Химические реакции со звуком. Выделение звука

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Химическими реакция называют превращения веществ, в которых происходит изменение их состава и (или) строения.

Наиболее часто под химическими реакциями понимают процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).

Химические реакции записываются с помощью химических уравнений, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. Согласно закону сохранения массы, число атомов каждого элемента в левой и правой частях химического уравнения одинаково. Обычно формулы исходных веществ записывают в левой части уравнения, а формулы продуктов – в правой. Равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения достигается расстановкой перед формулами веществ целочисленных стехиометрических коэффициентов.

Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции: температура, давление, излучение и т.д., что указывается соответствующим символом над (или «под») знаком равенства.

Все химические реакции могут быть сгруппированы в несколько классов, которым присущи определенные признаки.

Классификация химических реакций по числу и составу исходных и образующихся веществ

Согласно этой классификации, химические реакции подразделяются на реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

В результате реакций соединения из двух или более (сложных или простых) веществ образуется одно новое вещество. В общем виде уравнение такой химической реакции будет выглядеть следующим образом:

Например:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3

Реакции соединения в большинстве случаев экзотермические, т.е. протекают с выделением тепла. Если в реакции участвуют простые вещества, то такие реакции чаще всего являются окислительно-восстановительными (ОВР), т.е. протекают с изменением степеней окисления элементов. Однозначно сказать будет ли реакция соединения между сложными веществами относиться к ОВР нельзя.

Реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько других новых веществ (сложных или простых) относят к реакциям разложения . В общем виде уравнение химической реакции разложения будет выглядеть следующим образом:

Например:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O =2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)

Большинство реакций разложения протекает при нагревании (1,4,5). Возможно разложение под действием электрического тока (2). Разложение кристаллогидратов, кислот, оснований и солей кислородсодержащих кислот (1, 3, 4, 5, 7) протекает без изменения степеней окисления элементов, т.е. эти реакции не относятся к ОВР. К ОВР реакциям разложения относится разложение оксидов, кислот и солей, образованных элементами в высших степенях окисления (6).

Реакции разложения встречаются и в органической химии, но под другими названиями — крекинг (8), дегидрирование (9):

С 18 H 38 = С 9 H 18 + С 9 H 20 (8)

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

При реакциях замещения простое вещество взаимодействует со сложным, образуя новое простое и новое сложное вещество. В общем виде уравнение химической реакции замещения будет выглядеть следующим образом:

Например:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 О 3 (1)

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2 (2)

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2 (3)

2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2 (5)

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5 (6)

СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl (7)

Реакции замещения в своем большинстве являются окислительно-восстановительными (1 – 4, 7). Примеры реакций разложения, в которых не происходит изменения степеней окисления немногочисленны (5, 6).

Реакциями обмена называют реакции, протекающие между сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. Обычно этот термин применяют для реакций с участием ионов, находящихся в водном растворе. В общем виде уравнение химической реакции обмена будет выглядеть следующим образом:

АВ + СD = АD + СВ

Например:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)

NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 О + СО 2 (3)

AgNО 3 + КВr = АgВr ↓ + КNО 3 (4)

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 ↓+ ЗNаСl (5)

Реакции обмена не являются окислительно-восстановительными. Частный случай этих реакций обмена -реакции нейтрализации (реакции взаимодействия кислот со щелочами) (2). Реакции обмена протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного вещества (3), осадка (4, 5) или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды (1, 2).

Классификация химических реакций по изменениям степеней окисления

В зависимости от изменения степеней окисления элементов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции все химические реакции подразделяются на окислительно-восстановительные (1, 2) и, протекающие без изменения степени окисления (3, 4).

2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (восстановитель)

С 4+ + 4e = C 0 (окислитель)

FeS 2 + 8HNO 3 (конц) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)

Fe 2+ -e = Fe 3+ (восстановитель)

N 5+ +3e = N 2+ (окислитель)

AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Классификация химических реакций по тепловому эффекту

В зависимости от того, выделяется ли или поглощается тепло (энергия) в ходе реакции, все химические реакции условно разделяют на экзо – (1, 2) и эндотермические (3), соответственно. Количество тепла (энергии), выделившееся или поглотившееся в ходе реакции называют тепловым эффектом реакции. Если в уравнении указано количество выделившейся или поглощенной теплоты, то такие уравнения называются термохимическими.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 кДж (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602, 5 кДж (2)

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 кДж (3)

Классификация химических реакций по направлению протекания реакции

По направлению протекания реакции различают обратимые (химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ) и необратимые (химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ).

Для обратимых реакций уравнение в общем виде принято записывать следующим образом:

А + В ↔ АВ

Например:

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН↔ Н 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О

Примерами необратимых реакций может служить следующие реакции:

2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О

Свидетельством необратимости реакции может служить выделение в качестве продуктов реакции газообразного вещества, осадка или малодиссоциирующего соединения, чаще всего воды.

Классификация химических реакций по наличию катализатора

С этой точи зрения выделяют каталитические и некаталитические реакции.

Катализатором называют вещество, ускоряющее ход химической реакции. Реакции, протекающие с участием катализаторов, называются каталитическими. Протекание некоторых реакций вообще невозможно без присутствия катализатора:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (катализатор MnO 2)

Нередко один из продуктов реакции служит катализатором, ускоряющим эту реакцию (автокаталитические реакции):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, где Ме – металл.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Выделение звука в химических реакциях чаще всего наблюдается при взрывах, когда резкое повышение температуры и давления вызывает колебания в воздухе. Но можно обойтись и без взрывов. Если на питьевую соду налить немного уксуса, слышится шипение и выделяется углекислый газ: NaHCО3 + СН3СООН = CH3COONa + Н2О + СО2. Понятно, что в безвоздушном пространстве ни эта реакция, ни взрыв не будут слышны.

Другой пример: если на дно стеклянного цилиндра налить немного тяжёлой концентрированной серной кислоты, затем сверху налить слой лёгкого спирта, после чего поместить на границу между двумя жидкостями кристаллики перманганата калия (марганцовки), то будет слышно довольно громкое потрескивание, а в темноте видны яркие искры. А вот очень интересный пример «звукохимии».

Все слышали, как гудит пламя в печке.

Гудение раздаётся и в том случае, если поджечь водород, выходящий из трубки, и опустить конец трубки в сосуд конической или шарообразной формы. Это явление назвали поющим пламенем.

Известно и прямо противоположное явление — действие звука свистка на пламя. Пламя может как бы «чувствовать» звук, следить за изменениями его интенсивности, создавать своеобразную «световую копию» звуковых колебаний.

Так что всё в мире взаимосвязано, в том числе даже такие, казалось бы, далёкие друг от друга науки, как химия и акустика.

Рассмотрим последний из перечисленных выше признаков химических реакций — выпадение из раствора осадка.

В повседневной жизни такие реакции встречаются нечасто. Некоторые садоводы знают, что если для борьбы с вредителями приготовить так называемую бордоскую жидкость (названа так по городу во Франции Бордо, где ею опрыскивали виноградники) и для этого смешать раствор медного купороса с известковым молоком, то выпадет осадок.

Сейчас редко кто готовит бордоскую жидкость, а вот накипь внутри чайника видели все. Оказывается, это тоже осадок, выпадающий в ходе химической реакции!

Реакция эта такая. В воде есть немного растворимого гидрокарбоната кальция Са(НСО3)2. Это вещество образуется, когда подземные воды, в которых растворён углекислый газ, просачиваются через известковые горные породы.

При этом идёт реакция растворения карбоната кальция (а именно из него состоят известняк, мел, мрамор): СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2. Если теперь из раствора испаряется вода, то реакция начинает идти в обратном направлении.

Вода может испаряться, когда раствор гидрокарбоната кальция по каплям собирается на потолке подземной пещеры и эти капли изредка падают вниз.

Так рождаются сталактиты и сталагмиты. Обратная реакция происходит и при нагревании раствора.

Именно так и образуется накипь в чайнике.

И чем больше гидрокарбоната было в воде (тогда воду называют жёсткой), тем больше образуется накипи. А примеси железа и марганца делают накипь не белой, а жёлтой или даже коричневой.

Легко убедиться, что накипь — действительно карбонат. Для этого нужно подействовать на неё уксусом — раствором уксусной кислоты.

В результате реакции СаСО3 + 2СН3СООН = (СН3СОО)2Са + + Н2О + СО2 будут выделяться пузырьки углекислого газа, а накипь начнёт растворяться.

Перечисленные признаки (повторим их ещё раз: выделение света, теплоты, газа, осадка) не всегда позволяют сказать, что реакция действительно идёт.

Например, при очень высокой температуре карбонат кальция СаСО3 (мел, известняк, мрамор) распадается и образуются оксид кальция и углекислый газ: СаСО3 = СаО + СО2, причём в ходе этой реакции тепловая энергия не выделяется, а поглощается и внешний вид вещества мало изменяется.

Другой пример. Если смешать разбавленные растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, то никаких видимых изменений не наблюдается, хотя идёт реакция НС1 + NaOH = NaCl + Н2О. В этой реакции едкие вещества — кислота и щёлочь «погасили» друг друга, и в результате получились безобидный хлорид натрия (поваренная соль) и вода.

А вот если смешать растворы соляной кислоты и нитрата калия (калийная селитра), то никакой химической реакции не произойдёт.

Значит, только по внешним признакам не всегда можно сказать, пошла ли реакция.

Рассмотрим наиболее распространённые реакции на примере кислот, оснований, оксидов и солей — основных классов неорганических соединений.

Химические реакции являются частью нашей повседневной жизни. Приготовление пищи на кухне, вождение автомобиля, эти реакции являются обычным явлением. В этом списке представлены самые удивительные и необычные реакции, которые большинство из нас никогда не видели.

10. Натрий и вода в газообразном хлоре

Натрий - очень горючий элемент. В этом видео мы видим, как к натрию в колбе с газообразным хлором добавляется капля воды. Желтый цвет - работа натрия. Если же объединить натрий и хлор, то получаем хлорид натрия, то есть обычную поваренную соль.

9. Реакция магния и сухого льда

Магний легко воспламеняется и горит очень ярко. В этом эксперименте вы видите, как магний воспламеняется в оболочке из сухого льда - замороженного углекислого газа. Магний может гореть в углекислом газе и азоте. Из-за яркого света в начале создания фотографии он использовался в качестве вспышки, сегодня он до сих пор используется в морских ракетах и фейерверках.

8. Реакция бертолетовой соли и сладости

Хлорат калия - это соединение калия, хлора и кислорода. Когда хлорат калия нагревают до температуры плавления, любой предмет, который вступит с ним в контакт в этот момент, будет способствовать распаду хлората, что проявится в виде взрыва. Газ, выступающий после распада, - это кислород. Из-за этого он часто используется в самолетах, на космических станциях и на подводных лодках в качестве источника кислорода. Пожар на станции Мир также был связан с этим веществом.

7. Эффект Мейснера

Когда сверхпроводник охлаждается до температуры ниже переходной, он становится диамагнитным: то есть предмет отталкивается от магнитного поля, а не притягивается к нему.

6. Перенасыщение ацетатом натрия

Да да, это легендарный ацетат натрия. Думаю, все уже не раз слышали о "жидком льде". Ну а больше добавить нечего)

5. Суперабсорбирующие полимеры

Также известные как гидрогель, они способны поглощать очень большое количество жидкости по отношению к своей собственной массе. По этой причине они используются в промышленном производстве подгузников, а также в других областях, где требуется защита от воды и других жидкостей, таких как сооружение подземных кабелей.

4. Плавающий гексафторид серы

Гексафторид серы - это бесцветный, нетоксичный и негорючий газ, у которого нет запаха. Так как он в 5 раз плотнее воздуха, его можно залить в контейнеры, а легкие предметы, погруженные в него, будут плавать, будто в воде. Еще одна забавная абсолютно безвредная особенность использования этого газа: он резко понижает голос, то есть получается эффект, с точностью до наоборот по сравнению с эффектом воздействия гелия. Эффект можно наблюдать здесь:

3. Сверхтекучий гелий

Когда гелий охлаждается до температуры -271 градус по Цельсию, он достигает точки лямбды. На этом этапе (в жидком виде) он известен как гелий II, при этом является сверхтекучим. Когда он проходит через самые тончайшие капилляры, невозможно измерить его вязкость. Кроме того, он будет "ползти" вверх в поисках теплой области, казалось бы, от воздействия гравитации. Невероятно!

2. Термит и жидкий азот

Нет, в этом видео не будут поливать термитов жидким азотом.

Термит - это алюминиевый порошок и оксид металла, которые производят алюминотермическую реакцию, известную как термитная реакция. Она не взрывоопасна, но в результате могут создаваться вспышки очень высокой температуры. С термитной реакции "начинаются" некоторые типы детонаторов, а горение происходит при температуре в несколько тысяч градусов. В представленном клипе мы видим попытки "охладить" термитную реакцию при помощи жидкого азота.

1. Реакция Бриггса - Раушера

Данная реакция известна как осциллирующая химическая реакция. По информации из Википедии: "свежеприготовленный бесцветный раствор медленно приобретает янтарный цвет, затем резко становится темно-синим, потом медленно вновь приобретает бесцветную окраску; процесс повторяется по кругу несколько раз, в итоге останавливается на темно-синем цвете, а сама жидкость сильно пахнет йодом". Причиной является то, что во время первой реакции вырабатываются определенные вещества, которые, в свою очередь, провоцируют вторую реакцию, и процесс повторяется до изнеможения.

Еще интересное:

Конечный итог реакций взрывного превращения выражают обычно уравнением, связывающим химическую формулу исходного ВВ или состав его (в случае взрывчатой смеси) с составом конечных продуктов взрыва.

Знание уравнения химического превращения при взрыве существенно в двух отношениях. С одной стороны, по этому уравнению можно рассчитать теплоту и объем газообразных продуктов взрыва, а следовательно, и температуру, давление и другие его параметры. С другой стороны, состав продуктов взрыва получает особое значение, если речь идет о ВВ, предназначенных для взрывных работ в подземных выработках (отсюда – расчет рудничной вентиляции, чтобы количество окиси углерода и окислов азота не превосходило определенного объема).

Однако при взрыве не всегда устанавливается химическое равновесие. В тех многочисленных случаях, когда расчет не позволяет надежно установить итоговое равновесие взрывного превращения, – обращаются к эксперименту. Но экспериментальное определение состава продуктов в момент взрыва также встречает серьезные трудности, так как в продуктах взрыва при высокой температуре могут содержаться атомы и свободные радикалы (активные частицы), обнаружить которые после охлаждения не удается.

Органические ВВ, как правило, состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Следовательно, в продуктах взрыва могут содержаться следующие газообразные и твердые вещества: СО 2 , Н 2 О, N 2 , CO, O 2 , H 2 , CH 4 и другие углеводороды: NH 3 , C 2 N 2 , HCN, NO, N 2 O, C. Если в состав ВВ входят сера или хлор, то в продуктах взрыва могут содержаться соответственно SO 2 , H 2 S, HCl и Cl 2 . В случае содержания в составе ВВ металлов, например, алюминия или некоторых солей (например, нитрата аммония NH 4 NO 3 , нитрата бария Ba(NO 3) 2 ; хлора-тов – хлората бария Ba(ClO 3) 2 , хлората калия КСlO 3 ; перхлоратов – аммония NHClO 4 и др.) в составе продуктов взрыва встречаются оксиды, например Al 2 O 3 , карбонаты, например, карбонат бария ВаСО 3 , карбонат калия К 2 СО 3 , бикарбонаты (КНСО 3), цианиды (KCN), сульфаты (BaSO 4 , K 2 SO 4), сульфиды (NS, K 2 S), сульфиты (K 2 S 2 O 3), хлориды (AlCl 3 , BaCl 2 , KCl) и другие соединения.

Наличие и количество тех или иных продуктов взрыва в первую очередь зависит от кислородного баланса состава ВВ.

Кислородный баланс характеризует соотношение между содержанием во взрывчатом веществе горючих элементов и кислорода .

Вычисляют кислородный баланс обычно как разность между весовым количеством кислорода, содержащегося во ВВ, и количеством кислорода, потребным для полного окисления горючих элементов, входящих в его состав. Расчет ведут на 100 г ВВ, в соответствии, с чем кислородный баланс выражают в процентах. Обеспеченность состава кислородом характеризуется кислородным балансом (КБ) или кислородным коэффициентом a к, которые в относительных величинах выражают избыток или недостаток кислорода для полного окисления горючих элементов до высших оксидов, например, СО 2 и Н 2 О.

Если ВВ содержит как раз столько кислорода, сколько нужно для полного окисления входящих в его состав горючих элементов, то кислородный баланс его равен нулю. Если избыток – КБ положителен, при недостатке кислорода – КБ отрицателен. Сбалансированность ВВ по кислороду соответствует КБ – 0; a к = 1.

Если ВВ содержит углерод, водород, азот и кислород и описывается уравнением С а H b N c O d , то величины кислородного баланса и кислородного коэффициента могут определяться по формулам

(2)

где а, b, c и d – число атомов соответственно С, H, N и О в химической формуле ВВ; 12, 1, 14, 16 – округленные до целого числа атомные массы соответственно углерода, водорода, азота и кислорода; знаменатель дроби в уравнении (1) определяет молекулярную массу ВВ: М = 12а + в + 14с + 16d.

С точки зрения безопасности производства и эксплуатации (хранения, транспортирования, применения) ВВ большинство их рецептур имеют отрицательный кислородный баланс.

По кислородному балансу все ВВ подразделяются на следующие три группы:

I. ВВ с положительным кислородным балансом: углерод окисляется до СО 2 , водород до Н 2 О, азот и избыток кислорода выделяются в элементарном виде.

II. ВВ с отрицательным кислородным балансом, когда кислорода недостаточно для полного окисления компонентов до высших оксидов и углерод частично окисляется до СО (но все ВВ превращаются в газы).

III. ВВ с отрицательным кислородным балансом, но кислорода недостаточно для превращения всех горючих компонентов в газы (в продуктах взрыва имеется элементарный углерод).

4.4.1. Расчет состава продуктов взрывчатого разложения ВВ

с положительным кислородным балансом (I группа ВВ)

При составлении уравнений реакций взрыва ВВ с положительным кислородным балансом руководствуются следующими положениями: углерод окисляется до углекислоты СО 2 , водород до воды Н 2 О, азот и избыток кислорода выделяются в элементарном виде (N 2 , O 2).

Например.

1. Составить уравнение реакции (определить состав продуктов взрыва) взрывчатого разложения индивидуального ВВ.

Нитроглицерин: С 3 Н 5 (ONO 2) 3 , М = 227.

Определяем величину кислородного баланса для нитроглицерина:

КБ > 0, запишем уравнение реакции:

С 3 Н 5 (ONO 2) 3 = 3СО 2 + 2,5Н 2 О + 0,25О 2 + 1,5N 2.

Кроме основной реакции протекают реакции диссоциации:

2СО 2 2СО + О 2 ;

О 2 + N 2 2NO;

2H 2 O 2H 2 + O 2 ;

H 2 O + CO CO 2 + H 2 .

Но так как КБ = 3,5 (намного больше нуля) – рекакции смещены в сторону образования СО 2 , Н 2 О, N 2 , следовательно доля газов СО, Н 2 и NО в продуктах взрывчатого разложения незначительна и ими можно пренебречь.

2. Составить уравнение реакции взрывчатого разложения смесевого ВВ: аммонала, состоящего из 80% аммиачной селитры NH 4 NO 3 (M = 80), 15% тротила C 7 H 5 N 3 O 6 (М = 227) и 5% алюминия Al(а.м. М = 27).

Расчет кислородного баланса и коэффициента α к смесевых ВВ ведут следующим образом: вычисляют количество каждого из химических элементов, содержащихся в 1 кг смеси и выражают его в молях. Затем составляют условную химическую формулу для 1 кг, смесевого ВВ, аналогичную по виду химической формуле для индивидуального ВВ и далее ведут расчет аналогично выше приведенному примеру.

Если в смесевом ВВ содержится алюминий, то уравнения для определения величин КБ и α к имеют следующий вид:

где е – число атомов алюминия в условной формуле.

Решение.

1. Рассчитываем элементарный состав 1 кг аммонала и записываем его условную химическую формулу

2. Записываем уравнение реакции разложения аммонала:

С 4,6 Н 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 = 4,6CO 2 + 21,65H 2 O + 0,925Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2O 2 .

4.4.2. Расчет состава продуктов взрывчатого разложения ВВ

с отрицательным кислородным балансом (II группа ВВ)

Как было отмечено ранее при составлении уравнений реакций взрывчатого разложения ВВ второй группы необходимо учитывать следующие особенности: водород окисляется до Н 2 О, углерод окисляется до СО, оставшийся кислород окисляет часть СО до СО 2 и азот выделяется в виде N 2 .

Пример: Составить уравнение реакции взрывчатого разложения пентаэритриттетранитрата (тэна) С(СН 2 ОNO 2) 4 Мтэна = 316. Кислородный баланс рав-ный –10,1%.

Из химической формулы тэна видно, что кислорода до полного окисления водорода и углерода недостаточно (для 8 водородов необходимо 4 ат. кислорода, чтобы превратить в Н 2 О = 4Н 2 О) (для 5 ат. углерода необходимо 10 ат. кислорода, чтобы превратить в СО 2 = 5СО 2) итого требуется 4 + 10 = 14 ат. кислорода, а их всего 12 атомов.

1. Составляем уравнение реакции разложения тэна:

С(СН 2 ОNO 2) 4 = 5CO + 4H 2 O + 1,5O 2 + 2N 2 = 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2 .

Для определения величины коэффициентов СО и СО 2:

5СО + 1,5О 2 = хСО + уСО 2 ,

х + у = n – сумма атомов углерода,

х + 2у = m – сумма атомов кислорода,

Х + у = 5 х = 5 – у

х + 2у = 8 или х = 8 – 2у

или 5 – у = 8 – 2у; у = 8 – 5 = 3; х = 5 – 3 = 2.

Т.о. коэффициент при СО х = 2; при СО 2 у = 3, т.е.

5СО + 1,5 О 2 = 2СО + 3СО 2 .

Вторичные реакции (диссоциации):

Водяного пара: Н 2 О + СО СО 2 + Н 2 ;

2Н 2 О 2Н 2 + О 2 ;

Диссоциация: 2СО 2 2СО + О 2 ;

2. Для оценки погрешности рассчитаем состав продуктов реакции взрывчатого разложения с учетом наиболее существенной из вторичных реакций – реакции водяного пара (Н 2 О + СО СО 2 + Н 2).

Уравнение реакции взрывчатого разложения тэна представим в виде:

С(СН 2 ОNO 2) 4 = uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2 .

Температура взрывчатого разлива тэна примерно 4000 0 К.

Соответственно константа равновесия водяного пара :

Записываем и решаем систему уравнений:

х + у = 5 (см. выше) – число атомов углерода;

2z + 2у = 8 – число атомов водорода;

х + 2у + u = 12 – число атомов кислорода.

Преобразование системы уравнений сводится к получению квадратного уравнения:

7,15у 2 – 12,45у – 35 = 0.

(Уравнение типа ау 2 + ву + с = 0).

Решение его имеет вид:

у = 3,248, тогда х = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.

Таким образом, уравнение реакции принимает вид:

C(CH 2 ONO 2) 4 = 1,752CO + 3,248CO 2 + 3,758H 2 O + 0,242H 2 + 2N 2 .

Из полученного уравнения видно, что погрешность в определении состава и количества продуктов взрывчатого разложения приближенным способом незначительна.

4.4.3. Составление уравнений реакций взрывчатого разложения ВВ

с отрицательным КБ (III группа)

При написании уравнений реакции взрывчатого разложения для третьей группы ВВ необходимо придерживаться следующей последовательности:

1. определить по химической формуле ВВ его КБ;

2. водород окислить до Н 2 О;

3. углерод окислить остатками кислорода до СО;

4. написать остальные продукты реакции, в частности С, N и т.д.;

5. проверить коэффициенты.

Пример: Составить уравнение реакции взрывчатого разложения тринитротолуола (тротила, тола) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .

Молярная масса М = 227; КБ = –74,0%.

Решение: Из химической формулы видим, что кислорода недостаточно для окисления углерода и водорода: для полного окисления водорода необходимо 2,5 атома кислорода, неполного окисления углерода – 7 атомов (всего 9,5 по сравнению с имеющимися 6-тью атомами). В этом случае уравнение реакции разложения тротила имеет вид:

C 6 H 2 (NO 2) 3 CН 3 = 2,5Н 2 O + 3,5СО + 3,5 С + 1,5N 2 .

Вторичные реакции:

Н 2 О + СО СО 2 + Н 2 ;

Во время химических реакций из одних веществ получаются другие (не путать с ядерными реакциями, в которых один химический элемент превращается в другой).

Любая химическая реакция описывается химическим уравнением :

Реагенты → Продукты реакции

Стрелка указывает направление протекания реакции.

Например:

В данной реакции метан (СН 4) реагирует с кислородом (О 2), в результате чего образуется диоксид углерода (СО 2) и вода (Н 2 О), а точнее - водяной пар. Именно такая реакция происходит на вашей кухне, когда вы поджигаете газовую конфорку. Читать уравнение следует так: одна молекула газообразного метана вступает в реакцию с двумя молекулами газообразного кислорода, в результате получается одна молекула диоксида углерода и две молекулы воды (водяного пара).

Числа, расположенные перед компонентами химической реакции, называются коэффициентами реакции .

Химические реакции бывают эндотермическими (с поглощением энергии) и экзотермические (с выделением энергии). Горение метана - типичный пример экзотермической реакции.

Существует несколько видов химических реакций. Самые распространенные:

реакции соединения;
реакции разложения;
реакции одинарного замещения;
реакции двойного замещения;
реакции окисления;
окислительно-восстановительные реакции.

Реакции соединения

В реакциях соединения хотя бы два элемента образуют один продукт:

2Na (т) + Cl 2 (г) → 2NaCl (т) - образование поваренной соли.

Следует обратить внимание на существенный нюанс реакций соединения: в зависимости от условий протекания реакции или пропорций реагентов, вступающих в реакцию, - ее результатом могут быть разные продукты. Например, при нормальных условиях сгорания каменного угля получается углекислый газ:
C (т) + O 2 (г) → CO 2 (г)

Если же количество кислорода недостаточно, то образуется смертельно опасный угарный газ:
2C (т) + O 2 (г) → 2CO (г)

Реакции разложения

Эти реакции являются, как бы, противоположными по сути, реакциям соединения. В результате реакции разложения вещество распадается на два (3, 4...) более простых элемента (соединения):

2H 2 O (ж) → 2H 2 (г) + O 2 (г) - разложение воды
2H 2 O 2 (ж) → 2H 2 (г) O + O 2 (г) - разложение перекиси водорда

Реакции одинарного замещения

В результате реакций одинарного замещения, более активный элемент замещает в соединении менее активный:

Zn (т) + CuSO 4 (р-р) → ZnSO 4 (р-р) + Cu (т)

Цинк в растворе сульфата меди вытесняет менее активную медь, в результате чего образуется раствор сульфата цинка.

Степень активности металлов по возрастанию активности:

Наиболее активными являются щелочные и щелочноземельные металлы

Ионное уравнение вышеприведенной реакции будет иметь вид:

Zn (т) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (т)

Ионная связь CuSO 4 при растворении в воде распадается на катион меди (заряд 2+) и анион сульфата (заряд 2-). В результате реакции замещения образуется катион цинка (который имеет такой же заряд, как и катион меди: 2-). Обратите внимание, что анион сульфата присутствует в обеих частях уравнения, т.е., по всем правилам математики его можно сократить. В итоге получится ионно-молекулярное уравнение:

Zn (т) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (т)

Реакции двойного замещения

В реакциях двойного замещения происходит замещение уже двух электронов. Такие реакции еще называют реакциями обмена . Такие реакции проходят в растворе с образованием:

нерастворимого твердого вещества (реакции осаждения);
воды (реакции нейтрализации).

Реакции осаждения

При смешивании раствора нитрата серебра (соль) с раствором хлорида натрия образуется хлорид серебра:

Молекулярное уравнение: KCl (р-р) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (т) + KNO 3 (p-p)

Ионное уравнение: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (т) + K + + NO 3 -

Молекулярно-ионное уравнение: Cl - + Ag + → AgCl (т)

Если соединение растворимое, оно будет находиться в растворе в ионном виде. Если соединение нерастворимое, оно будет осаждаться, образовывая твердое вещество.

Реакции нейтрализации

Это реакции взаимодействия кислот и оснований, в результате которых образуются молекулы воды.

Например, реакция смешивания раствора серной кислоты и раствора гидроксида натрия (щелока):

Молекулярное уравнение: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (ж)

Ионное уравнение: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (ж)

Молекулярно-ионное уравнение:2H + + 2OH - → 2H 2 O (ж) или H + + OH - → H 2 O (ж)

Реакции окисления

Это реакции взаимодействия веществ с газообразным кислородом, находящимся в воздухе, при которых, как правило, выделяется большое количество энергии в виде тепла и света. Типичная реакция окисления - это горение. В самом начале данной страницы приведена реакция взаимодействия метана с кислородом:

CH 4 (г) + 2O 2 (г) → CO 2 (г) + 2H 2 O (г)

Метан относится к углеводородам (соединения из углерода и водорода). При реакции углеводорода с кислородом выделяется много тепловой энергии.

Окислительно-восстановительные реакции

Это реакции при которых происходит обмен электронами между атомами реагентов. Рассмотренные выше реакции, также являются окислительно-восстановительными реакциями:

2Na + Cl 2 → 2NaCl - реакция соединения
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - реакция окисления
Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - реакция одинарного замещения

Максимально подробно окислительно-восстановительные реакции с большим количеством примеров решения уравнений методом электронного баланса и методом полуреакций описаны в разделе