Władysław Walkowiak – PCHN_SKP-studport

III. REAKCJE CHEMICZNE

1. Proces chemiczny a reakcja chemiczna

Przykłady:

spalanie węgla - proces chemiczny,

topnienie lodu - proces fizyczny.

Proces chemiczny → reakcja chemiczna

Przykład:

Zapis reakcji spalania węgla:

C + O2 = CO2

Musimy również dodatkowo podać efekt cieplny tej

reakcji:

C + O

∆Ηθ

2 = CO2

= - 394 kJ/mol

∆Hθ = standardowa entalpia reakcji = efekt cieplny reakcji przy p = const. w temp. 298 K

1

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP-studport

2. Co wiemy z zapisu reakcji chemicznej?

O czym mówi reakcja:

- informacja na temat substratów i produktów,

- informacja na temat współczynników

stechiometrycznych,

- informacja na temat efektu energetycznego

(cieplnego)

O czym nie mówi reakcja:

- szybkość reakcji,

- mechanizm reakcji,

- wydajność reakcji (stopień przereagowania).

2

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP-studport

3. Definicja reakcji chemicznej

Jest to proces, w którym z atomów, jonów lub

cząsteczek

substancji

wyjściowych

(substratów)

powstają atomy, jony lub cząsteczki produktów.

W reakcji chemicznej ma miejsce niszczenie jednych

wiązań, a tworzenie innych.

Często reakcji towarzyszą zmiany w zewnętrznych

(walencyjnych) powłokach elektronowych.

3

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP-studport

4. Elementarne prawa rządzące reakcjami

chemicznymi

a) Prawo zachowania masy

Suma

mas

substratów

jest

równa

sumie

mas

produktów.

H2 + Cl2 = 2HCl

4

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP-studport

b) Prawo stosunków stałych

Pierwiastki chemiczne reagują ze sobą w stałych,

ściśle określonych stosunkach ilościowych

(stechiometrycznych)

1C + 1 O2 = 1 CO2

12,011 g

31,998 g

1,00 j.w

x j.w

x = 31,998 / 12,011 = 2,6640 j.w.

Każdy związek chemiczny ma stały i niezmienny

skład ilościowy

Odstępstwa - związki chemiczne niestechiometryczne

5

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

5. Podział reakcji chemicznych

a) Ze względu na ilość reagentów

Syntezy

S + O2 = SO2

Rozkładu

CaCO3 = CaO + CO2

Wymiany

SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO

b) Ze względu na ilość faz

Homogeniczne: NaOH + HCl = NaCl + H2O

czyli

H+ + OH- = H2O

Heterogeniczne: C + O2 = CO2

C(s) + O2(g) = CO2(g)↑

c) Ze względu na rodzaj reagentów

Jonowe H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl

2H+ + SO 2-

4

+ Ba2+ + 2Cl- = BaSO4 + 2H+ + 2Cl-

czyli Ba2+

2-

(w) + SO4

(w)

= BaSO4↓(s)

Cząsteczkowe

2SO2 + O2 = 2SO3

2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g)

6

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Reakcje rodnikowe

Rodniki są to bardzo aktywne atomy (lub grupy

atomów) mające niesparowane elektrony. Są bardzo

nietrwałe.

Rodniki

najczęściej

powstają

pod

wpływem

promieniowania elektromagnetycznego.

Przykładem

reakcji

rodnikowej

jest

fotosynteza

chlorowodoru:

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

Ta reakcja zachodzi z udziałem rodników powstających pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego:

Cl2 + hυ = 2Cl—

H2 + hυ = 2H—

Cl2 + H— = HCl + Cl—

H2 + Cl— = HCl + H—

Cl— + H— = HCl

H— i Cl— oznaczają rodniki

7

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

d) Reakcje egzo- (∆Ηθ < 0) i endotermiczne (∆Ηθ > 0)

Przykłady:

C + O2 = CO2

∆Ηθ = -394 kJ/mol

Ag2O = 2Ag + 1/2O2 ∆Ηθ = +30 kJ/mol

8

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

e) Zmiana stopnia utlenienia - reakcje utleniająco-redukcyjne

Czy te reakcje są utleniająco – redukcyjne?

1.

S + O2 = SO2

TAK

2.

Cu2+ + S2- = CuS

NIE

3.

CaO + H2O = Ca(OH)2

NIE

4.

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

TAK

9

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

5.

Stopnie utlenienia

Rzeczywisty stopień utlenienia

Stopień utlenienia jest to liczba elektronów, jaką by

dany pierwiastek przyjął (lub oddał) gdyby utworzone

wiązanie miało charakter jonowy.

Jest to wielkość umowna

Stopnie utlenienia:

1. tlenu -2 (z wyjątkiem nadtlenków H2O2, Na2O2),

ponadtlenków (KO2) i fluorku tlenu (OF2)

2.

wodoru +1 (z wyjątkiem wodorków metali → -1 st.

utl.)

3. w stanie wolnym pierwiastek posiada zerowy

stopień utlenienia

4. suma stopni utlenienia wszystkich atomów

tworzących cząsteczkę wynosi 0

10

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

cząsteczka: H2SO4

siarka:

2(+1) + x + 4(-2) = 0 x = +6

anion: [Cr2O7]2-

chrom:

2x + 7(-2) = -2

x = +6

kation: [VO2] +

wanad:

x + 2(-2) = +1

x = +5

11

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Formalny stopień utlenienia

np. ołów w Pb3O4

tlen 4(-2) = - 8

3 atomy Pb +8

1 atom Pb +8/3

Jest to tzw. formalny stopień utlenienia.

Formalny stopień utlenienia nie musi być liczbą

całkowitą. Tutaj wynosi on +8/3.

12

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

6.

Reakcje utleniająco - redukcyjne

dobieranie współczynników - metoda

uproszczona

1o

-

Cu + H+ + NO3 = Cu2+ + NO + H2O

redukcja

3e x 2

N(+5) + 3e N(+2)

utleniacz

utlenienie

2e x 3

Cu(0) Cu(+2) + 2e

reduktor

Uzgadniamy współczynniki dla miedzi i azotu:

-

3Cu + H+ + 2NO3 = 3Cu2+ + 2NO + H2O

Następnie uzgadniamy współczynniki dla H+:

3Cu + 8H+ + 2NO -

3 = 3Cu2+ + 2NO + H2O

13

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Na końcu uzgadniamy wsp. dla wody:

-

3Cu + 8H+ + 2NO3 = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

2o

Fe2+ + MnO -

4 + H+ = Fe3+ + Mn2+ + H2O

Fe(2+) → Fe(3+) + 1e

Mn(+7) + 5e → Mn(2+)

Dobierz współczynniki do tej reakcji

3o

Ag2S + NO3 - + ...... = Ag+ + SO4 2-+ NO + ……

Dobierz współczynniki do tej reakcji i wstaw

reagenty w miejsca wykropkowane.

14

Rozdział III. Reakcje chemiczne

Władysław Walkowiak – PCHN_SKP

Zagadnienia pominięte w tym wykładzie: związki

chemiczne niestechiometryczne, prawo stosunków

wielokrotnych. Reakcje dysproporcjonowania.

Koniec rozdz. III-tego

15

Rozdział III. Reakcje chemiczne