Страница 190 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Какие реакции называют реакциями обмена?

Реакциями обмена называют химические реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются своими составными частями (атомами, группами атомов или ионами). Общая схема реакции обмена выглядит следующим образом:

$$AB + CD \rightarrow AD + CB$$

где $A$, $B$, $C$ и $D$ — это ионы или группы атомов. Такие реакции обычно происходят в растворах и идут до конца, если в результате образуется:

• нерастворимое вещество (выпадает в осадок $\downarrow$);
• газообразное вещество (выделяется в виде газа $\uparrow$);
• малодиссоциирующее вещество (например, вода $H_2O$).

Примером реакции обмена является взаимодействие сульфата меди(II) и гидроксида натрия с образованием нерастворимого гидроксида меди(II):

$$CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$$

Чем они отличаются от реакций соединения, разложения и замещения?

Реакции обмена отличаются от других основных типов химических реакций по количеству и составу реагентов и продуктов:

• От реакций соединения они отличаются тем, что в реакциях соединения из нескольких веществ (простых или сложных) образуется одно более сложное вещество. В реакциях обмена из двух сложных веществ образуется два новых сложных вещества.

  Пример реакции соединения: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

• От реакций разложения они отличаются тем, что в реакциях разложения из одного сложного вещества образуется несколько более простых. Реакция обмена, наоборот, протекает между двумя исходными сложными веществами.

  Пример реакции разложения: $2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$

• От реакций замещения они отличаются тем, что в реакциях замещения взаимодействуют простое и сложное вещества, в то время как в реакциях обмена взаимодействуют два сложных вещества.

  Пример реакции замещения: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$

Ответ: Реакции обмена — это реакции, в которые вступают два сложных вещества и обмениваются своими составными частями, в результате чего образуются два новых сложных вещества. Их ключевое отличие от других типов реакций заключается в следующем: в реакциях соединения образуется только один продукт, в реакциях разложения участвует только один реагент, а в реакциях замещения один из реагентов является простым веществом.

Нет, утверждать, что взаимодействие раствора карбоната какого-либо металла и кислоты является только реакцией обмена, нельзя.

Почему?

Реакция обмена — это реакция, при которой два сложных вещества обмениваются своими составными частями, при этом степени окисления элементов не меняются. Взаимодействие карбонатов с кислотами не всегда удовлетворяет этому условию.

1. Стандартный случай (реакция обмена).

В большинстве случаев, например, при реакции карбоната натрия с соляной кислотой, действительно происходит реакция обмена:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2CO_3$

Образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) неустойчива и разлагается:

$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

Итоговое уравнение:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

В этой реакции степени окисления всех элементов ($Na, C, O, H, Cl$) не изменяются, поэтому она классифицируется как реакция обмена.

2. Случай окислительно-восстановительной реакции (ОВР).

Однако, если в реакцию вступает карбонат металла, способного изменять степень окисления (например, железа(II)), и кислота, являющаяся сильным окислителем (например, концентрированная азотная кислота), то наряду с обменом будет протекать и окислительно-восстановительный процесс.

Пример: взаимодействие карбоната железа(II) с концентрированной азотной кислотой.

$FeCO_3 + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO_2 \uparrow + CO_2 \uparrow + 2H_2O$

В этом процессе изменяются степени окисления:

- Железо окисляется, повышая степень окисления с +2 до +3: $Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$.

- Азот восстанавливается, понижая степень окисления с +5 (в $HNO_3$) до +4 (в $NO_2$): $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$.

Так как происходит изменение степеней окисления, данная реакция является окислительно-восстановительной, а не просто реакцией обмена.

Ответ: Утверждать, что взаимодействие раствора карбоната металла и кислоты является только реакцией обмена, нельзя. Если в реакцию вступают карбонат металла, способного проявлять более высокую степень окисления, и кислота-окислитель (например, концентрированная азотная или серная), то будет протекать окислительно-восстановительная реакция, а не просто реакция обмена, так как степени окисления металла и элемента в кислотном остатке изменятся.