Тема 1.6 Химические реакции

Химическая реакция – это процесс, в результате которого из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и строению. Химические реакции можно классифицировать по следующим признакам.

1) По составу вещества

а) реакции, идущие с изменением состава вещества (реакции соединения, разложения, замещения, обмена)

б) реакции, протекающие без изменения состава вещества

С (графит) «С (алмаз)

3О₂ (кислород) «2О₃ (озон)

2) По изменению степени окисления химических элементов

а) реакции, идущие без изменения степени окисления

б) реакции, идущие с изменением степени окисления (ОВР)

2

3) По агрегатному состоянию

а) гетерогенные – реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях

СаО(тв) + СО₂(г) «СаСО₃(тв)

б) гомогенные – реакции, в которых все вещества находятся в одном агрегатном состоянии

N₂(г) + 3H₂(г) «2NH₃(г)

4) По участию катализатора

а) некаталитические реакции, идущие без участия катализатора

б) каталитические - реакции, которые идут с только участием катализатора.

5) По направлению

а) необратимые реакции протекают только в одном направлении до полного расходования одного из исходных веществ (¯, ­, Н₂О)

б) обратимые реакции протекают как в прямом, так и в обратном направлении

6) По тепловому эффекту

а) экзотермические - реакции, которые протекают с выделением теплоты Q (+Q)

б) эндотермические - реакции, которые протекают с поглощением теплоты Q (- Q)

Тепловой эффект химической реакции – количество выделенной или поглощенной в результате химической реакции теплоты.

Реакция разложения – химическая реакция, при которой из одного вещества образуется 2 или несколько новых веществ.

Реакция соединения – химические реакции, при которых из двух или нескольких веществ получается одно сложное вещество.

Реакции замещения – химические реакции, при которых атомы, составляющие простое вещество, замещают атомы одного из элементов сложного вещества.

Реакция обмена – химические реакции, при которых молекулы двух сложных веществ обмениваются атомами или атомными группами.

Скорость химических реакций (V) определяется изменением концентрации прореагировавшего или образующегося вещества в единицу времени:

На скорость химических реакций влияют различные условия:

1) природа реагирующих веществ,

2) для вещества в растворенном состоянии и газов скорость химических реакций зависит от концентрации реагирующих веществ,

3) для веществ, находящихся в твердом состоянии, скорость реакции прямо пропорциональна поверхности реагирующих веществ.

Закон действующих масс (1867г., Гульдберг, Вааге) для гомогенных систем звучит так: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ.

, где а, b – коэффициенты уравнения реакции, k – константа скорости, С – концентрации реагирующих веществ.

4) при повышении температуры на каждые 10°С скорость большинства реакций увеличивается в 2-4 раза (правило Вант – Гоффа).

, где g - температурный коэффициент скорости, т.е. число, характеризующее ускорение реакции при нагревании на 10°С.

5) присутствие некоторых веществ. Вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются, называют катализаторами.

Химическое равновесие – состояние системы, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

,

где К_р – константа равновесия

k – константа скорости химической реакции

Если К_р = 1, - химическое равновесие

Если К_р > 1, - продуктов реакции больше

Если К_р < 1, - продуктов реакции меньше.

Правило смещения химического равновесия под влиянием внешних условий Ле Шателье (1884 г):

Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается внешнее воздействия (изменение С, р, t), то химическое равновесие смещается в ту сторону, которая ослабляет данное воздействие.

Следствия принципа смещения химического равновесия Ле Шателье:

1) при повышении концентрации (С) реагирующего вещества равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции,

2) при повышении давления химическое равновесие смещается в сторону той реакции, при которой объем образующихся газов уменьшается,

3) при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции,

4) при понижении температуры химическое равновесие смещается в сторону экзотермического процесса.

Пример: определим, как сместится химическое равновесие в реакции N₂+O₂ 2NO-Q при повышении температуры.

Согласно принципу Ле Шателье при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, т.е. в данном случае - в сторону прямой реакции.

Пример: определим, как сместится химическое равновесие в реакции N₂+O₂ 2NO-Q при понижении давления.

При понижении температуры химическое равновесие смещается в сторону той реакции, при которой объем образующихся газов увеличивается.

Из уравнения видно, что объёмы газов в левой и правой части уравнения одинаковые, поэтому равновесие не смещается.

Катализ – изменение скорости реакций под действием катализатора.

Гомогенный катализ – катализатор находится в таком же агрегатном состоянии, как и реагирующие вещества.

Гетерогенный катализ – агрегатные состояния катализатора и реагента различаются.

Окислительно – восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции, которые протекают с изменением степени окисления элементов.

Восстановитель – атом или ион, который отдает электроны и окисляется. Окислитель - атом или ион, который принимает электроны и восстанавливается.

Восстановление – процесс принятия электронов. Окисление – процесс отдачи электронов.

По распределению функций окислителя и восстановителя выделяют следующие типы ОВР:

1. Межмолекулярная ОВР – реакция, в которой функции окислителя и восстановителя выполняют разные реагирующие вещества.

2. Внутримолекулярная ОВР – реакция, в которой изменение степени окисления атомов происходит в одной и той же молекуле.

3. Реакция диспропорционирования – реакция, при которой окислительные и восстановительные функции выполняют атомы одного элемента в одной и той же степени окисления.

4. Реакция конмутации – реакция, в результате которой химический элемент, окисляясь и восстанавливаясь, приобретает одинаковую степень окисления.

Алгоритм расчета количества теплоты по термохимическим уравнениям реакции:

1) Записать условие задачи.

2) Записать термохимическое уравнение.

3) Подписать формулы веществ известных исходных данных.

4) Над подчеркнутой формулой указать исходные данные, под формулой числовые значения.

5) Рассчитать исходное количество теплоты в кДж.

6) Записать ответ.

Пример: Вычислить, какое количество теплоты выделится при сгорании 6, 2 г фосфора.

Термохимическое уравнение реакции:

4Р(тв) +5О_2­(газ)® 2Р₂О₅ (тв)+ 3010 кДж

Дано: Решение:

т(Р)=6, 2 г 6, 2г Q

Найти: 4Р + 5O₂ ® 2Р₂O₅ + 3010кДж

Q-? 4× 31г\моль