) Н₂О → ... ; д) HgO →^t ... .

6. Під час взаємодії барій нітрату з натрій карбонатом утворився барій карбонат масою 59,1 г. Обчисліть маси реагентів.

7. Натрій карбонат повністю прореагував із розчином кислоти масою 98 г, у якому масова частка сульфатної кислоти 0,3. Обчисліть маси утворених солі та води й об’єм (н. у.) утвореного карбон(ІV) оксиду.

8. Під час кип’ятіння води в чайнику з’являється карбонатна плівка, яка поступово стає товстішою. Запропонуйте доступний спосіб очищення чайника від кальцій та магній карбонатів із використанням реакцій обміну. Складіть рівняння реакцій та вкажіть тип реакції щодо їх напрямку. Поясніть, чому економічно невигідно кип’ятити воду в чайнику з накипом.

9. Вивчаючи реакції йонного обміну, ви спостерігали, що відбувається: 1) зміна забарвлення суміші, утвореної розчинами лугу та фенолфталеїну; 2) утворення нерозчинної речовини, що випадає в осад; 3) утворення і виділення газу. Підберіть розчини речовин так, щоб реакції супроводжували явища, які безпечно спостерігати. Складіть рівняння реакцій у молекулярній та йонній формах.

10. Перемалюйте кросворд у зошит і розв’яжіть його. У виділеному стовпці отримайте назву одного з типів хімічних реакцій.