§ 31. Реакции соединения

Определения и обозначения

Реакция соединения — реакция, в которой из двух или нескольких исходных веществ образуется одно сложное вещество. Например, из магния и кислорода получается оксид магния. Определение помогает узнать тип реакции по числу веществ до и после стрелки.

Исходные вещества — вещества, вступающие в химическую реакцию; в уравнении их записывают слева от стрелки. Они расходуются и превращаются в новое вещество или вещества. По исходным веществам можно понять, какие частицы участвуют в превращении.

Продукт реакции — вещество, образующееся в результате реакции; в реакции соединения продукт один и его записывают справа от стрелки. Он имеет новый состав и свойства по сравнению с исходными веществами. Поэтому число продуктов — главный признак, который нужно проверить.

Схема реакции соединения — условная запись вида A + B → AB, показывающая, что из нескольких веществ образуется одно. Буквы обозначают вещества, а стрелка — направление превращения. В настоящих уравнениях вместо букв записывают химические формулы.

Как это устроено

Реакцию относят к соединению, если слева от стрелки находятся два или несколько исходных веществ, а справа — только одно сложное вещество. Число частиц продукта может быть больше одного из-за коэффициента, но химическое вещество остаётся одним. Например, в записи 2Mg + O₂ → 2MgO продуктом считается оксид магния, а не два разных продукта.

Схема A + B → AB показывает главное изменение: части исходных веществ объединяются в состав одного вещества. Индексы в конкретных формулах могут быть разными, потому что состав каждого вещества определяется строением и валентностью элементов. Поэтому вместо условного AB встречаются MgO, Al₂O₃ или Ca(OH)₂, а сама логика реакции сохраняется.

Реакция соединения может идти между простыми веществами, состоящими из атомов одного элемента. Например, магний реагирует с кислородом и образует оксид магния: 2Mg + O₂ → 2MgO. Здесь два исходных вещества соединяются в одно сложное вещество — оксид.

Исходными веществами могут быть и сложные вещества. Оксид кальция CaO при взаимодействии с водой H₂O образует гидроксид кальция Ca(OH)₂: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Реакция остаётся соединением, потому что два вещества превращаются в один продукт.

Уравнение нужно уравнивать из-за закона сохранения массы веществ: атомы не исчезают и не возникают заново. Поэтому число атомов каждого элемента слева и справа должно быть одинаковым. Для этого подбирают коэффициенты перед формулами, но не изменяют индексы внутри формул, иначе получится другое вещество.

Примеры реакций соединения

Сначала по таблице определите, сколько исходных веществ записано слева и сколько продуктов справа. Затем проверьте формулы и число атомов в уже уравненном уравнении. Она показывает, что реакции соединения возможны как между простыми, так и между сложными веществами.

Разбор задач

Задача 1

Условие: определите, является ли реакцией соединения реакция 2Mg + O₂ → 2MgO.

1. Слева от стрелки находятся магний Mg и кислород O₂. Это два исходных вещества.
2. Справа записана формула MgO. Коэффициент 2 показывает две частицы оксида магния, но вещество остаётся одним.
3. Сравниваем число веществ: несколько исходных веществ превращаются в один продукт.

Ответ: да, это реакция соединения.

Задача 2

Условие: составьте и уравняйте реакцию алюминия с кислородом, если образуется оксид алюминия Al₂O₃.

1. Записываем формулы: алюминий Al, кислород O₂ и продукт Al₂O₃. Получаем схему Al + O₂ → Al₂O₃.
2. В Al₂O₃ два атома алюминия и три атома кислорода. Чтобы учесть чётное число атомов кислорода в O₂, ставим коэффициент 2 перед Al₂O₃.
3. Теперь справа 4 атома Al и 6 атомов O, поэтому слева ставим 4 перед Al и 3 перед O₂.

Ответ: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.

Задача 3

Условие: P₂O₅ реагирует с водой с образованием H₃PO₄. Составьте и уравняйте уравнение.

1. Записываем схему: P₂O₅ + H₂O → H₃PO₄.
2. Слева два атома фосфора, поэтому ставим 2 перед H₃PO₄. Справа теперь 6 атомов водорода, значит, перед H₂O нужен коэффициент 3.
3. Проверяем кислород: слева 5 + 3 = 8 атомов, справа 2 · 4 = 8. Все элементы совпали.

Ответ: P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄.

Типичные ошибки

Считать реакцией соединения любую реакцию с двумя исходными веществами — ошибка. Нужно проверить не только левую часть, но и правую: продукт должен быть один. Если справа записаны два разных вещества, признак соединения не выполнен.

Коэффициент перед формулой иногда принимают за часть формулы. Например, 2MgO означает две частицы одного вещества MgO, а не новое вещество. Чтобы проверить себя, временно уберите коэффициент и определите состав по индексам.

Нельзя изменять индексы, пытаясь уравнять реакцию. Запись H₂O и H₂O₂ обозначает разные вещества, поэтому меняется смысл реакции. Уравнивание выполняют только коэффициентами перед формулами.

Кислород как простое вещество записывают формулой O₂, а не O. Ошибка появляется, когда забывают, что молекула кислорода состоит из двух атомов. Проверьте формулу каждого простого вещества до расстановки коэффициентов.

Связь с другими темами

Для реакций соединения нужно уметь составлять формулы простых и сложных веществ и читать химические уравнения. Уравнивание основано на законе сохранения массы и требует подсчёта атомов каждого элемента. Сравнение числа исходных веществ и продуктов помогает отличать соединение от реакций разложения, замещения и обмена.

Что запомнить

• В реакции соединения из двух или нескольких веществ образуется один продукт.
• Общая схема реакции соединения: A + B → AB.
• Продукт реакции соединения — сложное вещество.
• Число атомов каждого элемента сохраняется.
• Для уравнивания подбирают коэффициенты, не меняя индексы в формулах.
• Реагировать могут как простые, так и сложные вещества.