Методическое пособие "Типы химических реакций по типу взаимодействия веществ"

Методическое пособие

«Типы химических реакций по типу взаимодействия»

    Химические свойства веществ, проявляются в химических реакциях. Химической реакцией называются явления, в результате которых из одних веществ образуются другие.  Химическая реакция в общем виде изображается уравнением: аА + вВ = сС +  дД  где, А и В – исходные вещества, или реагенты, а С и Д – конечные вещества, или продукты реакции. Параметры а, в,с, д – цельночисленные и называются стехиометрическими коэффициентами. Таким образом, если взять вместо буквенных обозначений формулы веществ, то получим химическое уравнение. Химическим уравнением называется условная запись химической реакции с помощью химических формул.

     Химические реакции можно классифицировать по нескольким признакам. Общая  схема классификации химических реакций представлена на рисунке № 1.

Рис. № 1 Классификация химических реакций

     В данном пособии мы рассмотрим типы химических реакций по типу взаимодействия.

Реакции соединения

     Реакции соединения — это реакции, в результате которых из двух или нескольких веществ образуется одно новое сложное вещество.

     В одних случаях из двух простых веществ получается одно сложное, в других — соединяются два и более простых или сложных веществ:

Схему реакции соединения можно представить в виде схемы:

А + Б =  АБ      или     АБ + С = АБС

·         Элемент  +  Кислород   =   Оксид

Металл +  Кислород  =  Оксид Металла / Основный оксид

2Cu + O₂  =  2CuO

4Al  +  3O₂  =  2Al₂O₃   

Неметалл + Кислород  =  Оксид Неметалла / Кислотный оксид

2S +  O₂  =  2SO₃

·         Кислотный оксид  +  вода  =  Кислота

SO₃ + H₂O  =   H₂SO₄

P₂O₅ + 3H₂O  =  2H₃PO₄

Оксид реагирует с водой, если в результате образуется  растворимая кислота. Не реагирует с водой SiO₂.

·         Основный оксид  +  вода  =   Щелочь (Растворимое основание)

BaO + H₂O  =   Ba(OH)₂

Li₂O + H₂O  =  2LiOH

Оксид реагирует с водой только в том случае, если образуется  растворимый гидроксид (щелочь).

·         Кислотный оксид  +  основный оксид  =  Соль

N₂O₅ + ZnO = Zn (NO₃)₂

CO₂ +  CaO = CaCO₃

S⁺⁶O3  +  CaO  =  CaS⁺⁶O4

 

            H₂

Образующаяся в результате соль должна быть устойчивой.

·         Водород  +  Металл   =  Гидриды   Металлов

2Li  +  H₂   =   2LiH    

Ca  +   H₂   =   CaH₂

·         Водород   +    Неметалл   =  Летучие водородные  соединения

Все летучие водородные соединения — газы (кроме воды).

CH4 — метан	NH3 — аммиак	H2O — вода	HF –фтороводород
SiH4 — силан	PH3 — фосфин	H2S — сероводород	HCl –хлороводород
	AsH3 — арсин	H2Se — селеноводород	HBr –бромоводород
		H2Te — теллуроводород	HI –иодоводород

N₂    +   3Н₂    =   2NH₃

S     +     H₂    =    H₂S

·         Металл  +  Неметалл    =  Бинарные   соединения

   Галогены (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) являются сильными окислителями, поэтому с ними взаимодействуют все металлы при обычных условиях по схеме:   2 Me + n Hal2 → 2 MeHaln

Mg   +  Cl₂   =  MgCl₂

Соединения металлов с галогенами называют галогенидами.

     Кислородом окисляются почти все металлы (кроме Ag, Au, Pt), при этом происходит образование оксидов Me2On.

           Активные металлы легко при обычных условиях взаимодействуют

с кислородом воздуха.

2Mg + O2 → 2MgO (со вспышкой)

   С серой взаимодействуют все металлы (кроме Au), образуя соли – сульфиды Me₂Sn. При этом сера восстанавливается до степени окисления «-2».                     3S   +  2Al   →  Al₂S₃

Фосфиды Ме₃Рn – представляют собой продукты взаимодействия фосфора с металлами.       2P + 3Ca → Ca₃P₂

В реакциях с активными металлами углерод проявляет свойства окислителя. При этом образуются карбиды Mе₄Сn:

4C + 3Al → Al₄C₃

Азот реагирует с активными металлами: с литием при комнатной температуре, кальцием, натрием и магнием при нагревании. При этом образуются бинарные соединения-нитриды  Me₃Nn.

N₂   +   6Li   →   2Li₃N

Реакции  разложения

      Реакции разложения — это реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.

       Для начала реакции разложения обычно необходимо нагреть исходные вещества.

Схему реакций разложения можно представить схемой: АБ  =  А  +  Б

·         Разложение оксидов

Оксиды металлов, имеющих несколько степеней окисления, разлагаются  с образованием оксида металла с понижением степени окисления металла и выделением кислорода. Это правило применимо к металлам стоящим в электрохимическом ряду  напряжения металлов до водорода.

 4Cr⁺⁶O₃ = 2Cr⁺³₂O₃ + 3O₂     

   Металлы  стоящие в электрохимическом ряду  напряжения металлов после водорода разлагаются  по схеме  МеО  =  Ме  +  О₂

2CuO  =  2Cu  +  O₂

·         Разложение гидроксидов

Гидроксиды  щелочных металлов (I группа) не разлагаются, исключение

 

    Нерастворимые гидроксиды при нагревании разлагаются по схеме:

Me (OH)n   =   MeO  +  H₂O    при этом степень окисления металла не изменяется.  

Fe(OH)₂  =  FeO   +  H₂O

2Al(OH)₃  =  Al₂O₃  +  H₂O

·         Разложение  кислородсодержащих  кислот

      При разложение некоторых кислородсодержащих кислот образуется соответствующий оксид неметалла и вода. Разложение идет по схеме: Кислородсодержащая кислота = Кислотный оксид + Н₂О

     В случае термически неустойчивых кислот (H₂СO₃, H₂SO₃) – проводят простое нагревание, в случает термически устойчивых (HClO₄, HNO₃) – нагревание в присутствии катализатора  P₂O₅.

H₂SO₃ = SO₂ +H₂O                    H₂CO₃  =   H₂O  +  CO₂↑

2HClO₄  =  Cl₂O₇ + H₂O

H₂SiO₃    =  SiO₂  +  H₂O

·          Разложение солей

1.      Хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов, а так же  Mg, Zn, Al, Cr   не разлагаются.

                              2AgCl   =  2Ag  +  Cl₂↑

2.      Нитраты  разлагаются по разному, в зависимости от того, где расположен металл в электрохимическом ряду напряжений металлов.

 

                  K                  Na  Mg                                Cu  Hg Ag Au Pt

                                          1                                   2                               3

1.      MeNO₃   =   Me_+n(NO₂)_n   +   O₂↑

KNO₃   =   KNO₂  + O₂↑

2.      MeNO₃  =  MexOy   +  NO₂↑  +  O₂

 2Zn(NO₃)₂ = 2ZnO + 4NO₂↑ + O₂↑

3.      MeNO₃  =  Me  +  NO₂↑  +  O₂↑

Hg(NO₃)₂ → Hg + 2NO₂↑ + O₂↑

Нитрат лития разлагается подобно металлам 2 группы:

LiNO₃   =  Li₂O  +  NO₂↑   +  O₂↑

3.      Карбонаты и гидрокарбонаты щелочных металлов (кроме карбоната лития) не разлагаются.

Li₂CO₃  =  Li₂O + CO₂↑

Карбонаты  щелочноземельных металлов и магния разлагаются на оксид металла и углекислый газ  по схеме

MeСO₃ = MeO +СO_2↑

CaCO₃   =  CaO + CO₂↑

MgCO₃  =   MgO + CO₂↑

Гидрокарбонаты натрия и калия при нагревании разлагаются на карбонаты, углекислый газ и воду:

2NaHCO₃   =   Na₂CO3 + H₂O + CO₂↑

2KHCO₃     =   K₂CO₃ + H₂O + CO₂↑

Гидрокарбонат кальция при нагревании разлагается на карбонат, углекислый газ и воду:

             Ca(HCO₃)₂   =    CaCO₃ + H₂O + CO₂

 Карбонаты  серебра и ртути разлагаются до свободного металла, то есть при их разложении основный оксид не образуется. Разложение идет по схеме   MeСO₃ = Me + СO₂↑ + O₂↑

2Ag₂CO₃  =   4Ag + 2CO₂ + O₂

4.      Сульфаты

Разлагаются сульфаты почти всех металлов, кроме щелочных по схеме:

MeSO₄ = MeO + SO₂↑ + O₂↑

2MgSO₄    =   2MgO + 2SO₂↑ + O₂↑

2CuSO₄     =    2CuO + 2SO₂↑ + O₂↑

2BaSO₄      =   2BaO + 2SO₂↑ + O₂↑

2Al₂(SO₄)₃  =   2Al₂O₃ + 6SO₂↑ + 3O₂↑

2Fe₂(SO₄)₃  =   2Fe₂O₃ + 6SO₂↑ + 3O₂↑

Сульфаты серебра и ртути разлагаются до свободного металла по схеме:

MeSO₄ = Me + SO₂↑ + O₂↑

Ag2SO₄  =  2Ag + SO₂ + O₂↑

2HgSO₄  =  2Hg + 2SO₂ + O₂↑

Разлагаются сульфиты всех металлов по схеме:

MeSO₃ = MeSO₄ + MeS

4Na₂SO₃  =   Na₂S + 3Na₂SO₄

5.      Фосфаты

Ортофосфаты  при нагревании не разлагаются кроме фосфата аммония, смотрим разложение солей аммония.

Гидрофосфаты щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются до пирофосфатов:

2Na₂HPO₄    =    H₂O + Na₄P₂O₇

2K₂HPO₄      =    H₂O + K₄P₂O₇

2CaHPO₄      =    H₂O + Ca₂P₂O₇

6.      Соли аммония

    Некоторые соли аммония, не содержащие анионы кислот-сильных окислителей, обратимо разлагаются при нагревании без изменения степени окисления. Это хлорид, бромид, йодид, дигидрофосфат аммония:

NH₄Cl  =  NH₃↑ + HCl↑

NH₄Br  =   NH₃ ↑+ HBr

NH₄J     =   NH₃ ↑+ HJ

NH₄H₂PO₄   =  NH₃ ↑+ H₃PO₄

     Соли аммония, образованные кислотами-окислителями, при нагревании также разлагаются. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Это дихромат аммония, нитрат и нитрит аммония:

NH₄NO₃  = N₂O↑ + 2H₂O

NH₄NO₂   = N₂↑ + 2H₂O

Реакции замещения

    Реакции замещения — это реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Реакции замещения протекает по схеме: АБ  +  С  =  А  +  СБ

Для протекания таких реакций необходимо соблюдать некоторые особые условия.

·         Ме  +  кислота  =  соль  +  H₂

Данная реакция протекает в соответствии с положением металла в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Li                        Na Mg                                                      H Cu                   Pt

           

                                       Me  + Кислота = Соль  + H₂

 

Zn  +  2HCl  =  ZnCl₂  +  H₂↑

Mg  +  H₂SO₄ (p)  =  MgSO₄  +  H₂↑

·         Me  +  Соль  = Новый   металл   +   Новая  соль

   Данная реакция  идет в соответствии с положением металлов в электрохимическим рядом напряжения металлов.  А так же  подчиняется следующим правилам:

Правило № 1 Каждый последующий металл вытесняет последующий из растворов его солей

Fe + CuCl₂   =  Cu  +  FeCl₂           Но          Cu + FeCl₂   = 

Правило № 2   Металл не должен взаимодействовать с водой

Правило № 3   Соли, реагирующая и образующаяся должны быть растворим.

·         Me    +  Основный  оксид   =  Новый Металл  +  Новый оксид Данная реакция  идет в соответствии с электрохимическим рядом напряжения металлов. Более активный металл  вытесняет  менее активный из его оксидов.

Fe₂O₃  +  2Al  = Al₂O₃  + 2 Fe                Zn + 2 PbO  = ZnO₂  +  2 Pb

·         Более активные галогены вытесняют менее активные галогены из растворов  галогенводородных кислот.  F2 > Cl₂ > Br2 > I₂

2NaJ  +  Br₂  =  2 NaBr  + J₂

2KBr  + Cl₂   = 2 KCl   + Br₂

·         Водород не реагирует с оксидами металлов, находящимися в электрохимическом ряду напряжений металлов  до алюминия(включительно), но способен восстанавливать  многие оксиды металлов правее алюминия при нагревании.

MgO  +  H2   = 

Fe₂O₃  +  3H₂  =  2Fe  +  3 H₂O

Cu O +  H₂  =  Cu  +  H₂O

·          Соль  +  Водород    =   Новая  Соль или Металл  +   Кислота

    Водород с водными растворами солей не реагирует. При пропускании водорода над некоторыми металлами средней  и низкой активности может происходить их восстановление.

2FeCl₃  +  H₂   =   2FeCl₂   +   2HCl↑         CuCl₂   +   H₂   =  Cu   +    2HCl↑

Реакции   обмена

    Реакция обмена, реакция  — химическая реакция между двумя соединениями, при которой проходит обмен между обоими реагентами.

     Реакции обмена протекают по схеме: АБ  +  СД  =  АД  +  СБ

·         Реакция нейтрализации – реакция между кислотой и основанием

Кислота    +   Основание   =   Соль   +   Вода

 

          NaOH   +  HCl   =   NaCl  +   H₂O

·         Соль  +   Кислота   =  Новая соль   +  новая  Кислота

         Более сильная                              Осадок  или Газ !!!

         кислота вытесняет

         менее  сильную из

         ее соли

Вытеснительный  ряд кислот

 

AgNO₃ + HCl = AgCl↓ + HNO₃      Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

Кислоты взаимодействуют с солями слабых, летучих кислот - если образуется соль, выпадающая в осадок или выделяется газ.

·         Соль  +  Щелочь   =  Новая Соль  +  Новое Основание

    Реагенты, вступающие в реакцию должны быть растворимы, а продукты реакции должны давать осадок или газ.

CuSO₄  + 2 NaOH   =   Cu(OH)₂↓ +  Na₂SO₄

·         Соль  +   Соль  =   Новая  Соль   +   Новая  Соль

   Растворимы                           Осадок  или  Газ

2AgNO₃  +  FeC_l2  =  2AgCl ↓  +  FeNO₃

BaCl₂  +  NaSO₄   =   BaSO₄ ↓  +   2NaCl

·         Кислота   +   Основный Оксид  =  Соль  +  Вода

2HCl  +  CaO   =  CaCl₂   +   H₂O

·         Основание  +  Кислотный Оксид  =  Соль   +   Вода

   Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями с образованием солей.  Кислотные оксиды сильных и растворимых кислот взаимодействуют с любыми  основаниями:

SO₃ + Cu(OH)₂ = CuSO₄ + H₂O

SO₃ + 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

     Кислотные оксиды нерастворимых в воде и неустойчивых или летучих кислот взаимодействуют только с сильными основаниями (щелочами).

CO₂ + 2NaOH  =   Na₂CO₃ + H₂O

Литература:

1.        «Химия». Учебное пособие для студентов : О.В.Кузнецова

 – Иркутск: 2018. – 74 c.

     2.  «Учебное пособие по химии» / В.А. Кузурман [и др.]; Владим. гос.

ун-т. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2019. – 90 с.