Методические рекомендации по изучению темы «Классификация химических реакций».
Методические рекомендации по изучению темы «Классификация химических реакций».
Методические рекомендации по изучению темы «Классификация химических реакций». По мысли Д.И.Менделеева химическая реакция является ключевой проблемой химии: «Ближайший предмет химии составляет изучение однородных веществ,из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения». Поэтому в преподавании школьного курса химии важно использовать научный и методически правильный подход к рассмотрению сущности учения о закономерностях осуществления химических реакций. В первую очередь это касается глобальной классификации химических реакций.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Методические рекомендации по изучению темы «Классификация химических реакций». »
Методические рекомендации по изучению темы «Классификация химических реакций».
По мысли Д.И.Менделеева химическая реакция является ключевой проблемой химии: «Ближайший предмет химии составляет изучение однородных веществ ,из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения.»Поэтому в преподавании школьного курса химии важно использовать научный и методически правильный подход к рассмотрению сущности учения о закономерностях осуществления химических реакций. В первую очередь это касается глобальной классификации химических реакций.
По мнению профессоров Г.И.Шелинского и С.В.Телешова включение признака выделения/поглощения теплоты может способствовать формированию у учащихся представления о том, что данный признак является таким же частным, не фундаментальным, как и все остальные. Однако этот признак далеко не рядоположенная характеристика химических реакций в сравнении с остальными применяющими Ибо любая реакция является либо экзо-, либо эндотермической, т. е. тепловой эффект – это неотъемлемый признак реакции. «Химические реакции – сердце химии. И нет более важного аспекта химических реакций, чем энергетические эффекты, которыми они сопровождаются».
При характеристики химических реакций этот подход нельзя игнорировать. Основополагающей характеристикой всех без исключения химических реакций являются их энергетическая составляющая. (см. схему).
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
САМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ НЕСАМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ
Происходящие без затраты происходящие только с
Энергии извне затратой внешней энергии
Данный подход к классификации химических реакций, возможно, не следует предлагать учащимся на первых уроках химии. В этот период учащиеся накапливают фактологическую базу. Однако учитель обязан видеть перспективу изложения учебного материала в этом аспекте.
По мнению профессора Г.И.Шелинского и С.В.Телешова всё разнообразие типов химических реакций представить в виде относительно простой схемы:
Самопроизвольные ( G реакции)
Несамопроизвольные ( G реакции0)
С изменением степеней окисления атомных частиц
Без изменения степеней окисления атомных частиц
С изменением степеней окисления атомных частиц
По числу участников процесса (соединения, разложения, замещения, обмена);
Поясним, что самопроизвольные ( G реакцииH реакцииH реакции0 – эндометрическими. Ситуация, когда G реакции=0- это характеристика состояния системы, а не тип реакции.
Рассмотрим несколько примеров соответствующих предъявленной схеме:
Самопроизвольные реакции
Несамопроизвольные реакции
Na (кр.) + H2O (ж.)= NaOH (р.) + 0,5H2 (г.)
G реакции = -212,4 кДЖ/моль, реакция происходит с изменением степеней окисления.
2. CaO (кр.) = Ca2 (г.) = CaCO3 (кр.)
G реакции = -129,7 кДЖ/моль, реакция происходит без изменения степеней окисления.
1.CuCl2 (р.) ==== Cu (кр.) = Cl2 (г.)
G реакции = +196,9 кДЖ/ моль, реакция происходит с изменением степеней окисления.
2.6CO2 (г.) + 6H2O (ж.) = C6H12O6 (кр.) +6О2 (г.)
G реакции = + 2833 кДЖ/ моль, реакция происходит с изменением степеней окисления.
В школьных учебниках отсутствует такой критерий классификации химических реакций и я в своей работе данный подход не использовала.
Под классификацией чего либо понимают распределение обьектов в соотвествии с определенным признаком.В зависимости от выбора признака классификации одни и теже обьекты могут попасть в разные группы,а некоторые из них вообще выпасть из классификации.Классификацию типов химических реакций неорганических веществ можно дать учащимся в виде таблицы.
ТИПЫ КЛАССИФИКАЦИЙ РЕАКЦИИ.
.
По числу веществ и образующихся веществ
По изменению степени окисления атомов
Без изменения степени окисления
С изменением степени окисления
СОЕДИНЕНИЯ A + B = AB Из нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное
CaO+H2O=Ca(OH)2
PbO+SiO2=PbSiO3
H2+Cl2=2HCl
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
РАЗЛОЖЕНИЯ AB = A + B Из сложного вещества образуется несколько простых или сложных веществ
Cu(OH)2=CuO+H2O
CaCO3=CaO+CO2
NH4Cl=NH3+HCl
4HNO3=2H2O+4NO2+O2
4KClO3=3KClO4+KCl
ЗАМЕЩЕНИЯ A + BC =AC + B Атом простого вещества замещает один из атомов сложного
CuSO4+Fe=FeSO4+Cu
2KBr+Cl2=2KCl+Br2
ОБМЕНА AB + CD = AD + CB Сложные вещества обмениваются своими составными частями
AgNO3+KBr=AgBr
NaOH+HCl=NaCl+H2O
ПО ТЕПЛОВОМУ ЭФФЕКТУ.
Экзотермические реакции (теплота выделяется)
Эндотермические реакции (теплота поглощается)
4Al+3O2=2Al2O3+Q
N2+O22NO-Q
ПО ПРИСУТСТВИЮ ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ.
Каталитические ( протекают в присутствии катализаторов-веществ, ускоряющих реакцию)
Некаталитические
SO2+O2SO3
2NO+O2=2NO2
ПО ЧИСЛУ ФАЗ
ГОМОГЕННЫЕ ГЕТЕРОГЕННЫЕ
В целях подготовки наших учащихся к ЕГЭ этот вопрос целесообразно раскрыть более подробно.
В качестве классификационных признаков могут быть выбраны следующие:
1. Число и состав исходных веществ и продуктов реакции.
2. Число фаз, в которых находятся участники реакции.
3. Изменение степени окисления атомов
4. Возможность протекания реакции в прямом и обратном направлении.
5.Тепловой эффект.
6.Использование катализатора
Классификация по числу и составу реагентов и конечных веществ
1. Реакции соединения
При реакциях соединения из нескольких реагирующих веществ относительно простого состава получается одно вещество более сложного состава:
A + B + C = D
Как правило, эти реакции сопровождаются выделением тепла, т.е. приводят к образованию более устойчивых и менее богатых энергией соединений.
Реакции соединения простых веществ всегда носят окислительно-восстановительный характер. Реакции соединения, протекающие между сложными веществами, могут происходить как без изменения валентности:
СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2,
так и относиться к числу окислительно-восстановительных:
2FеСl2 + Сl2 = 2FеСl3.
2. Реакции разложения
Реакции разложения приводят к образованию нескольких соединений из одного сложного вещества:
А = В + С + D.
Продуктами разложения сложного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества.
Из реакций разложения, протекающих без изменения валентных состояний, следует отметить разложение кристаллогидратов, оснований, кислот и солей кислородсодержащих кислот:
to
CuSO4+ 5H2O
=
CuSO4 + 5H2O
to
Cu(OH)2
=
CuO + H2O
to
H2SiO3
=
SiO2 + H2O.
К реакциям разложения окислительно-восстановительного характера относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления:
Особенно характерны окислительно-восстановительные реакции разложения для солей азотной кислоты.
Реакции разложения в органической химии носят название крекинга:
С18H38 = С9H18 + С9H20,
или дегидрирования
C4H10 = C4H6 + 2H2.
3.Реакции замещения
При реакциях замещения обычно простое вещество взаимодействует со сложным, образуя другое простое вещество и другое сложное:
А + ВС = АВ + С.
Эти реакции в подавляющем большинстве принадлежат к окислительно-восстановительным:
2Аl + Fe2O3 = 2Fе + Аl2О3,
Zn + 2НСl = ZnСl2 + Н2,
2КВr + Сl2 = 2КСl + Вr2,
2КСlO3 + l2 = 2KlO3 + Сl2.
Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением валентных состояний атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию двуокиси кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие ангидриды:
СаСО3+ SiO2 = СаSiO3 + СО2,
Са3(РО4)2 + ЗSiO2 = ЗСаSiO3 + Р2О5,
Иногда эти реакции рассматривают как реакции обмена:
СН4 + Сl2 = СН3Сl + НСl.
4. Реакции обмена
Реакциями обмена называют реакции между двумя соединениями, которые обмениваются между собой своими составными частями:
АВ + СD = АD + СВ.
Если при реакциях замещения протекают окислительно-восстановительные процессы, то реакции обмена всегда происходят без изменения валентного состояния атомов. Это наиболее распространенная группа реакций между сложными веществами - оксидами, основаниями, кислотами и солями:
ZnO + Н2SО4 = ZnSО4 + Н2О
AgNО3 + КВr = АgВr + КNО3,
СrСl3 + ЗNаОН = Сr(ОН)3 + ЗNаСl.
Частный случай этих реакций обмена - реакции нейтрализации:
НСl + КОН = КСl + Н2О.
Обычно эти реакции подчиняются законам химического равновесия и протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного, летучего вещества, осадка
или малодиссоциирующего (для растворов) соединения:
NаНСО3 + НСl = NаСl + Н2О + СО2↑,
Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О,
СН3СООNа + Н3РО4 = СН3СООН + NаН2РО4..
Классификация реакций по фазовым признакам
Классификация реакций по числу фаз.
Под фазой понимают совокупность однородных частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенных друг от друга поверхностью раздела.
Все многообразие реакций с этой точки зрения можно разделить на два класса:
1.Гомогенные (однофазные) реакции. К ним относят реакции, протекающие в газовой фазе, и целый ряд реакций, протекающих в растворах .
2.Гетерогенные (многофазные) реакции. К ним относят реакции, в которых реагенты и продукты реакции находятся в разных фазах. Например:
Классификация реакций по изменению степени окисления.
Окислительно-восстановительные реакции.
К таковым относят реакции, в которых реагирующие вещества обмениваются электронами, изменяя при этом степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Например:
Подавляющее большинство химических реакций относятся к окислительно-восстановительным, они играют исключительно важную роль.
Обратимые и необратимые химические реакции
Обратимыми называют такие химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ.
Для обратимых реакций уравнение принято записывать следующим образом:
А + В АВ.
Две противоположно направленные стрелки указывают на то, что при одних и тех же условиях одновременно протекает как прямая, так и обратная реакция, например:
СН3СООН + С2Н5ОН СН3СООС2Н5 + Н2О.
Необратимыми называют такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ. Примерами необратимых реакций может служить разложение бертолетовой соли при нагревании:
2КСlО3 → 2КСl + ЗО2↑,
или окисление глюкозы кислородом воздуха:
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О.
Экзотермические и эндотермические
Знак теплового эффекта разделяет все реакции на: экзотермические реакции, протекающие с экзо-эффектом - выделение энергии в форме теплоты (Q0, ∆H
С +О2 = СО2 + Q
и эндотермические реакции, протекающие с эндо-эффектом - поглощением энергии в форме теплоты (Q0):
N2 +О2 = 2NО - Q.
Такие реакции относят к термохимическим.
Каталитические и некаталитические.
Реакции протекающие с использованием катализатора называются каталитическими.
Классификацию типов химических веществ органических сое динений можно представить в виде следующих таблиц
Соотношение между объёмом информации о реакциях и числом реакций, относящихся к определённым типам
Критерий разделения реакций на типы
Объём информации о реакции
Число реакций, относящихся к одному типу
Пример
Название типа реакции
Описание
Число и структура реагентов и продуктов на типы
Увеличивается
________________
Увеличивается
_________________
Присоедине
ние
Несколько молекул объединяя
ются в одну
Число и структура реагентов и продуктов реакции, а также электронная природа реагентов
Электрофиль
ное присоединение
Несколько молекул объединя
ются в одну,реа
гент –электро
фил
Частные признаки (реагенты/продукты/соотношения между составом и/или структурой реагентов и продуктов и др.)
Гидратация
Несколько молекул объединяются в одну, реагент - вода
Особенности некоторых типов химических реакций, выделенных по частным признакам
Название типа реакции
Описание реакции
Реагент(ы)
Продукт(ы)
Соотношение между составом и/или структурой реагентов и продуктов
Алкилирование
Введение насыщенного углеводородного радикала в молекулу органического соединения
Продукт отличается от реагента наличием дополнительного углеводородного радикала
Брожение
Ферментативное расщепление органических веществ, преимущественно углеводов
В основном углевод
Восстановление
Окислительно-восстановительная реакция, в органической химии часто реализуется за счёт увеличения числа атомов водорода и/или уменьшения числа атомов кислорода в молекуле органического продукта по сравнению с реагентом
С.О. одного или нескольких атомов органического продукта меньше, чем С.О. этих же атомов в соответствующем реагенте
Галогенирование
Введение атомов галогена в молекулу органического соединения (реакция замещения или присоединения)
Чаще Hal2; реже PHal5, SOCl2 и др.
Продукт отличается от реагента наличием дополнительного атома(ов) Hal, а иногда и одновременным уменьшением числа атомов , а иногда и одновременным уменьшением числа атомов Н
Гидратация
Присоединение воды
Н2О
Гидрирование (гидрогенизация)
Присоединение водорода к органическим соединениям
Н2
Гидрогалогенирование
Присоединение галогеноводородов
HHal
Гидролиз
Реакция обмена (в органической химии – замещения), сопровождаемая разложением исходного вещества под действием воды
Н2О
Гидролиз кислотный
Гидролиз в кислотной среде
Н2О, Н+
Гидролиз щелочной
Гидролиз в щелочной среде
Н2О, ОН-
Дегалогенирова
ние
Отщепление молекулы галогена от молекулы органического соединения или замещение его атома(ов) на атом(ы) водорода
Продукт отличается от реагента меньшим числом (отсутствием) атомов Hal, а иногда и большим числом атомов Н
Дегидратация
Отщепление молекулы воды от одной или нескольких молекул реагента
Н2О
Дегидрирование (дегидрогенизация)
Отщепление молекулы водорода от органического соединения
Н2
Дегидрогалогенирование
Отщепление молекулы галогеноводорода от молекулы органического соединения с образованием цикла или кратной связи между атомами углерода
Органический продукт отличается по составу от реагента отсутствием n(HHal)
Дегидроциклиза
ция
Образование цикла из ациклическихмолекул с одновременным отщеплением водорода
Н2
Органический реагент имеет ациклический углеродный скелет, а продукт – циклический
Декарбоксилирование
Отщепление молекулы углекислого газа от карбоксильной или карбоксилатной группы
Содержит
-- СООН или -- СООМе
СО2
Деструкция
Общее название процессов, сопровождающихся разрушением углеродного скелета
Димеризация
Соединение двух одинаковых молекул в одну
Молекулярная формула продукта равна удвоенной молекулярной формуле реагента
Нейтрализация
Реакция между кислотой и основанием с образованием соли и воды
Кислота, основание
Соль, вода
Нитрирование
Введение нитрогруппы в органическое соединение
Чаще HNO3, реже оксиды азота, соли, HNO2 и др.
Органический продукт отличается по составу от реагента наличием дополнительной NO2-группы, а иногда и уменьшением числа атомов Н
Окисление
Окислительно-восстановительная реакция, в органической химии часто реализуется за счёт увеличения числа атомов кислорода и/или уменьшения числа атомов водорода в молекуле продукта по сравнению с органическим реагентом
С.О. одного или нескольких атомов в продукте больше, чем С.О. этих же атомов в соответствующем органическом реагенте
Окислительная деструкция
Разрушение углеродной цепи исходного органического соединения под действием окислителя
Пиролиз
Разложение при высокой температуре
Поликонденсация
Синтез полимера с выделением низкомолекулярного продукта
Полимеризация
Последовательное соединение молекул мономера в макромолекулу полимера
Молекулярная формула продукта = молекулярная формула реагента х n (степень полимеризации)
Тримеризация
Соединение трех одинаковых молекул в одну
Молекулярная формула равна утроенной молекулярной формуле реагента
Циклизация
Образование цикла из ациклических молекул
Органический реагент имеет ациклический углеродный скелет, а продукт – циклический
Этерификация
Реакция между кислотой и спиртом, приводящая к образованию сложного эфира
Кислота, спирт
Сложный эфир, вода
Классификация реакций по числу и структуре реагентов, продуктов и электронной природе реагентов
Реагент
Тип реакции
Замещение S
Присоединение А
Отщепление Е
Радикал R
Радикальное замещение SR
Радикальное
Замещение АR
Радикальное
Замещение ЕR
Нуклеофил N
Нуклеофильное замещение SN
Нуклеофильное замещение AN
Нуклеофильное замещение EN
Электрофил E
Электрофильное замещение SE
Электрофильное замещение AE
Электрофильное замещение EE
Классификация реакций по числу и структуре реагентов и продуктов
Тип реакции
Число
Описание
Пример
Реагентов
Продуктов
Примоединение
1
1
Несколько молекул объединяются в одну
CH2=CH2+Br2 à СН2Br – СН2Br
Отщепление (элиминирование)
1/1
1
Группа атомов в молекуле органического вещества отщепляются без замещение на другую
C2H5OH à С2Н4 + Н2О
Замещение
1 (чаще 2)
1 (чаще 2)
Атом (группа атомов) в молекуле органического вещества замещается на другой (ую)
СН3Сl + ОН- à СН3ОН- + Cl-
Перегруппировка (изомеризация)
1
1
Одна молекула превращается в другую за счёт изменения структуры
СН3 – СНСl – СН = СН2 à СН3—СН=СН—СН2Сl
Тесты
1.Реакция, уравнение которой
Zn(OH)2+H2SO4=ZnSO4+2H2O
Oтносится к реакциям
1)обмена
2)соединения
3)разложения
4)замещения
2.Взаимодействие карбоната натрия с гидроксидом кальция относится к реакции
1)обмена
2)соединения
3)разложения
4)замещения
3.Взаимодействие гидроксида натрия с фосфорной кислотой относится к реакциям
1)замещения
2)обмена
3)присоединения
4)этерификации
4.Взаимодействие кислорода с оксидом углерода(11)относится к реакциям
1)соединения, эндотермическим
2)соединения, экзотермическим
3)замещения, эндотермическим
4)обмена, экзотермическим
5.К реакциям гидролиза относится реакция взаимодействия сводой:
1)натрия
2)оксида натрия
3)хлорида натрия
4)карбоната натрия
6.Из перечисленных типов всегда бывают только окислительно-восстановительными реакции
1)соединения
2)разложения
3)замещения
4)обмена
7.Окислительно-востановительной является реакция
1)СаСО3+SiO2=CaSiO3+CO2
2)BaSO3=BaO+SO2
3)CuCl2+Fe=FeCl2+Cu
4)CuSO4+2KOH=Cu(OH)2+K2SO4
8.Необратимой реакцией является
1)2SO2+O2=2SO2
2)N2+3H2=2NH3
3)4NH3+3O2=2N2+6H2O
4)C2H4+H2=C2H6
9.Гидролиз протекает при растворении в воде
1)CaBr2
2)Ba(NO3)2
3)Na2SO4
4)AlCl3
10.Для превращения жидких жиров в твердые используют реакцию
1)дегидрогенизацию
2)гидратации
3)гидрогенизации
4)дегидроциклизации
11.Бензол из ацетилена в одну стадию можно получить реакцией
1)дегидрирования
2)тримеризации
3)гидрирования
4)гидратации
12.Синтетический каучук получают из 2-метилбутадиена-1,3 спомощью реакции
1)поликонденсации
2)изомеризации
3)полимеризации
4)деполяризации
13.Реакциями замещения и присоединения соответственно являются:
1)CH4+Cl2= C2H2+Cl2=
2)CH3COONa+HCl= C6H6+Br2=
3)H2SO4+Zn= H2SO4+CuO=
4)C8H18= C2H6+Cl2=
14.Реакция промышленного получения метанола,схема которой
CO+H2=CH3OH
является
1)обратимой, некаталитической, эндотермической
2)необратимой, каталитической, экзотермической
3)обратимой, каталитической, экзотермической
4)необратимой, каталитической, эндотермической
15.Реакция метана с хлором является реакцией
1)соединения, экзотермической
2)замещения, эндотермической
3)соединения, эндотермической
4)замещения, экзотермической
16 Реакция нейтрализации происходит между
гидроксидом кальция и азотной кислотой
серной кислотой и хлоридом бария
цинком и соляной кислотой
гидроксидом натрия и сульфатом меди
17 Реакция промышленного получения метанола, схема которой СО + Н2-СН3ОН,
2)взаимодействие оксида азота с водой в присутствии кислорода
3)синтез монооксида азота из азота и кислорода
4)образование серной кислоты из серного ангидрита
30.Какой из следующих процессов не является окислительно-восстановительным
1)фотосинтез
2)горение природного газа
3)коррозия металла
4)гашение извести
Список литературы
Габриелян, О.С. Химия 11класс:Контрольные и проверочные работы к учебнику О.С. Габриеляна, Г.Г.Лысовой «Химия.11.» / О.С. Габриелян и др. –М.: ;Дрофа, 2006.-176с.
Дерябина,Н.Е.Типы химических реакций/Н.И.Дерябина//Химия в школе.-2008.№ .-с23.
ЕГЭ 2009 Химия. Репетитор / П.А. Оржековский и др. –М: Эксмо, 2008.112с.
Классификация химических реакций.-[электронный ресурс].//Режим доступа:www.himherlp.ru –(21.02.09)
Оржековский, П.А. Химия: все темы ЕГЕ: для выпускников и абитуриентов/П.А. Оржековский и др.-М.:Эксмо, 2007.-224с.
Шелинский, Г.И. О фундаментальной классификации химических реакций. /Г.И. Шелинский, С.В.Телешов// Химия в школе. -2008. № .-с18.