Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego Inżynieria Środowiska w ramach projektu „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość”

Materiały dydaktyczne na zajęcia wyrównawcze z chemii

dla studentów pierwszego roku kierunku zamawianego

Inżynieria Środowiska

w ramach projektu „Era inżyniera – pewna lokata na przyszłość”

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Typy reakcji chemicznych w chemii nieorganicznej

Reakcja chemiczna – przemiana, podczas której jedne substancje (substraty) przekształcają się w inne (produkty);

Substraty Produkty

reakcja chemiczna

1. Podział ze względu na liczbę substratów i produktów

 reakcja syntezy (łączenia) – dwa lub więcej substraty łączą się w jeden produkt np. 2Mg + O2 = 2MgO

 reakcja rozkładu (analizy) – substancja złożona w wyniku reakcji rozpada się na dwie lub więcej substancji prostszych np.

CaCO₃ T CaO + CO₂

 Reakcja wymiany – polega na przekształceniu dwóch lub więcej substratów w dwa lub więcej produktów.

 pojedynczej - kiedy dwie lub więcej substancji prostych i złożonych przekształca się w dwie lub więcej substancji, przy czym jedna z nich jest prosta

np. Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2 ↑

 podwójnej – gdy dwie lub więcej substancji złożonych w wyniku reakcji przekształca się w dwie lub więcej substancji złożonych

np. 3KOH + H3PO4 = K3PO4 + 3H2O 2. Ze względu na stopień utlenienia atomów:

 reakcje przebiegające bez zmiany stopnia utlenienia np.

Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O

+II -II +I +I -I +II -I +I -II

 reakcje podczas których następuje zmiana stopni utlenienia atomów – reakcje utleniania – redukcji (redoks) np.

PbO^-II₂ + 4 HCl = PbCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O

-II +I

+I -I +II -I 0

+IV

Stopień utlenienia pierwiastka – to liczba dodatnich bądź ujemnych ładunków elementarnych, które uzyskałby dany atom, gdyby wszystkie wiązania w cząsteczce były jonowe.

 reakcje redoks międzycząsteczkowe lub międzyatomowe – wymiana elektronów następuje pomiędzy różnymi atomami, cząsteczkami, jonami np.

S + 2 HNO₃ = H₂SO₄ + 2 NO

0 +V +VI +II

 reakcje redoks wewnątrzcząsteczkowe – wymiana elektronów następuje pomiędzy dwoma różnymi atomami należącymi do jednej cząsteczki np.

KClO₃ = 3/2 O₂ + KCl

-II 0

+V -I

 reakcje dysproporcjonowania – wymiana elektronów następuje pomiędzy dwoma jednakowymi atomami, cząsteczkami bądź jonami, w wyniku czego część atomów ulega redukcji a część utlenieniu np.

4 KClO₃ = 3 KClO₄ + KCl

+V +VII -I

3. Podział ze względu na efekt energetyczny towarzyszący reakcji:

 reakcje egzoenergetyczne – następuje przepływ energii od reagentów do otoczenia np.

spalanie węgla (entalpia reakcji ∆H < 0)

 reakcje endoenergetyczne – energia przepływa z otoczenia do reagentów np.

termiczny rozkład węglanu wapnia (entalpia reakcji ∆H > 0).

4. Reakcje charakterystyczne, spełniające określone warunki np.

 reakcje zobojętniania – reakcje wodorotlenku z kwasem, np. NaOH + HCl = NaCl + H2O

 reakcje strącania – reakcje przebiegające w roztworze, których trudno rozpuszczalny produkt reakcji wydziela się w postaci osadu,

np. AgNO3 + HCl = AgCl ↓+ HNO3

 roztwarzanie – reakcja chemiczna ciała stałego z cieczą, w wyniku której powstaje produkt rozpuszczalny w tej cieczy,

np. 2Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2↑ 5. Reakcje odwracalne i nieodwracalne

 reakcje nieodwracalne – reakcje, które prowadzą do całkowitego zużycia się któregoś z reagentów (substratu lub produktu) np. poprzez opuszczenie środowiska reakcji w postaci gazu lub tworzenie się osadu trudno rozpuszczalnego związku np.

BaCl₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ ↓ + 2 KCl

 Reakcje odwracalne – przebiegają w obu kierunkach wg tego samego równania reakcji. Reakcja ta nie przebiega do końca w żadnym kierunku, a reagenty w zależności od kierunku reakcji są substratami bądź produktami reakcji. Pomiędzy substratami i produktami ustala się stan równowagi dynamicznej, a zależność stężeń reagentów określona jest przez prawo działania mas.

[Prawo działania mas (Guldberga, Waagego) – w stanie równowagi chemicznej, stosunek iloczynu stężeń produktów podniesionych do odpowiednich potęg do iloczynu stężeń substratów podniesionych do odpowiednich potęg, jest wielkością stałą w danej temperaturze, dla danej reakcji].

Przykładem reakcji odwracalnej może być reakcja tworzenia amoniaku zgodnie ze schematem: ^{3H2 + N2 2NH3}

6. Reakcje homogeniczne i heterogeniczne

 reakcje homogeniczne – jednofazowe, reagenty biorące udział w reakcji chemicznej występują w jednej fazie np. gazowej w przypadku reakcji:

H2 (g) + Cl2 (g) = 2 HCl (g)

 reakcje heterogeniczne – wielofazowe, zachodzące na granicy kilku faz np. ciała stałego i gazu: C _(s) + O_{2 (g)} = CO_{2 (g)}

7. Równania reakcji chemicznych

Przemiany chemiczne przedstawiane są przy pomocy równań chemicznych, czyli zapisu przebiegu procesu chemicznego zawierającego symbole lub/i wzory substratów i produktów reakcji. Przed wzorami lub symbolami reagentów umieszcza się liczby zwane

współczynnikami stechiometrycznymi, które wskazują liczbę cząsteczek biorących udział w reakcji chemicznej, np.

2 Mg + O₂ = 2 MgO

współczynniki stechiometryczne

indeks stechiometryczny

Liczbę atomów pierwiastka w reagencie występującym w równaniu chemicznym określa się poprzez iloczyn współczynnika stechiometrycznego i indeksu stechiometrycznego np. 2 MgO zawiera: 2∙1 = 2 atomów magnezu i 2∙1 = 2 atomów tlenu.

Liczba atomów danego pierwiastka przed reakcją i po reakcji jest jednakowa, a dobranie wszystkich niezbędnych współczynników w równaniu stanowi o uzgodnieniu równania reakcji chemicznej.

Zadania:

1.Ułóż przykładowe równania reakcji i podaj nazwy systematyczne reagentów:

a) syntezy i analizy, w których powstaje tlenek miedzi(II),

b) analizy i wymiany w wyniku których tworzy się wodór cząsteczkowy.

2. Wskaż, które z podanych równań reakcji chemicznych odpowiadają reakcjom endo- i egzotermicznym.

a) H₂ + I₂ = 2 HI ∆H = 52kJ b) 2 CO + O2 = 2 CO2 ∆H = - 570 kJ c) Fe2O3 + Al = Al2O3 + 2Fe ∆H = - 848 kJ

CaCO₃ T CaO + CO₂

d) ∆H = 182 kJ

3. Określ jaki to typ reakcji, uzgodnij równanie reakcji oraz nazwij substraty i produkty.

a) AgNO₃ + Zn = Zn(NO₃)₂ + Ag b) KOH + H3PO4 = K3PO4 + H20

HgO T Hg + O₂ c)

d) H2 + O2 = H2O

e) Mg + CuCl2 = MgCl2 + Cu

f) NH₄HCO₃ T NH₃ + H₂O + CO₂

g) H2 + Cl2 = HCl

4. Wskaż poprawne stwierdzenie:

a) w reakcji 1 mola glinu z 2 molami chlorowodoru powstaje 1 chlorku glinu i 1 mol wodoru,

b) w reakcji 2 moli wodorotlenku sodu z jednym molem kwasu siarkowego(VI) powstaje 1 mol siarczanu(VI) sodu i 2 mole wody,

c) w reakcji 1 mola żelaza z 1 molem siarki powstaje 1 mol siarczku żelaza(II), d) odpowiedzi b) i c) są poprawne.

5. Uzgodnij następujące równania reakcji chemicznych oraz nazwij produkty reakcji.

a) CuO = Cu + O ↑

b) Cu + S = Cu2S

c) NaOH + CuSO₄ = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂ ↓ d) CaCO3 + HCl = CaCl2 + CO2 ↑ + H2O e) Mg + O2 = MgO

f) HCl + Zn = ZnCl₂ + H₂ ↑

g) Ga2O3 + H2SiO3 = Ga2(SiO3)3 + H2O

6. Podczas spalania związków organicznych powstaje tlenek węgla(IV) i woda np.

C₃H₈ + 5 O₂ = 3 CO₂ + 4 H₂O Ułóż równania reakcji spalania następujących węglowodorów:

CH4, C2H4, C2H6, C4H10, C5H10

7. Podczas termicznego rozkładu nadmanganianu potasu powstają: manganian(VI) potasu, dwutlenek manganu i tlen. Ułóż równanie zachodzącej reakcji chemicznej i uzgodnij współczynniki stechiometryczne w równaniu.