Глава I. Обобщение знаний по курсу 8 класса. Химические реакции. § 2. Классификация химических реакций — с. 19
§ 2. Примените свои знания.
6. Напишите уравнения следующих химических реакций:
а) оксида кальция с водой;
б) железа с раствором серной кислоты;
в) раствора нитрата серебра с раствором хлорида магния.
Определите тип каждой реакции по числу и составу реагентов и продуктов.
а) оксида кальция с водой;
б) железа с раствором серной кислоты;
в) раствора нитрата серебра с раствором хлорида магния.
Определите тип каждой реакции по числу и составу реагентов и продуктов.
а) CaO + H₂O = Ca(OH)₂ — реакция соединения (из двух сложных веществ образуется одно сложное).
б) Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ — реакция замещения (атомы железа замещают водород в кислоте; серная кислота разбавленная, железо проявляет степень окисления +2).
в) 2AgNO₃ + MgCl₂ = 2AgCl↓ + Mg(NO₃)₂ — реакция обмена (два сложных вещества обмениваются составными частями; выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра).
б) Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ — реакция замещения (атомы железа замещают водород в кислоте; серная кислота разбавленная, железо проявляет степень окисления +2).
в) 2AgNO₃ + MgCl₂ = 2AgCl↓ + Mg(NO₃)₂ — реакция обмена (два сложных вещества обмениваются составными частями; выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра).
§ 2. Примените свои знания.
7. Разложение карбоната бария представляет собой эндотермический процесс, требующий затрат 267 кДж теплоты на разложение 1 моль соли. Запишите термохимическое уравнение реакции разложения карбоната бария. Напишите уравнение обратной реакции. Как вы думаете, каков её тепловой эффект?
Термохимическое уравнение разложения (теплота поглощается, Q со знаком «−»):
BaCO₃(тв.) = BaO(тв.) + CO₂(г.) − 267 кДж
Обратная реакция — соединение оксида бария с углекислым газом:
BaO(тв.) + CO₂(г.) = BaCO₃(тв.) + 267 кДж
По закону сохранения энергии тепловой эффект обратной реакции равен по величине и противоположен по знаку: Q = +267 кДж. Обратная реакция экзотермическая — теплота выделяется.
BaCO₃(тв.) = BaO(тв.) + CO₂(г.) − 267 кДж
Обратная реакция — соединение оксида бария с углекислым газом:
BaO(тв.) + CO₂(г.) = BaCO₃(тв.) + 267 кДж
По закону сохранения энергии тепловой эффект обратной реакции равен по величине и противоположен по знаку: Q = +267 кДж. Обратная реакция экзотермическая — теплота выделяется.
§ 2. Примените свои знания.
8. По термохимическому уравнению реакции горения углерода
C(тв.) + O₂(г.) = CO₂(г.) + 410 кДж
рассчитайте:
а) количество теплоты, которое выделится при сгорании 54 г углерода;
б) объём кислорода, израсходованный в реакции горения, если в результате выделилось 2050 кДж теплоты.
C(тв.) + O₂(г.) = CO₂(г.) + 410 кДж
рассчитайте:
а) количество теплоты, которое выделится при сгорании 54 г углерода;
б) объём кислорода, израсходованный в реакции горения, если в результате выделилось 2050 кДж теплоты.
а) Дано: m(C) = 54 г; Q₁ = 410 кДж (на 1 моль C).
Найти: Q — ?
Решение: M(C) = 12 г/моль; n(C) = m / M = 54 г / 12 г/моль = 4,5 моль.
При сгорании 1 моль углерода выделяется 410 кДж, поэтому Q = 410 кДж/моль · 4,5 моль = 1845 кДж.
Ответ: 1845 кДж.
б) Дано: Q = 2050 кДж.
Найти: V(O₂) — ?
Решение: по уравнению 1 моль O₂ участвует в реакции, при которой выделяется 410 кДж, поэтому n(O₂) = 2050 кДж / 410 кДж/моль = 5 моль.
V(O₂) = n · Vm = 5 моль · 22,4 л/моль = 112 л.
Ответ: 112 л кислорода.
Найти: Q — ?
Решение: M(C) = 12 г/моль; n(C) = m / M = 54 г / 12 г/моль = 4,5 моль.
При сгорании 1 моль углерода выделяется 410 кДж, поэтому Q = 410 кДж/моль · 4,5 моль = 1845 кДж.
Ответ: 1845 кДж.
б) Дано: Q = 2050 кДж.
Найти: V(O₂) — ?
Решение: по уравнению 1 моль O₂ участвует в реакции, при которой выделяется 410 кДж, поэтому n(O₂) = 2050 кДж / 410 кДж/моль = 5 моль.
V(O₂) = n · Vm = 5 моль · 22,4 л/моль = 112 л.
Ответ: 112 л кислорода.
§ 2. Примените свои знания.
9. Закончите уравнения следующих химических реакций:
а) H₂ + Cl₂ → …
б) MgO + H₂SO₄ → …
в) Al + CuCl₂ → …
г) BaCl₂ + ZnSO₄ → …
Укажите гетерогенные и гомогенные реакции, а также окислительно-восстановительные реакции. Укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.
а) H₂ + Cl₂ → …
б) MgO + H₂SO₄ → …
в) Al + CuCl₂ → …
г) BaCl₂ + ZnSO₄ → …
Укажите гетерогенные и гомогенные реакции, а также окислительно-восстановительные реакции. Укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.
а) H₂ + Cl₂ = 2HCl (на свету или при нагревании). Реакция гомогенная (оба реагента — газы, одна фаза). ОВР: H₂⁰ − 2e⁻ → 2H⁺¹ — окисление, H₂ — восстановитель; Cl₂⁰ + 2e⁻ → 2Cl⁻¹ — восстановление, Cl₂ — окислитель.
б) MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O. Реакция гетерогенная (твёрдый оксид и раствор кислоты). Не ОВР: степени окисления элементов не изменяются (реакция обмена между основным оксидом и кислотой).
в) 2Al + 3CuCl₂ = 2AlCl₃ + 3Cu. Реакция гетерогенная (твёрдый металл и раствор соли). ОВР: Al⁰ − 3e⁻ → Al⁺³ — окисление, Al — восстановитель (2 атома отдают 6e⁻); Cu⁺² + 2e⁻ → Cu⁰ — восстановление, CuCl₂ (ион Cu²⁺) — окислитель (3 иона принимают 6e⁻).
г) BaCl₂ + ZnSO₄ = BaSO₄↓ + ZnCl₂. Реакция гомогенная по реагентам (оба вещества в растворе; осадок образуется в ходе реакции). Не ОВР: степени окисления не изменяются (реакция обмена).
б) MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O. Реакция гетерогенная (твёрдый оксид и раствор кислоты). Не ОВР: степени окисления элементов не изменяются (реакция обмена между основным оксидом и кислотой).
в) 2Al + 3CuCl₂ = 2AlCl₃ + 3Cu. Реакция гетерогенная (твёрдый металл и раствор соли). ОВР: Al⁰ − 3e⁻ → Al⁺³ — окисление, Al — восстановитель (2 атома отдают 6e⁻); Cu⁺² + 2e⁻ → Cu⁰ — восстановление, CuCl₂ (ион Cu²⁺) — окислитель (3 иона принимают 6e⁻).
г) BaCl₂ + ZnSO₄ = BaSO₄↓ + ZnCl₂. Реакция гомогенная по реагентам (оба вещества в растворе; осадок образуется в ходе реакции). Не ОВР: степени окисления не изменяются (реакция обмена).
§ 2. Используйте дополнительную информацию.
10. Тепловые эффекты реакций нейтрализации между соляной кислотой и гидроксидом натрия, серной кислотой и гидроксидом калия, азотной кислотой и гидроксидом лития примерно одинаковы. Как вы думаете, почему?
Для ответа на вопрос используйте Интернет.
Все три кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃) — сильные электролиты, и все три основания (NaOH, KOH, LiOH) — щёлочи, полностью диссоциирующие в растворе. Поэтому во всех случаях суть процесса одна и та же и выражается одним сокращённым ионным уравнением:
H⁺ + OH⁻ = H₂O + 57 кДж (на 1 моль образующейся воды).
Ионы Na⁺, K⁺, Li⁺, Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ в реакции не изменяются — это «ионы-наблюдатели». Тепло выделяется при соединении ионов H⁺ и OH⁻ в молекулу воды, поэтому тепловой эффект практически не зависит от природы кислоты и щёлочи и составляет около 57 кДж на 1 моль воды (для сильных кислот и сильных оснований).
H⁺ + OH⁻ = H₂O + 57 кДж (на 1 моль образующейся воды).
Ионы Na⁺, K⁺, Li⁺, Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ в реакции не изменяются — это «ионы-наблюдатели». Тепло выделяется при соединении ионов H⁺ и OH⁻ в молекулу воды, поэтому тепловой эффект практически не зависит от природы кислоты и щёлочи и составляет около 57 кДж на 1 моль воды (для сильных кислот и сильных оснований).
§ 3. Вопрос в начале параграфа. Отношение изменения какой-либо величины ко времени, за которое произошло это изменение, называют скоростью. Какие величины используют для расчёта скорости химической реакции?
Для расчёта скорости химической реакции используют изменение концентрации вещества Δc (реагента или продукта) за промежуток времени Δt:
v = Δc / Δt.
Концентрацию измеряют в моль/л (молярная концентрация), время — в секундах (или минутах), поэтому скорость выражают в моль/(л·с) или моль/(л·мин). Концентрация реагента при протекании реакции уменьшается, концентрация продукта увеличивается; скорость берут по модулю, чтобы она была положительной.
v = Δc / Δt.
Концентрацию измеряют в моль/л (молярная концентрация), время — в секундах (или минутах), поэтому скорость выражают в моль/(л·с) или моль/(л·мин). Концентрация реагента при протекании реакции уменьшается, концентрация продукта увеличивается; скорость берут по модулю, чтобы она была положительной.
§ 3. Лабораторный опыт 6. В две пробирки налейте по 2—3 мл раствора тиосульфата натрия. В первую пробирку добавьте несколько капель раствора хлорида бария, во вторую — несколько капель соляной кислоты. Что наблюдаете?
В чём различие процессов, происходящих в обеих пробирках?
Наблюдения. В первой пробирке содержимое мутнеет сразу при добавлении хлорида бария: выпадает белый осадок тиосульфата бария.
Na₂S₂O₃ + BaCl₂ = BaS₂O₃↓ + 2NaCl
Во второй пробирке сразу после добавления соляной кислоты изменений нет; только спустя некоторое время раствор постепенно мутнеет (желтовато-белая муть) из-за выделения мелкодисперсной серы; ощущается запах сернистого газа.
Na₂S₂O₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂↑ + S↓ + H₂O
Вывод. Различие процессов — в скорости: реакция обмена с хлоридом бария идёт практически мгновенно (быстро), а реакция с соляной кислотой — медленно. Значит, скорость химических реакций зависит от природы реагирующих веществ.
Na₂S₂O₃ + BaCl₂ = BaS₂O₃↓ + 2NaCl
Во второй пробирке сразу после добавления соляной кислоты изменений нет; только спустя некоторое время раствор постепенно мутнеет (желтовато-белая муть) из-за выделения мелкодисперсной серы; ощущается запах сернистого газа.
Na₂S₂O₃ + 2HCl = 2NaCl + SO₂↑ + S↓ + H₂O
Вывод. Различие процессов — в скорости: реакция обмена с хлоридом бария идёт практически мгновенно (быстро), а реакция с соляной кислотой — медленно. Значит, скорость химических реакций зависит от природы реагирующих веществ.