Как классифицируют химические реакции по обратимости
Классификация реакций
Существует несколько классификаций реакций, протекающих в неорганической и органической химии.
По характеру процесса
Так называют химические реакции, где из нескольких простых или сложных веществ получается одно сложное вещество. Примеры:
В результате реакции разложения сложное вещество распадается на несколько сложных или простых веществ. Примеры:
В ходе реакций замещения атом или группа атомов в молекуле замещаются на другой атом или группу атомов. Примеры:
К реакциям обмена относятся те, которые протекают без изменения степеней окисления и выражаются в обмене компонентов между веществами. Часто обмен происходит анионами/катионами:
AgF + NaCl = AgCl↓ + NaF
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
Замечу, что окислителем и восстановителем могут являться только исходные вещества (а не продукты!) Окислитель всегда понижает свою СО, принимая электроны в процессе восстановления. Восстановитель всегда повышает свою СО, отдавая электроны в процессе окисления.
ОВР уравнивают методом электронного баланса, с которым мы подробно познакомимся в разделе «Решения задач».
Обратимые и необратимые реакции
Классическим примером обратимой реакции является синтез аммиака и реакция этерификации (из органической химии):
Необратимые реакции протекают только в одном направлении, до полного расходования одного из исходных веществ. Главное отличие их от обратимых реакций в том, что образовавшиеся продукты реакции не взаимодействуют между собой с образованием исходных веществ.
Примеры необратимых реакций:
NaOH + HCl = NaCl + H2O (образуется вода)
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 (сопровождается выделением большого количества тепла)
Реакции и агрегатное состояние фаз
Фазой в химии называют часть объема равновесной системы, однородную во всех своих точках по химическому составу и физическим свойствам и отделенную от других частей того же объема поверхностью раздела. Фаза бывает жидкой, твердой и газообразной.
К гетерогенным реакциям относятся следующие реакции (примеры): жидкость + газ, газ + твердое вещество, твердое вещество + жидкость. Примером такой реакции может послужить взаимодействие твердого цинка и раствора соляной кислоты:
К гомогенным реакциям относятся (примеры): жидкость + жидкость, газ + газ. Примером такой реакции может служить взаимодействие между растворами уксусной кислоты и едкого натра.
Реакции и их тепловой эффект
NaOH + HCl = NaCl + H2O + 56 кДж
К экзотермическим реакциям часто относятся реакции горения, соединения.
Исключением является взаимодействие азота и кислорода, при котором тепло поглощается:
Как уже было отмечено выше, если тепло выделяется во внешнюю среду, значит, система реагирующих веществ потеряло это тепло. Поэтому не должно казаться противоречием, что внутренняя энергия веществ в результате экзотермической реакции уменьшается.
Энтальпией называют (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. Иногда с целью «запутывания» в реакции вместо явного +Q при экзотермической реакции могут написать ΔH 0, так как внутренняя энергия веществ увеличивается. Например:
CaCO3 = CaO + CO2↑ ; ΔH > 0 (значит реакция эндотермическая, так как внутренняя энергия увеличивается)
Замечу, что не все реакции разложения являются эндотермическими. Широко известная реакция разложения дихромата аммония («вулканчик») является примером экзотермического разложения, при котором тепло выделяется.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Классификация химических реакций
Темы кодификатора ЕГЭ: Классификация химических реакций в органической и неорганической химии.
В ходе химической реакции разрушаются химические связи, и образуются новые.
Химические реакции классифицируют по разным признакам. Рассмотрим основные виды классификации химических реакций.
Классификация по числу и составу реагирующих веществ
По составу и числу реагирующих веществ разделяют реакции, протекающие без изменения состава веществ, и реакции, протекающие с изменением состава веществ:
1. Реакции, протекающие без изменения состава веществ (A → B)
К таким реакциям в неорганической химии можно отнести аллотропные переходы простых веществ из одной модификации в другую:
Sромбическая → Sмоноклинная.
2. Реакции, протекающие с изменением состава
Как правило, в названии таких реакций есть приставка «де». Реакции разложения в органической химии происходят, как правило, с разрывом углеродной цепи.
2KI + Cl2 → 2KCl + I2.
Замещаться могут как отдельные атомы, так и молекулы.
В органической химии реакции замещения — это такие реакции, в ходе которых часть органической молекулы замещается на другие частицы. При этом замещенная частица, как правило, соединяется с частью молекулы-заместителя.
По числу частиц и составу продуктов взаимодействия эта реакция больше похожа на реакцию обмена. Тем не менее, по механизму такая реакция является реакцией замещения.
AB + CD = AC + BD
К реакциям обмена относятся реакции ионного обмена, протекающие в растворах; реакции, иллюстрирующие кислотно-основные свойства веществ и другие.
Пример реакции обмена в неорганической химии — нейтрализация соляной кислоты щелочью:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Пример реакции обмена в органической химии — щелочной гидролиз хлорэтана:
Классификация химических реакций по изменению степени окисления элементов, образующих вещества
По изменению степени окисления элементов химические реакции делят на окислительно-восстановительные реакции, и реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов.
В неорганической химии к таким реакциям относятся, как правило, реакции разложения, замещения, соединения, и все реакции, идущие с участием простых веществ. Для уравнивания ОВР используют метод электронного баланса (количество отданных электронов должно быть равно количеству полученных) или метод электронно-ионного баланса.
В органической химии разделяют реакции окисления и восстановления, в зависимости от того, что происходит с органической молекулой.
Реакции окисления в органической химии — это реакции, в ходе которых уменьшается число атомов водорода или увеличивается число атомов кислорода в исходной органической молекуле.
Реакции восстановления в органической химии — это реакции, в ходе которых увеличивается число атомов водорода или уменьшается число атомов кислорода в органической молекуле.
Классификация реакций по тепловому эффекту
По тепловому эффекту реакции разделяют на экзотермические и эндотермические.
Экзотермические реакции — это реакции, сопровождающиеся выделением энергии в форме теплоты (+Q). К таким реакциям относятся почти все реакции соединения.
Исключения — реакция азота с кислородом с образованием оксида азота (II) — эндотермическая:
Реакция газообразного водорода с твердым йодом также эндотермическая:
Экзотермические реакции, в ходе которых выделяется свет, называют реакциями горения.
Также экзотермическими являются:
Эндотермические реакции — это реакции, сопровождающиеся поглощением энергии в форме теплоты (— Q). Как правило, с поглощением теплоты идет большинство реакций разложения (реакции, требующие длительного нагревания).
Также эндотермическими являются:
Классификация химических реакций по агрегатному состоянию реагирующих веществ (по фазовому составу)
Для классификации реакций по фазовому состоянию полезно уметь определять фазовые состояния веществ. Это достаточно легко сделать, используя знания о строении вещества, в частности, о типах кристаллической решетки.
Вещества с ионной, атомной или металлической кристаллической решеткой, как правило твердые при обычных условиях; вещества с молекулярной решеткой, как правило, жидкости или газы при обычных условиях.
Обратите внимание, что при нагревании или охлаждении вещества могут переходить из одного фазового состояния в другое. В таком случае необходимо ориентироваться на условия проведения конкретной реакции и физические свойства вещества.
Таким образом, паровая конверсия метана — гомогенная реакция.
Классификация химических реакций по участию катализатора
Катализатор — это такое вещество, которое ускоряет реакцию, но не входит в состав продуктов реакции. Катализатор участвует в реакции, но практичсеки не расходуется в ходе реакции. Условно схему действия катализатора К при взаимодействии веществ A + B можно изобразить так: A + K = AK; AK + B = AB + K.
В зависимости от наличия катализатора различают каталитические и некаталитические реакции.
Все реакции, протекающие с участием в клетках живых организмов, протекают с участием особых белковых катализаторов — ферментов. Такие реакции называют ферментативными.
Более подробно механизм действия и функции катализаторов рассматриваются в отдельной статье.
Классификация реакций по способности протекать в обратном направлении
Обратимые реакции — это реакции, которые могут протекать и в прямом, и в и обратном направлении, т.е. когда при данных условиях продукты реакции могут взаимодействовать друг с другом. К обратимым реакциям относятся большинство гомогенных реакций, этерификация; реакции гидролиза; гидрирование-дегидрирование, гидратация-дегидратация; получение аммиака из простых веществ, окисление сернистого газа, получение галогеноводородов (кроме фтороводорода) и сероводорода; синтез метанола; получение и разложение карбонатов и гидрокарбонатов, и т.д.
Необратимые реакции — это реакции, которые протекают преимущественно в одном направлении, т.е. продукты реакции не могут взаимодействовать друг с другом при данных условиях. Примеры необратимых реакций: горение; реакции, идущие со взрывом; реакции, идущие с образованием газа, осадка или воды в растворах; растворение щелочных металлов в воде; и др.
Химические реакции их классификация (Схема, Таблица)
Химическая реакция — это превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при этом ядра атомов не меняются, происходит только перераспределение электронов и ядер, и образуются новые химические вещества. При химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов (в отличие от ядерных реакций).
Классификация химических реакций схема
Химические реакции классифицируются по тепловому эффекту, по изменению степени окисления атомов в реагирующих веществах, по числу и составу исходных и образующихся веществ, и по признаку обратимости.
Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ
Реакция, в которой из одного исходного вещества образуется несколько новых веществ
Реакция между простым и сложным веществами, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества
Реакция, в результате которой два вещества обмениваются своими составными частями, образуя два новых вещества
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Реакция, в результате которой из двух или нескольких веществ образуется одно новое
Классификация химических реакций по тепловому эффекту
Тепловой эффект химической реакции — это количество теплоты (Q), которое выделяется или поглощается в химической реакции.
Реакция, проходящая с поглощением теплоты
Реакция, проходящая с выделением теплоты
Термохимическое уравнение — уравнение химической реакции, в котором указан тепловой эффект реакции:
Термохимические расчеты основаны на законе Гесса:
— тепловой эффект химической реакции зависит от состояний исходных веществ и продуктов реакций, но не зависит от промежуточных стадий процесса
— тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции эа вычетом суммы теплот образования исходных веществ
Классификация химических реакций по признаку обратимости
Такая реакция, которая в данных условиях протекает одновременно в двух взаимно противоположных направлениях
Такая реакция, которая в данных условиях протекает до конца, т. е. до полного превращения исходных реагирующих веществ в конечные продукты реакции
Таблица признаки необратимости реакций
Реакция идет с выделением большого количества теплоты
Хотя бы один продукт реакции покидает сферу реакции (выпадает в осадок или выделяется в виде газа)
В результате реакции образуются малодиссоциируе-мые вещества
HCl + NaOH → NaCl + H2O
Классификация химических реакций по изменению степени окисления
Проходящая с изменением степени окисления атомов (окислительно-восстановительная)
реакция, при которой происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим
Проходящая без изменения степени окисления
Реакция, в которой степень окисления каждого атома после реакции остается неизменной
Влияние изменения условий на положение химического равновесия
Изменение условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия
Изменение скоростей прямой и обратной реакции в начальный момент
Направление смешения положения равновесия
В большей степени возрастает скорость эндотермической реакции
В сторону эндотермической реакции
В большей степени понижается скорость эндотермической реакции
В сторону экзотермической реакции
В большей степени возрастает скорость реакции, протекающей с уменьшением числа молей газообразных веществ
В сторону уменьшения числа молей газообразных веществ в системе
В большей степени понижается скорость реакции протекающей с уменьшением числа молей газообразных веществ
В сторону увеличения числа молей газообразных веществ в системе
Возрастает скорость реакции, по которой вводимое вещество расходуется
В сторону реакции, по которой вводимое вещество расходуется
Уменьшается скорость реакции, где реагентом является вещество, концентрация которого уменьшается
В сторону реакции, по которой образуется вещество, концентрация которого уменьшается
Скорости прямой и обратной реакции изменяются одинаково
Химия
Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке
Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера
. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке
Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке
План урока:
Классификация химических реакций
Существует несколько признаков классификации химических реакций.
По изменению степени окисления
Все взаимодействия подразделяются на те, в которых степень окисления меняется (ОВР), и на те, в которых она постоянна.
По количеству и структуре исходных и образующихся веществ
Химические реакции подразделяют на несколько типов реакций:
По выделению или поглощению теплоты
Химические взаимодействия могут проходить как с выделением, так и с поглощением тепла. Количество теплоты определяется как тепловой эффект. Химические взаимодействия классифицируют на два вида:
Теплота образования – количество теплоты при образовании одного моля вещества. При образовании воды из 2 г водорода (1 моль) и 16 г кислорода (0,5 моль)теплота образования одного моля равна 285,8 кДж.
Теплота сгорания – количество теплоты, выделяемое при сгорании одного моля. При образовании ацетилена теплота сгорания равна 1300 кДж.
Теплоту образования и сгорания невозможно найти с помощью формул, т.к. это справочные данные.
По направлению
Химические взаимодействия по признаку обратимости классифицируются на два типа:
К условиям необратимости химических реакций относятся:
Обратимость создает множество проблем на химическом производстве. Поэтому приходится создавать специальные условия для увеличения выхода продукта.
Скорость химической реакции
Скорость химической реакции выражается в изменении концентрации вещества за определенный промежуток времени в фиксированном объеме системы. Раздел химии, изучающий скорость химических взаимодействий и ее зависимость от различных условий, называется химической кинетикой. Все взаимодействия веществ протекают с разной скоростью. Например, 0,5 мм сталактитов нарастает за 100 лет. Также медленно протекает коррозия металлов.
Реакции со средней скоростью проходят в течение нескольких часов. Примером может служить приготовление пищи, сопровождающееся разложением и превращением соединений, содержащихся в продуктах.
Реакции нейтрализации протекают с высокой скоростью и бывают опасными. Некоторые реакции проходят молниеносно и сопровождаются взрывом (взаимодействие калия или натрия с водой).
Гомогенные реакции
В гомогенных системах все частицы реагируют с одинаковой скоростью во всем объеме, а в гетерогенных – только на поверхности. Например, при горении угля кислород реагирует только с теми углеродными атомами, которые находятся на поверхности. Если уголь измельчить, то реакция идет быстрее.
Допустим, что уравнение гомогенной химической реакции выглядит следующим образом.
Концентрация вещества А в некоторый момент времени (t1) составляет С1. По мере расходования (t2) вещества А его концентрация станет меньше С2. Тогда скорость можно определить по следующей формуле:
Скорость можно найти только в данный момент времени.
Гетерогенные реакции
В гетерогенных реакциях скорость не выражают через концентрацию, т.к. вещества реагируют не в объеме системы, а только на поверхности. Скорость определяется числом молей веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в единицу времени на единице поверхности. Площадь соприкосновения постоянно меняется, поэтому расчеты специфичны.
Катализаторы
В ускорении химической реакции главную роль играют катализаторы. Взаимодействие, протекающее с катализаторами, называется катализом. Замедление достигается с помощью ингибиторов. Такие реакции называются ингибированием.
Катализаторы используются как в гетерогенных, так и в гомогенных средах. С помощью катализаторов образуются промежуточные соединения. Например, при получении этанола из этилена используются катализаторы (серная кислота). Этилен не реагирует с водой, но с серной кислотой химическое взаимодействие протекает следующим образом:
Полученное соединение реагирует с водой:
Этилсульфат – промежуточное соединение, которое увеличивает скорость химических взаимодействий.
Многие каталитические реакции протекают в гетерогенной среде. Например, серную кислоту на производстве получают с помощью окисления оксида серы (VI). В качестве катализатора используется измельченный оксид ванадия (V) V2O5. Каталитические свойства химической реакции увеличиваются в измельченном состоянии только в том случае, если вещество пористое. Роль адсорбции в гетерогенных реакциях велика по двум причинам:
Повышение температуры – обязательное условие активирования молекулы, т.к. химические связи начинают рваться. Катализаторы позволяют увеличивать скорость даже при низких температурах.
На скорость химических реакций влияет множество факторов.
Различные металлы реагируют с одними и теми же веществами с разной скоростью. Сущность взаимодействий металлов с водой заключается в том, что металлические атомы отдают электроны. Атомы калия обладают большим атомным радиусом по сравнению с атомами натрия. Поэтому калий легче отдает электроны.
Каждая реакция сопровождается столкновением молекул друг с другом. Чем больше концентрация, тем чаще молекулы взаимодействуют между собой. Например, углерод горит быстрее в чистом кислороде, чем на воздухе.
При измельчении веществ площадь реагирования возрастает и реакция протекает быстрее. Например, сера и железа интенсивно реагируют друг с другом при предварительном измельчении и перемешивании.
Большинство реакций при нагревании протекают быстрее. При столкновении реагируют только те молекулы, которые обладают достаточной кинетической энергией. При повышении температуры доля активных молекул возрастает.
Катализатор – вещество, увеличивающее скорость, а ингибитор – уменьшающее. Бертолетовая соль быстрее разлагаются в присутствии оксида марганца (IV). При добавлении ингибитора соляная кислота не реагирует с металлами.
Роль воды в химических реакциях
Вода – уникальное вещество, которое может играть разные роли:
Большая часть химических взаимодействий протекает в водной среде. По растворимости все вещества делятся на несколько групп:
Растворимость невозможно определить с помощью формулы. С ней можно ознакомиться только в таблице растворимости.
Растворение – результат диффузии. Химические реакции взаимодействия с водой называются гидратацией. В результате образуются водные растворы – гомогенные системы, состоящие из молекул воды, частиц растворенного вещества и продуктов их взаимодействия. Этой точки зрения придерживался создатель периодической системы Дмитрий Иванович Менделеев.
Химические реакции зарождали планету миллиарды лет назад и до сих пор продолжают служить обязательным компонентом жизни. Они не прекращают действовать ни на минуту. Внутри человека каждую секунду протекают химические взаимодействия, также как и вне организма.
Классификация химических реакций
Наиболее часто под химическими реакциями понимают процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).
Химические реакции записываются с помощью химических уравнений, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. Согласно закону сохранения массы, число атомов каждого элемента в левой и правой частях химического уравнения одинаково. Обычно формулы исходных веществ записывают в левой части уравнения, а формулы продуктов – в правой. Равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения достигается расстановкой перед формулами веществ целочисленных стехиометрических коэффициентов.
Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции: температура, давление, излучение и т.д., что указывается соответствующим символом над (или «под») знаком равенства.
Все химические реакции могут быть сгруппированы в несколько классов, которым присущи определенные признаки.
Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ
Согласно этой классификации, химические реакции подразделяются на реакции соединения, разложения, замещения, обмена.
В результате реакций соединения из двух или более (сложных или простых) веществ образуется одно новое вещество. В общем виде уравнение такой химической реакции будет выглядеть следующим образом:
Реакции соединения в большинстве случаев экзотермические, т.е. протекают с выделением тепла. Если в реакции участвуют простые вещества, то такие реакции чаще всего являются окислительно-восстановительными (ОВР), т.е. протекают с изменением степеней окисления элементов. Однозначно сказать будет ли реакция соединения между сложными веществами относиться к ОВР нельзя.
Реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько других новых веществ (сложных или простых) относят к реакциям разложения. В общем виде уравнение химической реакции разложения будет выглядеть следующим образом:
Большинство реакций разложения протекает при нагревании (1,4,5). Возможно разложение под действием электрического тока (2). Разложение кристаллогидратов, кислот, оснований и солей кислородсодержащих кислот (1, 3, 4, 5, 7) протекает без изменения степеней окисления элементов, т.е. эти реакции не относятся к ОВР. К ОВР реакциям разложения относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления (6).
Реакции разложения встречаются и в органической химии, но под другими названиями — крекинг (8), дегидрирование (9):
При реакциях замещения простое вещество взаимодействует со сложным, образуя новое простое и новое сложное вещество. В общем виде уравнение химической реакции замещения будет выглядеть следующим образом:
Реакции замещения в своем большинстве являются окислительно-восстановительными (1 – 4, 7). Примеры реакций разложения, в которых не происходит изменения степеней окисления немногочисленны (5, 6).
Реакциями обмена называют реакции, протекающие между сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. Обычно этот термин применяют для реакций с участием ионов, находящихся в водном растворе. В общем виде уравнение химической реакции обмена будет выглядеть следующим образом:
NaOH + HCl = NaCl + H2O (2)
Классификация химических реакций по изменениям степеней окисления
В зависимости от изменения степеней окисления элементов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции все химические реакции подразделяются на окислительно-восстановительные (1, 2) и, протекающие без изменения степени окисления (3, 4).
2Mg + CO2 = 2MgO + C (1)
Mg 0 – 2e = Mg 2+ (восстановитель)
С 4+ + 4e = C 0 (окислитель)
N 5+ +3e = N 2+ (окислитель)
Классификация химических реакций по тепловому эффекту
В зависимости от того, выделяется ли или поглощается тепло (энергия) в ходе реакции, все химические реакции условно разделяют на экзо – (1, 2) и эндотермические (3), соответственно. Количество тепла (энергии), выделившееся или поглотившееся в ходе реакции называют тепловым эффектом реакции. Если в уравнении указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, то такие уравнения называются термохимическими.
2Mg + O2 = 2MgO + 602, 5 кДж (2)
Классификация химических реакций по направлению протекания реакции
По направлению протекания реакции различают обратимые (химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ) и необратимые (химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ).
Для обратимых реакций уравнение в общем виде принято записывать следующим образом:
Примерами необратимых реакций может служить следующие реакции:
Свидетельством необратимости реакции может служить выделение в качестве продуктов реакции газообразного вещества, осадка или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды.
Классификация химических реакций по наличию катализатора
С этой точи зрения выделяют каталитические и некаталитические реакции.
Катализатором называют вещество, ускоряющее ход химической реакции. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называются каталитическими. Протекание некоторых реакций вообще невозможно без присутствия катализатора:
Нередко один из продуктов реакции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию (автокаталитические реакции):
MeO+ 2HF = MeF2 + H2O, где Ме – металл.
Примеры решения задач
| Задание | Установите, какие из приведенных ниже реакций относятся к окислительно-восстановительным, и укажите окислитель и восстановитель: |
Fe 2+ — e → Fe 3+ (восстановитель) 2O 0 + 2e → O 2- (окислитель)
| Задание | Допишите уравнения реакций. Какие из них обратимые, а какие нет? В случае необратимой реакции поясните ответ. |
Необратимая реакция, т.к. образуется осадок – хлорид серебра
Необратимая реакция, т.к. образуется осадок – сульфат бария
Необратимая реакция, т.к. выделяется газ – оксид серы (VI)