Виды химических реакций, их использование в промышленности

Понятие и условия прохождения химических реакций. Характеристика реакций соединения, разложения, замещения, обмена и их применение в промышленности. Окислительно-восстановительные реакции в основе металлургии, суть валентности, виды переэтерификации.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Физико-химические основы технологических процессов»

на тему:

«Виды химических реакций, их использование в промышленности»

Содержание

Введение

1. Виды химических реакций

2. Основные химические реакции, их применение в промышленности

2.1 Реакции соединения

2.2 Реакции разложения

2.3 Реакции замещения

2.4 Реакции обмена

2.5 Окислительно-восстановительные реакции

2.5.1 Окислительно-восстановительные реакции в основе металлургии

2.5.2 Валентность

2.6 Обратимые реакции

Выводы

Литература

Введение

Химическая реакция -- превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). Для описания химических реакций используют химические уравнения, в левой части которых указывают исходные вещества, в правой - продукты. Обе части уравнения соединены знаком равенства (в этом случае количество атомов химических элементов справа и слева должно быть уравнено с помощью стехиометрических коэффициентов), стрелкой (в случае необратимых химических превращений) или прямой и обратной стрелками (для обратимых реакций). Иногда химические уравнения дополняют указанием энтальпии реакции, агрегатного состояния веществ и другими характеристиками.

Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Самопроизвольное превращение веществ осуществляется при условии, что они обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, разделяющего исходное и конечное состояния системы (Энергия активации).

С помощью химических реакций получают разнообразные вещества и продукты, которые в дальнейшем могут использоваться как в народном потреблении (разные виды кислот), так и для дальнейшего получения новых товаров, то есть средства производства (металлические станки).

1. Виды химических реакций

Все химические реакции подразделяют на простые и сложные. Простые химические реакции, в свою очередь, обычно подразделяют на четыре типа: реакции соединения, реакции разложения, реакции замещения и реакции обмена.

Д. И. Менделеев определял соединение как реакцию, «при которой из двух веществ происходит одно. Примером химической реакции соединения может служить нагревание порошков железа и серы, - при этом образуется сульфид железа: Fe+S=FeS. К реакциям соединения относят процессы горения простых веществ (серы, фосфора, углерода,...) на воздухе. Например, углерод горит на воздухе С+О₂=СО₂ (конечно эта реакция протекает постепенно, сначала образуется угарный газ СО). Реакции горения всегда сопровождаются выделением тепла -- являются экзотермическими.

Химические реакции разложения, по Менделееву, «составляют случаи, обратные соединению, то есть такие, при которых одно вещество даёт два, или, вообще, данное число веществ -- большее их число. Примером реакции разложение меже служить химическая реакция разложения мела (или известняка под воздействием температуры): СаСО₃=СаО+СО₂. Для проведения реакции разложения, как правило, требуется нагревание. Такие процессы -- эндотермические, то есть протекают с поглощением теплоты.

В реакциях двух других типов число реагентов равно числу продуктов. Если взаимодействуют простое вещество и сложное --то эта химическая реакция называется химической реакцией замещения. Например, опустив стальной гвоздь в раствор медного купороса, получаем железный купорос (здесь железо вытеснило медь из её соли) Fe+CuSO₄= FeSO₄+Cu.

Реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими частями, относят к химическим реакциям обмена. Большое их число протекает в водных растворах. Примером химической реакции обмена может служить нейтрализация кислоты щёлочью: NaOH+HCl=NaCl+Н₂О. Здесь в реагентах (веществах, стоящих слева) ион водорода из соединения HCl обменивается с ионом натрия из соединения NaOH, в результате чего образуется раствор поваренной соли в воде

Типы реакций и их механизмы приведены в таблице:

Таб. 1. Типы реакций и их механизмы.

химические реакции соединенияA + B = ABИз нескольких простых или сложных веществ образуется одно сложное	химические реакции разложенияAB = A + B Из сложного вещества образуется несколько простых или сложных веществ	химические реакции замещенияA + BC =AC + B Атом простого вещества замещает один из атомов сложного	химические реакции ионного обменаAB+CD = AD+CBСложные вещества обмениваются своими составными частями

Однако очень многие реакции не укладываются в приведённую простую схему. Например, химическая реакция между перманганатом калия (марганцовкой) и иодидом натрия не может быть отнесена ни к одному из указанных типов. Такие реакции, обычно, называют окислительно-восстановительными реакциями, например:

2KMnO₄+10NaI+8H₂SO₄=2MnSO₄+K₂SO₄+5Na₂SO₄+5I₂+8H₂O.

Также существует особая группа реакций, которую называют обратимые реакции. Это такие химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), например:

3H₂ + N₂ ? 2NH₃

Направление обратимых реакций зависит от концентраций веществ -- участников реакции. Так в приведённой реакции, при малой концентрации аммиака в газовой смеси и больших концентрациях азота и водорода происходит образование аммиака; напротив, при большой концентрации аммиака он разлагается, реакция идёт в обратном направлении. По завершении обратимой реакции, то есть при достижении химического равновесия, система содержит как исходные вещества, так и продукты реакции.

Простая (одностадийная) обратимая реакция состоит из двух происходящих одновременно элементарных реакций, которые отличаются одна от другой лишь направлением химического превращения. Направление доступной непосредственному наблюдению итоговой реакции определяется тем, какая из этих взаимно-обратных реакций имеет большую скорость. Например, простая реакция

N₂O₄ ? 2NO₂

складывается из элементарных реакций

N₂O₄ ? 2NO₂ и 2NO₂ ? N₂O₄

Для обратимости сложной (многостадийной) реакции, например уже упоминавшейся реакции синтеза аммиака, необходимо, чтобы были обратимы все составляющие её стадии.

Признаками химических реакций являются:

ь Изменение цвета (например, светлое железо покрывается во влажном воздухе бурым налётом оксида железа - химическая реакция взаимодействия железа с кислородом).

ь Выпадение осадка (например, если через известковый раствор (раствор гидроксида кальция) пропустить углекислый газ, выпадет белый нерастворимый осадок карбоната кальция).

ь Выделение газа (например, если капнуть лимонной кислотой на пищевую соду, то выделится углекислый газ).

ь Образование слабодиссоциированных веществ (например, реакции при которых одним из продуктов реакции является вода).

ь Свечение раствора.

2. Основные химические реакции, их применение в промышленности

2.1 Реакции соединения

Безкислородные кислоты получают синтезом из простых веществ летучих соединений с последующим растворением их в воде. Например:

H₂ + Cl₂ > 2HCl - хлороводород, газ.

Растворяем его в воде, получаем HCl - хлороводородную кислоту - жидкость.

В промышленности хлороводород ранее получали в основном сульфатным методом (методом Леблана), основанном на взаимодействии хлорида натрия с концентрированной серной кислотой. В настоящее время для получения хлороводорода обычно используют прямой синтез из простых веществ:

H₂...