Страница 18 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Как классифицируют химические реакции по числу и составу исходных веществ и продуктов реакции? Приведите примеры уравнений таких реакций.

По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции химические реакции классифицируют на четыре основных типа: реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Реакции соединения

Это реакции, в результате которых из двух или нескольких исходных веществ (простых или сложных) образуется одно новое, более сложное вещество. Общая схема такой реакции: $A + B \rightarrow AB$.

Примеры уравнений реакций соединения:

1. Взаимодействие простого вещества (серы) со сложным (сульфитом натрия) с образованием тиосульфата натрия:

$\text{S} + \text{Na}_2\text{SO}_3 \rightarrow \text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$

2. Взаимодействие двух сложных веществ (оксида кальция и воды) с образованием гидроксида кальция:

$\text{CaO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2$

Ответ: реакции соединения – это химические реакции, в результате которых из двух или нескольких простых или сложных веществ образуется одно, более сложное вещество.

Реакции разложения

Это реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется два или более новых, более простых веществ (простых или сложных). Общая схема такой реакции: $AB \rightarrow A + B$.

Примеры уравнений реакций разложения:

1. Разложение сложного вещества (гидроксида меди(II)) при нагревании на два более простых сложных вещества (оксид меди(II) и воду):

$\text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{t} \text{CuO} + \text{H}_2\text{O}$

2. Разложение сложного вещества (воды) под действием электрического тока на два простых вещества (водород и кислород):

$2\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{электролиз}} 2\text{H}_2 \uparrow + \text{O}_2 \uparrow$

Ответ: реакции разложения – это химические реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется два или более новых, более простых веществ.

Реакции замещения

Это реакции между простым и сложным веществами, в ходе которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. В результате образуются новое простое и новое сложное вещества. Общая схема такой реакции: $A + BC \rightarrow AC + B$.

Примеры уравнений реакций замещения:

1. Взаимодействие простого вещества (цинка) с кислотой (соляной кислотой), где цинк замещает водород:

$\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2 \uparrow$

2. Взаимодействие простого вещества (железа) с солью (сульфатом меди(II)), где железо замещает медь:

$\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu} \downarrow$

Ответ: реакции замещения – это химические реакции между простым и сложным веществами, при которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Реакции обмена

Это реакции, в которые вступают два сложных вещества и обмениваются своими составными частями (атомами или группами атомов, ионами). Общая схема такой реакции: $AB + CD \rightarrow AD + CB$.

Примеры уравнений реакций обмена:

1. Реакция нейтрализации между щелочью (гидроксидом натрия) и кислотой (соляной кислотой):

$\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$

2. Реакция между двумя солями (нитратом серебра и хлоридом натрия) с образованием осадка:

$\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} \downarrow + \text{NaNO}_3$

Ответ: реакции обмена – это химические реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются своими составными частями.

2. Как классифицируют химические реакции по тепловому эффекту? Что такое термохимическое уравнение? Приведите примеры уравнений таких реакций.

Как классифицируют химические реакции по тепловому эффекту?

По тепловому эффекту, то есть по выделению или поглощению теплоты в ходе реакции, все химические реакции делятся на два типа: экзотермические и эндотермические.

• Экзотермические реакции (от греч. exo — наружу) — это реакции, протекающие с выделением теплоты в окружающую среду. В таких реакциях внутренняя энергия продуктов меньше внутренней энергии исходных веществ (реагентов). Тепловой эффект ($Q$) таких реакций положителен ($Q > 0$), а изменение энтальпии системы ($\Delta H$) — отрицательно ($\Delta H < 0$), так как система теряет энергию. К экзотермическим реакциям относятся почти все реакции горения, многие реакции соединения (например, синтез аммиака), нейтрализация кислот основаниями.
• Эндотермические реакции (от греч. endon — внутрь) — это реакции, протекающие с поглощением теплоты из окружающей среды. Для их протекания требуется постоянный подвод энергии извне. В таких реакциях внутренняя энергия продуктов больше внутренней энергии реагентов. Тепловой эффект ($Q$) таких реакций отрицателен ($Q < 0$), а изменение энтальпии системы ($\Delta H$) — положительно ($\Delta H > 0$), так как система получает энергию. К эндотермическим реакциям относятся многие реакции разложения (например, разложение известняка), реакция фотосинтеза, реакция азота с кислородом при высоких температурах.

Ответ: Химические реакции по тепловому эффекту классифицируют на экзотермические (протекающие с выделением теплоты, $\Delta H < 0$) и эндотермические (протекающие с поглощением теплоты, $\Delta H > 0$).

Что такое термохимическое уравнение?

Термохимическое уравнение — это уравнение химической реакции, в котором указаны не только стехиометрические коэффициенты, но и агрегатные (физические) состояния всех участвующих веществ, а также значение теплового эффекта реакции.

Тепловой эффект обычно указывается как изменение энтальпии ($\Delta H$) для данной реакции. Значение $\Delta H$ приводится в килоджоулях (кДж) и относится к мольным количествам веществ, указанным коэффициентами в уравнении. Обязательно указываются агрегатные состояния веществ (т — твёрдое, ж — жидкое, г — газообразное, р — растворённое), так как тепловой эффект зависит от состояния, в котором находятся реагенты и продукты.

Ответ: Термохимическое уравнение — это уравнение химической реакции, в котором указаны агрегатные состояния веществ и величина теплового эффекта ($\Delta H$).

Приведите примеры уравнений таких реакций.

Ниже приведены примеры термохимических уравнений для экзотермической и эндотермической реакций.

Пример экзотермической реакции (горение метана):

$CH_4(г) + 2O_2(г) = CO_2(г) + 2H_2O(ж); \Delta H = -891$ кДж

Это уравнение показывает, что при сгорании 1 моль газообразного метана в 2 моль газообразного кислорода образуется 1 моль газообразного диоксида углерода и 2 моль жидкой воды, при этом выделяется 891 кДж теплоты.

Пример эндотермической реакции (разложение карбоната кальция):

$CaCO_3(т) = CaO(т) + CO_2(г); \Delta H = +178$ кДж

Это уравнение показывает, что для разложения 1 моль твёрдого карбоната кальция на 1 моль твёрдого оксида кальция и 1 моль газообразного диоксида углерода необходимо затратить 178 кДж теплоты.

Ответ: Пример экзотермической реакции: $CH_4(г) + 2O_2(г) = CO_2(г) + 2H_2O(ж); \Delta H = -891$ кДж. Пример эндотермической реакции: $CaCO_3(т) = CaO(т) + CO_2(г); \Delta H = +178$ кДж.

3. Как классифицируют химические реакции по агрегатному состоянию реагентов и продуктов реакции? Приведите примеры уравнений таких реакций.

Решение

По агрегатному состоянию (фазе) реагентов и продуктов химические реакции классифицируют на два основных типа: гомогенные и гетерогенные.

Гомогенные реакции

Это реакции, в которых все участвующие вещества (и реагенты, и продукты) находятся в одной и той же фазе. Чаще всего это либо газовая фаза, либо жидкая фаза (раствор). В таких системах отсутствует поверхность раздела между веществами.

Примеры уравнений гомогенных реакций:

• Реакция в газовой фазе. Синтез аммиака (все вещества — газы):

  $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$

• Реакция в жидкой фазе. Нейтрализация кислоты щелочью в водном растворе (все вещества находятся в растворе или являются жидкостью):

  $NaOH(р-р) + HCl(р-р) \rightarrow NaCl(р-р) + H_2O(ж)$

Гетерогенные реакции

Это реакции, в которых участвующие вещества находятся в разных фазах. Такие реакции протекают на границе раздела фаз, например: «твердое вещество — газ», «твердое вещество — жидкость», «жидкость — газ».

Примеры уравнений гетерогенных реакций:

• Реакция между твердым веществом и газом. Горение угля:

  $C(т) + O_2(г) \rightarrow CO_2(г)$

• Реакция между твердым веществом и жидкостью. Взаимодействие цинка с соляной кислотой:

  $Zn(т) + 2HCl(р-р) \rightarrow ZnCl_2(р-р) + H_2(г)$

  В данной реакции участвуют твердая, жидкая (раствор) и газообразная фазы.

• Реакция разложения твердого вещества. Разложение карбоната кальция при нагревании:

  $CaCO_3(т) \xrightarrow{t} CaO(т) + CO_2(г)$

  Из одного твердого вещества образуются другое твердое вещество и газ.

Ответ:

Химические реакции по агрегатному состоянию реагентов и продуктов классифицируют на гомогенные (все участники находятся в одной фазе, например, $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$) и гетерогенные (участники находятся в разных фазах, например, $C(т) + O_2(г) \rightarrow CO_2(г)$).

4. Как классифицируют химические реакции по обратимости? Приведите примеры уравнений таких реакций.

По признаку обратимости химические реакции классифицируют на два типа: необратимые и обратимые.

Необратимые реакции

Это химические реакции, которые протекают только в одном направлении (от реагентов к продуктам) и завершаются, когда хотя бы один из реагентов полностью расходуется. В уравнениях таких реакций ставится стрелка в одну сторону ($\rightarrow$). Реакция является необратимой, если в результате неё образуется:

• газообразное вещество, которое покидает зону реакции;
• нерастворимое вещество (осадок);
• слабодиссоциирующее вещество, чаще всего вода.

Примеры уравнений необратимых реакций:

Реакция с выпадением осадка (хлорид серебра):
$AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$

Реакция с выделением газа (углекислый газ):
$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Реакция нейтрализации с образованием воды:
$H_2SO_4 + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$

Обратимые реакции

Это химические реакции, которые при заданных условиях могут протекать одновременно в двух противоположных направлениях — прямом (слева направо) и обратном (справа налево). В уравнениях таких реакций используется знак обратимости ($\rightleftarrows$). Обратимые реакции не идут до конца. Вместо этого система приходит в состояние химического равновесия, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, и концентрации всех веществ в системе остаются постоянными.

Примеры уравнений обратимых реакций:

Синтез аммиака (процесс Габера-Боша):
$N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftarrows 2NH_3(г)$

Окисление оксида серы(IV) до оксида серы(VI):
$2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftarrows 2SO_3(г)$

Реакция этерификации (образование сложного эфира):
$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftarrows CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

Ответ: По признаку обратимости химические реакции классифицируют на необратимые, протекающие в одном направлении до конца (например, $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$), и обратимые, протекающие одновременно в прямом и обратном направлениях до установления химического равновесия (например, $N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3$).

5. Как классифицируют химические реакции по использованию катализатора? Приведите примеры уравнений таких реакций.

Решение

По признаку использования катализатора химические реакции классифицируют на две основные группы: каталитические и некаталитические. Катализатор — это вещество, которое изменяет скорость химической реакции (как правило, ускоряет её), участвуя в промежуточных стадиях, но оставаясь химически неизменным по завершении процесса.

Каталитические реакции

Это реакции, которые протекают с участием катализаторов. Присутствие катализатора изменяет механизм реакции, направляя ее по энергетически более выгодному пути, что приводит к увеличению скорости. В уравнениях реакций катализатор обычно указывают над стрелкой, обозначающей направление реакции.

Примеры уравнений каталитических реакций:
- Разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV): $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$
- Синтез аммиака (промышленный способ, процесс Габера-Боша): $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ (катализаторы: $Fe, Pt$, условия: $t^\circ, p$)
- Гидрирование этилена с образованием этана: $C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni} C_2H_6$ (катализатор: никель)

Ответ: Каталитические реакции — это реакции, протекающие в присутствии катализатора, который их ускоряет. Пример уравнения: $2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3$.

Некаталитические реакции

Это реакции, которые протекают без участия катализатора. Такие реакции идут самопроизвольно при создании необходимых условий (например, смешивание реагентов, нагревание, облучение светом), и для их ускорения не требуется добавление специального вещества.

Примеры уравнений некаталитических реакций:
- Реакция нейтрализации между кислотой и щелочью: $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$
- Горение магния в кислороде: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$
- Взаимодействие цинка с соляной кислотой: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Ответ: Некаталитические реакции — это реакции, протекающие без участия катализатора. Пример уравнения: $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2 \uparrow$.