8 класс Химия Первоначальные химические понятия Вещества и химические реакции

Химические реакции

Содержание

Таяние льда в стакане и горение дров в печи — знакомые процессы, на которых можно понять различие физических явлений и химических реакций. В этом уроке разберем, когда сохраняется прежнее вещество, а когда образуются новые, как распознать реакцию и что необходимо для ее протекания.

Вы научитесь определять реагенты и продукты, называть признаки реакций, объяснять условия их начала и прекращения. Затем рассмотрим горение и выясним, чем отличаются реакции, выделяющие и поглощающие теплоту.

Физические и химические явления

Лед, жидкая вода и водяной пар выглядят по-разному, но во всех случаях это вода $H_2O$. При таянии и кипении меняется ее агрегатное состояние — твердое, жидкое или газообразное. Другое вещество при этом не появляется.

Правило

При физических явлениях состав веществ не изменяется.

Вещество может изменить форму, размер, температуру или состояние и при этом остаться тем же веществом.

Например, кусочек сахара можно растолочь в порошок: крупинки станут меньше, но сахар не превратится в другое вещество.

При горении бумаги происходит иное. Вещества бумаги превращаются в другие вещества: образуются газообразные продукты, остается твердый остаток. Меняется не только внешний вид.

Определение

Химическая реакция — это явление, при котором одни вещества (исходные вещества, или реагенты) превращаются в другие (продукты реакции) с новыми свойствами.

Химические явления и химические реакции — названия одного вида превращений. Чтобы отличить их от физических явлений, задайте вопрос: образовались ли новые вещества?

{"questions":[{"instruction":"Распределите ситуации по группам","content":"[[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Физическое явление","Химическая реакция"],"items":[["Кусок стекла раскололся на осколки.","Из лужи испарилась вода."],["На серебряной ложке появился налет, состоящий из сульфида серебра.","В соке часть сахаров превратилась в этиловый спирт и углекислый газ в процессе брожения."]]}},"explanation":"Раскалывание стекла и испарение воды — физические явления: вещества сохраняются. Образование соединения серебра и превращение сахаров в соке — химические реакции: появляются новые вещества.","hints":["Рассмотрите изменение вещества отдельно от изменения предмета.","Сравните изменение формы или состояния с появлением вещества другого состава."]},{"instruction":"В морозильной камере вода превратилась в лед. Какое объяснение относится к этому процессу?","content":"[[choice-2]]","widgets":{"choice-2":{"type":"choice","options":["Образовалось другое вещество, потому что жидкость стала твердой.","Произошло физическое явление, потому что состав воды сохранился.","Произошла химическая реакция, потому что изменилась температура.","Образовалось другое вещество, потому что лед имеет другую форму."],"answer":[1]}},"explanation":"Лед и жидкая вода имеют один состав. Замерзание меняет состояние, а не вещество.","hints":["Вид вещества и его агрегатное состояние — разные характеристики.","Вспомните, меняется ли состав воды при переходе между жидкостью и льдом."]},{"instruction":"Выберите два описания химических явлений","content":"[[choice-3]]","widgets":{"choice-3":{"type":"choice","options":["Медную проволоку согнули в кольцо.","При порче продукта содержащиеся в нем вещества превратились в соединения серы.","Из вещества получили газ с другим химическим составом.","Кристаллы сахара раздробили без изменения состава."],"answer":[1,2]}},"explanation":"При порче продукта и получении газа другого состава образуются новые вещества. Эти превращения являются химическими явлениями.","hints":["Не каждое изменение формы или внешнего вида является реакцией.","Найдите ситуации, в которых изменились сами вещества."]}],"mix":1}

Состав вещества и внешний вид

Внешнее изменение может быть заметным, но для вывода о реакции нужно понять его причину. Темный налет на серебре состоит из нового соединения — это химическое изменение. Измельченный сахар тоже выглядит иначе, однако новым веществом не стал.

Нельзя пользоваться и правилом «если трудно вернуть прежний вид, значит, произошла реакция». Разбитый стакан трудно восстановить, но осколки состоят из того же стекла. Обратимость изменения сама по себе не определяет вид явления.

Один предмет может участвовать в нескольких процессах. Если лист бумаги сначала разрезали, а затем сожгли, разрезание было физическим явлением, а горение — химическим. Нужно рассматривать каждое изменение отдельно.

Теперь применим критерий образования новых веществ к рассуждениям, а не только к названиям процессов.

{"questions":[{"instruction":"Керамическая чашка разбилась. В условии сказано, что состав материала не изменился. Ученик назвал это химической реакцией, потому что осколки нельзя просто сложить и получить целую чашку. Как оценить его вывод?","content":"[[choice-4]]","widgets":{"choice-4":{"type":"choice","options":["Это химическая реакция: любой необратимый процесс меняет состав.","Данных недостаточно: нужно узнать цвет осколков.","Это физическое явление: новый вид вещества не образовался.","Это химическая реакция: количество частей чашки увеличилось."],"answer":[2]}},"explanation":"Разбивание чашки — физическое явление: изменились форма и целостность предмета, а состав материала сохранился.","hints":["Возможность восстановить предмет и сохранение вещества — разные вопросы.","Опирайтесь на сведения о составе материала, а не на трудность ремонта."]},{"instruction":"Деревянную заготовку распилили на части, а одну из частей сожгли. При распиливании состав древесины сохранился, при горении образовались другие вещества. Как классифицировать эти процессы?","content":"[[choice-5]]","widgets":{"choice-5":{"type":"choice","options":["Оба процесса — физические явления.","Распиливание — физическое явление, горение — химическая реакция.","Распиливание — химическая реакция, горение — физическое явление.","Оба процесса — химические реакции."],"answer":[1]}},"explanation":"Распиливание изменяет размер заготовки. При горении меняются вещества, из которых она состоит.","hints":["Рассмотрите распиливание и горение по отдельности.","Для каждого этапа определите, сохранились ли вещества древесины."]},{"instruction":"В записи наблюдений сказано: «Образец стал мельче и изменил форму». Какого сведения не хватает, чтобы уверенно назвать процесс химической реакцией?","content":"[[choice-6]]","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":["Был ли образец твердым до изменения.","Можно ли собрать части образца вместе.","Насколько сильно изменился размер.","Появились ли вещества с другим составом и свойствами."],"answer":[3]}},"explanation":"Для вывода о химической реакции нужны сведения об образовании веществ с другим составом и свойствами.","hints":["Размер и форма характеризуют внешний вид образца.","Для химической реакции нужно установить изменение самих веществ."]}],"mix":1}

Реагенты и продукты реакции

Чтобы описать химическую реакцию, разделяют вещества, которые вступили во взаимодействие, и вещества, которые получились.

Рассмотрим пример. Цинк взаимодействует с разбавленной серной кислотой. В результате образуются водород и сульфат цинка. Цинк и кислота относятся к началу превращения, а водород и сульфат цинка — к его результату.

Определение

Вещества, вступающие во взаимодействие, называют исходными веществами или реагентами, вещества, образующиеся в результате этого взаимодействия, — продуктами, а сам процесс — химической реакцией.

Роль в реакции	Вопрос для определения роли	В рассматриваемом примере
Реагенты	Какие вещества вступают во взаимодействие?	Цинк и серная кислота
Продукты реакции	Какие вещества образуются?	Водород и сульфат цинка

Эти названия обозначают роль в конкретной реакции. Вещество может быть продуктом одного превращения и реагентом другого. Например, вода может образоваться в реакции, а затем стать исходным веществом в другом химическом процессе.

Не нужно угадывать продукты по внешнему виду. В следующих заданиях все необходимые названия даны в условии; определите только роль каждого вещества.

{"questions":[{"instruction":"Магний взаимодействовал с кислородом. Образовался белый порошок — оксид магния. Распределите вещества по группам.","content":"[[grouper-7]]","widgets":{"grouper-7":{"type":"grouper","labels":["Реагенты","Продукты реакции"],"items":[["Кислород","Магний"],["Оксид магния"]]}},"explanation":"Магний и кислород были исходными веществами. Оксид магния образовался при их взаимодействии.","hints":["Найдите вещества, вступившие во взаимодействие.","Отдельно определите вещество, которое получилось в результате."]},{"instruction":"При взаимодействии углерода с кислородом образовался углекислый газ. Какое описание правильно указывает роли всех названных веществ?","content":"[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["Реагенты — углерод и углекислый газ; продукт — кислород.","Реагент — углекислый газ; продукты — углерод и кислород.","Реагенты — углерод и кислород; продукт — углекислый газ.","Все названные вещества — продукты реакции."],"answer":[2]}},"explanation":"Углерод и кислород вступили в реакцию, а углекислый газ получился из них.","hints":["В описании различаются то, что взаимодействовало, и то, что образовалось.","Слово «образовался» указывает на результат превращения."]},{"instruction":"При взаимодействии водорода и кислорода получили воду. В другом процессе эту воду превратили в водород и кислород. Как изменилась роль воды?","content":"[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["В первом процессе вода — продукт, во втором — реагент.","В первом процессе вода — реагент, во втором — продукт.","В обоих процессах вода — только продукт.","В обоих процессах вода — только реагент."],"answer":[0]}},"explanation":"Роль вещества зависит от реакции: в первом процессе вода образуется, во втором расходуется как исходное вещество.","hints":["Определите роль воды в каждом процессе отдельно.","Различите получение воды и превращение уже имеющейся воды."]}],"mix":1}

Признаки химических реакций

Новое вещество не всегда удается сразу рассмотреть отдельно. Поэтому наблюдают за изменениями, сопровождающими реакцию. Их называют признаками химической реакции.

Выпадение осадка

При взаимодействии растворов может образоваться новое нерастворимое вещество. Его твердые частицы появляются в жидкости: она мутнеет, а частицы могут оседать на дно. Например, из растворов хлорида натрия и нитрата серебра образуется белый осадок хлорида серебра.

Обесцвечивание или изменение цвета

Если образовавшиеся вещества имеют другую окраску, цвет может измениться или исчезнуть. Наблюдение показывает, что стоит проверить состав веществ.

Растворение осадка

Твердое исходное вещество может вступить в реакцию с образованием растворимых продуктов. Например, голубой осадок гидроксида меди взаимодействует с серной кислотой: осадок исчезает, образуется раствор сульфата меди.

Выделение газа

Газообразный продукт может выходить из жидкости в виде пузырьков. При взаимодействии пищевой соды с уксусной кислотой образуется углекислый газ $CO_2$.

Выделение тепла и света

При некоторых реакциях окружающие предметы нагреваются, появляется свечение или пламя. Так происходит при горении.

Одна реакция может иметь несколько признаков. Все признаки одновременно не обязательны: например, выпадение осадка не требует появления пламени.

{"questions":[{"instruction":"Распределите записи по группам","content":"[[grouper-10]]","widgets":{"grouper-10":{"type":"grouper","labels":["Выпадение осадка","Выделение газа","Изменение цвета"],"items":[["В жидкости появился новый твердый продукт в виде мелких частиц.","В результате взаимодействия прозрачных растворов появилась взвесь нового твердого вещества."],["При взаимодействии веществ из раствора выходят пузырьки."],["При превращении исходного вещества образовалось вещество другой окраски."]]}},"explanation":"Появление мелких твердых частиц и взвеси нового вещества относится к выпадению осадка. Выход пузырьков газообразного продукта — выделение газа. Образование вещества другой окраски — изменение цвета.","hints":["Найдите, что именно появилось или изменилось в каждой записи.","Твердые частицы в жидкости и пузырьки относятся к разным признакам."]},{"instruction":"В описании превращения указано: «Исходное вещество утратило окраску, из жидкости выделяется новый газообразный продукт. Пламени и нового твердого вещества не наблюдается». Какие признаки отмечены? Выберите два ответа.","content":"[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["Выделение света","Выпадение осадка","Обесцвечивание","Выделение газа"],"answer":[2,3]}},"explanation":"Исчезновение окраски называется обесцвечиванием. Выход нового газообразного продукта относится к выделению газа.","hints":["Выбирайте только наблюдения, которые прямо указаны.","Исчезновение окраски и появление газообразного продукта имеют разные названия."]},{"instruction":"Твердое вещество из осадка вступило во взаимодействие с добавленным раствором. Образовались другие вещества, растворимые в воде, и твердые частицы исчезли. Какое объяснение соответствует описанию?","content":"[[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["Произошла химическая реакция; наблюдаемый признак — растворение осадка.","Произошло только измельчение; частицы стали слишком мелкими.","Произошла химическая реакция; наблюдаемый признак — выпадение осадка.","Реакция невозможна, потому что газ не выделялся."],"answer":[0]}},"explanation":"Растворение осадка сопровождает описанную химическую реакцию: исходное твердое вещество превратилось в другие, растворимые вещества.","hints":["Отделите образование новых веществ от простого изменения размера частиц.","Определите, появились твердые частицы или исчезли."]}],"mix":1}

Похожие внешние изменения могут иметь разные причины. Признак помогает заметить процесс, но вывод о реакции требует знания о том, образовались ли новые вещества.

В кипящей воде видны пузырьки водяного пара. Вода $H_2O$ становится газообразной, но сохраняет состав. В газированном напитке углекислый газ $CO_2$ уже присутствует до открытия бутылки; затем он выходит из раствора. В обоих случаях новый газ как продукт реакции не образуется.

Пузырьки при взаимодействии соды с кислотой имеют другое происхождение: углекислый газ получается из реагентов. Поэтому здесь выделение газа сопровождает химическую реакцию.

Похожее различие есть у твердых частиц. Если из воды оседает песок, он существовал в ней до оседания. При выпадении осадка в реакции появляется новое вещество.

Цвет тоже может измениться без реакции. Если к окрашенному раствору добавить воду и краситель сохранится, раствор станет бледнее из-за разбавления. А обычный сахар может раствориться в воде, не превращаясь в другие вещества. Исчезновение видимых кристаллов само по себе не означает химической реакции. Когда вода испаряется из такого раствора без превращения сахара, он остается в виде кристаллов: это прежнее вещество, а не новый продукт.

Даже нагревание и свечение нужно оценивать по тому же правилу. Вода, нагретая от батареи, остается водой; светящаяся электрическая лампа не доказывает образования новых веществ.

Сравним случаи с похожими внешними признаками.

{"questions":[{"instruction":"Распределите ситуации по группам","content":"[[grouper-13]]","widgets":{"grouper-13":{"type":"grouper","labels":["Физическое явление","Химическая реакция"],"items":[["В кастрюле жидкая вода превращается в водяной пар.","Из открытой бутылки выходит газ, ранее растворенный в напитке."],["В реакции металла с раствором образуется газ, которого до взаимодействия не было.","При превращении вещества получаются новые газообразные продукты."]]}},"explanation":"Кипение воды и выход ранее растворенного газа из напитка — физические явления. Образование газа при реакции металла с раствором и получение новых газообразных продуктов при превращении вещества — химические реакции.","hints":["Во всех ситуациях есть газ, но он появляется по разным причинам.","Сравните образование газа из других веществ с переходом уже существующего вещества в газообразное состояние или его выходом из раствора."]},{"instruction":"В одном сосуде из воды осела глина, которая уже была в ней. В другом при взаимодействии растворов появился новый нерастворимый продукт. В какой ситуации описано химическое явление?","content":"[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["Только при оседании глины.","В обеих ситуациях, потому что на дне есть твердые частицы.","Только при образовании нового нерастворимого продукта.","Ни в одной, потому что не появилось пламя."],"answer":[2]}},"explanation":"Образование нового нерастворимого продукта при взаимодействии растворов — химическое явление: из реагентов получается другое вещество.","hints":["Наличие твердого вещества на дне еще не указывает на его происхождение.","Определите, существовали частицы раньше или получились из других веществ."]},{"instruction":"Распределите описания по группам","content":"[[grouper-15]]","widgets":{"grouper-15":{"type":"grouper","labels":["Физическое явление","Химическая реакция"],"items":[["Окрашенную жидкость разбавили водой; окрашенное вещество сохранилось.","Кристаллы сахара растворились; сахар сохранился в растворе.","Металлический предмет нагрелся от теплой воды, сохранив состав."],["Взаимодействие превратило окрашенное вещество в бесцветные продукты.","Твердое вещество осадка превратилось в другие, растворимые вещества.","Вещества вступили в реакцию с образованием продуктов и выделением теплоты."]]}},"explanation":"Разбавление окрашенного раствора, растворение сахара и нагревание металлического предмета — физические явления в описанных условиях. Превращение окрашенного вещества в бесцветные продукты, осадка в растворимые вещества и реакция с выделением теплоты — химические явления.","hints":["Сначала сравните состав веществ до и после процесса.","Разбавление, растворение и нагревание могут происходить без превращения веществ."]}],"mix":1}

Условия протекания химических реакций

Признак помогает заметить превращение. Условие протекания реакции — то, что необходимо для ее начала или продолжения. Не следует смешивать эти понятия: нагревание вещества перед реакцией и выделение теплоты самой реакцией — разные события.

Соприкосновение веществ

Чтобы разные реагенты взаимодействовали, они должны соприкасаться. Цинк, лежащий отдельно от раствора кислоты, с этой кислотой не реагирует. Если металл соприкасается с раствором разбавленной серной кислоты, начинается взаимодействие и образуется водород.

Соприкосновение еще не гарантирует реакцию: не любые вещества реагируют друг с другом, а подходящим реагентам иногда требуются дополнительные условия.

Нагревание

Для некоторых реакций необходимо нагревание. Сера соприкасается с кислородом воздуха, но при обычной температуре реакции нет. Нагревание помогает начать этот процесс.

В другом случае высокую температуру нужно поддерживать. При нагревании известняк разлагается с образованием негашеной извести и углекислого газа. Одно исходное вещество превращается в другие; такое превращение называют разложением. Этот пример показывает, что в реакции не обязательно участвуют несколько разных реагентов.

Свет

Некоторым химическим процессам нужна энергия света. Пример — фотосинтез: в зеленых растениях из углекислого газа и воды образуются сахара и кислород. Свет необходим для этого процесса, но не является веществом.

Таким образом, условия зависят от реакции. Для взаимодействия разных реагентов нужен контакт; в отдельных случаях также необходимы нагревание или свет. Требовать весь этот набор от каждой реакции нельзя.

Определим, что помогает реакции протекать и чем условие отличается от результата.

{"questions":[{"instruction":"Два реагента находятся в разных частях прибора и отделены перегородкой. Из описания известно, что при соприкосновении они взаимодействуют без нагревания. Почему реакции пока нет?","content":"[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["В прибор обязательно должен поступать кислород.","Между реагентами нет контакта.","Для любой реакции обязательно яркое освещение.","Газообразный продукт еще не подали в прибор."],"answer":[1]}},"explanation":"Перегородка разделяет реагенты. Для данного взаимодействия необходим их контакт.","hints":["Найдите условие, которое прямо указано в описании.","Наличие реагентов в одном приборе не означает, что они соприкасаются."]},{"instruction":"В описании демонстрации сказано: «Реагенты уже соприкасаются. После повышения температуры началось образование продуктов». Какое дополнительное условие позволило начать реакцию?","content":"[[choice-17]]","widgets":{"choice-17":{"type":"choice","options":["Выпадение осадка","Изменение окраски продуктов","Выделение газа","Нагревание реагентов"],"answer":[3]}},"explanation":"Контакт уже существовал. Дополнительным условием стало повышение температуры.","hints":["Найдите изменение, которое произошло до образования продуктов.","Условие создают для начала реакции; признак наблюдают при ее протекании."]},{"instruction":"В описании фотосинтеза ученик отнес свет к исходным веществам. Выберите три утверждения, которые помогут составить точное описание процесса.","content":"[[choice-18]]","widgets":{"choice-18":{"type":"choice","options":["Свет нужно назвать реагентом наряду с водой.","Воду и углекислый газ нужно отнести к реагентам.","Свет нужно указать как условие, обеспечивающее поступление энергии.","Сахара и кислород нужно отнести к продуктам."],"answer":[1,2,3]}},"explanation":"Вода и углекислый газ — реагенты, сахара и кислород — продукты фотосинтеза. Свет обеспечивает поступление энергии и относится к условиям процесса.","hints":["Различите вещества, из которых получаются новые вещества, и результат процесса.","Источник энергии не нужно относить к химическим веществам."]}],"mix":1}

Прекращение химических реакций

Реакцией можно управлять, изменяя необходимые для нее условия. Способ прекращения зависит от конкретного процесса.

Разделение реагентов

Если цинк отделен от раствора кислоты, контакт прекращается и новые порции водорода в этой реакции не образуются.

Понижение температуры

Если для продолжения реакции нужна высокая температура, охлаждение может остановить процесс. При прекращении нагревания известняк постепенно остывает, и его разложение замедляется и прекращается. Остановка не обязательно происходит мгновенно: нагретое вещество еще некоторое время остается горячим.

Прекращение поступления необходимого реагента

Если в реакцию перестает поступать нужное вещество, процесс может прекратиться. Например, горение бумаги в воздухе требует кислорода. Если доступ кислорода прекращен, такое горение не поддерживается.

Реакция также прекращается, если необходимый реагент полностью израсходован и не поступает снова. Это отличается от разделения веществ: при разделении реагенты могут оставаться, но больше не взаимодействуют.

В лабораторном аппарате Киппа контакт реагентов меняется с помощью давления газа. Пока газ выходит, раствор кислоты соприкасается с цинком и образуется водород. При закрытом выходе газ накапливается, его давление вытесняет раствор из области с цинком. Реагенты разделяются, образование водорода прекращается. Когда выход снова открыт, газ выходит, давление уменьшается, раствор возвращается к цинку и реакция возобновляется.

Это пример связи причины и результата: реакцию останавливает прекращение контакта, а не само положение крана.

В заданиях будем рассматривать описания процессов и приборов.

{"questions":[{"instruction":"В записи опыта перечислены действия и наблюдения. Распределите их по группам.","content":"[[grouper-19]]","widgets":{"grouper-19":{"type":"grouper","labels":["Условие начала реакции","Признак протекания реакции"],"items":[["До превращения температура реагента повышена внешним нагреванием.","Вещества, которые были разделены, приведены в контакт."],["При превращении появились частицы нового твердого вещества.","Из реагентов образовался газ, выходящий в виде пузырьков.","В ходе превращения окраска вещества исчезла."]]}},"explanation":"Внешнее нагревание перед превращением и установление контакта веществ создают условия начала реакции. Появление твердого продукта, выделение нового газа и исчезновение окраски — признаки ее протекания.","hints":["Отделите подготовку необходимых условий от наблюдений за результатом.","Появление продуктов относится к протеканию реакции, а контакт и начальное нагревание могут обеспечивать ее начало."]},{"instruction":"В аппарате Киппа реакция остановлена: раствор не касается цинка. Выход газа открывают. Расположите последующие события в порядке причин и следствий.","content":"[[sorter-20]]","widgets":{"sorter-20":{"type":"sorter","items":["Газ выходит наружу, его давление в аппарате уменьшается.","Жидкость возвращается в область, где находится цинк.","Кислота снова соприкасается с металлом.","Вновь образуется водород."]}},"explanation":"Выход газа уменьшает давление, раствор возвращается к цинку, контакт восстанавливается и реакция продолжается.","hints":["Начните с изменения, непосредственно связанного с открытием выхода.","Сначала меняется давление и положение жидкости, затем восстанавливается взаимодействие веществ."]},{"instruction":"Выберите три описания, в которых указана причина прекращения реакции","content":"[[choice-21]]","widgets":{"choice-21":{"type":"choice","options":["Для процесса необходима высокая температура; после охлаждения она стала недостаточной.","Жидкость перелили в сосуд другой формы; контакт и остальные условия сохранились.","Один из необходимых реагентов закончился, его поступление не возобновляется.","Взаимодействующие вещества полностью разделили."],"answer":[0,2,3]}},"explanation":"Недостаточная температура, расходование реагента и прекращение контакта могут остановить соответствующую реакцию.","hints":["Ищите исчезновение необходимого условия или реагента.","Изменение формы сосуда не означает изменения условий взаимодействия."]}],"mix":1}

Реакции горения

При горении дров печь нагревается, а пламя излучает свет. Вещества древесины при этом превращаются в продукты реакции. Теплота и свет сопровождают химическое превращение.

Определение

Химические реакции, сопровождающиеся выделением света и теплоты, называют реакциями горения.

Рассмотрим горение бумаги, дров и серы в воздухе. В этих примерах кислород — один из реагентов. Это вещество входит в состав воздуха и участвует в образовании продуктов.

Для поддержания такого горения нужны горючее вещество, доступ кислорода и необходимая температура. Если устранить одно из этих условий, горение может прекратиться.

Например, противопожарное полотно ограничивает поступление воздуха к горящему материалу. Кислород перестает поступать к нему, и реакция не поддерживается.

Теплоту горения используют в быту и технике: в печи нагревается воздух, в отопительном котле — вода. При этом само нагревание воды является физическим явлением, если ее состав сохраняется. В одном устройстве могут происходить и химические, и физические процессы.

Разберем горение по признакам, участвующим веществам и условиям.

{"questions":[{"instruction":"Выберите два описания реакций горения","content":"[[choice-22]]","widgets":{"choice-22":{"type":"choice","options":["В электрической лампе светится нагретый элемент, сохраняющий состав.","Топливо превращается в продукты реакции, выделяя свет и теплоту.","В лабораторном описании вещество химически превращается, наблюдаются пламя и выделение теплоты.","Вода нагревается от горячей стенки, сохраняя состав."],"answer":[1,2]}},"explanation":"Горение топлива и описанное лабораторное превращение сопровождаются образованием продуктов, выделением света и теплоты. По этим признакам они относятся к реакциям горения.","hints":["Одних света и нагревания предмета недостаточно: нужно химическое превращение.","Сопоставьте описания с признаками, указанными в определении горения."]},{"instruction":"В описании демонстрации поступление воздуха к горящей бумаге прекращено. Через некоторое время пламя погасло. Как объяснить остановку?","content":"[[choice-23]]","widgets":{"choice-23":{"type":"choice","options":["Свет не смог выйти из области реакции.","Бумага мгновенно превратилась обратно в древесину.","Любая реакция прекращается, если ее не видно.","Перестал поступать кислород, необходимый для этого горения."],"answer":[3]}},"explanation":"Кислород участвует в этой реакции. Без его поступления горение бумаги не поддерживается.","hints":["Найдите реагент, который поступает из воздуха.","Отделите прекращение доступа реагента от исчезновения видимого пламени."]},{"instruction":"В газовом водонагревателе топливо взаимодействует с кислородом и превращается в другие вещества. Через стенку теплота передается воде в отдельной трубе. Эта вода сохраняет состав. Какое описание соответствует работе устройства?","content":"[[choice-24]]","widgets":{"choice-24":{"type":"choice","options":["Горение топлива и нагрев воды — физические явления.","Горение топлива и нагрев воды — химические реакции.","Горение топлива — химическая реакция; нагрев воды — физическое явление.","Горение топлива — физическое явление; нагрев воды — химическая реакция."],"answer":[2]}},"explanation":"Топливо превращается в продукты реакции. Вода в трубе получает теплоту, сохраняя состав.","hints":["Рассмотрите топливо и воду в трубе отдельно.","Установите, в каком процессе образуются новые вещества, а в каком изменяется только температура."]}],"mix":1}

Тепловой эффект реакции

Горящее топливо передает теплоту окружающим предметам. Но бывают химические реакции, для которых теплота поступает извне и поглощается при превращении веществ.

Определение

Выделение или поглощение теплоты в ходе химической реакции называется тепловым эффектом реакции.

По тепловому эффекту химические реакции разделяют на экзотермические и эндотермические.

Определение

Химические реакции, протекающие с выделением теплоты, называют экзотермическими реакциями.

При экзотермической реакции теплота передается от реагирующих веществ окружающей среде. Горение относится к таким реакциям: выделяемая теплота может нагревать воду, воздух и другие предметы.

Определение

Химические реакции, протекающие с поглощением теплоты, называют эндотермическими реакциями.

При эндотермической реакции теплота поступает к реагирующим веществам из окружающей среды. Пример — разложение известняка. Его основное вещество, карбонат кальция $CaCO_3$, превращается в оксид кальция $CaO$, называемый негашеной известью, и углекислый газ $CO_2$. Реакция поглощает теплоту; для ее поддержания нужна необходимая температура.

Тип реакции	Что происходит с теплотой	Направление передачи
Экзотермическая	Выделяется	От реагирующих веществ к окружающей среде
Эндотермическая	Поглощается	От окружающей среды к реагирующим веществам

Слова «экзо» и «эндо» помогают запомнить направление: «экзо» — наружу, «эндо» — внутрь. Ориентируйтесь на выделение или поглощение теплоты самой реакцией.

Применим это различие к описаниям передачи теплоты.

{"questions":[{"instruction":"Распределите реакции по группам","content":"[[grouper-25]]","widgets":{"grouper-25":{"type":"grouper","labels":["Экзотермическая","Эндотермическая"],"items":[["При образовании продуктов выделяется теплота, нагревающая стенки сосуда.","Реакция отдает теплоту воде, находящейся рядом."],["В ходе превращения вещества получают теплоту от окружающей среды.","Для химического превращения поглощается подводимая извне теплота."]]}},"explanation":"Выделение теплоты с нагреванием стенок сосуда и ее передача окружающей воде характеризуют экзотермические реакции. Получение теплоты от окружающей среды и поглощение подводимой извне теплоты характеризуют эндотермические реакции.","hints":["Проследите направление теплоты относительно реагирующих веществ.","Различите передачу теплоты наружу и ее поступление к реакции."]},{"instruction":"В печи вещества топлива превращаются в продукты реакции. Выделяемая теплота нагревает стенки печи и воздух комнаты. Какой тепловой эффект описан?","content":"[[choice-26]]","widgets":{"choice-26":{"type":"choice","options":["Поглощение теплоты: реакция эндотермическая.","Выделение теплоты: реакция экзотермическая.","Отсутствие теплового эффекта: теплота идет к воздуху.","Только физическое явление: продукты реакции образоваться не могут."],"answer":[1]}},"explanation":"Теплота выделяется при реакции и передается окружающей среде. Такой процесс экзотермический.","hints":["Источник теплоты в описании — реакция топлива.","Определите, отдает ли реакция теплоту окружающим предметам или получает ее от них."]},{"instruction":"В описании химической реакции указано, что при образовании продуктов теплота поглощается из окружающей воды. Вода при этом охлаждается. Как классифицировать реакцию?","content":"[[choice-27]]","widgets":{"choice-27":{"type":"choice","options":["Как экзотермическую, потому что вода участвует в передаче теплоты.","Как физическое явление, потому что вода стала холоднее.","Как реакцию горения, потому что изменилась температура.","Как эндотермическую, потому что сама реакция поглощает теплоту."],"answer":[3]}},"explanation":"Теплота переходит от окружающей воды к реакции. Поглощение теплоты соответствует эндотермическому процессу.","hints":["Разделите химическое превращение и изменение температуры окружающей воды.","Проследите, откуда поступает теплота к реагирующим веществам."]}],"mix":1}

Начальный нагрев и тепловой эффект

Нагревание перед началом реакции не определяет ее тепловой эффект.

Серу сначала нагревают, чтобы началось горение. Затем сама реакция выделяет теплоту. Поэтому горение серы — экзотермическая реакция, хотя для ее начала понадобился нагрев.

Начальный нагрев можно сравнить с толчком, после которого мяч начинает скатываться с горки: запуск и дальнейшее движение — разные этапы. Аналогия помогает отделить начало процесса от его продолжения; она не описывает устройство химической реакции.

При разложении известняка теплота нужна не только перед началом: она поглощается в ходе самой реакции. Поэтому разложение известняка — эндотермическая реакция.

Нельзя считать эндотермическим химическим процессом любое поглощение теплоты. Например, таяние льда и кипение воды требуют теплоты, но вода остается водой. Это физические явления. Сначала установите, образуются ли новые вещества, и только затем определяйте тепловой эффект химической реакции.

Проверим различие между условием начала, видом явления и тепловым эффектом.

{"questions":[{"instruction":"После краткого внешнего нагревания началось химическое превращение. Далее оно продолжалось с выделением теплоты в окружающую среду. Какое заключение следует из описания?","content":"[[choice-28]]","widgets":{"choice-28":{"type":"choice","options":["Реакция экзотермическая, несмотря на нагревание для начала.","Реакция эндотермическая, потому что сначала подводили теплоту.","Процесс физический, потому что потребовалось нагревание.","Направление теплоты определяется только способом запуска."],"answer":[0]}},"explanation":"Начальный нагрев создает условие запуска. В ходе самой реакции теплота выделяется, поэтому реакция экзотермическая.","hints":["Отдельно рассмотрите начало и дальнейшее протекание.","Классификация зависит от того, выделяет или поглощает теплоту сама реакция."]},{"instruction":"Лед получает теплоту и тает. Ученик назвал таяние эндотермической химической реакцией. Какое уточнение необходимо?","content":"[[choice-29]]","widgets":{"choice-29":{"type":"choice","options":["Таяние является реакцией горения, потому что поглощается теплота.","При таянии из воды обязательно образуются кислород и водород.","Таяние — физическое явление; поглощение теплоты не доказывает химической реакции.","Любое получение теплоты превращает вещество в другое."],"answer":[2]}},"explanation":"Лед превращается в жидкую воду без изменения состава. Поглощение теплоты бывает и при физических явлениях.","hints":["Начните с вопроса об образовании нового вещества.","Сравните состав льда и получившейся жидкости."]},{"instruction":"Для получения негашеной извести известняк нагревают. В ходе разложения его основное вещество превращается в негашеную известь и углекислый газ, поглощая теплоту. Выберите два вывода, соответствующие описанию.","content":"[[choice-30]]","widgets":{"choice-30":{"type":"choice","options":["Происходит физическое явление, потому что нагревают твердое вещество.","Происходит химическая реакция, потому что образуются другие вещества.","Реакция эндотермическая, потому что теплота поглощается при превращении.","После прекращения нагрева реакция обязана остановиться мгновенно."],"answer":[1,2]}},"explanation":"Разложение известняка — химическая реакция, поскольку образуются другие вещества. Реакция эндотермическая, поскольку теплота поглощается в ходе превращения.","hints":["Отдельно определите вид явления и направление теплоты.","Учитывайте, что нагретое вещество остывает постепенно."]}],"mix":1}

В реальной ситуации признаки, условия и результаты встречаются вместе. Разделяйте вопросы: что стало с веществами, какие из них вступили в реакцию, какие образовались, что обеспечивало процесс и куда передавалась теплота.

{"questions":[{"instruction":"Распределите описания по группам","content":"[[grouper-31]]","widgets":{"grouper-31":{"type":"grouper","labels":["Физическое явление","Химическая реакция"],"items":[["На холодном оконном стекле водяной пар превратился в капли воды.","После испарения воды из сахарного раствора остались кристаллы сахара.","Лист бумаги сложили, изменив его форму."],["На серебряном брелоке появился темный налет.","Цинк взаимодействует с разбавленной серной кислотой с выделением водорода.","Дрова сгорели в печи."]]}},"explanation":"Появление капель воды, выделение прежнего сахара и складывание бумаги сохраняют вещества. Налет на серебре, водород в реакции цинка и продукты горения возникают при химических превращениях.","hints":["Для каждого процесса рассмотрите состав веществ.","Образование капель, испарение и изменение формы отличаются от получения других веществ."]},{"instruction":"Рассмотрите разложение карбоната кальция при нагревании. Распределите по группам.","content":"[[grouper-32]]","widgets":{"grouper-32":{"type":"grouper","labels":["Реагент","Продукты","Условие"],"items":[["Карбонат кальция"],["Оксид кальция","Углекислый газ"],["Поддержание необходимой температуры"]]}},"explanation":"Карбонат кальция — реагент, оксид кальция и углекислый газ — продукты разложения. Поддержание необходимой температуры является условием протекания реакции.","hints":["Вспомните, какое вещество превращается и какие получаются.","Температура характеризует условие, а не вещество."]},{"instruction":"Ученик объясняет реакцию человеку, который впервые изучает тему. Какое объяснение содержит существенное отличие химической реакции от физического явления?","content":"[[choice-33]]","widgets":{"choice-33":{"type":"choice","options":["При реакции образуются другие вещества; исходные вещества называют реагентами, а полученные — продуктами.","При реакции обязательно появляется газ; исходные вещества всегда остаются прежними.","Реакцией называют любое изменение температуры, формы или размера предмета.","При реакции обязательно нужны несколько реагентов, нагревание и свет одновременно."],"answer":[0]}},"explanation":"Химическая реакция превращает реагенты в продукты с новыми свойствами. Конкретные признаки и условия могут различаться.","hints":["Объяснение должно учитывать образование новых веществ.","Проверьте, не выдается ли отдельный признак или условие за обязательное правило для всех реакций."]},{"instruction":"Топливо в отопительном устройстве взаимодействует с кислородом. Образуются новые вещества, выделяются свет и теплота. Вода в отдельной трубе нагревается, сохраняя состав. Для остановки горения прекращают подачу топлива. Выберите четыре вывода, согласующиеся с описанием.","content":"[[choice-34]]","widgets":{"choice-34":{"type":"choice","options":["Вода в трубе становится продуктом реакции, потому что нагревается.","Топливо и кислород являются реагентами реакции горения.","Горение экзотермическое: теплота передается окружающей среде.","Нагрев воды является физическим явлением.","После расходования оставшегося топлива горение прекратится, если новое топливо не поступает.","Свет и теплота — реагенты, из которых получается топливо."],"answer":[1,2,3,4]}},"explanation":"Топливо и кислород — реагенты. Горение экзотермическое: теплота выделяется и передается окружающей среде. Нагрев воды в трубе — физическое явление. После расходования оставшегося топлива горение прекращается, если новое топливо не поступает.","hints":["Разделите вещества в области горения и воду, которая получает теплоту.","Затем определите роли веществ, направление теплоты и причину остановки реакции."]}],"mix":1}

Итоги

Химическая реакция превращает исходные вещества — реагенты — в продукты с новыми свойствами. При физическом явлении состав веществ сохраняется. Это различие позволяет объяснить и процессы в быту, и описания лабораторных наблюдений.

Реакцию могут сопровождать выпадение или растворение осадка, изменение цвета, выделение газа, теплоты и света. По одному внешнему изменению нельзя делать вывод без учета его причины.

Условия реакции определяют, как она начинается, продолжается и прекращается. Разным процессам могут требоваться соприкосновение реагентов, нагревание или свет. Для прекращения конкретной реакции устраняют необходимое условие или прекращают поступление реагента.

Реакции горения сопровождаются выделением света и теплоты. По тепловому эффекту различают экзотермические реакции, выделяющие теплоту, и эндотермические, поглощающие ее. Начальный нагрев и тепловой эффект самой реакции — разные характеристики.

Часто задаваемые вопросы

Пузырьки газа всегда означают химическую реакцию?

Нет. Газ может образоваться как новый продукт, но может и выйти из раствора или появиться при испарении уже существующего вещества. Для вывода нужно знать его происхождение.

Может ли один и тот же материал участвовать в физических и химических явлениях?

Да. Древесину можно распилить, сохранив ее вещества, а затем сжечь с образованием новых веществ. Каждый процесс рассматривают отдельно.

Любая реакция, начатая нагреванием, эндотермическая?

Нет. Нагрев может понадобиться только для начала. Если сама реакция выделяет теплоту, она экзотермическая; если поглощает — эндотермическая.

Как выбрать способ прекращения реакции?

Нужно определить необходимые для нее условия и реагенты. В одном случае помогает разделение веществ, в другом — охлаждение, в третьем — прекращение поступления реагента. Единого способа для всех реакций нет.

Награды за урок

Следующий урок

Химические уравнения

Перейти к уроку