Дата по расписанию:6.10.20 г.. Дисциплина ОДБ.11 «Химия»

Дата по расписанию:6.10.20 г.

Группа: 2-ТОРАТ-20

Дисциплина ОДБ.11 «Химия»

Тема по рабочей программе: Реакции, идущие с изменением состава вещества. Реакции соединения, разложения и обмена в неорганической и органической химии. Реакции экзо- и эндотермические. Тепловой эффект химической реакции и термохимические уравнения. Реакция горения как частный случай химической реакции.

Цель занятия:

· Методическая:

- усовершенствоватьметодику актуализации опорных знаний

· Дидактическая:

- систематизировать и расширить знания об химических реакциях;

- научить выделять существенные признаки, которые могут быть положены в основу классификации химических реакций;

- совершенствовать умения анализировать, делать выводы.

· Воспитательная:

- достичь понимания важности изучения дисциплины;

- развивать аккуратность, внимательность, настойчивость при выполнении заданий;

- прививать интерес к предмету.

Вид занятия: комбинированное занятие.

Тип занятия: приобретение новых знаний.

Ход занятия

Организационный момент

- проверка присутствия студентов;

- записи в журнале;

- проверка подготовки к занятию студентов.

Сообщение темы, цели и основных задач занятия.

Мотивация к изучению материала

Одна из задач химии использовать эти процессы для получения соединений с новыми полезными свойствами, а так же для получения разных видов энергии. В организме человека и в окружающем нас мире протекает огромное число реакций, без них невозможна жизнь. Чтобы ориентироваться в огромном царстве реакций, необходимо знать их типы. Сегодня мы и рассмотрим классификацию химических реакций.

Актуализация опорных знаний

1) Что называется явлением?

2) Чем сопровождается любое явление?

3) Какие виды энергий вы знаете?

4) В чём разница между физическими и химическими явлениями?

5) Какие уровни организации вещества затрагиваются при химических реакциях?

6) По каким признакам можно судить о протекании именно химических реакций?

Изучение нового материала

Химические реакции, или химические явления, — это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие, отличающиеся от них по составу и (или) строению.

При химических реакциях обязательно происходит изменение веществ, при котором рвутся старые и образуются новые связи между атомами.

Химические реакции следует отличать от ядерных реакций. В результате химических реакций общее число атомов каждого химического элемента и его изотопный состав не меняются.

Можно выделить четыре типа таких реакций: соединения, разложения, замещения и обмена.

· Реакции соединения — это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество.

В неорганической химии все многообразие реакций соединения можно рассмотреть, например, на примере реакций получения серной кислоты из серы:

- Получение оксида серы(IV): S + O₂ = SO₂ — из двух простых веществ образуется одно сложное.

- Получение оксида серы (VI): SO₂ + O₂ = 2SO₃ — из простого и сложного веществ образуется одно сложное.

- Получение серной кислоты: SO₃ + Н₂O = Н₂SO₄ — из двух сложных веществ образуется одно сложное.

Примером реакции соединения, при которой одно сложное вещество образуется из более чем двух исходных, может служить заключительная стадия получения азотной кислоты: 4NО₂ + O₂ + 2Н₂O = 4НNO₃

В органической химии реакции соединения принято называть «реакциями присоединения». Все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций, характеризующих свойства непредельных веществ, например этилена:

- Реакция гидрирования — присоединения водорода:

CH₂=CH₂ + Н₂ = CН₃—СН₃

· Реакции разложения — это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.

В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на блоке реакций получения кислорода лабораторными способами:

- Разложение оксида ртути(II) — из одного сложного вещества образуются два простых.

- Разложение нитрата калия — из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное.

- Разложение перманганата калия — из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое, то есть три новых вещества.

В органической химии реакции разложения можно рассмотреть на блоке реакций получения этилена в лаборатории и в промышленности:

- Реакция дегидратации (отщепления воды) этанола:

С₂H₅OH → CH₂=CH₂ + H₂O

- Реакция дегидрирования (отщепление водорода) этана:

CH₃-CH₃→ CH₂=CH₂ + H₂

· Реакции замещения — это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе.

В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства, например, металлов:

- Взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой: 2Na + 2Н₂O = 2NаОН + Н₂

- Взаимодействие металлов с кислотами в растворе:

Zn + 2НСl = ZnСl₂ + Н₂

- Взаимодействие металлов с солями в растворе:

Fе + СuSO₄ = FеSO₄ + Сu

Предметом изучения органической химии являются не простые вещества, а только соединения. Поэтому как пример реакции замещения приведем наиболее характерное свойство предельных соединений, в частности метана, — способность его атомов водорода замещаться на атомы галогена. Другой пример — бромирование ароматического соединения (бензола, толуола).

FеВr₃

С₆Н₆ + Вr₂ —> С₆Н₅Вr + НВr

Обратим внимание на особенность реакции замещения у органических веществ: в результате таких реакций образуются не простое и сложное вещество, как в неорганической химии, а два сложных вещества.

В органической химии к реакциям замещения относят и некоторые реакции между двумя сложными веществами, например нитрование бензола. Она формально является реакцией обмена. То, что это реакция замещения, становится понятным только при рассмотрении ее механизма.

· Реакции обмена — это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями.

Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, то есть только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н₂O).

В неорганической химии это может быть блок реакций, характеризующих, например, свойства щелочей:

- Реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды.

- Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа.

- Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка:

СuSO₄ + 2КОН = Сu(ОН)₂ + К₂SO₄

В органической химии можно рассмотреть блок реакций, характеризующих, например, свойства уксусной кислоты:

- Реакция, идущая с образованием слабого электролита — Н₂O:

СН₃СООН + NаОН = Nа(СН₃СОО) + Н₂O

- Реакция, идущая с образованием газа:

2СН₃СООН + СаСO₃ → 2СН₃СОО + Са²⁺ + СO₂ + Н₂O

Система – это некоторая часть материального мира, ограниченная реальной или воображаемой поверхностью. Система, у которой отсутствует обмен веществом с окружающей средой, называется закрытой, а если отсутствует также и обмен энергией – изолированной системой.

Химические процессы - это превращение одних веществ в другие. На разрыв связей в молекулах исходных веществ энергия затрачивается, а при образовании связей в молекулах продуктов реакции энергия выделяется. Если общее количество затраченной энергии больше выделенной, то процесс идет с поглощением энергии и является эндотермическим (ΔН>0). Если же количество выделенной энергии больше затраченной, то процесс осуществляется с выделением энергии и является экзотермическим (ΔН<0).

Уравнения химических реакций, в которых указываются агрегатные состояния веществ, количества и тепловые эффекты, называются термохимическими.

Н₂(г) + С1₂(г) = 2НС1(г) + 92,3 кДж

N₂(г) + O₂(г) = 2NO(г) - 90,4 кДж

Для возможности сопоставления энергетических эффектов различных процессов их принято измерять в стандартных условиях: химически чистые вещества, при температуре 25°С (298 К) и давлении в 1 атм.

Тепловой эффект химической реакции при постоянном объёме (Q_v) равен изменению внутренней энергии: Q_v= -ΔU. Тепловой эффект реакции при постоянном давлении (Q_Р) равен изменению энтальпии: Q_Р= -ΔН. Энтальпию Н можно рассматривать как энергию расширенной системы: Н = U + РV.

Тепловой эффект реакции образования одного моля сложного вещества из простых веществ в модификациях устойчивых в стандартных условиях, называется стандартной теплотой образования (стандартной энтальпией образования) данного вещества: ∆Hº_обр (кДж/моль). Теплота образования устойчивых модификаций простых веществ в стандартном состоянии принимается равной нулю. Важнейшим свойством любой функции состояния является независимость ее изменения от способа, или пути, изменения состояния системы. Данное заключение отражено в законе Гесса: тепловой эффект химических реакций, протекающих при постоянном давлении или объеме, не зависит от пути протекания реакции и определяется состоянием исходных веществ и продуктов реакции.

Тепловой эффект химической реакции при стандартных условиях, как одно из следствий, равен разности сумм стандартных энтальпий образования продуктов реакции и стандартных энтальпий образования исходных веществ, с учётом числа молей соответствующих веществ:

∆Hº = Σ _прод.∆Hº_{обр.(прод.)} – Σ _исх.∆Hº_{обр.(исх.)},

где прод - количество вещества (моль) продукта реакции, исх - количество вещества (моль) исходных реагентов, ∆Hº_{обр.(прод.)} и ∆Hº_{обр.(исх.)} – энтальпии образования продуктов и исходных реагентов [кДж/моль] соответственно.

В химических процессах одновременно действуют две силы: стремление частиц объединиться за счёт прочных связей, что уменьшает энтальпию системы ΔН⁰. Энтропия S [Дж/(моль К)] является мерой свободы или мерой беспорядка. Две эти силы всегда направлены навстречу друг другу. При их равенстве система находится в равновесии. Результат действия энтальпийного (ΔН) и энтропийного (TΔS) факторов отражает термодинамический потенциал. В условиях постоянных температуры и давления этот потенциал называется энергией Гиббса G или изобарно–изотермическим потенциалом:ΔG = ΔН – TΔS.

По тепловому эффекту реакции делят на экзотермические и эндотермические.

· Экзотермические реакции протекают с выделением энергии.

К ним относятся почти все реакции соединения. Редкое исключение составляют эндотермические реакции синтеза оксида азота (IV) из азота и кислорода и реакция газообразного водорода с твердым иодом.

Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения. Гидрирование этилена — пример экзотермической реакции. Она идет при комнатной температуре.

· Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии.

- Обжиг известняка

- Крекинг бутана

Домашнее задание