Типы химических реакций. Опыты

 Опыт № 1. Взаимодействие оксида кальция с водой

Возь­мем немно­го по­рош­ка ок­си­да каль­ция и рас­тво­рим его в воде. В ре­зуль­та­те ре­ак­ции вы­де­ля­ет­ся пар, т. е. вода на­гре­ва­ет­ся и ин­тен­сив­но ис­па­ря­ет­ся. Ис­то­ри­че­ское на­зва­ние ок­си­да каль­ция – нега­ше­ная из­весть. Ве­ще­ство, об­ра­зу­ю­ще­е­ся в ре­зуль­та­те дан­ной ре­ак­ции, на­зы­ва­ют га­ше­ной из­ве­стью.

До­ба­вим в рас­твор по­лу­чен­но­го ве­ще­ства несколь­ко ка­пель ин­ди­ка­то­ра фе­нол­фта­ле­и­на. Цвет рас­тво­ра стал ма­ли­но­вым, что сви­де­тель­ству­ет о ще­лоч­ной ре­ак­ции среды (Рис. 1). За­пи­шем урав­не­ние ре­ак­ции и опре­де­лим ее тип по раз­лич­ным  при­зна­кам.

Рис. 1. Из­ме­не­ние цвета фе­нол­фта­ле­и­на в рас­тво­ре Са(ОН)₂

В ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия ок­си­да каль­ция с водой об­ра­зу­ет­ся одно ве­ще­ство – гид­рок­сид каль­ция.

Гид­рок­сид каль­ция – ма­ло­рас­тво­ри­мое ос­но­ва­ние, но, несмот­ря на это, оно от­но­сит­ся к ще­ло­чам (по­это­му фе­нол­фта­ле­ин стал ма­ли­но­вым). Ре­ак­ция ок­си­да каль­ция с водой со­про­вож­да­ет­ся вы­де­ле­ни­ем теп­ло­ты, это эк­зо­тер­ми­че­ская ре­ак­ция.

Са⁺²О^-2 + Н⁺₂О^-2 = Са⁺²(О^-2Н⁺¹)₂ +Q

Сте­пе­ни окис­ле­ния эле­мен­тов в ходе про­ве­ден­ной ре­ак­ции не из­ме­ни­лись, сле­до­ва­тель­но, эта ре­ак­ция не окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ная.

Мы ви­де­ли, что ре­ак­ция про­те­ка­ла быст­ро и без уча­стия ка­та­ли­за­то­ра, по­это­му она от­но­сит­ся к нека­та­ли­ти­че­ским ре­ак­ци­ям.

При обыч­ных усло­ви­ях и до­ста­точ­ном ко­ли­че­стве воды прак­ти­че­ски весь оксид каль­ция пре­вра­ща­ет­ся в гид­рок­сид, по­это­му в таких усло­ви­ях эта ре­ак­ция необ­ра­ти­ма. Но при по­вы­шен­ных тем­пе­ра­ту­рах будет од­но­вре­мен­но про­те­кать и об­рат­ная ре­ак­ция – раз­ло­же­ние гид­рок­си­да каль­ция на оксид каль­ция и воду:

Са(ОН)₂ = СаО + Н₂О - Q

По­ня­тие об­ра­ти­мо­сти очень услов­но и за­ви­сит от усло­вий про­ве­де­ния ре­ак­ции.

 Опыт № 2. Реакция нейтрализации

В рас­твор гид­рок­си­да на­трия до­ба­вим несколь­ко ка­пель ин­ди­ка­то­ра – ме­ти­ло­ран­жа. Жел­тая окрас­ка ин­ди­ка­то­ра сви­де­тель­ству­ет о ще­лоч­ной среде рас­тво­ра. Будем до­бав­лять по кап­лям раз­бав­лен­ную со­ля­ную кис­ло­ту до тех пор, пока окрас­ка ин­ди­ка­то­ра не ста­нет оран­же­вой – со­от­вет­ству­ю­щей ней­траль­ной среде (Рис. 2). В ре­зуль­та­те дан­ной ре­ак­ции ще­лоч­ная среда гид­рок­си­да на­трия ней­тра­ли­зу­ет­ся со­ля­ной кис­ло­той, про­дук­та­ми ре­ак­ции яв­ля­ют­ся хло­рид на­трия и вода:

NaOH + HСl = NaCl + H₂O

Ре­ак­ция ней­тра­ли­за­ции – част­ный слу­чай ре­ак­ции об­ме­на.

Рис. 2. В ней­траль­ной среде ме­ти­ло­ранж стал оран­же­во­го цвета

 Опыт № 3. Взаимодействие цинка с раствором сульфата меди (II)

В рас­твор суль­фа­та меди опу­стим две гра­ну­лы цинка. Через неко­то­рое время цвет рас­тво­ра из­ме­нит­ся, а на по­верх­но­сти цинка об­ра­зу­ет­ся крас­ный налет вы­де­лив­шей­ся меди (Рис. 3).

Рис. 3. Ре­ак­ция за­ме­ще­ния между цин­ком и рас­тром суль­фа­та меди (II)

За­пи­шем урав­не­ние про­ве­ден­ной ре­ак­ции и опре­де­лим ее тип по числу и со­ста­ву участ­ни­ков ре­ак­ции.

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu

В ре­зуль­та­те ре­ак­ции более ак­тив­ный ме­талл – цинк – вы­тес­ня­ет менее ак­тив­ный ме­талл – медь – из рас­тво­ра соли. Дан­ная ре­ак­ция от­но­сит­ся к типу за­ме­ще­ния.

В ходе ре­ак­ции сте­пень окис­ле­ния цинка и меди ме­ня­ет­ся, сле­до­ва­тель­но, это окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ная ре­ак­ция.

 Опыт № 4. Нагревание бихромата аммония («Вулкан»)

По­ме­стим оран­же­вый по­ро­шок ди­хро­ма­та ам­мо­ния на него­рю­чую по­верх­ность. Для на­ча­ла ре­ак­ции необ­хо­ди­мо на­гре­ва­ние. Для этого под­не­сем го­ря­щую лу­чин­ку к вер­шине горки из ди­хро­ма­та ам­мо­ния. Далее ре­ак­ция про­те­ка­ет са­мо­про­из­воль­но. В ре­зуль­та­те ре­ак­ции вы­де­ля­ют­ся теп­ло­та и свет. Оран­же­вый ди­хро­мат ам­мо­ния пре­вра­ща­ет­ся в зе­ле­ный оксид хрома (III), кроме него вы­де­ля­ют­ся вода и азот (Рис. 4).

Рис. 4. Раз­ло­же­ние ди­хро­ма­та ам­мо­ния

За­пи­шем урав­не­ние про­ве­ден­ной ре­ак­ции и опре­де­лим ее тип.

(N^-3H⁺₄)₂Cr₂⁺⁶O^-2₇ = N⁰₂ + Cr⁺³₂O^-2₃ + 4H⁺₂O^-2 + Q

Из од­но­го ве­ще­ства об­ра­зу­ют­ся три про­дук­та ре­ак­ции, зна­чит, дан­ная ре­ак­ция от­но­сит­ся к типу раз­ло­же­ния. Кроме того, она эк­зо­тер­ми­че­ская (т. е. про­те­ка­ет с вы­де­ле­ни­ем теп­ло­ты), окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ная (т. к. сте­пе­ни окис­ле­ния азота и хрома из­ме­ни­лись в ходе ре­ак­ции), необ­ра­ти­мая и нека­та­ли­ти­че­ская (про­те­ка­ет без ис­поль­зо­ва­ния ка­та­ли­за­то­ров).

Под­ве­де­ние итога

Были рас­смот­ре­ны опыты по изу­че­нию типов хи­ми­че­ских ре­ак­ций по раз­лич­ным при­зна­кам. Вы узна­ли, как про­те­ка­ют неко­то­рые ре­ак­ции, от­но­ся­щи­е­ся к типам: со­еди­не­ние, обмен, раз­ло­же­ние и за­ме­ще­ние.