"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Химическая реакция — превращение одних веществ в другие, при котором меняются их состав и свойства. Исходные вещества называют реагентами, а образующиеся — продуктами. Реакции записывают химическими уравнениями, где формулы показывают состав веществ, а коэффициенты — их количественное соотношение. Главное правило уравнивания: число атомов каждого элемента сохраняется.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая реакция — превращение одних веществ в другие, при котором изменяются их состав и свойства. Например, из железа и серы образуется новое вещество — сульфид железа. Это понятие помогает отличать химическое превращение от простого изменения формы или состояния вещества.
Реагенты — исходные вещества, вступающие в реакцию. Продукты реакции — вещества, которые образуются в результате превращения. В записи реакции реагенты находятся слева от стрелки, а продукты — справа, поэтому легко увидеть направление превращения.
Химическое уравнение — условная запись реакции с помощью химических формул и коэффициентов. Оно показывает, какие вещества взаимодействуют и в каком количественном соотношении. Такая запись нужна, чтобы не только описать реакцию словами, но и выполнять расчёты по её формуле.
Коэффициент записывают перед формулой: он показывает число частиц или количество вещества и относится ко всей формуле. Индекс стоит внутри формулы и показывает число атомов элемента в одной частице вещества. Например, в 2H₂O коэффициент 2 означает две частицы воды, а индекс ₂ показывает два атома водорода в каждой частице.
Во время реакции атомы не исчезают и не возникают заново, а перегруппировываются. Поэтому атомы исходных веществ переходят в состав продуктов, сохраняя свою принадлежность к определённому элементу. Именно это объясняет, почему в правильно составленном уравнении число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.
О реакции часто судят по наблюдаемым признакам: выделению газа, появлению осадка, изменению цвета, выделению тепла или света. Эти явления возникают потому, что образуются вещества с другими свойствами. Однако один признак не всегда достаточен: например, пузырьки могут появиться при кипении, которое не меняет состав вещества.
Многим реакциям нужны определённые условия, потому что частицам необходимо получить энергию или встретиться подходящим образом. Реакцию могут запускать нагревание, освещение, соприкосновение веществ или катализатор — вещество, ускоряющее превращение. Условия записывают над или под стрелкой в уравнении, например: 2H₂ + O₂ → 2H₂O, над стрелкой указывают нагревание.
Составление уравнения начинают с формул реагентов и продуктов, а затем сравнивают число атомов каждого элемента. Если числа не совпадают, перед формулами подбирают коэффициенты, не изменяя индексы. После этого пересчитывают все атомы ещё раз: равенство слева и справа подтверждает, что уравнение составлено правильно.
По составу реагентов и продуктов реакции делят на четыре основных типа. При соединении из нескольких веществ получается одно, при разложении одно вещество распадается на несколько. В реакциях замещения простое вещество вытесняет элемент из сложного, а в реакциях обмена два сложных вещества обмениваются составными частями.
| Тип реакции | Общая схема | Что происходит | Пример уравнения |
|---|---|---|---|
| Соединение | A + B → AB | Из двух или нескольких веществ образуется одно сложное вещество | 2Mg + O₂ → 2MgO |
| Разложение | AB → A + B | Одно сложное вещество распадается на несколько более простых | CaCO₃ → CaO + CO₂ |
| Замещение | A + BC → AC + B | Простое вещество замещает элемент в сложном веществе | Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu |
| Обмен | AB + CD → AD + CB | Два сложных вещества обмениваются составными частями | BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl |
Пользуясь таблицей, сначала определите число и вид веществ слева и справа от стрелки. Затем сравните превращение с общей схемой, а не только с количеством формул. Коэффициенты в примерах подобраны так, чтобы число атомов каждого элемента сохранялось.
Задание: расставьте коэффициенты в уравнении H₂ + O₂ → H₂O и назовите реагенты и продукт. Нужно уравнять число атомов обоих элементов, не меняя индексы в формулах. Сначала удобно рассмотреть кислород, потому что слева его два атома, а в одной молекуле воды — один.
Ответ: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Реагенты — водород и кислород, продукт — вода.
Задание: определить тип реакции и уравнять Fe + Cl₂ → FeCl₃. В продукте на три атома хлора приходится один атом железа, поэтому сразу подобрать коэффициент для хлора нельзя без общего кратного. Сначала уравняем хлор, а затем железо.
Ответ: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃; это реакция соединения, потому что из двух простых веществ образуется одно сложное.
Задание: составить уравнение реакции между растворами хлорида бария и сульфата натрия, назвать признак и тип. Ионы Ba²⁺ и SO₄²⁻ образуют малорастворимый сульфат бария, поэтому ожидается белый осадок. Оставшиеся ионы образуют хлорид натрия.
Ответ: BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl. Признак реакции — образование осадка, тип — реакция обмена.
Изменение индексов в формулах меняет состав вещества: из H₂O нельзя сделать H₂O₂ ради удобного подсчёта. Такую ошибку допускают, когда путают формулу вещества с его количеством. Проверка проста: индексы оставляют прежними, а меняют только числа перед формулами.
Коэффициент относится не только к первому элементу, а ко всей формуле. Например, 3H₂O означает шесть атомов водорода и три атома кислорода. Чтобы не ошибиться, мысленно умножайте на коэффициент каждый индекс и число атомов во всей частице.
Нагревание, смешивание или появление пузырьков сами по себе ещё не доказывают химическую реакцию. Такие явления могут быть физическими изменениями или следствием уже начавшегося процесса. Проверяйте, образовались ли вещества с новым составом и свойствами.
Нельзя определять тип реакции только по числу формул в записи. Две формулы могут участвовать и в замещении, и в обмене, поэтому нужно сравнить состав веществ с общей схемой. Сначала найдите, какие частицы изменились, а затем назовите тип.
Для составления уравнений нужны знания о химических формулах, валентности и зарядах ионов: они помогают правильно записать состав реагентов и продуктов. Тема опирается на закон сохранения массы веществ, поскольку сохранение атомов объясняет равенство их числа в уравнении.
Химические уравнения понадобятся при изучении свойств классов веществ, расчётах по уравнениям и химических производств. По ним определяют соотношение веществ, оценивают расход сырья и количество получаемого продукта.
Чем химическая реакция отличается от физического явления?
При химической реакции образуются новые вещества с другим составом и свойствами. При физическом явлении меняется форма, агрегатное состояние или расположение вещества, но его состав сохраняется.
Всегда ли выделение газа означает, что произошла химическая реакция?
Нет. Газ может выделиться, например, при кипении жидкости, и это будет физическое явление. Признак становится доказательством реакции только вместе с другими данными о превращении веществ.
Почему при уравнивании нельзя менять индексы в формулах?
Индекс показывает состав конкретного вещества. Если изменить его, получится уже другое вещество, поэтому при уравнивании меняют только коэффициенты перед формулами.
Как понять, к какому типу относится реакция?
Нужно сравнить число и состав исходных веществ и продуктов с общей схемой реакции. Например, A + B → AB — соединение, а AB → A + B — разложение.
Где в уравнении записывают условия проведения реакции?
Условия записывают над или под стрелкой. Там указывают нагревание, свет, катализатор или другие необходимые обстоятельства.
§ 40. Химические реакции
