Классификация химических реакций с точки зрения изменения степени окисления элементов

Классификацию химических реакций в неорганической и органической химии осуществляют на основании различных классифицирующих признаков, сведения о которых приведены в таблице ниже.

Первый признак классификации — по изменению степени окисления элементов, образующих реагенты и продукты.
а) окислительно-восстановительные
б) без изменения степени окисления
Окислительно-восстановительными называют реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления химических элементов, входящих в состав реагентов. К окислительно-восстановительным в неорганической химии относятся все реакции замещения и те реакции разло­жения и соединения, в которых участвует хотя бы одно прос­тое вещество. К реакциям, идущим без изменения степе­ней окисления элементов, образующих реагенты и продукты реакции, относятся все реакции обмена.

По числу и составу реагентов и продуктов

Химические реакции классифицируются по характеру процесса, т.е по числу и составу реагентов и продуктов.

Реакциями соединения называют химические реакции, в результате которых сложные молекулы получаются из нескольких более простых, например:
4Li + O₂ = 2Li₂O

Реакциями разложения называют химические реакции, в результате которых простые молекулы получаются из более сложных, например:
CaCO₃ = CaO + CO₂

Реакции разложения можно рассматривать как процессы, обратные соединению.

Реакциями замещения называют химические реакции, в результате которых атом или группа атомов в молекуле вещества замещается на другой атом или группу атомов, например:
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ 

Их отличительный признак — взаимодействие простого вещества со сложным. Такие реакции есть и в органической химии.
Однако понятие «замещение» в органике шире, чем в неорганической химии. Если в молекуле исходного вещества какой-либо атом или функциональная группа заменяются на другой атом или группу, это тоже реакции замещения, хотя с точки зрения неорганической химии процесс выглядит как реакция обмена.
— обмена (в том числе и нейтрализации).
Реакциями обмена называют химические реакции, протекающие без изменения степеней окисления элементов и приводящие к обмену составных частей реагентов, например:
AgNO₃ + KBr = AgBr + KNO₃

По возможности протекать в обратном направлении

По возможности протекать в обратном направлении – обратимые и необратимые.

Обратимыми называют химические реакции, протекающие при данной температуре одновременно в двух противоположных направлениях с соизмеримыми скоростями. При записи уравнений таких реакций знак равенства заменяют противоположно направленными стрелками. Простейшим примером обратимой реакции является синтез аммиака взаимодействием азота и водорода:

Необратимыми называют реакции, протекающие только в прямом направлении, в результате которых образуются продукты, не взаимодействующие между собой. К необратимым относят химические реакции, в результате которых образуются малодиссоциированные соединения, происходит выделение большого количества энергии, а также те, в которых конечные продукты уходят из сферы реакции в газообразном виде или в виде осадка, например:

HCl + NaOH = NaCl + H2O

По тепловому эффекту

Экзотермическими называют химические реакции, идущие с выделением теплоты. Условное обозначение изменения энтальпии (теплосодержания) ΔH, а теплового эффекта реакции Q. Для экзотермических реакций Q > 0, а ΔH 0.

Реакции соединения как правило будут реак­циями экзотермическими, а реакции разложения — эндотер­мическими. Редкое исключение — реакция азота с кислородом — эндотермиче­ская:
N2 + О2 → 2NO – Q

Гомогенными называют реакции, протекающие в однородной среде (однородные вещества, в одной фазе, например г-г, реакции в растворах).

Гетерогенными называют реакции, протекающие в неоднородной среде, на поверхности соприкосновения реагирующих веществ, находящихся в разных фазах, например, твердой и газообразной, жидкой и газообразной, в двух несмешивающихся жидкостях.

По использованию катализатора

Катализатор – вещество ускоряющее химическую реакцию.

Каталитические реакции протекают только в присутствии катализатора (в том числе и ферментативные).

Некаталитические реакции идут в отсутствие катализатора.

По типу разрыва связей

По типу разрыва химической связи в исходной молекуле различают гомолитические и гетеролитические реакции.

Гомолитическими называются реакции, при которых в результате разрыва связей образуются частицы, имеющие неспаренный электрон — свободные радикалы.

Гетеролитическими называют реакции, протекающие через образование ионных частиц — катионов и анионов.

• гомолитические (равный разрыв, каждый атом по 1 электрону получает)
• гетеролитический (неравный разрыв – одному достается пара электронов)

Радикальными (цепными) называют химические реакции с участием радикалов, например:

Ионными называют химические реакции, протекающие с участием ионов, например:

Электрофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с электрофилами — частицами, несущими целый или дробный положительный заряд. Они подразделяются на реакции электрофильного замещения и электрофильного присоединения, например:

Нуклеофильными называют гетеролитические реакции органических соединений с нуклеофилами — частицами, несущими целый или дробный отрицательный заряд. Они подразделяются на реакции нуклеофильного замещения и нуклеофильного присоединения, например:

Классификация органических реакций

Классификация органических реакций приведена в таблице:

I. По числу и составу реагирующих веществ

Реакции, идущие без изменения состава веществ.

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 (белое олово) ↔ Sn (серое олово)
3O₂ (кислород) ↔ 2O₃ (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, так как углеводороды изостроения обладают меньшей способностью к детонации.

2. Изомеризация алкенов.

3. Изомеризация алкинов (реакция А. Е. Фаворского).

4. Изомеризация галогеналканов (А. Е. Фаворский, 1907 г.).

5. Изомеризация цианита аммония при нагревании.

Впервые мочевина была синтезирована Ф. Велером в 1828 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, например, на примере реакций получения серной кислоты из серы:

1. Получение оксида серы (IV):

S + O₂ = SO — из двух простых веществ образуется одно сложное.

2. Получение оксида серы (VI):

SO₂ + 0₂ → 2SO₃ — из простого и сложного веществ образуется одно сложное.

3. Получение серной кислоты:

SO₃ + Н₂O = Н₂SO₄ — 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:

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 — присоединения водорода:

2. Реакция гидратации — присоединения воды.

3. Реакция полимеризации.

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 блоке реакций получения кислорода лабораторными способами:

1. Разложение оксида ртути(II) — из одного сложного вещества образуются два простых.

2. Разложение нитрата калия — из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное.

3. Разложение перманганата калия — из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое, то есть три новых вещества.

В органической химии реакции разложения можно рассмотреть на блоке реакций получения этилена в лаборатории и в промышленности:

1. Реакция дегидратации (отщепления воды) этанола:

2. Реакция дегидрирования (отщепление водорода) этана:

3. Реакция крекинга (расщепления) пропана:

3. Реакции замещения

— это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе.

В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства, например, металлов:

1. Взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой:

2. Взаимодействие металлов с кислотами в растворе:

3. Взаимодействие металлов с солями в растворе:

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. Другой пример — бромирование ароматического соединения (бензола, толуола, анилина).

Обратим внимание на особенность реакции замещения у органических веществ: в результате таких реакций образуются не простое и сложное вещество, 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. 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, то есть только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н₂O).

В неорганической химии это может быть блок реакций, характеризующих, например, свойства щелочей:

1. Реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды.

2. Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа.

3. Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка:

или в ионном виде:

В органической химии можно рассмотреть блок реакций, характеризующих, например, свойства уксусной кислоты:

1. Реакция, идущая с образованием слабого электролита — Н₂O:

СН₃СООН + NаОН → Nа(СН3СОО) + Н₂O

2. Реакция, идущая с образованием газа:

3. Реакция, идущая с образованием осадка:

II. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества

По этому признаку различают следующие реакции:

1. 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:

2. 2Mg 0 + O 0 ₂ = Mg +2 O -2

Сложные окислительно-восстановительные реакции составляются с помощью метода электронного баланса.

2KMn +7 O₄ + 16HCl — = 2KCl — + 2Mn +2 Cl — ₂ + 5Cl 0 ₂↑ + 8H₂O

В органической химии ярким примером окислительно-восстановительных реакций могут служить свойства альдегидов.

1. Они восстанавливаются в соответствующие спирты:

Альдекиды окисляются в соответствующие кислоты:

2. Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов.

К ним, например, относятся все реакции ионного обмена, а также многие реакции соединения, многие реакции разложения, реакции этерификации:

НСООН + CHgOH = НСООСН₃ + H₂O

III. По тепловому эффекту

По тепловому эффекту реакции делят на экзотермические и эндотермические.

1. Экзотермические реакции протекают с выделением энергии.

К ним относятся почти все реакции соединения. Редкое исключение составляют эндотермические реакции синтеза оксида азота(II) из азота и кислорода и реакция газообразного водорода с твердым иодом.

Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения. Гидрирование этилена — пример экзотермической реакции. Она идет при комнатной температуре.

2. Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии.

Очевидно, что к ним будут относиться почти все реакции разложения, например:

1. Обжиг известняка

2. Крекинг бутана

Количество выделенной или поглощенной в результате реакции энергии называют тепловым эффектом реакции, а уравнение химической реакции с указанием этого эффекта называют термохимическим уравнением:

IV. По агрегатному состоянию реагирующих веществ (фазовому составу)

По агрегатному состоянию реагирующих веществ различают:

1. Гетерогенные реакции

— реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах).

2. Гомогенные реакции

— реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе).

V. По участию катализатора

По участию катализатора различают:

1. Некаталитические реакции

, идущие без участия катализатора.

2. Каталитические реакции

, идущие с участием катализатора. Так как все биохимические реакции, протекающие в клетках живых организмов, идут с участием особых биологических катализаторов белковой природы — ферментов, все они относятся к каталитическим или, точнее, ферментативным. Следует отметить, что более 70% химических производств используют катализаторы.

VI. По направлению

По направлению различают:

1. Необратимые реакции

протекают в данных условиях только в одном направлении. К ним можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды) и все реакции горения.

2. Обратимые реакции

в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях. Таких реакций подавляющее большинство.

В органической химии признак обратимости отражают названия — антонимы процессов:

Обратимы все реакции этерификации (противоположный процесс, как вы знаете, носит название гидролиза) и гидролиза белков, сложных эфиров, углеводов, полинуклеотидов. Обратимость этих процессов лежит в основе важнейшего свойства живого организма — обмена веществ.

VII. По механизму протекания различают:

1. Радикальные реакции

идут между образующимися в ходе реакции радикалами и молекулами.

Как вы уже знаете, при всех реакциях происходит разрыв старых и образование новых химических связей. Способ разрыва связи в молекулах исходного вещества определяет механизм (путь) реакции. Если вещество образовано за счет ковалентной связи, то могут быть два способа разрыва этой связи: гемолитический и гетеролитический. Например, для молекул Сl₂, СН₄ и т. д. реализуется гемолитический разрыв связей, он приведет к образованию частиц с неспаренными электронами, то есть свободных радикалов.

Радикалы чаще всего образуются, когда разрываются связи, при которых общие электронные пары распределены между атомами примерно одинаково (неполярная ковалентная связь), однако многие полярные связи также могут разрываться подобным же образом, в частности тогда, когда реакция проходит в газовой фазе и под действием света, как, например, в случае рассмотренных выше процессов — взаимодействия С₁₂ и СН₄ — . Радикалы очень реакционноспособны, так как стремятся завершить свой электронный слой, забрав электрон у другого атома или молекулы. Например, когда радикал хлора сталкивается с молекулой водорода, то он вызывает разрыв общей электронной пары, связывающей атомы водорода, и образует ковалентную связь с одним из атомов водорода. Второй атом водорода, став радикалом, образует общую электронную пару с неспаренным электроном атома хлора из разрушающейся молекулы Сl₂, в результате чего возникает радикал хлора, который атакует новую молекулу водорода и т. д

Реакции, представляющие собой цепь последовательных превращений, называют цепными реакциями.

За разработку теории цепных реакций два выдающихся химика — наш соотечественник Н. Н. Семенов и англичанин С. А. Хиншелвуд были удостоены Нобелевской премии.
Аналогично протекает и реакция замещения между хлором и метаном:

По радикальному механизму протекают большинство реакций горения органических и неорганических веществ, синтез воды, аммиака, полимеризация этилена, винилхлорида и др.

2. Ионные реакции идут между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами.

Типичные ионные реакции — это взаимодействие между электролитами в растворе. Ионы образуются не только при диссоциации электролитов в растворах, но и под действием электрических разрядов, нагревания или излучений. γ-Лучи, например, превращают молекулы воды и метана в молекулярные ионы.

По другому ионному механизму происходят реакции присоединения к алкенам галогеноводородов, водорода, галогенов, окисление и дегидратация спиртов, замещение спиртового гидроксила на галоген; реакции, характеризующие свойства альдегидов и кислот. Ионы в этом случае образуются при гетеролитическом разрыве ковалентных полярных связей.

VIII. По виду энергии,

инициирующей реакцию, различают:

1. Фотохимические реакции.

Их инициирует световая энергия. Кроме рассмотренных выше фотохимических процессов синтеза НСl или реакции метана с хлором, к ним можно отнести получение озона в тропосфере как вторичного загрязнителя атмосферы. В роли первичного в этом случае выступает оксид азота(IV), который под действием света образует радикалы кислорода. Эти радикалы взаимодействуют с молекулами кислорода, в результате чего получается озон.

Образование озона идет все время, пока достаточно света, так как NO может взаимодействовать с молекулами кислорода с образованием того же NO₂. Накопление озона и других вторичных загрязнителей атмосферы может привести к появлению фотохимического смога.

К этому виду реакций принадлежит и важнейший процесс, протекающий в растительных клетках, — фотосинтез, название которого говорит само за себя.

2. Радиационные реакции.

Они инициируются излучениями большой энергии — рентгеновскими лучами, ядерными излучениями (γ-лучами, а-частицами — Не 2+ и др.). С помощью радиационных реакций проводят очень быструю радиополимеризацию, радиолиз (радиационное разложение) и т. д.

Например, вместо двухстадийного получения фенола из бензола его можно получать взаимодействием бензола с водой под действием радиационных излучений. При этом из молекул воды образуются радикалы [•OН] и [•H•], с которыми и реагирует бензол с образованием фенола:

Вулканизация каучука может быть проведена без серы с использованием радиовулканизации, и полученная резина будет ничуть не хуже традиционной.

3. Электрохимические реакции.

Их инициирует электрический ток. Помимо хорошо известных вам реакций электролиза укажем также реакции электросинтеза, например, реакции промышленного получения неорганических окислителей

4. Термохимические реакции.

Их инициирует тепловая энергия. К ним относятся все эндотермические реакции и множество экзотермических реакций, для начала которых необходима первоначальная подача теплоты, то есть инициирование процесса.

Рассмотренная выше классификация химических реакций отражена на схеме.

Классификация химических реакций, как и все другие классификации, условна. Ученые договорились разделить реакции на определенные типы по выделенным ими признакам. Но большинство химических превращений можно отнести к разным типам. Например, составим характеристику процесса синтеза аммиака.

Это реакция соединения, окислительно-восстановительная, экзотермическая, обратимая, каталитическая, гетерогенная (точнее, гетерогенно-каталитическая), протекающая с уменьшением давления в системе. Для успешного управления процессом необходимо учитывать все приведенные сведения. Конкретная химическая реакция всегда многокачественна, ее характеризуют разные признаки.

Химические реакции их классификация (Схема, Таблица)

Химическая реакция — это превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в другие вещества, при этом ядра атомов не меняются, происходит только перераспределение электронов и ядер, и образуются новые химические вещества. При химических реакциях не изменяется общее число ядер атомов и изотопный состав химических элементов (в отличие от ядерных реакций).

Классификация химических реакций схема

Химические реакции классифицируются по тепловому эффекту, по изменению степени окисления атомов в реагирующих веществах, по числу и составу исходных и образующихся веществ, и по признаку обратимости.

Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ

Реакция, в которой из одного исходного вещества образуется несколько новых веществ

2HgO → t → 2Hg + O₂

Реакция между простым и сложным веществами, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества

Реакция, в результате которой два вещества обмениваются своими составными частями, образуя два новых вещества

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Реакция, в результате которой из двух или нескольких веществ образуется одно новое

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

Тепловой эффект химической реакции — это количество теплоты (Q), которое выделяется или поглощается в химической реакции.

Реакция, проходящая с поглощением теплоты

Реакция, проходящая с выделением теплоты

Термохимическое уравнение — уравнение химической реакции, в котором указан тепловой эффект реакции:

Термохимические расчеты основаны на законе Гесса:

— тепловой эффект химической реакции зависит от состояний исходных веществ и продуктов реакций, но не зависит от промежуточных стадий процесса

— тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции эа вычетом суммы теплот образования исходных веществ

Классификация химических реакций по признаку обратимости

Такая реакция, которая в данных условиях протекает одновременно в двух взаимно противоположных направлениях

Такая реакция, которая в данных условиях протекает до конца, т. е. до полного превращения исходных реагирующих веществ в конечные продукты реакции

Таблица признаки необратимости реакций

Реакция идет с выделением большого количества теплоты

2Mg + O₂ → 2MgO + Q

Хотя бы один продукт реакции покидает сферу реакции (выпадает в осадок или выделяется в виде газа)

В результате реакции образуются малодиссоциируе-мые вещества

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Классификация химических реакций по изменению степени окисления

Проходящая с изменением степени окисления атомов (окислительно-восстановительная)

реакция, при которой происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим

— 2KI -1 + Сl ₂ 0 → 2КСl -1 + I ₂ 0

Проходящая без изменения степени окисления

Реакция, в которой степень окисления каждого атома после реакции остается неизменной

Влияние изменения условий на положение химического равновесия

Изменение условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия

Изменение скоростей прямой и обратной реакции в начальный момент

Направление смешения положения равновесия

В большей степени возрастает скорость эндотермической реакции

В сторону эндотермической реакции

В большей степени понижается скорость эндотермической реакции

В сторону экзотермической реакции

В большей степени возрастает скорость реакции, протекающей с уменьшением числа молей газообразных веществ

В сторону уменьшения числа молей газообразных веществ в системе

В большей степени понижается скорость реакции протекающей с уменьшением числа молей газообразных веществ

В сторону увеличения числа молей газообразных веществ в системе

Возрастает скорость реакции, по которой вводимое вещество расходуется

В сторону реакции, по которой вводимое вещество расходуется

Уменьшается скорость реакции, где реагентом является вещество, концентрация которого уменьшается

В сторону реакции, по которой образуется вещество, концентрация которого уменьшается

Скорости прямой и обратной реакции изменяются одинаково

Классификация химических реакций по различным признакам: числу и составу исходных и полученных веществ, изменению степеней окисления химических элементов, поглощению и выделению энергии

Классификацию химических реакций в неорганической и органической химии осуществляют на основании различных классифицирующих признаков.

По числу и составу исходных и полученных веществ различают реакции соединения, разложения, обмена и замещения.

Реакциями соединения называют химические реакции, в результате которых сложные молекулы получаются из двух и более простых, например:

Реакциями разложения называют химические реакции, в результате которых простые молекулы получаются из более сложных, например:

Реакциями замещения называют химические реакции, в результате которых атом или группа атомов в молекуле вещества замещается на другой атом или группу атомов, например:

Реакциями обмена называют химические реакции, протекающие без изменения степеней окисления элементов и приводящие к обмену составных частей реагентов, например:

По изменению степеней окисления химических элементов, входящих в состав реагирующих веществ, реакции делят на окислительно-восстановительные и не окислительно-восстановительные.

Окислительно-восстановительными называют реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления химических элементов, входящих в состав реагентов:

Не окислительно-восстановительными называют реакции, в которых степень окисления химических элементов, входящих в состав реагентов, не изменяется.

Окислительно-восстановительные реакции разделяют на следующие основные типы: реакции межмолекулярного окисления-восстановления, реакции внутримолекулярного окисления-восстановления, реакции диспропорционирования и реакции конмутации.

Реакциями межмолекулярного окисления-восстановления называют реакции, в которых обмен электронами происходит между различными атомами, молекулами или ионами, например:

(сера — окислитель, магний — восстановитель).

(бром — окислитель, водород — восстановитель).

(окислитель — азотистая кислота, восстановитель — сероводород).

Таким образом, атом-окислитель и атом-восстановитель в данных реакциях принадлежат разным веществам.

Реакциями внутримолекулярного окисления-восстановления называют реакции, в которых атом-окислитель и атом-восстановитель входят в состав одной и той же молекулы.

(окислитель — атом хлора в степени окисления +5, восстановитель — атом кислорода в степени окисления –2).

(окислитель — атом хрома в степени окисления +6, восстановитель — атом азота в степени окисления –3).

(окислители — атомы серебра в степени окисления +1 и азота в степени окисления +5, восстановитель — атом кислорода в степени окисления –2).

Реакциями диспропорционирования называют реакции, в которых молекулы или ионы одного и того же вещества реагируют друг с другом как окислитель и восстановитель. При этом содержащиеся в данном соединении атомы с переменной промежуточной степенью окисления переходят один в высшую, другой — в низшую степень окисления, например:

Реакциями конмутации называют реакции окисления-восстановления, в результате которых происходит выравнивание степеней окисления атомов одного и того же элемента, например:

(окислитель — атом азота в степени окисления +5, восстановитель — атом азота в степени окислителя –3).

(окислитель — атом азота в степени окисления +3, восстановитель — атом азота в степени окислителя –3).

По тепловому эффекту, сопровождающему химические реакции, их разделяют на экзотермические и эндотермические.

Экзотермическими называют химические реакции, идущие с выделением теплоты. Условное обозначение изменения энтальпии ΔH, а теплового эффекта реакции Q. Для экзотермических реакций Q > 0, а ΔH 0.

В соответствии с агрегатным состоянием реагентов различают гомогенные и гетерогенные химические реакции.

Гомогенными называют реакции, протекающие в однородной среде.

Гетерогенными называют реакции, протекающие в неоднородной среде, на поверхности соприкосновения реагирующих веществ, находящихся в разных фазах, например твёрдой и газообразной, жидкой и газообразной, в двух несмешивающихся жидкостях.

Тренировочные задания

1. Реакция 3CaО + P₂O₅ = Ca₃(PO₄)₂ относится к реакциям

1) разложения
2) соединения
3) обмена
4) замещения

2. Реакция Na₂SO₄ + Ba(OH)₂ = BaSO₄ + 2NaOH относится к реакциям

1) разложения
2) соединения
3) обмена
4) замещения

3. Реакция H₂SO₄ + Fe = FeSO₄ + H₂ относится к реакциям

1) разложения
2) соединения
3) обмена
4) замещения

4. Реакция CaCO₃ = CaO + CO₂ относится к реакциям

1) разложения
2) соединения
3) обмена
4) замещения

5. Реакция разложения описана уравнением

6. Реакция соединения описана уравнением

7. К каталитическим процессам относят реакцию между

1) калием и водой
2) серой и хлором
3) азотом и литием
4) азотом и водородом

8. К экзотермическим реакциям относится взаимодействие

1) азота с кислородом
2) углерода с углекислым газом
3) воды с углеродом
4) углерода с кислородом

9. К окислительно-восстановительным реакциям не относится взаимодействие

1) натрия и хлора
2) брома и водорода
3) гидроксида калия и уксусной кислоты
4) кальция и уксусной кислоты

10. К реакциям замещения относится взаимодействие

1) серной кислоты и гидроксида натрия
2) серной кислоты и железа
3) серной кислоты и оксида натрия
4) серной кислоты и хлорида бария

11. К экзотермическим реакциям относится

1) взаимодействие соляной кислоты и гидроксида калия
2) взаимодействие азота и кислорода
3) гидролиз сульфата меди
4) разложение карбоната натрия

12. К эндотермическим реакциям относится

1) взаимодействие азота и кислорода
2) взаимодействие азотной кислоты и гидроксида лития
3) взаимодействие кислорода и водорода
4) взаимодействие воды и оксида калия

13. К окислительно-восстановительным реакциям не относится взаимодействие

1) натрия и брома
2) натрия и кислорода
3) оксида калия и воды
4) натрия и уксусной кислоты

14. Взаимодействие брома с гидроксидом калия относится к реакциям

1) нейтрализации
2) межмолекулярного окисления-восстановления
3) диспропорционирования
4) обмена

15. Взаимодействие азота и кислорода относится к реакциям

1) соединения, эндотермическим
2) соединения, экзотермическим
3) разложения, эндотермическим
4) обмена, экзотермическим

16. К эндотермическим реакциям относится взаимодействие

1) азота и лития
2) азота и кислорода
3) кислорода и кальция
4) углерода и кислорода

17. Взаимодействие оксида кальция и воды относится к реакциям

1) каталитическим, экзотермическим
2) разложения, эндотермическим
3) соединения, экзотермическим
4) обмена, эндотермическим

18. К каталитическим экзотермическим реакциям относится

1) получение фосфорной кислоты из оксида фосфора (V) и воды
2) разложение карбоната кальция
3) синтез аммиака из простых веществ
4) получение соляной кислоты из хлора и водорода

19. При нагревании нитрата серебра происходит реакция

1) соединения
2) разложения
3) замещения
4) обмена

20. Реакция, протекающая по схеме: CaCO₃ = CaO + CO₂ − Q, является реакцией

1) экзотермического разложения
2) разложения
3) замещения
4) эндотермического разложения

Классификация химических реакций

Наиболее часто под химическими реакциями понимают процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).

Химические реакции записываются с помощью химических уравнений, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. Согласно закону сохранения массы, число атомов каждого элемента в левой и правой частях химического уравнения одинаково. Обычно формулы исходных веществ записывают в левой части уравнения, а формулы продуктов – в правой. Равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения достигается расстановкой перед формулами веществ целочисленных стехиометрических коэффициентов.

Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции: температура, давление, излучение и т.д., что указывается соответствующим символом над (или «под») знаком равенства.

Все химические реакции могут быть сгруппированы в несколько классов, которым присущи определенные признаки.

Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ

Согласно этой классификации, химические реакции подразделяются на реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

В результате реакций соединения из двух или более (сложных или простых) веществ образуется одно новое вещество. В общем виде уравнение такой химической реакции будет выглядеть следующим образом:

Реакции соединения в большинстве случаев экзотермические, т.е. протекают с выделением тепла. Если в реакции участвуют простые вещества, то такие реакции чаще всего являются окислительно-восстановительными (ОВР), т.е. протекают с изменением степеней окисления элементов. Однозначно сказать будет ли реакция соединения между сложными веществами относиться к ОВР нельзя.

Реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько других новых веществ (сложных или простых) относят к реакциям разложения. В общем виде уравнение химической реакции разложения будет выглядеть следующим образом:

Большинство реакций разложения протекает при нагревании (1,4,5). Возможно разложение под действием электрического тока (2). Разложение кристаллогидратов, кислот, оснований и солей кислородсодержащих кислот (1, 3, 4, 5, 7) протекает без изменения степеней окисления элементов, т.е. эти реакции не относятся к ОВР. К ОВР реакциям разложения относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления (6).

Реакции разложения встречаются и в органической химии, но под другими названиями — крекинг (8), дегидрирование (9):

При реакциях замещения простое вещество взаимодействует со сложным, образуя новое простое и новое сложное вещество. В общем виде уравнение химической реакции замещения будет выглядеть следующим образом:

Реакции замещения в своем большинстве являются окислительно-восстановительными (1 – 4, 7). Примеры реакций разложения, в которых не происходит изменения степеней окисления немногочисленны (5, 6).

Реакциями обмена называют реакции, протекающие между сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. Обычно этот термин применяют для реакций с участием ионов, находящихся в водном растворе. В общем виде уравнение химической реакции обмена будет выглядеть следующим образом:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O (2)

Реакции обмена не являются окислительно-восстановительными. Частный случай этих реакций обмена -реакции нейтрализации (реакции взаимодействия кислот со щелочами) (2). Реакции обмена протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного вещества (3), осадка (4, 5) или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды (1, 2).

Классификация химических реакций по изменениям степеней окисления

В зависимости от изменения степеней окисления элементов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции все химические реакции подразделяются на окислительно-восстановительные (1, 2) и, протекающие без изменения степени окисления (3, 4).

2Mg + CO₂ = 2MgO + C (1)

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (восстановитель)

С 4+ + 4e = C 0 (окислитель)

Fe 2+ -e = Fe 3+ (восстановитель)

N 5+ +3e = N 2+ (окислитель)

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

В зависимости от того, выделяется ли или поглощается тепло (энергия) в ходе реакции, все химические реакции условно разделяют на экзо – (1, 2) и эндотермические (3), соответственно. Количество тепла (энергии), выделившееся или поглотившееся в ходе реакции называют тепловым эффектом реакции. Если в уравнении указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, то такие уравнения называются термохимическими.

2Mg + O₂ = 2MgO + 602, 5 кДж (2)

Классификация химических реакций по направлению протекания реакции

По направлению протекания реакции различают обратимые (химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ) и необратимые (химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ).

Для обратимых реакций уравнение в общем виде принято записывать следующим образом:

Примерами необратимых реакций может служить следующие реакции:

Свидетельством необратимости реакции может служить выделение в качестве продуктов реакции газообразного вещества, осадка или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды.

Классификация химических реакций по наличию катализатора

С этой точи зрения выделяют каталитические и некаталитические реакции.

Катализатором называют вещество, ускоряющее ход химической реакции. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называются каталитическими. Протекание некоторых реакций вообще невозможно без присутствия катализатора:

Нередко один из продуктов реакции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию (автокаталитические реакции):

MeO+ 2HF = MeF₂ + H₂O, где Ме – металл.

Примеры решения задач

Решение а) не является ОВР;

б) не является ОВР;

Fe 2+ — e → Fe 3+ (восстановитель) 2O 0 + 2e → O 2- (окислитель)

г) не является ОВР.

Решение а) 2AgNO₃ + BaCl₂ → 2AgCl ↓ + Ba(NO₃)₂

Необратимая реакция, т.к. образуется осадок – хлорид серебра

Необратимая реакция, т.к. образуется осадок – сульфат бария

Необратимая реакция, т.к. выделяется газ – оксид серы (VI)

Классификация химических реакций

Химические свойства веществ выявляются в разнообразных химических реакциях.

Превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения, называются химическими реакциями . Часто встречается и такое определение: химической реакцией называется процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).

Химические реакции записываются посредством химических уравнений и схем, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. В химических уравнениях, в отличие от схем, число атомов каждого элемента одинаково в левой и правой частях, что отражает закон сохранения массы.

В левой части уравнения пишутся формулы исходных веществ (реагентов), в правой части — веществ, получаемых в результате протекания химической реакции (продуктов реакции, конечных веществ). Знак равенства, связывающий левую и правую часть, указывает, что общее количество атомов веществ, участвующих в реакции, остается постоянным. Это достигается расстановкой перед формулами целочисленных стехиометрических коэффициентов, показывающих количественные соотношения между реагентами и продуктами реакции.

Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции. Если химическая реакция протекает под влиянием внешних воздействий (температура, давление, излучение и т.д.), это указывается соответствующим символом, как правило, над (или «под») знаком равенства.

Огромное число химических реакций может быть сгруппировано в несколько типов реакций, которым присущи вполне определенные признаки.

В качестве классификационных признаков могут быть выбраны следующие:

1. Число и состав исходных веществ и продуктов реакции.

2. Агрегатное состояние реагентов и продуктов реакции.

3. Число фаз, в которых находятся участники реакции.

4. Природа переносимых частиц.

5. Возможность протекания реакции в прямом и обратном направлении.

6. Знак теплового эффекта разделяет все реакции на: экзотермические реакции, протекающие с экзо -эффектом — выделение энергии в форме теплоты (Q>0, ∆H эндотермические реакции, протекающие с эндо -эффектом — поглощением энергии в форме теплоты (Q 0):

Такие реакции относят к термохимическим .

Рассмотрим более подробно каждый из типов реакций.

Классификация по числу и составу реагентов и конечных веществ

1. Реакции соединения

При реакциях соединения из нескольких реагирующих веществ относительно простого состава получается одно вещество более сложного состава:

Как правило, эти реакции сопровождаются выделением тепла, т.е. приводят к образованию более устойчивых и менее богатых энергией соединений.

Реакции соединения простых веществ всегда носят окислительно-восстановительный характер. Реакции соединения, протекающие между сложными веществами, могут происходить как без изменения валентности:

так и относиться к числу окислительно-восстановительных:

2. Реакции разложения

Реакции разложения приводят к образованию нескольких соединений из одного сложного вещества:

Продуктами разложения сложного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества.

Из реакций разложения, протекающих без изменения валентных состояний, следует отметить разложение кристаллогидратов, оснований, кислот и солей кислородсодержащих кислот:

К реакциям разложения окислительно-восстановительного характера относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления:

Особенно характерны окислительно-восстановительные реакции разложения для солей азотной кислоты.

Реакции разложения в органической химии носят название крекинга :

3. Реакции замещения

При реакциях замещения обычно простое вещество взаимодействует со сложным, образуя другое простое вещество и другое сложное:

Эти реакции в подавляющем большинстве принадлежат к окислительно-восстановительным:

Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением валентных состояний атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию двуокиси кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие ангидриды:

Иногда эти реакции рассматривают как реакции обмена :

4. Реакции обмена

Реакциями обмена называют реакции между двумя соединениями, которые обмениваются между собой своими составными частями:

Если при реакциях замещения протекают окислительно-восстановительные процессы, то реакции обмена всегда происходят без изменения валентного состояния атомов. Это наиболее распространенная группа реакций между сложными веществами — оксидами, основаниями, кислотами и солями:

Частный случай этих реакций обмена — реакции нейтрализации :

НСl + КОН = КСl + Н₂О.

Обычно эти реакции подчиняются законам химического равновесия и протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного, летучего вещества, осадка или малодиссоциирующего (для растворов) соединения:

5. Реакции переноса.

При реакциях переноса атом или группа атомов переходит от одной структурной единицы к другой:

Классификация реакций по фазовым признакам

В зависимости от агрегатного состояния реагирующих веществ различают следующие реакции:

1. Газовые реакции

2. Реакции в растворах

NaОН(р-р) + НСl(p-p) = NaСl(p-p) + Н₂О(ж)

3. Реакции между твердыми веществами

Классификация реакций по числу фаз.

Под фазой понимают совокупность однородных частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенных друг от друга поверхностью раздела.

Все многообразие реакций с этой точки зрения можно разделить на два класса:

1.Гомогенные (однофазные) реакции. К ним относят реакции, протекающие в газовой фазе, и целый ряд реакций, протекающих в растворах .

2.Гетерогенные (многофазные) реакции. К ним относят реакции, в которых реагенты и продукты реакции находятся в разных фазах. Например:

Классификация реакций по типу переносимых частиц

1. Протолитические реакции.

К протолитическим реакциям относят химические процессы, суть которых заключается в переносе протона от одних реагирующих веществ к другим.

В основе этой классификации лежит протолитическая теория кислот и оснований, в соответствии с которой кислотой считают любое вещество, отдающее протон, а основанием — вещество, способное присоединять протон, например:

К протолитическим реакциям относят реакции нейтрализации и гидролиза.

2. Окислительно-восстановительные реакции.

К таковым относят реакции, в которых реагирующие вещества обмениваются электронами, изменяя при этом степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Например:

Подавляющее большинство химических реакций относятся к окислительно-восстановительным, они играют исключительно важную роль.

3. Лиганднообменные реакции.

К таковым относят реакции, в ходе которых происходит перенос электронной пары с образованием ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. Например:

Характерной особенностью лиганднообменных реакций является то, что образование новых соединений, называемых комплексными, происходит без изменения степени окисления.

4. Реакции атомно-молекулярного обмена.

К данному типу реакций относятся многие из изучаемых в органической химии реакций замещения, протекающие по радикальному, электрофильному или нуклеофильному механизму.

Обратимые и необратимые химические реакции

Обратимыми называют такие химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ.

Для обратимых реакций уравнение принято записывать следующим образом:

Две противоположно направленные стрелки указывают на то, что при одних и тех же условиях одновременно протекает как прямая, так и обратная реакция, например:

Необратимыми называют такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ. Примерами необратимых реакций может служить разложение бертолетовой соли при нагревании: