Страница 56 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Какие признаки могут быть положены в основу классификации химических реакций?

Решение

Химические реакции — это процессы, в результате которых из одних веществ (реагентов) образуются другие вещества (продукты), отличающиеся от исходных по составу и/или строению. Существует несколько основных признаков, по которым классифицируют все многообразие химических реакций.

1. Классификация по числу и составу исходных веществ и продуктов

Этот признак является одним из наиболее фундаментальных и описывает тип преобразования веществ.

• Реакции соединения:реакции, в ходе которых из двух или более простых или сложных веществ образуется одно, более сложное вещество. Общая схема: $A + B \rightarrow C$. Пример: $CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$.
• Реакции разложения:реакции, при которых из одного сложного вещества образуется два или более новых, более простых веществ. Общая схема: $C \rightarrow A + B$. Пример: $2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$.
• Реакции замещения:реакции между простым и сложным веществами, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Общая схема: $A + BC \rightarrow AC + B$. Пример: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$.
• Реакции обмена:реакции, в которые вступают два сложных вещества, обменивающиеся своими составными частями. Общая схема: $AB + CD \rightarrow AD + CB$. Пример: $NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$.

2. Классификация по тепловому эффекту реакции

Реакции классифицируются в зависимости от того, выделяется или поглощается теплота в ходе их протекания.

• Экзотермические реакции:протекают с выделением теплоты. В уравнениях таких реакций тепловой эффект $Q$ имеет знак «+», а изменение энтальпии $\Delta H$ — знак «–». Пример: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + Q$.
• Эндотермические реакции:протекают с поглощением теплоты. В уравнениях тепловой эффект $Q$ имеет знак «–», а изменение энтальпии $\Delta H$ — знак «+». Пример: $N_2 + O_2 \rightleftharpoons 2NO - Q$.

3. Классификация по изменению степеней окисления

Этот признак делит реакции на те, в которых происходит передача электронов, и те, в которых этого не происходит.

• Окислительно-восстановительные реакции (ОВР):реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. К ним относятся все реакции замещения, а также многие реакции соединения и разложения. Пример: $2Na^0 + \stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}$.
• Реакции, протекающие без изменения степеней окисления:реакции, в ходе которых степени окисления всех элементов остаются неизменными. К ним относятся все реакции обмена, а также некоторые реакции соединения и разложения. Пример: $MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$.

4. Классификация по направлению протекания

Реакции делятся на способные протекать в двух противоположных направлениях и те, что идут практически до конца в одном направлении.

• Необратимые реакции:протекают только в одном направлении до полного расходования одного из реагентов. Это происходит, если в результате реакции образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода). Пример: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$.
• Обратимые реакции:протекают одновременно в прямом и обратном направлениях при данных условиях. В уравнениях таких реакций ставят знак обратимости $(\rightleftharpoons)$. Пример: $N_{2(г)} + 3H_{2(г)} \rightleftharpoons 2NH_{3(г)}$.

5. Классификация по участию катализатора

Катализатор — вещество, которое изменяет скорость реакции, но само при этом не расходуется.

• Каталитические реакции:протекают с участием катализатора. Формулу катализатора обычно указывают над знаком равенства или обратимости. Пример: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3$.
• Некаталитические реакции:протекают без участия катализатора. Пример: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$.

6. Классификация по фазовому составу

Этот признак учитывает агрегатное состояние (фазу) реагентов и продуктов.

• Гомогенные реакции:реагенты и продукты находятся в одной фазе (газовой смеси или растворе). Пример: $H_{2(г)} + I_{2(г)} \rightleftharpoons 2HI_{(г)}$.
• Гетерогенные реакции:реагенты находятся в разных фазах. Реакция протекает на границе раздела фаз. Пример: $C_{(тв)} + O_{2(г)} \rightarrow CO_{2(г)}$.

Ответ:

В основу классификации химических реакций могут быть положены следующие признаки: 1) число и состав исходных веществ и продуктов реакции (соединение, разложение, замещение, обмен); 2) тепловой эффект (экзотермические и эндотермические); 3) изменение степеней окисления элементов (окислительно-восстановительные и реакции без их изменения); 4) направление протекания (обратимые и необратимые); 5) участие катализатора (каталитические и некаталитические); 6) агрегатное состояние реагентов (гомогенные и гетерогенные).

2. Назовите типы химических реакций по составу и числу реагентов и продуктов реакции. Дайте определение каждого типа реакций.

В зависимости от числа и состава исходных веществ (реагентов) и продуктов реакции, химические реакции классифицируют на четыре основных типа:

Реакции соединения
Это реакции, в ходе которых из двух или нескольких исходных веществ (простых или сложных) образуется одно, более сложное вещество. В общем виде схему такой реакции можно представить так: $A + B \rightarrow AB$.
Пример: реакция горения серы в кислороде с образованием оксида серы(IV):
$S + O_2 \rightarrow SO_2$
Ответ: Реакция соединения — это процесс образования одного сложного продукта из нескольких более простых реагентов.

Реакции разложения
Это реакции, в ходе которых из одного сложного вещества образуется два или более новых вещества (простых или сложных). Реакции разложения являются обратными реакциям соединения. Схема реакции: $AB \rightarrow A + B$.
Пример: разложение гидроксида меди(II) при нагревании на оксид меди(II) и воду:
$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$
Ответ: Реакция разложения — это процесс распада одного сложного вещества на несколько более простых продуктов.

Реакции замещения
Это реакции между простым и сложным веществами, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. В общем виде схема реакции: $A + BC \rightarrow AC + B$.
Пример: взаимодействие цинка с соляной кислотой, где цинк замещает водород:
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$
Ответ: Реакция замещения — это процесс, при котором атомы простого вещества вступают в реакцию со сложным веществом и замещают в нем один из элементов.

Реакции обмена
Это реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями (атомами, ионами или группами атомов). Схема реакции: $AB + CD \rightarrow AD + CB$. Часто такие реакции протекают в растворах и сопровождаются образованием осадка, газа или слабого электролита (например, воды).
Пример: взаимодействие нитрата серебра и хлорида натрия с образованием нерастворимого осадка хлорида серебра:
$AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$
Ответ: Реакция обмена — это процесс, при котором два сложных вещества обмениваются своими составными частями, образуя два новых сложных вещества.

3. Расставьте коэффициенты в схемах химических реакций и определите их тип по признаку «состав и число реагентов и продуктов реакции»:

а) $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

б) $NaHSO_4 + NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

в) $NH_4HCO_3 \rightarrow NH_3\uparrow + CO_2\uparrow + H_2O$

г) $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

д) $(NH_4)_2Cr_2O_7 \rightarrow Cr_2O_3 + N_2\uparrow + H_2O$

а) $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

В данной схеме количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения одинаково. Медь (Cu): 1 слева, 1 справа. Сера (S): 1 слева, 1 справа. Водород (H): 2 слева, 2 справа. Кислород (O): 1+4=5 слева, 4+1=5 справа. Коэффициенты расставлять не нужно, все они равны 1. В реакцию вступают два сложных вещества (оксид меди(II) и серная кислота) и в результате образуются два других сложных вещества (сульфат меди(II) и вода). По признаку «состав и число реагентов и продуктов реакции» это реакция обмена.

Ответ: $CuO + H_2SO_4 = CuSO_4 + H_2O$, реакция обмена.

б) $NaHSO_4 + NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

Проверим баланс атомов. Натрий (Na): 1+1=2 слева, 2 справа. Водород (H): 1+1=2 слева, 2 справа. Сера (S): 1 слева, 1 справа. Кислород (O): 4+1=5 слева, 4+1=5 справа. Уравнение сбалансировано, все коэффициенты равны 1. В реакцию вступают два сложных вещества (кислая соль — гидросульфат натрия и основание — гидроксид натрия) и образуются два новых сложных вещества (средняя соль — сульфат натрия и вода). Это реакция обмена (также является реакцией нейтрализации).

Ответ: $NaHSO_4 + NaOH = Na_2SO_4 + H_2O$, реакция обмена.

в) $NH_4HCO_3 \rightarrow NH_3 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O$

Проверим баланс атомов. Азот (N): 1 слева, 1 справа. Водород (H): 4+1=5 слева, 3+2=5 справа. Углерод (C): 1 слева, 1 справа. Кислород (O): 3 слева, 2+1=3 справа. Уравнение сбалансировано. Из одного сложного вещества (гидрокарбонат аммония) при нагревании образуется три новых вещества (аммиак, диоксид углерода и вода). По признаку «состав и число реагентов и продуктов реакции» это реакция разложения.

Ответ: $NH_4HCO_3 = NH_3 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O$, реакция разложения.

г) $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Проверим баланс атомов. Сера (S): 1 слева, 1 справа. Кислород (O): 3+1=4 слева, 4 справа. Водород (H): 2 слева, 2 справа. Уравнение сбалансировано. Из двух исходных веществ (оксид серы(VI) и вода) образуется одно новое, более сложное вещество (серная кислота). По признаку «состав и число реагентов и продуктов реакции» это реакция соединения.

Ответ: $SO_3 + H_2O = H_2SO_4$, реакция соединения.

д) $(NH_4)_2Cr_2O_7 \rightarrow Cr_2O_3 + N_2 \uparrow + H_2O$

Расставим коэффициенты. Слева 2 атома азота (N) и 2 атома хрома (Cr), справа также по 2. Баланс по этим элементам соблюден. Слева 2*4=8 атомов водорода (H), значит перед $H_2O$ в правой части нужно поставить коэффициент 4. Проверим кислород (O): слева 7 атомов, справа 3 + 4*1 = 7. Уравнение сбалансировано. Из одного сложного вещества (дихромат аммония) образуется три новых вещества. Это реакция разложения.

Ответ: $(NH_4)_2Cr_2O_7 = Cr_2O_3 + N_2 \uparrow + 4H_2O$, реакция разложения.

4. При разложении малахита $(CuOH)_2CO_3$ образуется оксид меди(II) $CuO$, углекислый газ и вода. Составьте уравнение этой реакции.

Решение

В условии задачи даны реагент и продукты реакции. Реагент — это малахит, основной карбонат меди(II), с химической формулой $(CuOH)_2CO_3$. Продукты реакции разложения — это оксид меди(II) с формулой $CuO$, углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Сначала запишем схему реакции, указав реагент слева и продукты справа:

$(CuOH)_2CO_3 \rightarrow CuO + CO_2 + H_2O$

Далее необходимо уравнять количество атомов каждого химического элемента в левой и правой частях уравнения, расставив стехиометрические коэффициенты. Этого требует закон сохранения массы веществ.

Подсчитаем количество атомов каждого элемента в левой части уравнения (в молекуле малахита):
- Медь (Cu): 2 атома.
- Кислород (O): $2 \cdot 1 + 3 = 5$ атомов.
- Водород (H): $2 \cdot 1 = 2$ атома.
- Углерод (C): 1 атом.

Теперь подсчитаем количество атомов в правой части уравнения (в продуктах):
- Медь (Cu): 1 атом.
- Кислород (O): $1 + 2 + 1 = 4$ атома.
- Водород (H): 2 атома.
- Углерод (C): 1 атом.

Мы видим, что количество атомов меди (Cu) и кислорода (O) не сбалансировано. Чтобы уравнять количество атомов меди, необходимо поставить коэффициент 2 перед формулой оксида меди(II) $CuO$.

$(CuOH)_2CO_3 \rightarrow 2CuO + CO_2 + H_2O$

Теперь снова проверим баланс атомов в правой части с учетом нового коэффициента:
- Медь (Cu): $2 \cdot 1 = 2$ атома.
- Кислород (O): $(2 \cdot 1) + 2 + 1 = 5$ атомов.
- Водород (H): 2 атома.
- Углерод (C): 1 атом.

Теперь количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения одинаково. Реакция сбалансирована. Реакция разложения малахита является термической, то есть протекает при нагревании, что можно указать над стрелкой в уравнении.

Ответ: $(CuOH)_2CO_3 \xrightarrow{t} 2CuO + CO_2 \uparrow + H_2O$

5. При разложении перманганата калия $KMnO_4$ образуются манганат калия $K_2MnO_4$, оксид марганца(IV) $MnO_2$ и кислород. Запишите уравнение этой реакции. К какому типу реакций по признаку поглощения или выделения теплоты относится эта реакция?

Решение

Для начала запишем уравнение реакции, используя химические формулы веществ, указанных в условии. Реагентом является перманганат калия ($KMnO_4$), а продуктами — манганат калия ($K_2MnO_4$), оксид марганца(IV) ($MnO_2$) и кислород ($O_2$).

Схема реакции выглядит следующим образом: $KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$

Теперь необходимо уравнять количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (расставить коэффициенты).

1. Начнем с калия ($K$). Слева 1 атом, справа — 2. Ставим коэффициент 2 перед $KMnO_4$:
   $2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$
2. Проверим марганец ($Mn$). Слева теперь $2 \times 1 = 2$ атома. Справа $1 + 1 = 2$ атома. Марганец уравнен.
3. Проверим кислород ($O$). Слева $2 \times 4 = 8$ атомов. Справа $4 + 2 + 2 = 8$ атомов. Кислород также уравнен.

Таким образом, сбалансированное уравнение реакции разложения перманганата калия выглядит так:
$2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$

Реакция разложения перманганата калия является классическим примером реакции, которая требует нагревания для своего протекания. Реакции, которые идут с поглощением теплоты из окружающей среды, называются эндотермическими. Так как для разложения перманганата калия необходимо подводить тепло (нагревать его), эта реакция относится к эндотермическим. В уравнении это часто обозначают символом температуры над стрелкой.

Ответ: Уравнение реакции: $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$. По признаку поглощения или выделения теплоты эта реакция является эндотермической (протекает с поглощением тепла).