Классификация химических реакций по изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества
Классификация химических реакций в неорганической и органической химии
Классификация химических реакций в неорганической и органической химии
Химические реакции, или химические явления, — это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.
При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами.
Химические реакции следует отличать от ядерных реакций. В результате химической реакции общее число атомов каждого химического элемента и его изотопный состав не меняются. Иное дело ядерные реакции — процессы превращения атомных ядер в результате их взаимодействия с другими ядрами или элементарными частицами, например, превращение алюминия в магний:
| 27 |
| 13 |
Al+
| 1 |
| 1 |
H=
| 24 |
| 12 |
Mg+
| 4 |
| 2 |
He
Классификация химических реакций многопланова, т.е. в ее основу могут быть положены различные признаки. Но под любой из таких признаков могут быть отнесены реакции как между неорганическими, так и между органическими веществами.
Рассмотрим классификацию химических реакций по различным признакам.
Классификация химических реакций по числу и составу реагирующих веществ. Реакции, идущие без изменения состава вещества
В неорганической химии к таким реакциям можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента, например:
|
|
|
С(графит)⇄С(алмаз)
S(ромбическая)⇄S(моноклинная)
Р(белый)⇄Р(красный)
Sn(белоеолово)⇄Sn(сероеолово)
3О2(кислород)⇄2О3(озон).
В органической химии к этому типу реакций могут быть отнесены реакции изомеризации, которые идут без изменения не только качественного, но и количественного состава молекул веществ, например:
1. Изомеризация алканов.
Реакция изомеризации алканов имеет большое практическое значение, т.к. углеводороды изостроения обладают меньшей способностью к детонации.
2. Изомеризация алкенов.
3. Изомеризация алкинов (реакция А. Е. Фаворского).
4. Изомеризация галогеналканов (А. Е. Фаворский).
5. Изомеризация цианата аммония при нагревании.
Впервые мочевина была синтезирована Ф. Велером в 1882 г. изомеризацией цианата аммония при нагревании.
Реакции, идущие с изменением состава вещества
Можно выделить четыре типа таких реакций: соединения, разложения, замещения и обмена.
1. Реакции соединения — это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество.
В неорганической химии все многообразие реакций соединения можно рассмотреть на примере реакций получения серной кислоты из серы:
|
|
|
1) получение оксида серы (IV):
S+O2=SO2 — из двух простых веществ образуется одно сложное;
2) получение оксида серы (VI):
2SO2+O2
| t,p,кат. |
| ⇄ |
2SO3 - из простого и сложного веществ образуется одно сложное;
3) получение серной кислоты:
SO3+H2O=H2SO4 — из двух сложных веществ образуется одно сложное.
Примером реакции соединения, при которой одно сложное вещество образуется из более чем двух исходных, может служить заключительная стадия получения азотной кислоты:
4NO2+O2+2H2O=4HNO3.
В органической химии реакции соединения принято называть реакциями присоединения. Все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций, характеризующих свойства непредельных веществ, например этилена:
1) реакция гидрирования — присоединение водорода:
CH2
| = |
| этен |
CH2+H2
| Ni,t° |
| → |
CH3
| − |
| этан |
CH3;
2) реакция гидратации — присоединение воды:
CH2
| = |
| этен |
CH2+H2O
| H3PO4,t° |
| → |
| C2H5OH |
| этанол |
;
3) реакция полимеризации:
| nCH2=CH2 |
| этилен |
| p,кат.,t° |
| → |
| (−CH2−CH2−)n |
| полиэтилен |
2. Реакции разложения — это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.
|
|
|
В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций получения кислорода лабораторными способами:
1) разложение оксида ртути (II):
2HgO
| t° |
| → |
2Hg+O2↑ — из одного сложного вещества образуются два простых;
2) разложение нитрата калия:
2KNO3
| t° |
| → |
2KNO2+O2↑ — из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное;
3) разложение перманганата калия:
2KMnO4
| t° |
| → |
K2MnO4+MnO2+O2↑ — из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое, т.е. три новых вещества.
В органической химии реакции разложения можно рассмотреть на примере блока реакций получения этилена в лаборатории и промышленности:
1) реакция дегидратации (отщепления воды) этанола:
C2H5OH
| H2SO4,t° |
| → |
CH2=CH2+H2O;
2) реакция дегидрирования (отщепления водорода) этана:
CH3—CH3
| Cr2O3,500°C |
| → |
CH2=CH2+H2↑;
3) реакция крекинга (расщепления) пропана:
CH3−CH2CH3
| t° |
| → |
CH2=CH2+CH4↑.
3. Реакции замещения — это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-либо элемента в сложном веществе.
В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства, например, металлов:
|
|
|
1) взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
2) взаимодействие металлов с кислотами в растворе:
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑;
3) взаимодействие металлов с солями в растворе:
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu;
4) металлотермия:
2Al+Cr2O3
| t° |
| → |
Al2O3+2Cr.
Предметом изучения органической химии являются не простые вещества, а только соединения. Поэтому как пример реакции замещения приведем наиболее характерное свойство предельных соединений, в частности метана, — способность его атомов водорода замещаться на атомы галогена:
CH4+Cl2
| hν |
| → |
| CH3Cl |
| хлорметан |
+HCl,
CH3Cl+Cl2→
| CH2Cl2 |
| дихлорметан |
+HCl,
CH2Cl2+Cl2→
| CHCl3 |
| трихлорметан |
+HCl,
CHCl3+Cl2→
| CCl4 |
| тетрахлорметан |
+HCl.
Другой пример — бромирование ароматического соединения (бензола, толуола, анилина):
C6H6Br2
| FeBr3 |
| → |
| C6H5Br |
| бромбензол |
+HBr.
Обратим внимание на особенность реакций замещения у органических веществ: в результате таких реакций образуются не простое и сложное вещества, как в неорганической химии, а два сложных вещества.
В органической химии к реакциям замещения относят и некоторые реакции между двумя сложными веществами, например, нитрование бензола:
C6H6+
| HNO3 |
| бензол |
| H2SO4(конц.),t° |
| → |
| C6H5NO2 |
| нитробензол |
+H2O
Она формально является реакцией обмена. То, что это реакция замещения, становится понятным только при рассмотрении ее механизма.
4. Реакции обмена — это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.
Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, т.е. только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н2О).
В неорганической химии это может быть блок реакций, характеризующих, например, свойства щелочей:
1) реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды:
NaOH+HNO3=NaNO3+H2O
или в ионном виде:
OH–+H+=H2O;
2) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа:
2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O
или в ионном виде:
NH4++OH–=NH3↑+H2O;
3) реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка:
CuSO4+2KOH=Cu(OH)2↓+K2SO4
или в ионном виде:
Cu2++2OH−=Cu(OH)2↓
В органической химии можно рассмотреть блок реакций, характеризующих, например, свойства уксусной кислоты:
1) реакция, идущая с образованием слабого электролита — H2O:
CH3COOH+NaOH⇄NaCH3COO+H2O
или
CH3COOH+OH−⇄CH3COO−+H2O;
2) реакция, идущая с образованием газа:
2CH3COOH+CaCO3=2CH3COO–+Ca2++CO2↑+H2O;
3) реакция, идущая с образованием осадка:
2CH3COOH+K2SiO3=2KCH3COO+H2SiO3↓
или
2CH3COOH+SiO3−=2CH3COO−+H2SiO3↓.
Классификация химических реакций по изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества
Реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов, или окислительно-восстановительные реакции.
К ним относится множество реакций, в том числе все реакции замещения, а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество, например:
1.
| 0 |
| Mg |
+
| +1 |
| 2H |
+SO4−2=
| +2 |
| Mg |
SO4+
| 0 |
| H2 |
↑
−2
| ||||
| восстановитель |
| окисление |
| → |
| +2 |
| Mg |
+2
| ||||
| окислитель |
| восстановление |
| → |
| 0 |
| H2 |
2.
| 0 |
| 2Mg |
+
| 0 |
| O2 |
=
| +2 |
| 2Mg |
| −2 |
| O |
−2
| ||||
| восстановитель |
| окисление |
| → |
| +2 |
| Mg |
|4|2
+4
| ||||
| окислитель |
| восстановление |
| → |
| −2 |
| 2O |
|2|1
Как вы помните, сложные окислительно-восстановительные реакции составляются с помощью метода электронного баланса:
| 0 |
| 2Fe |
+6H2
| +6 |
| S |
O4(k)=
| +3 |
| Fe2 |
(SO4)3+3
| +4 |
| S |
O2+6H2O
−3
| ||||
| восстановитель |
| окисление |
| → |
| +3 |
| Fe |
|2
+2
| ||||
| окислитель |
| восстановление |
| → |
| +4 |
| S |
|3
В органической химии ярким примером окислительно-восстановительных реакций могут служить свойства альдегидов:
1. Альдегиды восстанавливаются в соответствующие спирты:
| CH3−
+
| |||||||||||
| уксусный альдегид |
| Ni,t° |
| → |
CH3−
| ||||||||
| этиловый спирт |
+2
| ||||
| окислитель |
| восстановление |
| → |
| −1 |
| C |
|1
−2
| ||||
| восстановитель |
| окисление |
| → |
2
| +1 |
| H |
|1
2. Альдегиды окисляются в соответствующие кислоты:
| CH3−
+
| |||||||||||||
| уксусный альдегид |
| t° |
| → |
| CH3−
+2
↓ | ||||||||||
| этиловый спирт |
−2
| ||||
| восстановитель |
| окисление |
| → |
| +3 |
| C |
|1
| 2
+2
| ||||
| окислитель |
| восстановление |
| → |
2
| 0 |
| Ag |
|1
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 2326; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!