Классификация химических реакций : Реферат : Химия

Содержание

Введение

1. Общее понятие о химической реакции

2. Классификация химических реакций

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Самое интересное в окружающем мире состоит в том, что
он постоянно изменяется.

Понятие «химическая
реакция» – второе главное понятие химии. Каждую секунду
в мире происходит неисчислимое множество реакций, в результате которых одни
вещества превращаются в другие. Некоторые реакции мы можем наблюдать
непосредственно, например ржавление железных предметов, свертывание крови,
сгорание автомобильного топлива.

В то же время, подавляющее большинство реакций
остаются невидимыми, но именно они определяют свойства окружающего нас мира.

Для того, чтобы осознать свое место в мире и научиться
им управлять, человек должен глубоко понять природу этих реакций и те законы,
которым они подчиняются. Задача современной химии состоит в изучении функций
веществ в сложных химических и биологических системах, анализе связи структуры
вещества с его функциями и синтезе веществ с заданными функциями.

Итак, химических реакций протекающих вокруг человека
очень много, они протекают постоянно. Что же необходимо сделать, чтобы не
запутаться во всём многообразии химических реакций? Научиться их
классифицировать и выявлять существенные признаки классов.

Цель данной работы: рассмотреть понятие «химическая
реакция» и систематизировать и обобщить знания о классификации химических
реакций.

Работа состоит из введения, двух глав,
заключения и списка литературы. Общий объем работы 14 страниц.

1. Общее
понятие о химической реакции

Химическая реакция – это
превращение одних веществ в другие. Однако, такое определение нуждается в
существенном дополнении.

Так, например, в ядерном
реакторе или в ускорителе тоже одни вещества превращаются в другие, но такие
превращения химическими не называют. В чем же здесь дело? В ядерном реакторе
происходят ядерные реакции. Они заключаются в том, что ядра элементов при
столкновении с частицами высокой энергии (ими могут быть нейтроны, протоны и
ядра иных элементов) – разбиваются на осколки, представляющие собой ядра других
элементов. Возможно и слияние ядер между собой. Эти новые ядра затем получают
электроны из окружающей среды и, таким образом, завершается образование двух
или нескольких новых веществ. Все эти вещества являются какими-либо элементами
Периодической системы. В отличие от ядерных реакций, в химических реакциях не
затрагиваются ядра атомов. Все изменения происходят только во внешних
электронных оболочках. Разрываются одни химические связи и образуются другие.

Таким образом, химическими
реакциями называются явления, при которых одни вещества, обладающие
определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества – с другим
составом и другими свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не
происходит.

Выделим признаки и
условия химических реакций (рис.1, 2).

Рисунок 1 – Признаки
химических реакций

Рисунок 2 – Условия
проведения химических реакций

Рассмотрим типичную
химическую реакцию: сгорание природного газа (метана) в кислороде воздуха
(данную реакцию можно наблюдать дома, у кого есть газовая плита) на рисунке 3.

Рисунок 3 – Сгорание
природного газа (метана) в кислороде воздуха

Метан СН₄ и
кислород О₂ реагируют между собой с образованием диоксида углерода
СО₂ и воды Н₂О. При этом разрываются связи между атомами
С и Н в молекуле метана и между атомами кислорода в молекуле О₂. На
их месте возникают новые связи между атомами С и О, Н и О.

На рисунке 3 хорошо
видно, что для успешного осуществления реакции на одну молекулу метана
надо взять две молекулы кислорода. Однако записывать химическую реакцию
с помощью рисунков молекул не слишком удобно, поэтому для записи химических
реакций используют сокращенные формулы веществ – такая запись называется уравнением
химической реакции.

Рисунок 4 – Уравнение
реакции

Уравнение химической
реакции показанной на рисунке 3 выглядит следующим образом

CH₄ 2O₂
= CO₂ 2H₂O

Количество атомов разных
элементов в левой и правой частях уравнения одинаково. В левой части один
атом углерода в составе молекулы метана (СН₄), и в правой – тот
же атом углерода мы находим в составе молекулы СО₂. все
четыре водородных атома из левой части уравнения мы обязательно найдем и в
правой – в составе молекул воды.

В уравнении химической
реакции для выравнивания количества одинаковых атомов в разных частях уравнения
используются коэффициенты, которые записываются перед формулами
веществ.

Рассмотрим другую реакцию
– превращение оксида кальция СаО (негашеной извести) в гидроксид кальция Са(ОН)₂
(гашеную известь) под действием воды (рис.5).

Рисунок 5 – Оксид кальция
СаО присоединяет молекулу воды Н₂О

с образованием гидроксида
кальция Са(ОН)₂

В отличие от
математических уравнений, в уравнениях химических реакций нельзя переставлять
левую и правую части. Вещества в левой части уравнения химической реакции
называются реагентами, а в правой – продуктами реакции.

Если сделать перестановку
левой и правой части в уравнении из рисунка 5, то получим уравнение совсем
другой химической реакции

Ca(OH)₂ =
CaO H₂O

Если реакция между СаО и
Н₂О (рис. 4) начинается самопроизвольно и идет с выделением большого
количества теплоты, то для проведения последней реакции, где реагентом служит
Са(ОН)₂, требуется сильное нагревание. Добавим также, что реагентами
и продуктами могут быть не обязательно молекулы, но и атомы – если в реакции
участвует какой-нибудь элемент или элементы в чистом виде, например

H₂ CuO =
Cu H₂O

Таким образом, мы подошли
к классификации химических реакций, которую рассмотрим в следующей главе.

2.Классификация химических реакций

В процессе изучения химии
приходится встречаться с классификациями химических реакций по различным
признакам (табл.1).

Таблица 1 – Классификация
химических реакций

Как видим, существует различные
способы классификации химических реакций, из которых более подробно мы
рассмотрим следующие.

По признакуизменения
числа исходных и конечных веществ. Здесь можно найти 4 типа химических
реакций (рис.6): реакции соединения, реакции разложения, реакции обмена,
реакции замещения.

Рисунок 6 – Классификация
химических реакций по признаку изменения числа исходных и конечных веществ

Приведем примеры таких
реакций. Для этого воспользуемся уравнением получения гашеной извести и
уравнению получения негашеной извести

СаО Н₂О =
Са(ОН)₂

Са(ОН)₂ =
СаО Н₂О

Эти реакции относятся к
разнымтипам химических реакций.

Первая реакция является
типичной реакцией соединения, поскольку при ее протекании две молекулы
реагентов СаО и Н₂О соединяются в одну, более сложную молекулу
Са(ОН)₂.

Вторая реакция Са(ОН)₂
= СаО Н₂О является типичной реакцией разложения: здесь
реагент Ca(OH)₂ разлагается с образованием двух других, более
простых веществ (продуктов реакции).

В реакциях обмена
количество реагентов и продуктов обычно одинаково. В таких реакциях исходные
вещества обмениваются между собой атомами и даже целыми составными частями
своих молекул. Например, при сливании раствора CaBr₂ с раствором HF
выпадает осадок. Происходит реакция, в которой ионы кальция и водорода
обмениваются между собой ионами брома и фтора

CaBr₂ 2HF
= CaF₂¯ 2HBr

При сливании растворов
CaCl₂ и Na₂CO₃ тоже выпадает осадок, потому
что ионы кальция и натрия обмениваются между собой частицами CO₃^2-
и Cl^–

CaCl₂ Na₂CO₃
= CaCO₃¯ 2NaCl

Стрелка рядом с продуктом
реакции показывает, что это соединение нерастворимо и выпадает в осадок. Таким
образом, стрелку можно использовать и для обозначения удаления какого-нибудь продукта
из химической реакции в виде осадка (¯ ) или газа ( ), например:

Zn 2HCl = H₂
ZnCl₂

Последняя реакция
относится к еще одному типу химических реакций – реакциям замещения.
Цинк заместил водород в его соединении с хлором – в HCl. Водород при этом
выделяется в виде газа.

Реакции замещения внешне
могут быть похожи на реакции обмена. Отличие заключается в том, что в реакциях
замещения обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества,
которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе, например

2NaBr Cl₂
= 2NaCl Br₂– это реакция замещения;

в левой части уравнения
есть простое вещество-молекула хлора Cl₂, и в правой части есть
простое вещество – молекула брома Br₂.

В реакциях обмена
– и реагенты и продукты являются сложными веществами, например

CaCl₂ Na₂CO₃
= CaCO₃¯ 2NaCl – это реакция обмена;

в этом уравнении реагенты
и продукты – сложные вещества.

Деление всех химических
реакций на реакции соединения, разложения, замещения и обмена – не
единственное.

Рассмотрим способ
классификации по признаку изменения (или отсутствия изменения) степеней
окисления у реагентов и продуктов. По этому признаку все реакции делятся на
окислительно-восстановительные реакции и все прочие (т.е. не
окислительно-восстановительные).

Рисунок 7 – Реакции с
изменением степени окисления элементов

Так, рассмотренная выше реакция
между Zn и HCl является не только реакцией замещения, но и окислительно-восстановительной
реакцией, потому что в ней изменяются степени окисления реагирующих веществ

Zn⁰
2H ¹Cl = H₂⁰ Zn ²Cl₂

это реакция замещения и
одновременно окислительно-восстановительная реакция.

Окислительно-восстановительными
являются также:

– реакции метана с
кислородом (рис. 1):

меняют степень окисления
углерод и кислород;

– реакция оксида меди с
водородом:

меняют степень окисления
водород и медь;

– реакция бромида натрия
с хлором:

меняют степень окисления
бром и хлор.

Важно также
отметить, что по разным признакам одна и та же реакция может быть отнесена
одновременно к нескольким типам, например

– эта реакция
относится к реакциям: соединения, экзотермическим, окислительно-восстановительным,
каталитическим и обратимым.

К
окислительно-восстановительным в неорганической химии относятся все реакции
замещения и те реакции разложения и соединения, в которых участвует хотя бы
одно простое вещество.

В более
обобщенном варианте (уже с учетом и органической химии): все реакции с участием
простых веществ, и наоборот, к реакциям, идущим без изменения степеней
окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции, относятся все
реакции обмена.

К
окислительно-восстановительным относятся подавляющее большинство химических
реакций, они играют исключительно важную роль.

Классификация
окислительно-восстановительных реакций

Межмолекулярные
(окислитель и восстановитель – разные вещества):

Внутримолекулярные
(окислитель и восстановитель входят в состав одного и того же вещества):

Диспропорционирование
[дисмутация] (степень окисления одного и того же элемента и повышается и
понижается):

Контрпропорционирование
[конмутация] (взаимодействие окислителя и восстановителя, в состав которых
входит один и тот же элемент в разных степенях окисления):

Продуктом
является вещество с элементом в промежуточной степени окисления.

Таким образом,
мы узнали, что такое химическая реакция, выявили признаки химических реакций,
сформировали представления о причинах и условия протекания химических реакций и
систематизировали и обобщили представление о классификации химических реакций.

Заключение

Завершая
работу, кратко отметим следующее.

Вещества,
взаимодействуя друг с другом, подвергаются различным изменениям и превращениям.

Химическая
реакция — это превращение
одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по
химическому составу или строению вещества (продукты реакции).

В отличие от
ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности
не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом
происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические
вещества.

Химические реакциимогут
сопровождаться выделением тепла, испусканием света, изменением агрегатного
состояния веществ, появлением запаха, образованием газа и т.п.

Для описания химических
реакцийиспользуют химические уравнения, в левой части которых
указывают исходные вещества, в правой – продукты.

Обе части уравнения
соединены знаком равенства (в этом случае кол-во атомов хим. элементов справа и
слева должно быть уравнено с помощью стехиометрического коэффициента, стрелкой
(в случае необратимых хим. превращений) или прямой и обратной стрелками (для
обратимых реакций).

Химические реакциимогут осуществляться
как один элементарный акт (стадия) (простые реакции) или через
последовательность отдельных стадий (сложные реакции), составляющих
в совокупности механизм реакции.

Существуют
различные системы классификациихимическихреакций.

Наиболее
широко используют следующую классификацию:

а) по числу и
составу исходных веществ и продуктов, которые подразделяют на:

–   реакции соединения – реакции, при
которых из двух или нескольких веществ образуется одно новое вещество:

–   реакции разложения – реакции, в
результате которых из одного вещества образуется несколько новых веществ:

–   реакции замещения – реакции, в
результате которых атомы простого вещества замещают в молекулах других веществ:

–   реакции обмена – реакции, в
результате которых два вещества обмениваются атомами или группировками атомов,
образуя два новых вещества:

б) выделение
или поглощение теплоты: подразделяются на экзотермические и эндотермические.
Выделение или поглощение энергии может быть обозначено в уравнении реакции
соответственно знаком Q или -Q.

Реакции
разложения обычно протекают с поглощением энергии, а присоединения — с
выделением энергии.

в) изменение
степени окисления химических элементов: реакции, в результате которых некоторые
элементы, входящие в состав исходных веществ и продуктов, меняют свои степени
окисления.

г) наличие
или отсутствие катализатора. Реакции, идущие с участием катализаторов,
называются каталитическими. Не все реакции нуждаются в катализаторах, но многие
без катализаторов практически идти не могут.

д)
обратимость реакций: делят на обратимые и необратимые.

–     
реакции,
протекающие в двух противоположных направлениях, называются обратимыми,

–     
реакции, протекающие
только в одном направлении – необратимыми.

Признаками
необратимости реакций в растворах является образование малодиссоциирующего
вещества (осадка, газа или воды).

Кроме того, одна
и та же реакция по разным признакам может быть отнесена одновременно к
нескольким типам.

Список используемой литературы

1.      
Габриелян О.С.
Химия. 11 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений / О.С.Габриелян. –
М.: Дрофа.- 304 с.

2.      
Иванова Р.Г.
Химия. Учебник для 10 кл. общеобразовательных учреждений / Р.Г.Иванова,
А.А.Каверина. – М.: Просвещение, 2001. – 287 с.

3.      
Кузнецова Н.Е.
Химия. Учебник. 8 класс / Н.Е.Кузнецова, И.М.Титова, Н.Н.Гара,
А.Ю.Жегин М.: Вентана-Граф, 2005. – 224 с.

4.      
Мануйлов А.В. Основы
химии. Электронный учебник / А.В.Мануйлов, В.И.Родионов. [Электронный ресурс].
Режим доступа: http://www.hemi.nsu.ru/

5.      
Химия. 8-9 класс:
Поурочные планы / Авт. сост. С.Ю.Дибленко, Е.А.Смирнова, С.М.Колмыкова. –
Волгоград: Учитель, 2005. – 169 с.

Содержание

Введение

1. Общее понятие о химической реакции

2. Классификация химических реакций

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Самое интересное в окружающем мире состоит в том, что
он постоянн