28. Реакции разложения

Определения и обозначения

Реакция разложения — химическая реакция, в которой из одного сложного вещества образуются два или несколько веществ. Например, пероксид водорода превращается в воду и кислород. Определение помогает распознать этот тип реакции по числу исходных веществ и продуктов.

Катализатор — вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в её результате не расходуется. Например, оксид марганца(IV) ускоряет разложение пероксида водорода. Знание роли катализатора позволяет отличить его от исходного вещества и продукта реакции.

Термическое разложение — разложение вещества при нагревании. Тепло помогает запустить реакцию, если частицам не хватает энергии для превращения. Это понятие нужно, чтобы правильно указывать условия проведения реакции в химическом уравнении.

Как это устроено

Главный признак реакции разложения — одно исходное вещество слева и несколько продуктов справа. Это отличает её от реакций, в которых соединяются несколько исходных веществ или происходит обмен частями между ними. Условную схему записывают так: AB → A + B, где AB обозначает сложное вещество, а A и B — продукты. Продуктов может быть не два, а больше, поэтому схема показывает общий принцип, а не единственный возможный случай.

Продукты связаны с составом исходного вещества: они образуются из тех элементов, которые уже входили в его состав. Иногда сложное вещество распадается на простые вещества, например на элементы. В других случаях возникают два или несколько более простых сложных веществ. Поэтому перед записью уравнения нужно учитывать известные свойства вещества и условие задачи, а не просто произвольно разделять его формулу.

Для начала многих реакций разложения требуется нагревание: частицы получают энергию, необходимую для перестройки химических связей. Если реакции нужно тепло, над стрелкой уравнения ставят обозначение нагревания, например t°. Так показывают условие проведения реакции, а не дополнительный реагент. Сам факт нагревания не меняет формулы исходного вещества и продуктов.

Разложение пероксида водорода можно ускорить оксидом марганца(IV). При нагревании оно тоже происходит, но введение катализатора позволяет реакции идти быстрее без его расходования. Уравнение с катализатором записывают так: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂, а над стрелкой указывают MnO₂. Катализатор не включают в число продуктов и не ставят перед ним коэффициент как перед расходуемым веществом.

Чтобы записать и уравнять реакцию, сначала указывают формулы исходного вещества и всех продуктов, а затем считают атомы каждого элемента по обе стороны стрелки. Коэффициенты подбирают так, чтобы число атомов совпало: это выражает закон сохранения массы веществ. Например, в записи H₂O₂ → H₂O + O₂ кислорода слева два атома, а справа три, поэтому формулы нужно уравнять коэффициентами. Индексы в формулах не меняют, иначе получится другое вещество.

Примеры реакций разложения и их условия

Сначала найдите в таблице исходное вещество и условие реакции, затем прочитайте, какие продукты ему соответствуют. Сравните число формул слева и справа: это поможет увидеть общий признак разложения. По уравнению также можно проверить, уравнена ли реакция подсчётом атомов.

Разбор задач

1. Определите тип реакции и расставьте коэффициенты: H₂O₂ → H₂O + O₂.

Слева записано одно вещество, а справа — два продукта, значит, это реакция разложения. Теперь проверим, совпадает ли число атомов. В исходной записи кислорода слева два атома, а справа три, поэтому без коэффициентов закон сохранения массы не выполняется.

1. Сначала уравняем водород: поставим 2 перед H₂O₂ и 2 перед H₂O. Теперь с обеих сторон по четыре атома водорода.
2. Слева стало четыре атома кислорода. Справа в двух молекулах воды два атома кислорода, поэтому ещё два должны входить в O₂.

Ответ: реакция разложения, 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. Число атомов водорода и кислорода с обеих сторон совпадает.

2. Запишите уравнение разложения карбоната меди(II) при нагревании, если образуются оксид меди(II) и углекислый газ.

По условию известно исходное вещество и названы оба продукта. Формулы составляют по названиям: карбонат меди(II) — CuCO₃, оксид меди(II) — CuO, углекислый газ — CO₂. Поскольку реакция идёт при нагревании, над стрелкой можно указать t°.

1. Запишем исходное вещество слева, а продукты справа: CuCO₃ → CuO + CO₂.
2. Сосчитаем атомы: с обеих сторон по одному атому меди, одному углерода и трём атомам кислорода.
3. Коэффициенты не нужны, потому что баланс уже соблюдён. Индексы в формулах оставляем без изменений.

Ответ: CuCO₃ → CuO + CO₂, t°. При разложении карбоната меди(II) образуются оксид меди(II) и углекислый газ.

3. При разложении перманганата калия образуются манганат калия, диоксид марганца и кислород. Составьте и уравняйте уравнение реакции.

Сначала по названиям запишем формулы: KMnO₄, K₂MnO₄, MnO₂ и O₂. Перечисляем все продукты, потому что в условии названы три вещества. Реакцию проводят при нагревании, поэтому условие можно указать над стрелкой.

1. Запишем схему: KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.
2. В продукте K₂MnO₄ два атома калия, значит, поставим 2 перед KMnO₄. Теперь слева два атома марганца: один входит в K₂MnO₄, второй — в MnO₂.
3. Слева восемь атомов кислорода. Справа четыре находятся в K₂MnO₄, два — в MnO₂, ещё два — в O₂, всего восемь.

Ответ: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂, t°. Все продукты записаны, а число атомов калия, марганца и кислорода совпадает по обе стороны уравнения.

Типичные ошибки

Ошибка: считать разложением любое превращение вещества. Иногда так думают, потому что вещество меняется, но для разложения важен конкретный признак: одно исходное вещество и несколько продуктов. Проверьте число формул слева и справа от стрелки; если слева веществ несколько, это не разложение.

Ошибка: записывать только один продукт, хотя исходное вещество распадается на два или более вещества. Так происходит, когда при составлении уравнения вспоминают лишь наиболее заметный продукт. Сверьтесь с условием задачи и проверьте, все ли названные вещества стоят справа от стрелки.

Ошибка: менять индекс в формуле вместо подбора коэффициента. Индекс показывает состав частицы, и его изменение означает, что записано другое вещество. Для проверки сравните формулы до и после уравнивания: неизменными должны остаться индексы, а число частиц меняют коэффициентами перед формулами.

Ошибка: считать катализатор продуктом или расходуемым веществом. Его могут принять за реагент, если видят обозначение рядом с уравнением. Катализатор указывают над стрелкой, а затем проверьте, что он не записан среди продуктов и не включён в подсчёт расходуемых веществ.

Связь с другими темами

Для работы с реакциями разложения нужны навыки составления формул веществ и чтения химических уравнений: без них нельзя правильно записать исходное вещество и продукты. Затем применяют закон сохранения массы веществ и уравнивают реакцию коэффициентами. Эти умения пригодятся при изучении других типов реакций, а сами реакции разложения помогают понять способы получения веществ в лаборатории.

Что запомнить

• В реакции разложения одно сложное вещество превращается в два или несколько веществ.
• Общая схема реакции разложения: AB → A + B.
• Продуктами разложения могут быть простые и сложные вещества.
• Многие реакции разложения протекают при нагревании.
• Катализатор ускоряет реакцию и не расходуется в ней.
• Уравнение реакции разложения составляют с соблюдением закона сохранения массы веществ.