Вещество. простые и сложные вещества. свойства веществ и их превращения

Коэффициенты в уравнениях химических реакций

Еще один наглядный пример того, как правильно расставить коэффициенты в уравнениях химических реакций: Тринитротолуол (ТНТ) C₇H₅N₃O₆ энергично соединяется с кислородом, образуя H₂O, CO₂ и N₂. Запишем уравнение реакции, которое будем уравнивать:

Проще составлять полное уравнение, исходя из двух молекул ТНТ, так как в левой части содержится нечетное число атомов водорода и азота, а в правой — четное:

2C7H5N3O6 + O2 → CO2 + H2O + N2 (6)

Тогда ясно, что 14 атомов углерода, 10 атомов водорода и 6 атомов азота должны превратиться в 14 молекул диоксида углерода, 5 молекул воды и 3 молекулы азота:

Теперь в обеих частях содержится одинаковое число всех атомов, кроме кислорода. Из 33 атомов кислорода, имеющихся в правой части уравнения, 12 поставляются двумя исходными молекулами ТНТ, а остальные 21 должны быть поставлены 10,5 молекулами O₂. Таким образом полное химическое уравнение будет иметь вид:

Можно умножить обе части на 2 и избавиться от нецелочисленного коэффициента 10,5:

Но этого можно и не делать, поскольку все коэффициенты уравнения не обязательно должны быть целочисленными. Правильнее даже составить уравнение, исходя из одной молекулы ТНТ:

Полное химическое уравнение (9) несет в себе много информации. Прежде всего оно указывает исходные вещества — реагенты, а также продукты реакции. Кроме того, оно показывает, что в ходе реакции индивидуально сохраняются все атомы каждого сорта. Если умножить обе части уравнения (9) на число Авогадро N_A=6,022·10 23 , мы сможем утверждать, что 4 моля ТНТ реагируют с 21 молями O₂ с образованием 28 молей CO₂, 10 молей H₂O и 6 молей N₂.

Есть еще одна фишка. При помощи таблицы Менделеева определяем молекулярные массы всех этих веществ:

• C 7 H 5 N 3 O 6 = 227,13 г/моль
• O 2 = 31,999 г/моль
• CO 2 = 44,010 г/моль
• H 2 O = 18,015 г/моль
• N 2 = 28,013 г/моль

Теперь уравнение 9 укажет еще, что 4·227,13 г = 908,52 г ТНТ требуют для осуществления полной реакции 21·31,999 г = 671,98 г кислорода и в результате образуется 28·44,010 г = 1232,3 г CO₂, 10·18,015 г = 180,15 г H₂O и 6·28,013 г = 168,08 г N₂. Проверим, выполняется ли в этой реакции закон сохранения массы:

Реагенты	Продукты
908,52 г ТНТ	1232,3 г CO 2
671,98 г CO 2	180,15 г H 2 O
168,08 г N 2
Итого	1580,5 г	1580,5 г

Но необязательно в химической реакции должны участвовать индивидуальные молекулы. Например, реакция известняка CaCO 3 и соляной кислоты HCl, с образованием водного раствора хлорида кальция CaCl 2 и диоксида углерода CO 2 :

Химическое уравнение (11) описывает реакцию карбоната кальция CaCO₃ (известняка) и хлористоводородной кислоты HCl с образованием водного раствора хлорида кальция CaCl₂ и диоксида углерода CO₂. Это уравнение полное, так как число атомов каждого сорта в его левой и правой частях одинаково.

Смысл этого уравнения на макроскопическом (молярном) уровне таков: 1 моль или 100,09 г CaCO₃ требует для осуществления полной реакции 2 моля или 72,92 г HCl, в результате чего получается по 1 молю CaCl₂ (110,99 г/моль), CO₂ (44,01 г/моль) и H₂O (18,02 г/моль). По этим численным данным нетрудно убедиться, что в данной реакции выполняется закон сохранения массы.

Интерпретация уравнения (11) на микроскопическом (молекулярном) уровне не столь очевидна, поскольку карбонат кальция представляет собой соль, а не молекулярное соединение, а потому нельзя понимать химическое уравнение (11) в том смысле, что 1 молекула карбоната кальция CaCO₃ реагирует с 2 молекулами HCl. Тем более молекула HCl в растворе вообще диссоциирует (распадается) на ионы H + и Cl — . Таким образом более правильным описанием того, что происходит в этой реакции на молекулярном уровне, дает уравнение:

Здесь в скобках сокращенно указано физическое состояние каждого сорта частиц (тв. — твердое, водн. — гидратированный ион в водном растворе, г. — газ, ж. — жидкость).

Уравнение (12) показывает, что твердый CaCO₃ реагирует с двумя гидратированными ионами H + , образуя при этом положительный ион Ca 2+ , CO₂ и H₂O. Уравнение (12) как и другие полные химические уравнения не дает представления о молекулярном механизме реакции и менее удобно для подсчета количества веществ, однако, оно дает лучшее описание происходящего на микроскопическом уровне.

Закрепите полученные знания о составлении химических уравнений, самостоятельно разобрав пример с решением:

Надеюсь из урока 13 «Составление химических уравнений» вы узнали для себя что-то новое. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Взаимосвязь процессов обмена

Все процессы в клетке тесно связаны между собой, а также с процессами в других клетках и органах. Превращения органических веществ зависят от наличия неорганических кислот, макро- и микроэлементов.

Процессы катаболизма и анаболизма идут в клетке одновременно и являются двумя противоположными составляющими метаболизма.

Обменные процессы связаны с определёнными структурами клетки:

• дыхание – с митохондриями;
• синтез белков – с рибосомами;
• фотосинтез – с хлоропластами.

Для клетки характерны не отдельные химические процессы, а закономерный порядок, в котором они осуществляются. Регуляторами обмена являются белки-ферменты, которые направляют реакции и изменяют их интенсивность.

Типы химических реакций

Химические реакции можно классифицировать по различным признакам:

1. По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции.

2. По изменению степени окисления.

3. По тепловому эффекту.

4. По агрегатному состоянию.

5. По наличию или отсутствию катализатора.

6. По обратимости.

По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции

По этому признаку выделяют 4 типа реакций: реакции соединения, реакции разложения, реакции замещения и реакции обмена.

Реакции соединения — это реакции, в результате которых из нескольких более простых веществ образуется одно более сложное.

Например, простые вещества барий и кислород взаимодействуют с образованием сложного вещества оксида бария:

2Ba + O₂ = 2BaO.

Также к реакциям соединения относится взаимодействие оксида натрия с водой с образованием более сложного вещества гидроксида натрия. Оно более сложное, так как состоит уже из трех атомов химических элементов, в отличие от веществ-реагентов, которые состоят из двух атомов:

Na₂O + H₂O = 2NaOH.

Реакции разложения — это реакции, в результате которых из одного более сложного вещества образуется несколько более простых веществ. Является процессом, обратным реакции соединения.

Пример такой реакции — разложение нитрата серебра на несколько более простых веществ: серебро, оксид азота (IV) и кислород.

Что это за стрелочка?
Стрелка вверх означает, что получившееся вещество является газом, который покидает место проведения реакции и больше не участвует в ней.

Реакции замещения — это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы одного химического элемента в сложном веществе. Также возможно замещение функциональных групп в сложном веществе.

Например, замещение атомов водорода в молекуле соляной кислоты на атомы цинка:

Реакции обмена — это реакции между двумя сложными веществами, в результате которых вещества обмениваются своими составными частями.

Например, NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O.

Реакции нейтрализации
Реакция щелочи с кислотой называется реакцией нейтрализации и является частным случаем реакции обмена.

Для наглядности показали все типы химических реакций по этому признаку на схеме:

По изменению степени окисления

По этому признаку выделяют два вида реакций:

• реакции, протекающие без изменения степени окисления;

• окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — реакции, протекающие с изменением степени окисления нескольких элементов.

В ОВР всегда участвуют вещество-окислитель и вещество-восстановитель. Другие исходные вещества, принимающие участие в реакции, выступают в качестве среды, в которой протекает эта реакция.

Окислитель — вещество, в состав которого входит ион или атом, который в процессе реакции принимает электроны, тем самым понижая свою степень окисления.

Восстановитель — вещество, в состав которого входит ион или атом, который в процессе реакции отдает электроны, тем самым повышая свою степень окисления.

Из определений можно сделать вывод, что в ходе реакции протекает два процесса: принятие электронов (восстановление) и отдача электронов (окисление). Протекают они одновременно.

По тепловому эффекту

По тепловому эффекту реакции делятся на эндотермические и экзотермические.

Эндотермические реакции протекают с поглощением теплоты (−Q). Буквой Q обозначается количество теплоты.

К таким реакциям относятся практически все реакции разложения. Пример:

CaCO₃ = CaO + CO₂ − Q.

Экзотермические реакции протекают с выделением теплоты (+Q).

К таким реакциям относятся практически все реакции соединения. Пример:

2H₂ + O₂ = 2H₂O + Q.

По агрегатному состоянию исходных веществ

По этому признаку все реакции разделяют на гомогенные и гетерогенные.

Гомогенные реакции протекают в одной фазе.

К гомогенным реакциям относятся те, исходные вещества которых находятся либо в жидком агрегатном состоянии, либо в газообразном. Например, взаимодействие двух газообразных веществ — водорода и хлора:

H₂(г) + Cl₂(г) = 2HCl.

Агрегатное состояние указывается в правом нижнем углу: «г» — газообразное, «ж» — жидкое, «тв» — твердое.

Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз.

Как правило, такие реакции протекают между веществами, которые находятся в разных агрегатных состояниях:

2Na(тв) + 2H₂O(ж) = 2NaOH + H₂.

Также к гетерогенным относятся реакции между двумя несмешивающимися жидкостями. Собрали несколько примеров гетерогенных реакций:

Дыхание

Кислородное дыхание производится в митохондриях, где пировиноградная кислота вначале теряет один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстанавливающего эквивалента молекул НАДН+Н+ и ацетилкофермента A (ацетил-КоА):

Ацетил-КоА в митохондриальном матриксе участвует в цепочке химических превращений, которые в совокупности называются циклом Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты). Во время этих превращений образуются две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до диоксида углерода, а его ионы водорода и электроны присоединяются к водородным векторам НАДН+Н+  и НАДH2. Носители переносят протоны и электроны водорода во внутренние митохондриальные мембраны, которые образуют гребни. При помощи белков-носителей протоны водорода вводятся в межмембранное пространство, а электроны переносятся через, так называемую, дыхательную цепь энзимов, которые расположены во внутренней митохондриальной мембране, и разряжаются в атомы кислорода:

O₂ + 2e− → O2−.

Важно то, что в дыхательной цепи имеются белки, содержащие железо и серу. Протоны водорода переносятся из межмембранного пространства в митохондриальный матрикс благодаря специальным ферментам, АТФ-синтетаз, а энергия, выделенная в результате этого процесса, используется для синтеза 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы

Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В митохондриальной матрице протоны водорода, прореагировавшие с радикалами кислорода с образованием воды:

Протоны водорода переносятся из межмембранного пространства в митохондриальный матрикс благодаря специальным ферментам, АТФ-синтетаз, а энергия, выделенная в результате этого процесса, используется для синтеза 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В митохондриальной матрице протоны водорода, прореагировавшие с радикалами кислорода с образованием воды:

4H+ + O2−→ 2H₂O.

Набор кислородных дыхательных реакций можно выразить таким уравнением:

Общее уравнение дыхания выглядит следующим образом:

Таким образом, клеточное дыхание в организме человека происходит поэтапно. Гликолиз сопровождается образованием 8 молекул АТФ (2 из них расходуются). Окислительное декарбоксилирование «дает» 6 АТФ, цикл Кребса — 24 АТФ. Итого, разложение молекулы глюкозы приводит к созданию 38 молекул АТФ. Аэробное дыхание — более совершенный способ получения и накопления энергии.

Смотри также:

• Строение клетки. Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа ее целостности
• Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле

Анаболизм

Клетка в процессе жизни поддерживает постоянство своей внутренней среды, называемое гомеостазом. Для этого она синтезирует вещества в соответствии со своей генетической информацией.

Рис. 1. Схема метаболизма.

Эта часть метаболизма, при которой создаются характерные для данной клетки высокомолекулярные соединения, называется пластическим обменом (ассимиляцией, анаболизмом).

К реакциям анаболизма относится:

• синтез белков из аминокислот;
• образование крахмала из глюкозы;
• фотосинтез;
• синтез жиров из глицерина и жирных кислот.

Эти реакции возможны только при затратах энергии. Если для фотосинтеза затрачивается внешняя (световая) энергия, то для остальных – ресурсы клетки.

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

Количество затрачиваемой на ассимиляцию энергии больше, чем запасается в химических связях, т. к. часть её используется на регуляцию процесса.

Виды реакций по числу и составу реагирующих и образующих веществ

Классификация химических реакций по числу и составу реагирующих компонентов подразделяются на превращения, протекающие без изменения состава веществ, вступающих в химическое превращение (р. изомеризации и смены аллотропных модификаций у неорганических соединений) и превращения, осуществляющиеся с изменением состава реагирующих компонентов (р. соединения, замещения, обмена, разложения, отщепления).

Соединения

Реакция соединения – вид химического процесса, при котором из двух и более простых компонентов образуется сложное вещество. Схематически р. соединения можно представить так: А+Б+В+Г=Е, где в составе вещества Е находятся атомы реагентов А,Б,В,Г. К данному классу химических взаимодействий относятся р. оксидов металлов и кислот в неорганической химии. Разновидностью реакции соединения является р. присоединения (присоединение к одной органической молекуле другой). К подобным химическим взаимодействиям относятся следующие превращения в органической химии: галогенирование, гидрирование, р. гидратации и полимеризации.

Разложения

Реакция разложения – вид химического процесса, в ходе которого из сложной молекулы образуются две или более простых. Схематические данное взаимодействие можно представить следующим образом: В=А+Б. Примером р. разложения может послужить разложение гидроксида цинка при нагревании: Zn(OH)₂=ZnO+H₂0.

Отщепления

Реакции отщепления – это аналог р. разложения химии углевородов. В ходе данных химических процессов реализуется отщепление группы атомов от органической молекулы. Пример: CH3-CH2-OH= CH2=CH2 + H₂0 (р. дегидратации этилового спирта с образованием этилена и воды). Дегалогенирование, дегидрирование, внутримолекулярное дезаминирование (отщепление аммиака с разрывом связей внутри одной органической молекулы) также относятся к р. отщепления.

Замещения

Р. замещения – это превращения веществ, в ходе которых атомы или группы атомов одного веществ замещают атомы или группы атомов другого. Схема: АБ+В=АВ+Б. Примерами р. замещения являются химические взаимодействия, в ходе которых осуществляется вытеснение нижестоящие в таблице Менделеева элементов 7 группы на вышестоящие (так как последние обладают больше электроотрицательностью). 2HBr+2F=2HF+Br₂. В органической химии наиболее наглядно показать р. замещения можно на примере свободно радикального замещения атомов водорода на атомы хлора в молекуле метана под воздействием УФ-излучения: CH4+Cl₂=CH3Cl+HCl.

Обмена

Реакции обмена – это превращения, во время протекания которых происходит обмен атомами или группами атомов между двумя сложными веществами. Данный вид химического процесса можно встретить как органической, так и в неорганической химии. Пример из органической химии: щелочной гидролиз хлор бутана с образованием бутанола и поваренной соли: CH3-CH2-CH2-CH2-Cl+NaOH = CH3-CH2-CH2-CH2-OH + NaCl. Пример из неорганической химии: р. нейтрализации серной кислоты: H₂SO₄+2NaOH= Na2SO₄+ 2H₂O.

Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь

Метаболизм процессуально слагается из двух частей, происходящих в клетке в одно и то же время: пластического и энергетического обмена.

Пластический метаболизм (анаболизм, ассимиляция) является совокупностью реакций синтеза, сопровождающихся расходом энергии аденозинтрифосфата. Пластический обмен особенно важен тем, что в результате него синтезируются органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности клетки. Реакциями данного обмена  являются, например, процесс фотосинтеза, биологический синтез белковых молекул и репликация молекул ДНК (самодублирование).

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) являет собой сочетание реакций разложения сложных веществ на более простые. Результатом данного обмена является накапливание энергии в форме АТФ. Важнейшими процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены прочно коррелируют между собой, в связи с тем, что синтез органических веществ происходит в процессе пластического обмена, а для этого нужна именно энергия АТФ; в процессе обмена энергии органические вещества разлагаются, и высвобождается АТФ, а затем используется для синтеза.

Получение энергии организмами осуществляется в процессе питания, затем высвобождают ее и переводят в форму, доступную главным образом в процессе дыхания. По способу питания все организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы способны к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических, а гетеротрофные организмы поглощают уже готовые органические вещества.

Ассимиляция — биосинтез макромолекул, свойственных клеткам организма. Растения и многие бактерии могут создавать молекулы глюкозы из углекислого газа и воды. На этот процесс расходуется и запасается энергия. Животным необходимы готовые молекулы белков, жиров и углеводов (БЖУ). Это важнейший строительный и энергетический материал для клеток. 

Ассимиляция — это совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии.

Значение метаболизма:

• Поступление из внешней среды веществ, необходимых для организма;
• Превращение питательных веществ в соединения, которые могут использоваться клетками и тканями;
• Синтез структурных элементов клеток, ферментов и т.д., замена устаревшим новыми;
• Синтез более сложных соединений из более простых;
• Отложение запасов.

Чтобы организм мог усвоить вещества из пищи, они должны быть сначала разобраны на «кирпичики» или мономеры. Из них в организме «собираются» собственные макромолекулы.

Диссимиляция — распад веществ, противоположный ассимиляции (биосинтезу). Белки гидролизуются до аминокислот. При распаде жиров выделяются жирные кислоты и глицерин. Сложные углеводы разлагаются на простые сахара.

Ассимиляция и диссимиляция происходят согласованно. Распад и окисление веществ с выделением энергии возможны лишь тогда, когда есть субстрат — макромолекулы. Они разлагаются на мономеры, которые участвуют в биосинтезе. Выделяющаяся при диссимиляции энергия затрачивается на образование свойственных организму веществ.

Сырье для химической промышленности

Более 30 тысяч полезных продуктов дает нам химическая промышленность – чудесная волшебница. Да и как ее иначе назовешь, если она буквально из-под земли добывает сокровища.

Сырье, которым она главным образом питается, – это природные энергоносители – нефть, газ, каменный уголь. Причем зачастую не сама нефть, не сам каменный уголь, а то, что остается от них в результате переработки. Отгонят из нефти бензин, керосин, солярку, смазочные масла – останется газ. Вот он-то химии и нужен. А раньше этот газ просто сжигали. Делают из угля кокс – топливо для металлургии. Остается каменноугольная смола. Ее перерабатывают химики. А если к ним вся нефть на переработку попадает, тут уж чего только из нее не выжмут: и лекарства, и краски, и волокна. Только один большой химический завод заменяет овечье стадо в 18 миллионов голов.

Уравнения реакций с примерами

Согласно приведенной классификации уравнения реакции могут иметь следующий вид:

1. По тепловому эффекту:

• экзотермическая: C+O2 → CO2+Q;
• эндотермическая: CaCO3→CaO+CO2-Q.

2. По числу и составу реагентов и получаемых продуктов:

• реакция соединения: H2+Br2→2HBr;
• реакция разложения: 2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O;
• реакция замещения: Ni+CuSO4→NiSO4+Cu↓;
• реакция обмена: KOH+HCl→KCl+H2O.

3. По обратимости:

обратимые:

2SO2+O22SO3,

MgCO3 MgO+CO2 (в закрытом сосуде);

необратимые:

4. По изменению степени окисления (окислительно-восстановительные и неокислительно-восстановительные):

6. По присутствию катализатора:

• каталитическая C2H4+H2O→C2H5OH. В роли катализатора выступает серная кислота;
• некаталитическая 2HgO→2Hg+O2.

ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ЦЕПОЧЕК ПРЕВРАЩЕНИЙ

Можно выделить несколько основных разновидностей подобных задач:

1. Цепочки превращений, в которых известны все вещества

Предлагаются формулы конкретных химических веществ. Формулы дают представление о том, к какому (каким) классу (классам) веществ относятся участники цепочки. Это значительно упрощает ее решение. И это, пожалуй, самый простой вид цепочек превращений.

2. Цепочки с неизвестными веществами

Одно из веществ цепи может быть не известно и зашифровано с помощью какой-либо буквы (латиница или кириллица). В таком случае, над стрелкой указывается вещество, которое необходимо добавить к предыдущему, чтобы получилось зашифрованное вещество. Если этого не делать, то можно предположить несколько вариантов решения.

Очень часто вместо химических формул предлагаются названия соединений. Это очень полезно для отработки знаний их номенклатуры и умений по названию определять принадлежность к определенному классу. Например:

В цепочках данного вида могут быть не известны несколько веществ или даже все, кроме одного, например, исходного.

Многие химические элементы имеют несколько степеней окисления. Подобные задачи направлены на знание окислительно-восстановительных свойств веществ и на отработку умений составлять окислительно-восстановительные реакции.

4. Цепочки превращений с неизвестными промежуточными веществами

В подобных случаях предлагаются только исходное вещество и конечный продукт. Так, в данном примере из пропана напрямую получить этиловый эфир аланина невозможно. Промежуточных стадий получения конечного продукта может быть несколько. Это определяет тот, кто решает данную цепочку превращений. Ясно, что и путей решения может быть несколько.

Составить уравнения реакций по схеме превращений

На самом деле это не так и сложно. Для этого необходимо знать типы реакций и основные условия их протекания.

1. Химические реакции соединения

Реакция горения — одна из самых распространенных химических реакций соединения — все вещества горят — и металлы, и неметаллы:

Химические реакции соединения металла и неметалла — приводят к образованию солей:

(а вот этот момент надо запомнить (или выучить) — железо при взаимодействии с соляной кислотой дает хлорид железа (II), а с хлором — простым веществом — хлорид железа (III))

Неметаллы также могут взаимодействовать между собой:

2. Составление уравнений реакций по схеме — реакции разложения

Обычно уравнения реакций разложения солей дают соответствующие основные и кислотные оксиды:

Исключения:

1. по-другому разлагаются нитраты — в зависимости от металла, входящего в состав соли. Это можно прочитать >;
2. хлорид аммония — NH₄Cl — разлагается до аммиака и соляной кислоты: NH₄Cl = NH₃ + HCl;
3. не разлагаются сульфаты
4. соли, образованные сильными окислителями:

Разлагаются некоторые основания:

3. Составление уравнений реакций по схеме — п римеры реакций замещения

реакция замещения водорода в кислотах:

когда нам дана реакция замещения металлом водорода в кислотах, нужно учитывать электрохимический ряд напряжений металлов: металлы, находящиеся в ряду ДО водорода, вытесняют его из кислот:

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

реакции замещения в солях:

Ca + 2NaCl = CaCl₂ +2 Na

Правило: предыдущий металл вытесняет последующий из его солей

(т.е. реакция Na + CaCl₂ не будет идти)

4. Составление уравнений реакций по схеме — р еакции обмена веществ

Здесь следующие правила — обменные реакции идут в сторону образования продуктов при:

1. выпадении осадка: NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃
2. выделении газа: Na₂CO₃ + HCl = NaCl + CO₂ + H₂O ;
3. образовании малодиссоциирующего вещества (H₂O, NH₄OH, органические кислоты и соли и т.д.): NaOH + H₂SO₃ = Na₂SO₃ + H₂O

Взаимосвязь неорганических веществ можно отобразить такой таблицей:

Теория, это, конечно, хорошо, но давайте попрактикуемся — попробуем составить уравнения реакций по схемам превращений

В первой реакции к меди можно прибавить либо AgNO₃, либо HNO₃ — в ряду напряжений медь стоит до серебра, а азотная кислота будет давать окислительно-восстановительную реакцию.

Во второй части схемы нам подходит K₂S или H₂S, т.к. сульфид меди — осадок.

Ответ: 1)

Составим уравнения реакций для данной схемы превращений:

Первая реакция — переход фосфора в фосфорную кислоту — такое под силу только мощным окислителям — либо серной, либо азотной кислоте.

Вторая реакция — обменная — K₂SO₄ даст растворимые продукты, а вот KOH — в самый раз! Получится вода — малодиссоциирующее вещество.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам необходимо добавить его в свой личный кабинет.

2. распространить видеоуроки в ваших личных кабинетах среди ваших учеников.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.

Конспект урока «Реакции замещения»

Проведем эксперимент английского химика Г. Кавендиша: Наполните пробирку раствором соляной кислоты и положите в нее несколько цинковых шариков. Мы можем наблюдать выделение пузырьков газа. Мы собираем этот газ, вытесняя воздух, потому что выделяющийся газ, водород, легче воздуха. Когда накопится достаточное количество газа, подносим пробирку с газообразным водородом к пламени зажигалки, после чего происходит взрыв, сопровождаемый «лающим» звуком. Этот взрыв происходит из-за смешивания водорода и воздуха.

Смесь из 2 объемов водорода и 1 объема кислорода называется «топливный газ». Если собрать чистый водород и поднести пробирку к горелке, вы услышите легкий хлопающий звук, вызванный сгоранием чистого водорода. Откуда берется водород в реакции и какие еще продукты образуются?

В результате этой реакции — между цинком и соляной кислотой — образуется соль (хлорид цинка). Это можно продемонстрировать, поместив немного этого раствора на предметное стекло и выпарив его. В результате вода испаряется, и на предметном стекле образуются кристаллы соли. Давайте теперь составим уравнение для этой реакции: Цинк и соляная кислота реагируют и образуют соль под названием хлорид цинка с выделением водорода.

Давайте проведем эксперимент с дугой. Налейте раствор соляной кислоты в четыре пробирки. В первую пробирку положите кальций, во вторую — магний, в третью — цинк, в четвертую — медь. Если наблюдать за процессом, то во всех ли случаях выделяется водород, потому что металл и соляная кислота реагируют друг с другом? Наиболее интенсивное выделение водорода наблюдается в первой пробирке, где металлом был кальций, во второй пробирке — с металлом магнием — менее интенсивное, с цинком еще менее интенсивное, а с медью реакция не происходит, так как не наблюдается выделение водорода.

Поэтому, чтобы предсказать реакцию между металлом и кислотой, необходимо использовать ряд активности металла или ряд напряжения металла. Как видите, в этом ряду есть и водород, который не является металлом. Металлы в ряду металлов перед водородом способны вытеснять его из кислых растворов, в то время как металлы после водорода такой способностью не обладают.

Наиболее активные металлы находятся в начале ряда, а наименее активные — в конце. Поскольку кальций более активен, выделение водорода в кислом растворе более выражено, чем у магния или цинка. Медь не вытесняет водород из кислого раствора, потому что этот металл находится в конце ряда. Вы убедились в этом на собственном опыте.

Ряд активности металлов также используется для прогнозирования реакций между металлом и раствором соли. Для этого нужно знать, что более активный металл вытесняет менее активный из солевого раствора.

Проведем эксперимент: поместим железный гвоздь в мензурку с раствором сульфата меди(II). Через некоторое время на ногте появляется красный налет, а солевой раствор меняет цвет. Красный осадок — это выделившаяся медь, раствор изменил цвет, потому что в результате реакции образовался раствор сульфата железа(II).

По агрегатному состоянию реагентов

Агрегатное состояние вещества – это его физическое свойство, зависящее от параметров температуры и давления. Выделяют три агрегатных состояния: газообразное, жидкое, твердое. В зависимости от того одинаковое или разное агрегатное состояние у реагирующих веществ во время протекания химического процесса: выделяют гомогенные и гетерогенные реакции.

Гомогенные

Гомогенными называют такие реакции, в ходе которых реагенты находятся в одном агрегатном состоянии. Примером может послужить р. хлор метана из метана и молекулы хлора:CH4 + Cl₂
= CH3Cl + HCl. Оба реагента представляют из себя газообразные вещества.

Гетерогенными называют такие химические превращения, во время протекания которых исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях. Отличным примером может стать р. гидрирования олеиновой кислоты: С₁₇Н₃₃СООН + Н₂ = С₁₇Н₃₅СООН. Олеиновая кислота жидкость, молекула водорода – газ – поэтому так р. называется гетерогенной.

АТФ

Особую роль в метаболизме играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Она является компактным химическим аккумулятором энергии, используемым для реакций синтеза.

Рис. 3. Схема строения АТФ и превращения её в АДФ.

За счёт своей неустойчивости АТФ образует молекулы АДФ и АМФ (ди- и монофосфат) с выделением большого количества энергии для процессов ассимиляции.

Что мы узнали?

Если говорить кратко, то обмен веществ и энергии в клетке – это совокупность огромного числа химических реакций, направленных на её самоорганизацию и самовоспроизведение. Обмен составляют разнонаправленные процессы анаболизма и катаболизма.

1. /5

   Вопрос 1 из 5

   Количество доступной энергии в клетке (в виде АТФ):

   • уменьшается при диссимиляции
   • увеличивается при ассимиляции
   • уменьшается при распаде высокомолекулярных соединений
   • увеличивается при диссимиляции

Классификация в зависимости от теплового эффекта

Тепловой эффект реакции – это изменение её внутренней энергии во время протекания процесса превращения реагентов в продукты реакции. Он может быть положительным – тепло выделяется в окружающую среду (тогда р. называется экзотермической) и отрицательным – тепло окружающей среды поглощается субстратами превращения (тогда р. называется эндотермической).

Экзотермические

Экзотермические процессы – это превращения, во время протекания которых тепло выделяется в окружающую среду. Пример: горение этана с образование углекислого газа и воды, а также выделением тепла (Q): 2С2Н6 + 7О₂ = 4СО₂ + 6Н₂О + Q

Эндотермические

Эндотермическими называют химические превращения, в ходе протекания которых тепло поглощается из окружающей среды. Пример: р. разложения гидроксида кальция с образование оксида кальция и воды, а также поглощением тепла: Ca(OH)₂ = CaO + H₂O – Q.

Роль химических явлений в жизни человека и в природе

Невозможно представить себе деятельность человека в любой области без химических процессов. Они применяются в энергетике и отоплении, транспорте, добыче и переработке сырья, в производстве материалов и всевозможных продуктов. Хотя человек научился использовать химические явления целенаправленно, их роль неизмеримо больше обслуживания нашей цивилизации.

Процессы жизнедеятельности, обеспечивающие существование живых организмов, связаны с превращениями вещества, а это означает, что они имеют химическую природу. В передаче генетической информации, дыхании, работе нервной и мышечной тканей, пищеварении, в фотосинтезе у растений – везде происходит выделение или поглощение химической энергии.

Химические реакции протекают повсюду – в океанах и атмосфере, в недрах Земли и в  космосе. В тесном переплетении с физическими процессами они играют одну из ключевых ролей в жизни Вселенной.

Задания

ЗАДАНИЕ 1

Обязательный атрибут множества детективных произведений — цианистый калий, точнее, цианид калия, который обладает свойством парализовывать нервную систему, приводя тем самым жертву к мгновенной смерти. Приведите примеры свойств других веществ, которые используются в литературных произведениях.

Показать ответ

Скрыть ответ

Например, в литературном произведении Артура Конан Дойля «Собака Баскервилей» у собаки светилась пасть и глаза. Для этого было использовано такое вещество как белый фосфор, который светится в темноте.

ЗАДАНИЕ 2

Какое понятие более широкое — «химический элемент» или «простое вещество»? Дайте доказательный ответ.

Показать текст

Убрать текст

«Химический элемент» является более обширным понятием, чем «простое вещество». Объясняется это тем, что химический элемент может образовывать много разных простых веществ. Например, химический элемент кислород может образовывать простые вещества: кислород О₂ и озон О₃ .

ЗАДАНИЕ 3

Стальные детали в результате длительного пребывания во влажной атмосфере покрываются ржавчиной. Как называется это явление? К физическим или химическим явлениям вы его отнесете? Почему?

Показать текст

Скрыть текст

Процесс ржавления металла называется коррозией. Он относится к химическим процессам, так как при взаимодействии стальных деталей с влажным воздухом, на их поверхности образовывается оксид, т. е. новое вещество.

Целлюлоза

Говорят:

Это в том смысле, что во всяком деле убытки бывают. А химики берут эти щепки и тоже из них материю делают, какую угодно – шелковую, шерстяную. Тысячелетия удивлялся человек мудрому устройству шелковичного червя. Питается такой червь листьями и каким-то образом перерабатывает их в шелковую нить. Но вот за дело взялись химики и разгадали секрет гусеницы-монополиста. Они узнали, что шелковые нити гусеница делает из целлюлозы.

А целлюлоза – очень распространенное в природе вещество. Из него почти наполовину состоит древесина. Немало пришлось потрудиться ученым, прежде чем они додумались, как из целлюлозы приготовить шелк. Но даже когда узнали, как это делается, прошло еще лет сто, прежде чем заработал первый механический шелкопряд.

Вискоза

Теперь из дерева шелк делают так. Мелко измельченную древесину обрабатывают специальными жидкостями. Эти жидкости растворяют и вымывают из древесины все лишнее и оставляют только целлюлозу. Потом в дело идут другие химические реактивы, и целлюлоза превращается в клейкую студенистую массу.

Масса эта – вискоза. Поэтому и шелк, который в дальнейшем из нее вырабатывают, носит название вискозного. Пропускают студенистую вискозу через тончайшие отверстия и получают волокно, из которого прядут нити и ткут шелковую материю. А если это волокно по-особому приготовить, получится материал, похожий на шерсть. Но вискозный шелк – это еще не самое удивительное, что делают сейчас химики. Гораздо больше поражают наше воображение ткани и пластмассы, изготовленные, можно сказать, из ничего. А они и это умеют.