Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Ярошенко

Тема 3

ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ

Вивчивши цю тему, ви збагатите свою компетентність з хімії знаннями про:

  • необоротні й оборотні хімічні процеси;
  • хімічну рівновагу, принцип Ле Шательє;
  • гідроліз солей;
  • гальванічний елемент як хімічне джерело електричного струму.

У процесі вивчення теми формуватимуться й удосконалюватимуться ваші предметні вміння:

  • пояснювати: вплив різних чинників на зміщення хімічної рівноваги; гідроліз солей; принцип дії гальванічного елемента;
  • наводити приклади необоротних й оборотних хімічних реакцій;
  • складати рівняння реакцій гідролізу солей;
  • розрізняти необоротні й оборотні хімічні реакції;
  • характеризувати суть хімічної рівноваги, гідролізу солей;
  • прогнозувати можливість реакції гідролізу солей, рН середовища їхніх водних розчинів;
  • добирати умови зміщення хімічної рівноваги оборотних процесів на основі принципу Ле Шательє;
  • обчислювати за хімічними рівняннями відносний вихід продукту реакції, обґрунтовуючи обраний спосіб розв’язання;
  • висловлювати судження про значення принципу Ле Шательє в керуванні хімічними процесами;
  • обґрунтовувати значення оборотних процесів у довкіллі, промислових виробництвах; вплив гідролізу солей на рН ґрунтів;
  • оцінювати негативний вплив на довкілля відпрацьованих гальванічних елементів і дотримуватися правил їхньої утилізації

§ 9. Необоротні й оборотні хімічні реакції

Інформаційна довідка

• Хімічна реакція (або хімічне явище) — це явище, у результаті якого з одних речовин (реагентів) утворюються інші (продукти реакції), відмінні від реагентів за складом і (або) будовою.

• У результаті хімічних реакцій загальна кількість атомів кожного елемента та їх ізотопний склад не змінюються.

• Схема хімічної реакції — умовний запис хімічної реакції за допомогою хімічних формул реагентів, продуктів реакції, позначень «+», «→» і «⇄» між формулами.

• Хімічні реакції відбуваються згідно із законом збереження маси речовин: маса речовин, що вступають в реакцію, дорівнює масі речовин, що утворюються в результаті реакції: m(реагентів) = m(продуктів реакції)· На основі цього закону складають рівняння реакції — добирають коефіцієнти і ставлять знак «=» після формул реагентів.

• Хімічні реакції поділяють на типи за різними класифікаційними ознаками:

— кількість і склад реагентів і продуктів реакції;

— зміна ступенів окиснення елементів;

— тепловий ефект реакції;

— напрямок перебігу реакцій;

— участь каталізаторів та інші.

Пригадати цей матеріал вам допоможе схема на малюнку 19.

Мал. 19. Схема класифікації хімічних реакцій

• Електроліти — речовини, розплави або розчини яких проводять електричний струм.

НЕОБОРОТНІ РЕАКЦІЇ. Розглядаючи взаємодію речовин, ми наголошували на односторонньому перебігу хімічних процесів. Наприклад, між купрум(ІІ) сульфатом і залізом відбувається реакція заміщення (мал. 20) й утворюються ферум(ІІ) сульфат і мідь:

Fe + CuSO4 = FeSO4+ Cu.

Мал. 20. Ілюстрація взаємодії купрум(ІІ) сульфату і заліза

Ця реакція належить до необоротних, тому що утворені мідь і ферум(ІІ) сульфат не взаємодіють між собою (мал. 21).

Мал. 21. Ілюстрація відсутності реакції між ферум(ІІ) сульфатом і міддю

Реакції, що відбуваються в одному напрямку і закінчуються повним перетворенням реагентів на продукти реакції, називаються необоротними реакціями.

Необоротні реакції відбуваються доти, доки повністю не витратиться один з реагентів.

Усі реакції йонного обміну, що супроводжуються випаданням осаду, виділенням газу або утворенням малодисоційованої речовини, належать до необоротних реакцій.

На конкретних прикладах розглянемо умови перебігу необоротних реакцій і повторимо, як пишуть повні й скорчені рівняння реакцій у йонній формі.

Приклад 1. Необоротна реакція йонного обміну, що супроводжується утворенням осаду.

2NaOH + CuCl2 = 2NaCl + Сu(ОН)2

2Na++ 2OH- + Cu2+ + 2Cl- = 2Na+ + 2Cl- + Cu(OH)2

Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2

Приклад 2. Необоротна реакція йонного обміну, що супроводжується виділенням газу.

2HCl + Na2CO3 = 2NaCl + H2O + CO2

2H+ + 2Cl- + 2Na+ + CO2-3 = 2Na+ + 2Cl- + H2O + CO2

2H+ + CO2-3 = H2O + CO2

Приклад 3. Необоротна реакція йонного обміну, що супроводжується утворенням малодисоційованої сполуки.

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Na+ + OH- + H+ + Cl- = Na+ + Cl- + H2O

H+ + OH- = H2O

Попрацюйте групами

По кожній з трьох умов перебігу необоротних реакцій складіть приклади рівнянь реакцій в молекулярній та йонній формах.

ОБОРОТНІ РЕАКЦІЇ. Крім реакцій, що відбуваються лише в напрямку утворення продуктів реакції, тобто необоротних реакцій, існують оборотні реакції.

Оборотні реакції — це реакції, що за одних і тих самих умов відбуваються одночасно у протилежних напрямках, тому реагенти однієї реакції є продуктами другої i навпаки.

Летка сполука Нітрогену з Гідрогеном амоніак NH3 утворюється з простих речовин азоту і водню за рівнянням реакції сполучення:

N2 + 3H2 2NH3.

Одночасно з цією реакцією відбувається реакція розкладу утвореного амоніаку на дві прості речовини — азот і водень:

2NH3 → N2 + 3H2.

Оборотність реакції позначають двома стрілками у протилежних напрямках:

Взаємодію взятих для оборотної реакції реагентів називають прямою реакцією, а взаємодію утворюваних продуктів реакції — зворотною реакцією.

На самому початку оборотної реакції, коли концентрація реагентів висока, швидкість прямої реакції більша, ніж зворотної. З часом реагенти витрачаються, їх концентрація зменшується. Натомість збільшується маса і концентрація продуктів реакції. У певний момент хімічної взаємодії швидкості прямої й зворотної реакцій зрівнюються й надалі обидві реакції відбуваються з однаковою швидкістю. Такий стан оборотних реакцій називають станом хімічної рівноваги. У цьому стані реакція може перебувати тривалий час, якщо не вдаватись ні до якого впливу на неї.

Прикладами оборотних реакцій в органічній хімії є гідрування і гідратація ненасичених сполук, естерифікація та інші.

Пригадайте й запишіть приклади рівнянь оборотних реакцій за участю органічних сполук.

Хімічні виробництва багатьох речовин (амоніаку, сульфатної кислоти, мінеральних добрив тощо) ґрунтуються на оборотних реакціях. Цілком зрозуміло, що практичне значення цих реакцій полягає в перебігу прямої, а не зворотної реакції. Існує окрема наукова галузь — хімічна технологія, працівники якої займаються дослідженнями виробничих хімічних процесів. Завдання хімічної технології полягає у вивченні можливостей і умов хімічних перетворень, способів та процесів виробництва практично корисних речовин і матеріалів різноманітного призначення.

Сторінка ерудита

Хіміками-технологами називають учених, які досліджують хімічні перетворення, що лежать в основі промислових виробництв речовин, матеріалів, а також працівників хімічних підприємств з виробництва речовин і матеріалів. Першою жінкою хіміком-технологом можна вважати Елізабет Фулхем (XVIII ст.). Вона провела дослідження з осадження золота, срібла на шовкових тканинах, використовуючи різні відновники.

Титульна сторінка праці Елізабет Фулхем

Результати досліджень українською вченою Марією Василівною Цебренко (народилася 31 липня 1940 р.) наукових основ одержання ультратонких синтетичних волокон сприяли тому, що вперше у світі було створено і запропоновано технологію виробництва тонковолокнистих фільтрів для прецизійної очистки рідинних і газових середовищ, питної води. «Прецизійний» означає «найвищої якості». Ультратонкі синтетичні волокна (мікроволокна) мають унікальну структуру, що створює високу сорбційну здатність. З них виготовляють бактерицидні мікроволокна і фільтри, наприклад, поліпропіленові мікроволокна, наповнені нанорозмірним кремнеземом. У 2006 р. Всесвітня організація інтелектуальної власності нагородила М. В. Цебренко медаллю і сертифікатом за найкращий жіночий винахід року. Американський біографічний інститут надав їй почесні звання «Провідний інтелектуал світу», «Жінка року», «Велика Жінка ХХІ ст.», визнав однією з 500 найбільших геніїв ХХІ ст.

Марія Василівна Цебренко

Працюємо з медійними джерелами

Професія хіміка-технолога належить до сучасних і затребуваних професій. Попит на фахівців цієї професії зростає зі збільшенням темпів розвитку хімічного виробництва і промислового комплексу України. З різних інформаційних джерел дізнайтеся більше про цю професію, з'ясуйте, які заклади вищої освіти України здійснюють їх підготовку. Одержаною інформацією поділіться з однокласниками.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Дайте визначення оборотних і необоротних реакцій, наведіть приклади.
  • 2. Чим відрізняються записи рівнянь оборотних і необоротних реакцій?
  • 3. Яку реакцію називають прямою, а яку — зворотною? Наведіть приклади.
  • 4. Якими явищами супроводжуються необоротні реакції між електролітами?
  • 5. Наведіть приклади відомих вам оборотних реакцій.

Застосовуємо

  • 1. Установіть відповідність між явищем, що свідчить про перебіг хімічної реакції, та її реагентами.

Явище

Реагенти

1

випадання осаду

А

натрій хлорид і калій сульфат

2

виділення газу

Б

натрій сульфат і барій хлорид

3

утворення малодисоційованої речовини

В

ортофосфатна кислота і натрій гідроксид

Г

калій карбонат і хлоридна кислота

  • 2. Назвіть якомога більше типів хімічних реакцій, до яких належить взаємодія азоту з воднем.
  • 3. Складіть рівняння можливих необоротних хімічних реакцій між розбавленою сульфатною кислотою та: а) калій гідроксидом; б) фосфор(V) оксидом; в) барій нітратом; г) міддю; д) цинком; е) ферум(ІІІ) оксидом.
  • 4. Чи відбудеться необоротна реакція між: а) калій нітратом і натрій гідроксидом; б) кальцій гідроксидом і ортофосфатною кислотою? Відповідь обґрунтуйте.
  • 5. До скорочених йонних рівнянь реакцій доберіть по одному прикладу молекулярних рівнянь реакцій, не повторюючи приклади з підручника.

Аl3+ + 3ОН- = Аl(ОН)3

+ + SO2-3 = Н2О + SO2

Ва2+ + SO2-4= BaSO4

3Ag++ PO3-4 = Ag3PO4