Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Савчин Хімія 9 клас. 2022

Тема 2. Хімічні реакції

результатом таких реакцій є утворення оксидів або солей. Повторимо реакції сполучення за допомогою демонстраційних дослідів 1–3.

Д о с л і д 1. Взаємодія заліза із сіркою. Змішаємо у фарфоровій чашці порошки заліза й сірки в масовому відношенні 7 : 4. Нагріємо їх на полум’ї спиртівки до початку реакції. Далі вона відбувається самовільно з виділен­ ням тепла. Продуктом реакції є нова речовина ферум(ІІ) сульфід (рис. 43), що має зовсім інші властивості, ніж реагенти. рівняння реакції: Fe + S =t FeS.

Сформулюйте самостійно визначення реакцій сполучення на основі рівнянь реакцій взаємодії заліза із сіркою та горіння сірки в кисні.

реакції розкладу.­ Із цим типом хімічних реакцій ви ознайомилися в курсі хімії 7 класу під час вивчення теми «Добування кисню», розклада­ ючи гідроген пероксид H2O2 та інші речовини. Вам відомо, що за нагрі­ вання основи й амфотерні гідроксиди розкладаються з утворенням відпо­ відного оксиду та води. На оксид і воду розкладаються нестійкі кислоти.

Складіть самостійно рівняння згаданих вище реакцій.

Яскравимприкладомєреакціярозкладуамонійдихромату(NH4)2Cr2O7 (рис. 45), відома в хімії під назвою «хімічний вулкан» (рис. 46).

Виконаємо демонстраційний дослід 4.

82

§ 15. Класифікація хімічних реакцій за кількістю та складом...

Д о с л і д 4. Розклад амоній дихромату. Насиплемо на керамічну підставку (плитку) у формі гірки подрібнені кристали амоній дихро­ мату, який має характерне яскраво­оранжеве забарвлення (рис. 45). Посередині гірки вставимо 4–5 головок сірників і запалимо їх (замість сірників можна взяти розжарену скляну паличку). Починається реак­ ція, що супроводжується бурхливим розкладом солі. Гірка помітно збільшується внаслідок виділення азоту й водяної пари, утворюється темно­зелена пухка маса хром(ІІІ) оксиду. рівняння реакції:

(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2↑ + 4H2O↑. Загальні рівняння реакцій розкладу:

АВ­=­А­+­В­— якщо речовина складається з двох елементів;

АВС­=­АВ­+­С,­АВС­=­А­+­ВС,­АВС­=­А­+­В­+­С— якщо це складна речовина.

Сформулюйте самостійно визначення реакцій розкладу.

реакції заміщення.­Назва цього типу реакцій указує на те, що внаслі­ док взаємодії речовин відбувається заміщення одних атомів на інші в складній речовині. такі реакції спостерігають під час взаємодії мета­ лів із розчинами кислот, металів із солями.

Виконаємо дослід 5, що демонструє реакцію заміщення.

Д о с л і д 5. Взаємодія цинку з хлоридною кислотою. Покладемо на дно хімічної склянки цинкову пластину й доллємо хлоридну кислоту (або розчин сульфатної). Через певний час пластину покривають буль­ башки газу, який починає інтенсивно виділятися (рис. 47, а, с. 84). Унаслідок реакції цинк заміщує атоми Гідрогену в кислоті. Відповідно, утворюються сіль цинк хлорид і водень:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑.

Опишіть самостійно реакцію, зображену на рисунку 47, б (с. 84). Складіть рів-

няння реакції та сформулюйте визначення цього типу реакцій.

Загальне рівняння реакції заміщення: А­+­ВС­=­АС­+­В.

реакції оБміну.­Вивчення теорії електролітичної дисоціації поглибило ваші знання про реакції обміну в розчинах електролітів, унаслідок яких відбувається обмін складовими частинами речовин (див. § 12, 14).

83

Тема 2. Хімічні реакції

Зрозуміло, що реакції цього типу відбуваються між двома склад­ ними речовинами. До них належать і відомі вам реакції для виявлення катіонів та аніонів у складі речовин. Як приклад, здійснимо якісну реакцію для виявлення сульфат­аніону.

Д о с л і д 6. Взаємодія розчинів калій сульфату й барій гідроксиду.

Наллємо в пробірку розчин калій або натрій сульфату об’ємом 2,5–3 мл й додамо розчин барій гідроксиду. Внаслідок реакції утворюється нероз­ чинний білий барій сульфат, що випадає в осад (див. рис. 41, с. 73), який не взаємодіє з кислотами. Це ознака того, що реакція відбулася.

Складіть самостійно рівняння реакції в молекулярній та йонній формах. Сформулюйте визначення реакцій обміну.

Загальне рівняння реакції обміну: АВ­+­СD­=­АD­+­CB.

отже, за ознакою зміни кількості та складу реагентів і продуктів реакції розрізняють 4 типи реакцій: сполучення, розкладу, заміщення й обміну.

ПІДСУ­МО­ ­ВУ­Є­МО­­ВИВЧЕНЕ

• Хімічні реакції класифікують за кількома ознаками: 1) зміна кількості та складу реагентів і продуктів реакції; 2) зміна ступенів окиснення елементів, що є в складі речовин; 3) тепловий ефект реакції; 4) напрямок реакції.

•За зміною кількості та складу реагентів і продуктів реакції розрізняють 4 типи хімічних реакцій: сполучення, розкладу, заміщення й обміну.

•Загальне рівняння реакції сполучення: А + В = АВ.

•Загальні рівняння реакцій розкладу:

АВ = А + В — якщо речовина складається з двох елементів;

АВС = АВ + С, АВС = А + ВС, АВС = А + В + С — якщо це складна речовина.

•Загальне рівняння реакції заміщення: А + ВС = АС + В.

•Загальне рівняння реакції обміну: АВ + СD = АD + CB.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­­ДЛЯ­­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

1.  Назвіть ознаки, за якими класифікують хімічні реакції.

2.  Сформулюйте визначення реакцій: а) сполучення; б) розкладу; в) заміщення; г) обміну.

3.  Допишіть праві частини молекулярних рівнянь, складіть йонно-молекулярні рівняння реакцій (де це можливо):

а) KClO3 = ... ; б) Hg + O2 = ... ; в) AlCl3 + AgNO3 = ... ; г) Fe + CuSO4 = ... .

84

§ 16. Ступінь окиснення...

4.  Допишіть праві частини молекулярних рівнянь. Складіть йонно-молекулярні рівняння реакцій (де це можливо) і вкажіть, до якого типу вони належать:

а) BaO + H2O = ... ; б) ZnSO4 + NaOH = ... ; в) Li + H2O = ... ; г) Na2CO3 + HNO3 = ... ; ґ) AlBr3 + AgNO3 = ... ; д) SO3 + H2O = ... ; е) Zn + CuSO4 = ... ; є) Fe(OH)3 = ... .

5.  Складіть рівняння реакцій між попарно взятими речовинами, де можливо, складіть йонно-молекулярні рівняння: а) барій нітрат і натрій сульфіт; б) алюміній та бром; в) кальцій хлорид і арґентум(І) нітрат; г) калій та вода.

6.  Обчисліть об’єм водню (н. у.), що виділиться внаслідок взаємодії натрію масою 11,5 г з водою. 

7.  Алюміній кількістю речовини 0,25 моль повністю прореагував із сіркою. Обчисліть масу й кількість речовини продукту реакції. Назвіть утворену речовину.

8.  Складіть рівняння реакцій за наведеною схемою: Ba →BaO →Ba(OH)2 →BaCO3 → → CO2 → Na2CO3. Укажіть тип кожної реакції. Обчисліть масу утвореного барій гідроксиду, якщо прореагував барій масою 27,4 г.

ІКАВО­­ЗНАТИ

Реакцію взаємодії магнію з киснем фотографи використовували для створення спалаху.

• Під час хімічних перетворень на виробництві часто утворюються шкідливі речовини, що потрапляють у довкілля. Це зумовило появу такої науки, як екологічна, або «зелена», хімія. Вона є філософією хімічних досліджень та інженерії, що мають на меті запровадження хіміко-технологічних процесів, які допоможуть суттєво мінімізувати використання та виробництво шкідливих для людини чи довкілля речовин. Мета «зеленої» хімії — зменшення шкідливості хімічних процесів і запобігання забрудненню довкілля вже на початку планування хімічних технологій.

§  16.­СТУПІНь­­ОКИСНЕННЯ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•розрізняти валентність і ступінь окиснення, ступінь окиснення і валент­ ність елемента в простих і складних речовинах;

•розуміти сучасне поняття валентності, суть поняття «ступінь окис­ нення»;

•визначати ступені окиснення елементів у сполуках за їхніми форму­ лами;

•складати хімічні формули бінарних сполук за ступенями окиснення елементів.

ступінь окиснення. Вивчаючи види хімічного зв’язку в неорганічних речовинах, ви переконалися, що внаслідок хімічних реакцій атоми можуть втрачати або приєднувати електрони в одних випадках й утво­ рювати спільні електронні пари — в інших.

Пригадайте, яка властивість елементів називається електронегативністю, як вона змінюється в періодах і групах.

85

Тема 2. Хімічні реакції

Як вам відомо, за електронегативністю елементів можна визна­ чити, до яких атомів у хімічній сполуці зміщуються або переміщу­ ються електрони. З поняттям «електронегативність» пов’язана ще одна характеристика атома — ступінь окиснення.

Ступінь окиснення — це умовний заряд атома, якщо припус­ тити, що сполука містить тільки йони.

Кількісно ступінь окиснення визначають за числом електронів, які віддав або приєднав атом, якщо це йонна сполука. Наприклад, у спо­ луці складу ZnS атом Цинку віддав 2 електрони. Ступінь окиснення Цинку — +2 (плюс два). Сульфур приєднав 2 електрони й унаслідок цього набув значення ступеня окиснення –2 (мінус два).

отже, у йонних бінарних сполуках ступінь окиснення чисельно збі­ гається з числовим значенням заряду йонів. Зважаючи на те, що біль­ шість неорганічних речовин мають немолекулярну будову, складати формули сполук доцільно за ступенем окиснення елементів.

У ковалентних полярних сполуках спільна пара електронів змі­ щена до більш електронегативного елемента. Цей елемент набуває частковий негативний заряд. Відповідно, елемент, від якого змісти­ лася пара електронів, має частковий позитивний заряд. Наприклад, у молекулі води Н2о до атома оксигену зміщуються 2 електрони від двох атомів Гідрогену. Унаслідок цього Гідроген отримує заряд «+», а оксиген набуває умовний заряд –2.

Ступені окиснення в сполуках проставляють над символами еле­ мента, наприклад:

Проставляючи ступінь окиснення, спочатку ставлять знак «+» або «–», а потім його числове значення.

Пригадайте, як позначають заряди йонів у йонних сполуках.

Дійсно, у йонних сполуках заряди йонів проставляють після сим­ волу елемента вгорі праворуч: спочатку пишуть числове значення, потім — відповідний знак, наприклад: Са2+, N3– .

Цим позначення заряду йона та ступеня окиснення відрізняються.

валентність і ступінь окиснення. Учення про будову атомів і хімічний зв’язок допомогло розкрити й зрозуміти фізичний зміст одного з осно­ вних понять хімії — валентності. Валентність розглядають як здат­ ність атомів елементів утворювати хімічні зв’язки.

86

§ 16. Ступінь окиснення

Валентність — це кількість ковалентних хімічних зв’язків, якими один атом з’єднаний з іншими.

зв’язків, які може утворювати атом, дорівнює кількості неспарених електронів, що беруть участь в утворенні спільних електронних пар. отже, валентність можна виражати кількістю неспарених електронів, які можуть утворити спільні електронні пари.

Якщо ж узяти до уваги те, що валентність вимірюють кількістю ковалентних зв'язків, то для речовин немолекулярної будови поняття «валентність» втрачає визначеність. Для них характерне тільки поняття «ступінь окиснення».

Що можна сказати про ступінь окиснення в сполуках із ковалентним неполярним зв’язком? адже в них не відбувається зміщення електронів, а електронегативність елементів, які утворюють молекули простих речовин, є однаковою. Вам уже відомо, що в таких сполуках ядра атомів рівновідда­ лені від спільних електронних пар, які утворюють зв’язок. тому ступінь окиснення в простих речовинах дорівнює нулю, наприклад, в утворених неметалічними елементами Гідрогеном, Хлором, Нітрогеном та іншими:

0 0 0 0

Н2, Cl2, N2, Br2.

однак валентність атомів цих елементів не збігається із числовим значенням ступеня окиснення, оскільки, як уже згадувалося, валент­ ність визначають за кількістю електронів, що утворюють хімічний зв’язок. тому в сполуках водню, хлору та брому валентність елемен­ тів дорівнює 1, в азоту — 3.

отже, можна зробити висновок: у простих речовинах, молекули

яких містять два атоми, ступінь окиснення та валентність елементів неоднакові.

Зазначимо, що багато елементів у сполуках виявляють змінний сту­ пінь окиснення. Наприклад, Сульфур у сполуках H2S, Na2S виявляє ступінь окиснення –2, бо має більшу електронегативність, ніж Гідроген і Натрій. а в сполуках SO2, SO3 Сульфур виявляє додатний ступінь окис­ нення, відповідно +4 і +6, бо оксиген більш електронегативний. Найвищий ступінь окиснення елемента виявляється тоді, коли всі елек­ трони зовнішнього енергетичного рівня утворюють хімічні зв’язки.

Ураховуючи те, що молекули — електронейтральні, сума позитивних зарядів дорівнює сумі негативних зарядів усередині однієї молекули.

визначення ступеня окиснення елемента за Хімічною формулою сполуки.

Ступінь окиснення елементів бінарної сполуки можна визначити за хімічною формулою. Щоб це зробити, необхідно враховувати таке:

87

Тема 2. Хімічні реакції

1) у формулах бінарних сполук зазвичай елемент із більшою електро­ негативністю записують на другому місці. Це означає, що спільна пара електронів зміщена до цього елемента. У разі йонних сполук електрони перемістилися до цього елемента. отже, його ступінь окиснення завжди матиме негативний заряд, числове значення якого залежить від кіль­ кості зміщених або переміщених електронів;

2) сума ступенів окиснення елементів у сполуці дорівнює нулю;

3) ступінь окиснення лужних металічних елементів завжди дорів­ нює +1, а Гідрогену — переважно теж +1 (виняток становлять сполуки металічних елементів із Гідрогеном — гідриди, в яких його ступінь окиснення –1);

4) ступінь окиснення оксигену дорівнює –2 (виняток — сполуки OF2,

H2O2);

5) ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю.

Зважаючи на зазначене, спробуйте визначити ступені окиснення елементів

у бінарних сполуках за поданими формулами: HBr, CaO, Мn2O7, CH4, NH3, H2S.

складання формули сполуки за відомим ступенем окиснення елемента.

Пригадайте, як складають формули бінарних сполук за валентністю атомів еле-

ментів.

Формули бінарних сполук за ступенем окиснення складають так само, як і за валентністю елементів. розглянемо приклад.

З а в д а н н я. Складіть формулу сполуки Хлору, що виявляє ступінь окиснення +7, з оксигеном.

ро з в ' я з а н н я

1.Запишемо символи хімічних елементів і проставимо числові зна­ чення їх ступенів окиснення:

+7 –2

Cl O.

2.Визначимо найменше спільне кратне для чисел 7 і 2, воно стано­ вить 14.

3.Поділивши найменше спільне кратне на ступінь окиснення кож­ ного елемента, визначимо кількість атомів у складі сполуки. Проставимо їх індексами.

Відповідь: формула сполуки — Cl2O7.

ПІДСУ­МО­ ВУ­ Є­ МО­ ­ВИВЧЕНЕ

• Ступінь окиснення — умовний заряд атома, якщо припустити, що сполука містить тільки йони.

•Ступінь окиснення визначають за кількістю електронів, що віддав чи приєднав атом, якщо це йонна сполука, або кількістю зміщених електронів, якщо сполука з ковалентним полярним зв’язком.

88

§ 17. Окисно-відновні реакції

•Валентність — кількість ковалентних хімічних зв’язків, якими атом з’єднаний з іншими атомами.

•У простих речовинах, молекули яких містять два атоми, ступінь окиснення та валентність елементів різні.

•За хімічною формулою бінарної сполуки визначають ступінь окиснення елемента, а за ступенем окиснення складають формули бінарних сполук.

ЗАВДАН­ НЯ­ ­­ДЛЯ­­САМОКОНТРО­ ЛЮ­

.  Сформулюйте визначення поняття «ступінь окиснення».

2.  Поясніть, як визначити ступінь окиснення елементів у йонних і ковалентних сполуках.

3.  Обчисліть ступені окиснення елементів у сполуках, записаних формулами:

а) AgCl, CO2, Cu2S, NO2, Al2O3; б) FeCl3, NO, Ag2S, Cr2O3, P2O5; в) CaBr2, Mn2O3, Na2O, N2O3, CO; г) NH3, CrO3, K2O, Mn2O7, N2O.

4.  Складіть формули бінарних сполук за ступенями окиснення елементів, що утворені: а) Калієм і Хлором; б) Магнієм і Сульфуром; в) Натрієм й Оксигеном; г) Літієм і Нітрогеном; ґ) Барієм і Бромом; д) Алюмінієм й Оксигеном; е) Карбоном і Гідрогеном; є) Магнієм і Нітрогеном.

5.  Обчисліть ступінь окиснення елементів у кислотах, записаних формулами, знаючи, що Гідроген має ступінь окиснення +1, а Оксиген –2: H3PO4, H2SO4, HNO3, HClO4, HPO3, H2CO3, H2SO3, H2MnO4.

6.  Фосфор у сполуці з Бромом виявляє вищий додатний ступінь окиснення. Напишіть формулу цієї сполуки та назвіть її. Обчисліть її масу кількістю речовини 0,45 моль та густину випарів за гелієм.

§  17.­ОКИСНО-ВІДНОВНІ­­РЕАКЦІї.­­ПРОЦЕСИ­ОКИСНЕННЯ­­ ТА­­ВІДНОВЛЕННЯ,­­ОКИСНИКИ­­Й­ВІДНОВНИКИ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

•знати й розуміти суть понять «окисно­відновні реакції», «процес окис­ нення», «процес відновлення», «окисник», «відновник», «електронний баланс»;

•розрізняти окисно­відновні реакції та реакції, що відбуваються без зміни ступеня окиснення;

•характеризувати процеси окиснення та відновлення, роль окисно­від­ новних процесів у довкіллі;

•складати рівняння найпростіших окисно­відновних реакцій на основі електронного балансу;

•висловлювати судження про значення окисно­відновних реакцій.

Пригадайте, що таке ступінь окиснення елемента та як його визначають за хіміч- ними формулами речовин.

За ознакою зміни ступенів окиснення елементів, що містяться в складі речовин, реакції поділяють на окисно­відновні й такі, що від­ буваються без зміни ступеня окиснення.

89

Тема 2. Хімічні реакції

реакції, що відБуваються Без зміни ступеня окиснення елементів. Серед

реакцій, які ви вивчали, трапляються такі, що відбуваються без зміни ступеня окиснення хімічних елементів і з його зміною.

розглянемо кожний із цих типів реакцій. Наприклад, вам уже відома реакція розкладу нерозчинної у воді основи купрум(ІІ) гідро­ ксиду. З’ясуємо, які ступені окиснення елементів у реагентах і про­ дуктах реакції. Ви пам’ятаєте, що ступені окиснення записують над символами елементів і, на відміну від зарядів йонів, спочатку ставлять знак «+» або «–», а потім його числове значення +2, –2:

+2 –2 +1 t +2 –2 +1 –2

Сu(OH)2 = CuO + H2O.

У запропонованому рівнянні реакції ступені окиснення кожного еле­ мента до й після реакції не змінилися.

розглянемо інший приклад — реакцію обміну між електролітами в роз­ чині і визначимо ступені окиснення елементів:

AlI3 + 3AgNO3 = 3AgI↓ + Al(NO3)3.

У цій реакції ступені окиснення елементів також не змінюються.

окисно-відновні реакції.­ Зауважимо, що не всі реакції розкладу від­ буваються без зміни ступенів окиснення.

розглянемо реакцію розкладу води під дією постійного електричного струму (рис. 48). Запишемо рівняння реакції:

ел. струм

2H2O = 2Н2↑ + о2↑. Проставимо ступені окиснення елементів:

+1 –2 0 0

2H2O = 2Н2↑+ о2↑.

Унаслідок цієї реакції утворюються два гази: кисень і водень. Вам відомо, що ступінь окиснення елементів у простих речовинах дорівнює нулю. отже, реакція розкладу води відбувається зі зміною ступенів окиснення елементів.

Рис. 48. розклад води під дією постійного електричного струму

90