Chemia - laboratorium

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Chemia - laboratorium"

Ryszard Kołodziej
6 lat temu
Przeglądów:

Tomasz Brylewski e-mail: brylew@agh.edu.pl tel.

1 Chemia - laboratorium Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Studia stacjonarne, Rok I, Semestr zimowy 013/14 Dr hab. inż. Tomasz Brylewski brylew@agh.edu.pl tel Katedra Fizykochemii i Modelowania Procesów Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki A3, I p., pokój 105 Konsultacje: wtorek 10:00-11:00

2 Laboratorium III Istota reakcji chemicznych podstawowe prawa reakcji chemicznych, kryteria zapisu równań chemicznych, typy i grupy reakcji chemicznych, określanie typów reakcji chemicznej (ćwiczenie).

Istota reakcji chemicznych Reakcja chemiczna - proces, w którym z jednego rodzaju cząsteczek zwanych substratami reakcji powstają innego rodzaju cząsteczki produkty reakcji, przy czym z reguły

3 Istota reakcji chemicznych Reakcja chemiczna - proces, w którym z jednego rodzaju cząsteczek zwanych substratami reakcji powstają innego rodzaju cząsteczki produkty reakcji, przy czym z reguły zostaje pochłonięte lub wydzielona pewna ilość energii. wydzielona energia reakcje egzotermiczne pochłonięta energia reakcje endotermiczne Reakcja egzotermiczna (tracimy energię) Reakcja endotermiczna (uzyskujemy energię)

4 Istota reakcji chemicznych, cd. Podstawową formą opisywania reakcji między atomami, jonami i cząsteczkami są równania reakcji chemicznej: substraty produkty reagenty Równania reakcji chemicznej dostarczają informacji: natury jakościowej: rodzaj substancji wchodzącej w reakcje, rodzaj produktu reakcji. natury ilościowej: stosunki molowe, stosunki wagowe, stosunki objętościowe. substratów i produktów Równanie chemiczne krótki zapis (obejmujący zespół symboli i wzorów chemicznych) informujący o przebiegu reakcji chemicznej.

5 Prawa reakcji chemicznych Równanie chemiczne musi podlegać następującym prawom: Prawo zachowania masy: (masa produktów reakcji równa się masie substratów, jeżeli jeden atom znika z jednej substancji, musi on wystąpić w innej). Prawo zachowania pierwiastka: (w reakcjach chemicznych nie ulega zmianie liczba atomów poszczególnych pierwiastków, jak również ilość pierwiastków). Prawo zachowania ładunku: (sumaryczny ładunek substratów jest równy sumarycznemu ładunkowi produktów).

6 Kryteria zapisu równań chemicznych Przy zapisywaniu równań reakcji chemicznych należy zwrócić uwagę na: Prawidłowe zapisywanie wzorów chemicznych: (wymagana jest znajomość wartościowości poszczególnych pierwiastków, a w przypadku soli znajomość pochodnych kwasów i zasad). Prawidłowe przewidywanie produktów reakcji: (wymagana jest wiedza o warunkach zachodzenia procesu, np. reakcja utleniania Cu, jako produkt tworzyć się może CuO lub Cu O w zależności od temperatury i zawartości tlenu w atmosferze reakcja zgodna z doświadczeniem). Uzupełnienie współczynników reakcji chemicznej: (w oparciu o prawa zachowania pierwiastka i ładunku zbilansowanie równania chemicznego).

7 Kryteria zapisu równań chemicznych, cd. Równania reakcji chemicznej zapisuje się w postaci równań: cząsteczkowych, jonowo-cząsteczkowych, jonowych. Reakcje cząsteczkowe reakcje przebiegające między drobinami elektroobojętnymi (atomami, cząsteczkami): H O H O Reakcje jonowe reakcje przebiegające między dwoma jonami lub między jonem i inną drobiną elektroobojętną (atomem lub cząsteczką): H OH H O

8 Typy reakcji chemicznych Generalnie reakcje chemiczne dzieli się na dwa zasadnicze rodzaje: Reakcje przebiegające bez wymiany elektronów między reagującymi substancjami (reakcje pomiędzy substancjami, które wymieniają ze sobą jedynie atomy, jony lub ich grupy). Reakcje utleniania redukcji przebiegające z przenoszeniem elektronów (reakcje redox). Ze względu na różnorodność reakcji chemicznych usystematyzowano je w sposób umowny na cztery zasadnicze typy: syntezy, analizy, wymiany pojedynczej, wymiany podwójnej.

9 Typy reakcji chemicznych - synteza SYNTEZA - reakcja, w której dowolna liczba substratów (S 1, S, ) przekształca się w jeden produkt P: S S... P 1 Przykłady: CaO CO CaCO ( s) (g) 3(s) węglan wapnia C O CO ( s) (g) (g) 3H N NH (g) (g) 3(g) amoniak

10 Typy reakcji chemicznych - analiza ROZKŁAD (analiza substancji złożonej) - reakcja, w której jeden substrat przemienia się w dwa lub większą liczbę produktów: Przykłady: CaCO SP P 1... CaO CO 3(s) (s) (g) tlenek wapnia ditlenek węgla CaO i CO można ostatecznie rozłożyć na Ca, C i O po ogrzaniu do bardzo wysokiej temperatury

11 Typy reakcji chemicznych - analiza, cd. Przykłady: HgO Hg O ( s) (s) (g) 1 tlenek rtęci rtęć tlen Rozkład proszku do pieczenia ciast: NH HCO o 60 C 4 3(s) NH3(g) CO(g) HO(c) wodorowęglan amonu Produkty reakcji: NH 3, CO i H O można rozłożyć na pierwiastki przy prażeniu w bardzo wysokiej temperaturze Wniosek: dowolne reakcje analizy w ostateczności prowadzą do powstania pierwiastków.

12 Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna WYMIANA - reakcja, w której co najmniej dwa substraty przemieniają się co najmniej w dwa produkty: S S... P P 1 1 Z mikroskopowego punktu widzenia reakcje wymiany dzieli się na: 1. WYMIANĘ PODWÓJNĄ - dwie dwuskładnikowe substancje AB i CD wymieniają między sobą składniki wg schematu:... AB AB CD AC BD lub CD AD BC

13 Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: BaO H SO BaSO H O 4 4 nadtlenek baru kwas siarkowy(vi) nadtlenek wodoru siarczan(vi) baru trudnorozpuszczalna substancja o białej barwie

14 Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: CuSO H SCuS H SO 4 4 siarczan(vi) miedzi(ii) w postaci jonowo-cząsteczkowej: kwas siarkowodorowy kwas siarkowy(vi) siarczek miedzi(ii) trudnorozpuszczalna substancja o czarnej barwie Cu SO SO H S CuS H 4 4 Cu S CuS

15 Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: BaS ZnCl ZnS BaCl siarczek baru chlorek cynku w postaci jonowo-cząsteczkowej: chlorek baru siarczek cynku trudnorozpuszczalna substancja o czarnej barwie Ba S Zn Cl ZnS Ba Cl Zn S ZnS

16 Typy reakcji chemicznych - wymiana podwójna, cd. Przykłady: reakcja zobojętnienia zasad kwasem NaOHHCl NaClH O w postaci jonowo-cząsteczkowej: Na OH H Cl Na Cl H O H OH H O Uwagi: reakcje wymiany podwójnej przebiegają do końca lub są przesunięte w prawo, jeżeli w ich wyniku powstaje przynajmniej jeden związek: nierozpuszczalny lub niezdysocjowany, lotny.

17 Przykłady: Typy reakcji chemicznych - wymiana pojedyncza. WYMIANĘ POJEDYNCZĄ - drobiny substancji A, najczęściej atomy, wypierają z dwuskładnikowej substancji BC fragment B lub fragment C wg schematu: A A BC BC AC B lub AB C reakcja wyparcia miedzi z roztworu soli miedzi przez metal nieszlachetny (np. żelazo) CuSO FeFeSO 4 4 Cu żelazo miedź siarczan(vi) miedzi siarczan(vi) żelaza o Cu SO FeFe SO 4 4 o o Cu Cu FeFe Cu o

18 Typy reakcji chemicznych - wymiana pojedyncza, cd. Przykłady: reakcja rozkładu wody gorącym węglem H OCCO H reakcja wypierania wodoru z wody przez sód NaH ONaOH H NaH ONa OH H Uwagi: reakcje wymiany pojedynczej należą do procesów utleniania i redukcji (jeden z reagentów podwyższa swoją wartościowość kosztem drugiego).

19 Grupy reakcji chemicznych Wyróżnia się kilkaset grup reakcji chemicznych, np.: utlenianie - łączenie się substancji z tlenem, np.: Cu O CuO spalanie - gwałtowne utlenianie (płomień lub wybuch), np.: CO CO redukcja (odtlenianie) - odbieranie tlenu jednej substancji przez inną substancję (zwaną reduktorem lub odtleniaczem), np.: CuOH CuH O

20 Grupy reakcji chemicznych, cd. elektroliza - reakcja przebiegająca na elektrodach podczas przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit, np. elektroliza wodnego roztworu siarczanu sodu prowadzi do rozkładu wody: H OH O roztwarzanie - przechodzenie substancji stałej A do roztworu w trakcie reakcji chemicznej z cieczą B: ABC... ciała stałe ciecz (w ilości większej od wymaganej do reakcji) substancje rozpuszczalne w cieczy B ZnHClZnCl H FeO HCl FeCl H O dowolne substancje lub ich brak

21 Grupy reakcji chemicznych, cd. strącanie (wytrącanie) osadów - reakcja prowadząca do powstania substancji trudno rozpuszczalnej, np.: Cu OH Cu OH rozkład termiczny - reakcja rozkładu wskutek ogrzewania substancji do temperatury rozkładu, np.: 800 o C CaCO CaOCO 3

22 Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia 1. Reakcje jonowe przebiegające z utworzeniem soli trudno rozpuszczalnej w wodzie: Ag AgNO K CrO Ag CrO KNO NO K CrO Ag CrO K NO Ag CrO Ag CrO 4 4 Wniosek: jony CrO 4 - wytrącają z roztworów zawierających jony Ag + czerwonobrunatny osad chromianu(vi) srebra Ag CrO 4, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3 i NH 3 H O.

23 Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd.. Reakcje jonowe przebiegające z utworzeniem soli trudno rozpuszczalnej w wodzie: BaCl Na CO BaCO 3 3 NaCl Ba Cl Na CO BaCO 3 3 Na Cl Ba CO BaCO 3 3 Wniosek: jony CO 3 - wytrącają z obojętnego roztworu zawierającego jony Ba + biały osad węglanu baru BaCO 3.

24 Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd. 3. Reakcje jonowe przebiegające z wydzieleniem produktu gazowego: BaCO NO H 3 3 HNO Ba CO 3 3 H O CO BaCO H NO Ba NO H OCO BaCO H Ba CO H O 3 Wniosek: związek BaCO 3 rozpuszcza się w HNO 3 i CH 3 COOH.

25 Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd. 4. Reakcje jonowe przebiegające z wydzieleniem produktu gazowego: o ZnH Wodór à la Cavendish ZnHClZnCl H Cl o ZnH Zn Zn Cl H H Wytwarzanie wodoru na skalę laboratoryjną

26 Określanie typów reakcji chemicznych - ćwiczenia, cd. 5. Reakcje jonowe przebiegające z wydzieleniem produktu gazowego: Na SHClH S NaCl Na S H Cl H SNa Cl H S H S Wniosek: istotą tej reakcji, w której mocniejszy kwas wypiera słabszy kwas z jego soli, jest łączenie się jonów siarczkowych S - z jonami H + w niezdysocjowane cząsteczki H S, który możemy poznać po zapachu lub czernieniu bibuły zwilżonej Pb(CH 3 COO) (powstaje czarny osad związku PbS).

Podobne dokumenty

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak 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