Урок-лекция "Химические реакции"

Химические реакции

ПЛАН лекции

1. Классификация химических реакций

2. Скорость химических реакций

3. Решение задач на определение теплового эффекта

Химическая реакция  — это процесс превращения одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при котором ядра атомов не меняются, при этом происходит перераспределение электронов и ядер, и образуются новые химические вещества.

Классификация химических реакций

По числу и составу реагирующих веществ

К реакциям, идущим без изменения состава веществ, можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента.

Аллотропия -  (греч. allos - иной + tropos - образ) - свойство некоторых химических элементов принимать различные физические формы, существовать в виде двух и более простых веществ.

С (графит) – С (алмаз)

S (ромбическая) - S (моноклинная) – S (пластическая)

P (белый) – P (красный) – Р (черный)

Sn (белое олово) – Sn (серое олово)

O 2 (кислород) - O 3 (озон)

В органической химии к этому типу реакций могут быть отнесены реакции изомеризации , которые идут без изменения качественного и количественного состава молекул веществ (происходит пространственная перестройка молекулы).

Реакции соединения характеризуются образованием одного сложного вещества из нескольких других веществ.

Примеры:

Реакции обмена характеризуются тем, что два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Примеры:

Реакции обмена протекают в электролитах по правилу Бертолле: в результате реакции образуется осадок , выделяется газ или малодиссоциирующее вещество (например, вода).

По изменению степени окисления химических элементов, образующих химические вещества

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов.

Реакции, идущие без изменения степеней окисления – это реакции ионного обмена, многие реакции соединения.

Реакции разложения характеризуются тем, что из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.

Примеры:

В органической химии к реакциям разложения относят реакции отщепления водорода (дегидрирование), отщепления воды (дегидратация), расщепление углеводородов (крекинг).

Реакции замещения характеризуются тем, что атомы простого вещества замещают атомы какого-либо химического элемента в другом сложном веществе. Примеры:

В органической химии в основном к реакциям замещения относят реакции галогенирования (замещение водорода в сложных веществах на атом галогена).

По использованию катализатора

Некаталитические реакции идут без участия катализатора (ускорителя химической реакции).

Каталитические реакции идут с участием катализатора .

Примеры:

По направлению

Обратимые реакции протекают одновременно в прямом (образование продуктов реакции) и противоположном (образование исходных веществ) направлениях.

Необратимые реакции протекают только в одном направлении. К ним относят все реакции обмена, идущие по правилу Бертолле.

По механизму протекания реакции

Радикальные реакции идут между образующимися в процессе реакции радикалами и молекулами.  

Свободные радикалы - частицы, содержащие один или несколько неспаренных электронов.

Ионные реакции идут между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами в растворах электролитов. Ионы также образуются под действием электрических зарядов, нагревания или излучения.

По тепловому эффекту (термохимические реакции)

Экзотермические – реакции с выделением энергии. К ним относятся почти все реакции соединения, за редким исключением.

Q – тепловой эффект реакции.

Экзотермические реакции, протекающие с выделением света (огня) относят к реакциям горения.

Примеры:

Эндотермические – реакции с поглощением энергии. К ним относятся почти все реакции разложения.

Примеры:

СаСО 3 = СаО + О 2 - Q

2Н 2 О = 2Н 2 + О 2 - Q

Уравнения с указанием теплового эффекта называются термохимическими уравнениями.

Н 2 + Сl 2 = 2НСl + 92,3 кДж

По виду энергии, инициирующей реакцию

Электрохимические реакции инициирует электрический ток. К ним относятся реакции электролиза, электросинтеза.

Термохимические реакции инициирует тепловая энергия.

Фотохимические реакции инициирует световая энергия. Начинаются такие реакции только после освещения реагирующих веществ светом.

Пример – фотосинтез.

Радиационные реакции инициируются излучениями большой энергии – рентгеновскими лучами, ядерными излучениями.

Гомогенные реакции протекают между веществами в одинаковом агрегатном состоянии (одной фазе).

По агрегатному состоянию реагирующих веществ (фазовому составу)

Гетерогенные реакции протекают между веществами, находящимися в разных агрегатных состояниях (в разных фазах). Таких процессов очень много.

Скорость химических реакций

Наука о закономерностях протекания химических процессов во времени называется химической кинетикой .

Скорость химической реакции  показывает, как быстро происходит та или иная реакция. Взаимодействие происходит при столкновении частиц в пространстве. При этом реакция происходит не при каждом столкновении, а только когда частица обладают соответствующей энергией.

  Скорость реакции  – количество элементарных соударений взаимодействующих частиц, заканчивающихся химическим превращением, за единицу времени.

Если реакция  гомогенная   – т.е. продукты и реагенты находятся в одной фазе – то скорость химической реакции определяется, как изменение концентрации вещества в единицу времени:

υ = ΔC / Δt

Если реагенты, или продукты находятся в разных фазах, и столкновение частиц происходит только на границе раздела фаз, то реакция называется  гетерогенной , и скорость ее определяется изменением количества вещества в единицу времени на единицу реакционной поверхности:

υ = Δν / (S·Δt)

Факторы, влияющие на скорость химической реакции

  1. Температура

Правило Вант-Гоффа:  повышение температуры на 10 о С приводит к увеличению скорости химической реакции в 2-4 раза (эту величину называют температурный коэффициент скорости химической реакции γ).

  2. Концентрация

  Чем больше концентрация реагирующих веществ (жидкостей, газов), тем больше число эффективных соударений реагирующих частиц, тем выше скорость химической реакции.

Основной закон химической кинетики:

Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных их коэффициентам в уравнении химической реакции.

3. Давление

  Концентрация газов напрямую зависит от  давления .

При повышении давления повышается концентрация газов.

Если среди реагентов есть  газообразное вещество, то при  повышении давления скорость химической реакции увеличивается, при понижении давления — уменьшается.

4. Катализатор

  Катализаторы  – это химические вещества,  участвующие  в химической реакции,  изменяющие ее скорость и направление, но не расходующиеся  в ходе реакции (по окончании реакции не изменяющиеся ни по количеству, ни по составу).  

Процесс изменения скорости реакции при взаимодействии с катализатором называют  катализом .

Катализаторы в биохимических реакциях   –  ферменты . 

5. Площадь соприкосновения реагирующих веществ

  Чем больше площадь поверхности контакта реагирующих фаз, тем больше скорость гетерогенной химической реакции.

Порошковый цинк гораздо быстрее растворяется в кислоте, чем гранулированный цинк такой же массы.

6. Природа реагирующих веществ

Менее активные вещества будут имеют более высокий активационный барьер, и вступают в реакции медленнее, чем более активные вещества.

Более активные вещества имеют более низкую энергию активации, и значительно легче и чаще вступают в химические реакции.

3. Решение задач на определение теплового эффекта

1) Окисление диоксида серы протекает в соответствии с термохимическим уравнением

Вычислите количество теплоты, которое выделится при окислении 268,8 л (н.у.) диоксида серы. Решение

Составим пропорцию:

Из пропорции получаем:

Ответ: 1188 кДж

2) Дано термохимическое уравнение реакции разложения дихромата аммония:

В результате реакции выделилось 75 кДж теплоты. Сколько граммов оксида хрома(III) образовалось?

Решение

Составим пропорцию:

Из пропорции получаем

Ответ 38 г .

Задачи для самостоятельного решения

1) Термохимическое уравнение горения этана имеет следующий вид:

Сколько теплоты выделится при полном сгорании 12 г этана?

2) Термохимическое уравнение горения алюминия имеет следующий вид:

В результате реакции выделилось 502,5 кДж теплоты. Сколько граммов алюминия вступило в реакцию?