2. По степени превращения веществ.

Необратимые реакции – реакции, протекающие только в одном направлении, в которых исходные вещества полностью превращаются в продукты реакции. Например, 2KClO₃ = 2KCl + 3O₂.

Обратимые реакции – реакции, продукты которых могут реагировать между собой (или распадаться) в тех же условиях, в которых они были получены, с образованием исходных веществ. Например, H₂ + I₂  HI, N₂ + 3H₂  2NH₃.

3. По изменению степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.

Реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов. К ним относятся большинство реакций обмена, идущих в растворах электролитов. Например, реакция нейтрализации Ba(OH)₂ + HCl = BaCl₂ + H₂O (подробнее см. раздел «Растворы электролитов»).

Окислительно-восстановительные реакции – реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Это могут быть реакции соединения, например, , реакции разложения, замещения и др. (подробнее см. раздел «Окислительно-восстановительные реакции»).

4. По тепловому эффекту реакции.

Тепловой эффект реакции – количество теплоты, выделенной или поглощённой в результате реакции.

Реакции, сопровождающиеся выделением теплоты в окружающую среду, называют экзотермическими (экзо – наружу):

2C_(Т) + О_2(Г) = 2СО_2(Г) +220 кДж.

Реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты из окружающей среды, называют эндотермическими (эндо – наружу):

C_(Т) + Н₂О _(Г) = СО_(Г) + Н_2(Г) –132 кДж.

Уравнение химической реакции, в котором приведён тепловой эффект этой реакции и указаны агрегатные состояния исходных веществ и продуктов реакции, называют термохимическими (подробнее см. раздел «Термохимия»).

1.1.2. Эквивалент. Закон эквивалентов

Эквивалент – условная или реально существующая частица вещества в Z раз меньшая, чем соответствующая формульная единица вещества, участвующего в конкретной реакции.

, (1.5)

где Z – эквивалентное число, которое может быть равно или больше единицы (Z  1).

Таким образом, в одной формульной единице вещества может содержаться Z эквивалентов этого вещества. При Z = 1 эквивалент идентичен формульной единице. Обратную величину эквивалентного числа 1/Z называют фактором эквивалентности f(B). Его употребление как дробной величины менее удобно.

Значение эквивалентного числа определяют по конкретной химической реакции, в которой участвует данное вещество. Определение эквивалентных чисел веществ неодинаково для обменных (кислотно-основных) и окислительно-восстановительных реакций.

В кислотно-основных реакциях эквивалентное число определяют по числу замещённых ионов водорода (для кислоты) и по числу замещенных гидроксид-ионов (для основания) из расчета на одну ФЕ. Эквивалентное число для иона водорода (Н⁺ и гидроксид-иона (ОН^–) равно единице (Z(Н⁺) = 1 и Z(OH^–)= 1).

Пример 3. Определите эквивалентные числа для ортофосфорной кислоты и гидроксида натрия в следующих реакциях:

l. H₃PО₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂О;

2. H₃PО₄ + 2 NaOH = Na₂HPO₄ + 2 H₂О;

3. H₃PО₄ + 3 NaOH = Na₃PO₄ + 3 H₂О.

Решение: В приведенных реакциях Z(NaOH) = 1, так как во всех случаях на одну ФЕ NaOH приходится один гидроксид-ион. Для ортофосфорной кислоты эквивалентное число различно. В первой реакции замещается один ион водорода и Z(H₃PО₄) = 1, во второй – два иона водорода и Z(H₃PО₄) = 2, в третьем – три иона водорода и Z(H₃PО₄) =3. Следовательно, в этих реакциях эквивалент H₃PО₄ соответственно равен 1, 1/2, 1/3 формульной единицы H₃PО₄ (см. формулу 1). Как видно из примера, эквивалентное число одного и того же вещества в зависимости от конкретной реакции может изменяться.

В окислительно-восстановительных реакциях эквивалентное число для восстановителя определяют по числу отданных электронов, а для окислителя – по числу принятых электронов. Расчет ведется на одну ФЕ.

Пример 4. Определите эквивалентное число для восстановителя и окислителя в реакции

2 Н₂ + О₂ = 2 Н₂О.

Решение: В данной реакции восстановителем является водород. Степень окисления его изменяется от 0 до +1, а окислителем – кислород, степень окисления которого до реакции была ноль, а после реакции: –2:

– 2  2Н⁺;

+ 4  2О^2–.

Сделав расчет на одну ФЕ, получим Z(H₂) = 2; Z(О₂) = 4, т.е. эквивалент Н₂ равен 1/2 ФЕ Н₂, а эквивалент О₂ – 1/4 ФЕ О₂.

Ввиду того, что реакции протекают как взаимодействие между количествами веществ, в большинстве случаев не равных друг другу, следует различать количество вещества и эквивалентное количество вещества.

Эквивалентное количество вещества (символ n_эк(В), единица – моль) – физическая величина, пропорциональная числу эквивалентов вещества N_эк(В):

. (1.6)

Так как в одной ФЕ вещества может содержаться Z эквивалентов этого вещества, то

n_эк(В) = Zn(B). (1.7)

Масса одного моля эквивалентов вещества называется молярной массой эквивалентов этого вещества (символ М_эк(В)), единица – г/моль или кг/моль).

. (1.8)

Так, в примере 2 М(H₃PО₄) = 98 г/моль, а М_эк(H₃PО₄) в реакциях будет:

1. М_эк(H₃PО₄) = = 98/1 = 98 г/моль.

2. М_эк(H₃PО₄) = = 98/2 = 49 г/моль.

3. М_эк(H₃PО₄) = = 98/3 = 32,67 г/моль.

Молярная масса эквивалентов вещества М_эк(В), масса вещества m(В) и эквивалентное количество вещества n_эк(В) связаны между собой соотношением:

. (1.9)

Первая формулировка закона эквивалентов: в реакции эквивалентные количества реагирующих и образующихся веществ одинаковы. Так, для реакции, записанной в общем виде:

А + В + С + … = Д + F + Е + ...

закон эквивалентов может быть представлен следующим образом:

n_эк(А) = n_эк(В) = n_эк(С) = ... = n_эк(Д) = n_эк(F) = n_эк(Е). (1.10)

Пример 5. Определите эквивалентное число для каждого вещества в реакции, протекающей по уравнению

Al₂(SO₄)₃ + 3 BaCl₂ = 2 А1Сl₃ + 3 BaSO₄.

Решение: Коэффициенты перед формулами веществ соответствуют количеству данного вещества. Эквивалентные количества реагирующих и образующихся веществ, согласно закону эквивалентов, должны быть одинаковы. В данной реакции эквивалентное количество каждого вещества можно принять равным наименьшему общему кратному для всех коэффициентов в уравнении реакции, т.е. шести. Согласно формуле (1.7), эквивалентное число Z= n_эк(В) : n(В). Следовательно, для данной реакции можно записать:

Al₂(SO₄)₃ + 3 BaCl₂ = 2 А1Сl₃ + 3 BaSO₄.

	Al2(SO4)3	BaCl2	А1Сl3	BaSO4
nэк(В), моль	6	6	6	6
n(В), моль	1	3	2	3
Z	6	2	3	2

На основании первой формулировки закона эквивалентов можно найти соотношение между массами реагирующих веществ и их молярными массами эквивалентов. Заменяя в равенстве (1.10) n_эк(В) на отношение m(В)/М_эк(В) (см. формулу 1.9), получим:

или . (1.11)

Отсюда вторая формулировка закона эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ.

23