§ 30. Реакции разложения

Определения и обозначения

Реакция разложения — реакция, в которой из одного сложного вещества образуются два или несколько веществ. Например, при нагревании оксид ртути(II) превращается в ртуть и кислород. Определение помогает узнать реакцию по тому, сколько веществ записано до и после стрелки.

Исходное вещество — единственный реагент, записываемый в левой части уравнения реакции разложения. Оно содержит атомы, из которых образуются продукты. Это понятие нужно, чтобы определить, от какого вещества начинается превращение.

Продукты реакции — два или несколько веществ, образующихся в результате разложения. Их формулы записывают справа от стрелки. Название помогает не путать вещества, полученные при реакции, с исходным реагентом.

Катализатор — вещество, ускоряющее реакцию и не расходующееся в её результате. Например, диоксид марганца ускоряет разложение пероксида водорода. Катализатор указывают над стрелкой, чтобы показать условие реакции, но не включают в список продуктов.

Как это устроено

Распознать разложение можно по числу веществ в уравнении: слева находится одно сложное вещество, справа — два или больше. Условная запись такой реакции — AB → A + B, где A и B обозначают части состава, а не обязательно отдельные атомы. Например, в уравнении 2HgO → 2Hg + O₂ один реагент даёт два продукта. Если слева записано несколько реагентов, схема уже не соответствует разложению.

Часто для начала реакции нужно нагреть вещество или пропустить через него электрический ток. Внешнее воздействие передаёт частицам энергию: благодаря ей связи между атомами или группами атомов могут перестроиться. Например, воду разлагают электрическим током, а карбонат кальция — нагреванием. Для некоторых реакций вместо сильного нагрева достаточно катализатора, который ускоряет превращение.

Продукты нельзя выбирать произвольно: нужно учитывать, какие элементы входят в исходное вещество и в каких количествах. Например, карбонат кальция содержит кальций, углерод и кислород, поэтому при разложении образуются оксид кальция и углекислый газ: CaCO₃ → CaO + CO₂. В обеих частях здесь по одному атому кальция и углерода, а также по три атома кислорода. Такая проверка опирается на закон сохранения атомов и помогает обнаружить неверную формулу или коэффициент.

Разложение отличается от других типов реакций расположением и числом исходных веществ и продуктов. При соединении из нескольких веществ получают одно, при замещении атомы простого вещества вытесняют элемент из сложного, а при обмене две сложные частицы обмениваются составными частями. Поэтому одной формулы продукта недостаточно: для определения типа реакции нужно сравнить всю левую и правую части уравнения. Такое сравнение помогает классифицировать превращение, даже если названия веществ незнакомы.

Катализатор влияет на скорость, то есть реакция с ним протекает быстрее, чем без него. Он помогает частицам вступить в превращение, но после реакции остаётся иным участником, чем исходные вещества или продукты. Поэтому при разложении пероксида водорода диоксид марганца указывают над стрелкой, а справа записывают воду и кислород. Состав конечных продуктов от наличия катализатора не меняется.

Примеры реакций разложения

Сначала по левой части определите исходное вещество, затем прочитайте продукты и условия. После этого проверьте уравнение: число атомов каждого элемента слева и справа должно совпадать. Знак условий над стрелкой показывает, что нужно для реакции, но не является формулой продукта.

Разбор задач

Задача 1. Определить, является ли реакция 2HgO → 2Hg + O₂ реакцией разложения, и назвать исходное вещество и продукты. Сравним левую и правую части: коэффициент 2 не меняет число видов веществ. Важно считать именно разные формулы, а не общее число атомов. По этому признаку можно установить тип превращения.

1. Слева записано только одно вещество — HgO.
2. Справа находятся два вещества: Hg и O₂.
3. Следовательно, одно сложное вещество образует несколько продуктов, значит, это реакция разложения.

Ответ: реакция разложения; исходное вещество — оксид ртути(II), продукты — ртуть и кислород. Коэффициенты показывают количества частиц и обеспечивают равенство числа атомов ртути и кислорода.

Задача 2. Составить и уравнять реакцию разложения карбоната кальция при нагревании. В формуле CaCO₃ есть кальций, углерод и кислород, поэтому нужно подобрать продукты, которые вместе содержат все эти элементы. Карбонат кальция при нагревании даёт оксид кальция и углекислый газ. Проверим, сохранится ли число атомов после записи формул.

1. Записываем исходное вещество: CaCO₃.
2. Записываем продукты: CaO и CO₂; ставим стрелку и отмечаем нагревание.
3. Получаем CaCO₃ → CaO + CO₂. Слева и справа по одному атому Ca, одному C и трём O, поэтому коэффициенты равны единице.

Ответ: CaCO₃ → CaO + CO₂, нагревание. Проверка состава подтверждает, что уравнение уравнено и ни один атом не исчез и не появился.

Задача 3. Составить уравнение получения кислорода при разложении перманганата калия и указать роль условий реакции. Формула KMnO₄ показывает, что исходное вещество содержит калий, марганец и кислород. При нагревании образуются манганат калия, диоксид марганца и кислород. Коэффициенты подбирают так, чтобы все эти атомы сохранились.

1. Записываем формулы: KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.
2. Уравниваем калий: ставим 2 перед KMnO₄, чтобы получить два атома K слева и справа.
3. Теперь слева два атома Mn и восемь атомов O. Справа после подсчёта также два атома Mn и восемь атомов O, поэтому уравнение готово.
4. Над стрелкой указываем нагревание: оно запускает разложение, а кислород O₂ является одним из продуктов.

Ответ: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂, t°. Проверка показывает одинаковое число атомов K, Mn и O по обе стороны стрелки.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать разложением любое превращение, в котором участвует одно вещество. Но по определению должны образоваться два или несколько продуктов: если справа только одно вещество, схема разложения не подходит. Такую ошибку допускают, обращая внимание лишь на число реагентов. Для проверки посчитайте разные формулы слева и справа.

Вторая ошибка — неверно определять продукты по индексам исходной формулы и нарушать закон сохранения атомов. Индексы показывают число атомов в одной формульной единице, но не всегда напрямую задают готовые формулы продуктов. Необходимо записать подходящие формулы и пересчитать атомы каждого элемента по обе стороны. Если количество не совпало, проверьте и продукты, и коэффициенты.

Третья ошибка — забывать указать нагревание, электрический ток или катализатор. Условия нужны, потому что без внешнего воздействия многие реакции разложения не начинаются или идут слишком медленно. Их обычно обозначают над стрелкой, не записывая как реагент или продукт. Перед сдачей решения проверьте, указаны ли известные условия превращения.

Четвёртая ошибка — менять индексы вместо того, чтобы уравнять реакцию коэффициентами. Изменение индекса меняет состав и название вещества, поэтому получается уже другое уравнение. Такая путаница возникает, когда пытаются быстро сделать число атомов одинаковым. Сначала запишите правильные формулы, затем подбирайте числа перед ними и в конце пересчитайте атомы.

Связь с другими темами

Для работы с реакциями разложения нужны формулы веществ, знания о валентности и закон сохранения массы. Они помогают правильно записывать состав исходных веществ и продуктов и проверять уравнения. Позже эта тема пригодится при изучении способов получения кислорода и других веществ, а также при классификации химических реакций. Составление уравнений разложения используют при описании лабораторных и промышленных способов получения веществ.

Что запомнить

• В реакции разложения из одного сложного вещества образуются два или несколько веществ.
• Общая схема реакции разложения: AB → A + B.
• Исходное вещество записывают слева, продукты реакции — справа.
• Состав продуктов определяют с соблюдением закона сохранения атомов.
• Для протекания реакции часто нужны нагревание, электрический ток или катализатор.
• Катализатор ускоряет реакцию, но не расходуется и не становится продуктом.
• Уравнение реакции разложения должно быть уравнено коэффициентами.