Решебник по химии 8 класс Габриелян §11

Типы химических реакций

Стр. 54

Вопрос

Можно ли положить в основу классификации химических реакций такой признак, как состав веществ?

Да, состав веществ является важным критерием для классификации химических реакций. Все химические вещества делятся на простые, состоящие из атомов одного элемента, и сложные, состоящие из атомов разных элементов. Этот признак можно использовать для разделения реакций на определенные типы. Например, реакции соединения – это процессы, в которых из двух или нескольких веществ (простых или сложных) образуется одно сложное соединение, как в реакции образования воды (H₂ + O₂ → H₂O). В реакциях разложения, наоборот, одно сложное вещество распадается на несколько новых, например, разложение карбоната кальция (CaCO₃ → CaO + CO₂↑). Реакции замещения происходят между простым и сложным веществом, как в реакции взаимодействия железа с сульфатом меди (Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu). Наконец, реакции обмена происходят между двумя сложными веществами, как в реакции взаимодействия гидроксида натрия с серной кислотой (2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O). Таким образом, состав веществ является важным критерием классификации химических реакций и помогает их систематизировать.

Стр. 55

Лабораторный опыт 10

В пробирку налейте 2 мл раствора пероксида водорода. Видимых изменений не наблюдается. Возьмите небольшое количество оксида марганца(IV) и насыпьте его в пробирку с раствором пероксида водорода. Что наблюдаете? Внесите в пробирку тлеющую лучинку. Что наблюдаете? Какие признаки и условия протекания химической реакции иллюстрирует этот эксперимент?

При добавлении оксида марганца(IV) в раствор пероксида водорода начинается бурное выделение пузырьков газа. Это свидетельствует о разложении пероксида водорода (H₂O₂) с выделением кислорода (O₂). Если внести в пробирку тлеющую лучинку, она вспыхнет ярким пламенем, так как кислород поддерживает горение.

Этот эксперимент иллюстрирует следующие признаки химической реакции:

1. Выделение газа – кислород выделяется в виде пузырьков.

2. Изменение скорости реакции – реакция идет быстрее при добавлении оксида марганца(IV), который выступает катализатором.

3. Тепловой эффект – реакция сопровождается выделением тепла.

Условие протекания реакции – наличие катализатора. Оксид марганца(IV) ускоряет разложение пероксида водорода, не вступая в саму реакцию.

Уравнение реакции:

(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑).

Стр. 55

Лабораторный опыт 11

В пробирку налейте 2—3 мл раствора медного купороса и опустите в неё стальную кнопку или скрепку. Что наблюдаете?

При добавлении стальной кнопки или скрепки в раствор медного купороса на её поверхности образуется красный налёт меди. Это происходит в результате реакции замещения, когда железо, являясь более активным металлом, вытесняет медь из её соли.

Уравнение реакции: (Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓).

Вывод:

Реакция замещения демонстрирует химическое взаимодействие металлов с растворами их солей. Железо активно вытесняет медь из раствора сульфата меди, что приводит к появлению осадка меди на поверхности стальной кнопки или скрепки.

Стр. 56

Проверьте свои знания

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

Химические реакции классифицируются по разным признакам, которые помогают их лучше понимать и систематизировать. Один из важных критериев – число и состав реагентов и продуктов реакции. По этому признаку реакции делятся на соединения, разложения, замещения и обмена. Другой критерий – тепловой эффект реакции. Если реакция сопровождается выделением тепла, она называется экзотермической, а если тепло поглощается – эндотермической. Также важным признаком является изменение степени окисления химических элементов. Если в ходе реакции изменяются степени окисления веществ, такие реакции называются окислительно-восстановительными. Еще один важный критерий – наличие катализатора, вещества, ускоряющего реакцию. В зависимости от его присутствия реакции бывают каталитическими и некаталитическими. Таким образом, в химии используются разные способы классификации реакций, позволяющие глубже понять их природу и особенности.

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

Химические реакции делятся на несколько типов в зависимости от состава реагентов и продуктов. Реакции соединения – это процессы, в которых из двух или нескольких веществ образуется одно более сложное соединение. Например, при взаимодействии фосфора с кислородом образуется оксид фосфора (P₂O₅). В противоположность им реакции разложения представляют собой процессы, в которых из одного сложного вещества образуются два или более новых вещества. Так, при нагревании гидроксида железа(III) (Fe(OH)₃) образуется оксид железа(III) (Fe₂O₃) и вода. Реакции замещения происходят, когда атомы простого вещества замещают атомы другого элемента в сложном веществе. Например, если железо вступает в реакцию с сульфатом меди (CuSO₄), образуется сульфат железа (FeSO₄) и выделяется медь. В реакциях обмена два сложных вещества обмениваются своими составными частями, как это происходит при взаимодействии гидроксида натрия (NaOH) и серной кислоты (H₂SO₄), в результате чего образуются сульфат натрия (Na₂SO₄) и вода. Эти четыре типа химических реакций являются основой для их классификации и позволяют систематизировать химические процессы.

Стр. 56

Примените свои знания

3. Расставьте коэффициенты в схемах химических реакций и определите их тип по признаку «состав и число реагентов и продуктов реакции»: а) CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O; б) NaHSO₄ + NaOH → Na₂SO₄ + H₂O; в) NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O; г) SO₃ + H₂O → H₂SO₄; д) (NH₄)₂Cr₂O₇ → Cr₂O₃ + N₂↑ + H₂O.

Расставленные уравнения реакций:

а) (CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O) – реакция соединения, так как два вещества образуют одно сложное вещество.

б) (NaHSO₄ + NaOH → Na₂SO₄ + H₂O) – реакция обмена, так как реагенты обмениваются составными частями.

в) (NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O) – реакция разложения, так как одно сложное вещество разлагается на несколько новых веществ.

г) (SO₃ + H₂O → H₂SO₄) – реакция соединения, так как два вещества соединяются в одно сложное.

д) ((NH₄)₂Cr₂O₇ → Cr₂O₃ + N₂↑ + H₂O) – реакция разложения, так как одно сложное вещество распадается на несколько новых.

Каждое из приведённых уравнений демонстрирует определённый тип химической реакции, основанный на составе и числе реагентов и продуктов. Реакции обмена характеризуются обменом ионов между реагентами, реакции разложения – распадом одного сложного вещества на более простые, а реакции соединения – объединением двух веществ в одно более сложное.

4. При разложении малахита ((CuOH)₂CO₃) образуется оксид меди(II) (CuO), углекислый газ и вода. Составьте уравнение этой реакции.

Уравнение разложения малахита:

(CuOH)₂CO₃ → 2CuO + CO₂↑ + H₂O.

Тип реакции

Это реакция разложения, так как одно сложное вещество (CuOH)₂CO₃ разлагается на несколько более простых веществ (CuO, CO₂, H₂O).

Вывод

В результате разложения малахита при нагревании выделяется углекислый газ, образуется вода и остаётся твёрдый оксид меди(II). Этот процесс используется в металлургии для получения меди.

5. При разложении перманганата калия (KMnO₄) образуются манганат калия (K₂MnO₄), оксид марганца(IV) (MnO₂) и кислород. Запишите уравнение этой реакции. К какому типу реакций по признаку поглощения или выделения теплоты относится эта реакция?

Сбалансированное уравнение реакции: (2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑)

Тип реакции

Это реакция разложения, так как из одного сложного вещества образуются несколько новых веществ.

По признаку теплового эффекта

Данная реакция относится к эндотермическим, так как разложение перманганата калия требует нагревания, то есть происходит с поглощением теплоты.

Вывод

Разложение перманганата калия – важный процесс в химии, используемый в лабораторных условиях для получения кислорода. Оно демонстрирует принцип разложения сложных веществ под действием температуры и помогает понять термическую устойчивость соединений.

6. Запишите уравнение реакции получения азотной кислоты, схема которой: (NO₂ + O₂ + H₂O → HNO₃).

Сбалансированное уравнение реакции: (4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃)

Тип реакции

Это реакция соединения, так как из нескольких веществ (диоксида азота, кислорода и воды) образуется одно сложное вещество – азотная кислота.

Вывод

Реакция получения азотной кислоты важна для промышленности, особенно для производства удобрений, взрывчатых веществ и красителей. Она иллюстрирует процессы, происходящие в атмосфере, например образование кислотных дождей при взаимодействии оксидов азота с влагой.

7. Запишите уравнение реакции замещения, которую используют для сварки рельсов, если известно, что реагентами являются железная окалина (Fe₃O₄) и алюминий.

Сбалансированное уравнение реакции: (Fe₃O₄ + 8Al → 4Al₂O₃ + 9Fe)

Тип реакции

Эта реакция относится к реакциям замещения, так как алюминий вытесняет железо из его оксида.

Физико-химический смысл

Эта реакция известна как термитная реакция, используемая в металлургии для сварки железнодорожных рельсов. Она протекает с выделением большого количества теплоты, что делает процесс самоподдерживающимся.

Вывод

Термитная реакция демонстрирует высокую активность алюминия по сравнению с железом и находит широкое применение в промышленности, в частности, при соединении металлических конструкций.

8. Вспомните из курса биологии, что такое фотосинтез. Запишите уравнение этого процесса, если известно, что в результате взаимодействия углекислого газа и воды образуется глюкоза, формула которой (C₆H₁₂O₆), и кислород. Можно ли отнести эту реакцию к реакциям замещения? Поясните ответ.

Уравнение фотосинтеза: (6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂) (при наличии солнечного света и хлорофилла).

Определение фотосинтеза

Фотосинтез – это процесс, в ходе которого зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии с помощью солнечного света синтезируют органические вещества (глюкозу) из неорганических (углекислого газа и воды), выделяя кислород в атмосферу.

Относится ли фотосинтез к реакциям замещения

Нет, фотосинтез не относится к реакциям замещения. Это реакция соединения, так как из двух простых веществ (CO₂ и H₂O) образуется одно более сложное соединение – глюкоза (C₆H₁₂O₆). Реакции замещения предполагают, что один элемент вытесняет другой из соединения, чего в фотосинтезе не происходит.

Вывод

Фотосинтез – это жизненно важный процесс для существования жизни на Земле, так как он обеспечивает кислород для дыхания и органические вещества для питания.

9. При горении метана, формула которого (CH₄), образуются углекислый газ и вода. Можно ли отнести эту реакцию к одному из изученных вами типов: а) по составу и числу реагентов и продуктов реакции; б) по поглощению или выделению теплоты? Поясните ответ.

Уравнение реакции горения метана: (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)

а) По составу и числу реагентов и продуктов реакции эта реакция относится к реакциям окисления и горения, а также к реакциям соединения. В ходе реакции происходит взаимодействие органического соединения (метана) с кислородом, в результате чего образуются новые соединения – углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O).

б) По поглощению или выделению теплоты это реакция экзотермическая, так как при горении метана выделяется значительное количество теплоты и света. Экзотермические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла, что характерно для всех реакций горения.

Вывод

Реакция горения метана является экзотермической реакцией соединения (окисления), при которой выделяется большое количество энергии, необходимой для использования в быту и промышленности.

10. Расставьте коэффициенты в схемах реакций. Выберите реакции обмена. а) (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑); б) (2Na + S → Na₂S); в) (N₂ + 3H₂ → 2NH₃↑); г) (CO₂ + Mg → MgO + C↓); д) (2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑); е) (MgO + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + H₂O); ж) (3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O); з) (BaCl₂ + Na₂CO₃ → BaCO₃↓ + 2NaCl); и) (Pb(NO₃)₂ + 2KOH → Pb(OH)₂↓ + 2KNO₃); к) (H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓); л) (2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂↑); м) (P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄); н) (SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂); о) (NO + O₂ → NO₂↑).

Расставленные коэффициенты:

а) Разложение пероксида водорода:

(2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑)

б) Взаимодействие натрия с серой:

(2Na + S → Na₂S)

в) Синтез аммиака:

(N₂ + 3H₂ → 2NH₃↑)

г) Взаимодействие углекислого газа с магнием:

(CO₂ + 2Mg → 2MgO + C↓)

д) Взаимодействие алюминия с серной кислотой:

(2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑)

е) Взаимодействие оксида магния с азотной кислотой:

(MgO + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + H₂O)

ж) Взаимодействие гидроксида кальция с фосфорной кислотой:

(3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O)

з) Взаимодействие хлорида бария с карбонатом натрия:

(BaCl₂ + Na₂CO₃ → BaCO₃↓ + 2NaCl)

и) Взаимодействие нитрата свинца(II) с гидроксидом калия:

(Pb(NO₃)₂ + 2KOH → Pb(OH)₂↓ + 2KNO₃)

к) Взаимодействие сероводорода с бромом:

(H₂S + Br₂ → 2HBr + S↓)

л) Термическое разложение нитрата натрия:

(2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂↑)

м) Гидратация оксида фосфора(V):

(P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄)

н) Взаимодействие хлорида кремния с цинком:

(SiCl₄ + 2Zn → Si + 2ZnCl₂)

о) Окисление оксида азота(II) кислородом:

(2NO + O₂ → 2NO₂↑)

Выбор реакций обмена:

Реакции обмена — это реакции, в которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями, образуя новые сложные вещества.

К реакциям обмена относятся:

• (MgO + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + H₂O)

• (3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O)

• (BaCl₂ + Na₂CO₃ → BaCO₃↓ + 2NaCl)

• (Pb(NO₃)₂ + 2KOH → Pb(OH)₂↓ + 2KNO₃)

Реакции обмена характеризуются тем, что реагирующие вещества обмениваются ионами или атомами, образуя новые соединения. В представленных уравнениях обмен веществами происходит между кислотами, основаниями и солями.

11. В реакциях какого типа число продуктов: а) превышает число исходных веществ; б) меньше числа исходных веществ; в) равно числу исходных веществ?

а) Число продуктов превышает число исходных веществ в реакциях разложения.

Пример: (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑) – из одного сложного вещества образуются два новых.

б) Число продуктов меньше числа исходных веществ в реакциях соединения.

Пример: (2Na + Cl₂ → 2NaCl) – из двух простых веществ образуется одно сложное.

в) Число продуктов равно числу исходных веществ в реакциях замещения и обмена.

Пример реакции замещения: (Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu) – один атом замещает другой, сохраняя баланс реагентов и продуктов.

Пример реакции обмена: (BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl) – два сложных вещества обмениваются составными частями, оставляя количество веществ неизменным.

12. Какова сумма коэффициентов в уравнении реакции, схема которой: (KOH + Al₂(SO₄)₃ → Al(OH)₃ + K₂SO₄). Определите её тип по известным вам классификационным признакам.

Сначала расставим коэффициенты в уравнении реакции:

(6KOH + Al₂(SO₄)₃ → 2Al(OH)₃ + 3K₂SO₄)

Сумма коэффициентов: (6 + 1 + 2 + 3 = 12).

По классификационным признакам эта реакция относится к реакциям обмена, так как два сложных вещества обмениваются своими составными частями, образуя новые вещества.

Стр. 57

Используйте дополнительную информацию

13. Химическая реакция протекает по уравнению: (CaCO₃ + SiO₂ → CaSiO₃ + CO₂↑). К какому типу по составу и числу реагентов и продуктов относится эта реакция?

Данное уравнение показывает взаимодействие карбоната кальция (CaCO₃) с диоксидом кремния (SiO₂), в результате чего образуется силикат кальция (CaSiO₃) и углекислый газ (CO₂).

По составу и числу реагентов и продуктов эта реакция относится к реакциям обмена, так как два сложных вещества реагируют друг с другом, обмениваясь составными частями и образуя два новых сложных вещества.

14. Катализаторы, как вам известно из материала параграфа, ускоряют химические реакции. Однако существует необходимость в веществах, замедляющих некоторые химические процессы, например коррозию металлических изделий. Как называются такие вещества — «химические антонимы» катализаторов?

Вещества, которые замедляют или полностью останавливают химические реакции, называются ингибиторами. Они выполняют противоположную функцию по отношению к катализаторам, так как не ускоряют, а, наоборот, подавляют или задерживают химические процессы. Например, ингибиторы коррозии используются для защиты металлических изделий от разрушения под действием окружающей среды.