На
основании закона сохранения массы веществ составляют уравнения химических
реакций. Химическое уравнение – условная запись
химической реакции с помощью химических формул и знаков.
В
левой части уравнения записывают формулы или формулу веществ,
которые вступили в химическую реакцию. Их называют исходными веществами,
между ними знак «плюс», в правой части уравнения записывают формулы или
формулу продуктов реакции, т.е. веществ, которые образуются в результате
реакции, между ними тоже ставят знак «плюс», а между левой и правой частью
уравнения ставят стрелку.
Химическую
реакцию можно изобразить молекулярным уравнением. Т.е. молекулярное
уравнение – это уравнение, в котором исходные вещества и продукты реакции
записаны в виде молекул. Если в результате реакции образуется осадок, то
возле него справа ставят стрелку, направленную вниз (↓), а если
выделяется газ, то возле него справа ставят стрелку, направленную вверх
(↑).
После
записи схемы уравнения находят коэффициенты,
т.е. цифры, стоящие перед формулами веществ, чтобы число атомов до и после
реакции было одинаковым.
Например,
запишем уравнение реакции водорода с кислородом. Вначале укажем формулы
веществ, вступивших в химическую реакцию – это водород (Н2) и
кислород (О2), между ними ставим знак «плюс», в результате реакции
образуется вода – Н2О. Между веществами левой и правой части ставим
стрелку. Посмотрим, сколько атомов водорода в левой и правой части. Получается
два атома водорода до и после реакции, а кислорода до реакции 2 атома, после
реакции – один атом. Поэтому в правой части уравнения перед формулой воды
ставим коэффициент 2. Но теперь в правой части уравнения стало 4 атома
водорода, а в левой только 2. Чтобы уровнять число атомов водорода, необходимо
в левой части уравнения перед водородом поставить коэффициент 2. Т.к. мы
уровняли число всех атомов в левой и правой части уравнения, то теперь ставим
не стрелку, а знак равенства.
Для
правильного подбора коэффициентов в уравнении реакции следует выполнять
некоторые условия:
·
Перед
формулой простого вещества можно записывать дробный коэффициент.
Например, в реакции горения бутана:
С4Н10
+ О2 → СО2 + Н2О. Перед формулой СО2
ставим коэффициент 4, т.к. в реакцию вступает 4 атома углерода, перед формулой воды
ставим коэффициент 5, т.к. в реакцию вступает 10 атомов водорода. В результате
реакции образуется 13 атомов кислорода, а до реакции 2 атома, значит перед
формулой кислорода необходимо поставить коэффициент 6,5. А так как, коэффициент
показывает не только число атомов, но и молекул, то следует удвоить коэффициент
в уравнении. Получается, уравнение будет иметь вид: 2С4Н10
+ 13О2 → 8СО2 + 10Н2О.
·
Если
в схеме реакции есть соль, то сначала уравнивают число ионов, образующих
соль. Например, в результате реакции фосфорной кислоты и гидроксида кальция
образуется соль – фосфат кальция и вода.
Н3РО4
+ Са(ОН)2 → Са3(РО4)2 + Н2О.
Эта соль состоит из фосфат-ионов с зарядом 3- и ионов кальция с зарядом 2+.
Уравняем их число, записав перед формулой фосфорной кислоты коэффициент 2, а
перед формулой гидроксида кальция – коэффициент 3.
·
Если
в схеме реакции есть атомы водорода и кислорода, то сначала уравниваются
атомы водорода, а только потом кислорода. Из предыдущей схемы видно, что в
левой части уравнения 12 атомов водорода, в правой – только 2, значит, перед
формулой воды необходимо поставить коэффициент 6. Подсчитаем число атомов
кислорода. До реакции их 14, после реакции тоже 14. Поэтому можно вместо
стрелки поставить знак равенства.
·
Если
в схеме реакции имеется несколько формул солей, то начинать уравнивание
следует с ионов, входящих в состав соли, содержащей большее их число.
Например, в реакции нитрата бария и сульфата алюминия образуется две соли –
сульфат бария и нитрат алюминия. Наибольшее число ионов содержит соль – нитрат
алюминия, поэтому сначала нужно уравнять ионы, которыми образована эта соль,
т.е. ионы алюминия и нитрат-ионы. Ba(NO3)2
+ Al2(SO4)3
→ BaSO4
+ Al(NO3)3.
У алюминия заряд 3+, у нитрат-ионов – 1-. Поэтому в левой части уравнения
перед формулой Ba(NO3)2
ставим коэффициент 3. Перед формулой Al2(SO4)3
нужно поставить коэффициент 1, но он не ставится. Уравниваем остальные
ионы. Ионов бария до реакции 3, после реакции 1, поэтому перед формулой BaSO4
ставим коэффициент 3, нитрат-ионов до реакции 6, поэтому в правой части
уравнения перед Al(NO3)3
ставим коэффициент 2. Число атомов алюминия до и после реакции одинаково, т.е.
2. Ионов бария и сульфат-ионов до реакции и после реакции одинаково – по 3.
·
Если
число атомов какого-то элемента в одной части схемы уравнения четное, а в
другой нечетное, то необходимо перед формулой с нечетным числом атомов
поставить коэффициент 2, а затем уровнять число всех атомов. Например,
расставим коэффициенты в реакции алюминия с кислородом. Al
+ O2 → Al2O3.
В результате реакции образуется оксид алюминия – Al2O3.
Число атомов кислорода до реакции четное, т.е. равно двум, а после реакции
нечетное – 3. Поэтому перед формулой оксида алюминия ставим коэффициент 2. В
результате у нас стало 6 атомов кислорода после реакции, значит, в левой части
уравнения перед формулой кислорода ставим коэффициент 3. Начинаем уравнивать
число атомов алюминия до и после реакции. До реакции 1 атом, после реакции – 4.
Следовательно, в левой части уравнения перед формулой алюминия ставим
коэффициент 4. Теперь число атомов каждого химического элемента в левой и
правой части схемы уравнения одинаково, и стрелку следует заменить знаком
равенства.
Химические уравнения. Как составлять химические уравнения.
УРАВНЕНИЯ химических РЕАКЦИЙ расстановка коэффициентов 8 класс
Урок химии для 8 классов «Химические уравнения» (учитель Швецова Елена Евгеньевна)
Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?
Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!
Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку
персональных данных
- Все предметы
- 8 класс
- Химия
-
Химические реакции. Химические уравнения
-
Химические взаимодействия
-
Состав и классификация химических соединений
-
Начальные понятия и законы химии
- Видеоурок
- Учебник
- Тест
Видеоурок: Химические реакции. Химические уравнения
Химические взаимодействия
-
Видеоурок 8. Химические реакции. Химические уравнения. Химия 8 класс
Предыдущий урок
Типы химических реакций
Химические взаимодействия
Следующий урок
Генетическая связь между классами неорганических соединений
Состав и классификация химических соединений
-
Быт россиян в XVIII в.
История
-
Юмористические произведения. Журнал «Сатирикон». Приёмы сатиры. «Древняя история…»
Литература
-
Главные члены предложения. Согласование подлежащего и сказуемого
Русский язык
Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока
Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.
Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке
Урок 13. Составление химических уравнений
В уроке 13 «Составление химических уравнений» из курса «Химия для чайников» рассмотрим для чего нужны химические уравнения; научимся уравнивать химические реакции, путем правильной расстановки коэффициентов. Данный урок потребует от вас знания химических основ из прошлых уроков. Обязательно прочитайте об элементном анализе, где подробно рассмотрены эмпирические формулы и анализ химических веществ.
Химическое уравнение
В результате реакции горения метана CH4 в кислороде O2 образуются диоксид углерода CO2 и вода H2O. Эта реакция может быть описана химическим уравнением:
Попробуем извлечь из химического уравнения больше сведений, чем просто указание продуктов и реагентов реакции. Химичекое уравнение (1) является НЕполным и потому не дает никаких сведений о том, сколько молекул O2 расходуется в расчете на 1 молекулу CH4 и сколько молекул CO2 и H 2 O получается в результате. Но если записать перед соответствующими молекулярными формулами численные коэффициенты, которые укажут сколько молекул каждого сорта принимает участие в реакции, то мы получим полное химическое уравнение реакции.
Для того, чтобы завершить составление химического уравнения (1), нужно помнить одно простое правило: в левой и правой частях уравнения должно присутствовать одинаковое число атомов каждого сорта, поскольку в ходе химической реакции не возникает новых атомов и не происходит уничтожение имевшихся. Данное правило основывается на законе сохранения массы, который мы рассмотрели в начале главы.
Уравнивание химических реакций
Уравнивание химических реакций нужно для того, чтобы из простого химического уравнения получить полное. Итак, перейдем к непосредственному уравниванию реакции (1): еще раз взгляните на химическое уравнение, в точности на атомы и молекулы в правой и левой части. Нетрудно заметить, что в реакции участвуют атомы трех сортов: углерод C, водород H и кислород O. Давайте подсчитаем и сравним количество атомов каждого сорта в правой и левой части химического уравнения.
Начнем с углерода. В левой части один атом С входит в состав молекулы CH4, а в правой части один атом С входит в состав CO2. Таким образом в левой и в правой части количество атомов углерода совпадает, поэтому его мы оставляем в покое. Но для наглядности поставим коэффициент 1 перед молекулами с углеродом, хоть это и не обязательно:
Затем переходим к подсчету атомов водорода H. В левой части присутствуют 4 атома H (в количественном смысле H4 = 4H) в составе молекулы CH4, а в правой – всего 2 атома H в составе молекулы H2O, что в два раза меньше чем в левой части химического уравнения (2). Будем уравнивать! Для этого поставим коэффициент 2 перед молекулой H2O. Вот теперь у нас и в реагентах и в продуктах будет по 4 молекулы водорода H:
Обратите свое внимание, что коэффициент 2, который мы записали перед молекулой воды H2O для уравнивания водорода H, увеличивает в 2 раза все атомы, входящие в ее состав, т.е 2H2O означает 4H и 2O. Ладно, с этим вроде бы разобрались, осталось подсчитать и сравнить количество атомов кислорода O в химическом уравнении (3). Сразу бросается в глаза, что в левой части атомов O ровно в 2 раза меньше чем в правой. Теперь-то вы уже и сами умеете уравнивать химические уравнения, поэтому сразу запишу финальный результат:
Как видите, уравнивание химических реакций не такая уж и мудреная штука, и важна здесь не химия, а математика. Уравнение (4) называется полным уравнением химической реакции, потому что в нем соблюдается закон сохранения массы, т.е. число атомов каждого сорта, вступающих в реакцию, точно совпадает с числом атомов данного сорта по завершении реакции. В каждой части этого полного химического уравнения содержится по 1 атому углерода, по 4 атома водорода и по 4 атома кислорода. Однако стоит понимать пару важных моментов: химическая реакция — это сложная последовательность отдельных промежуточных стадий, и потому нельзя к примеру истолковывать уравнение (4) в том смысле, что 1 молекула метана должна одновременно столкнуться с 2 молекулами кислорода. Процессы происходящие при образовании продуктов реакции гораздо сложнее. Второй момент: полное уравнение реакции ничего не говорит нам о ее молекулярном механизме, т.е о последовательности событий, которые происходят на молекулярном уровне при ее протекании.
Коэффициенты в уравнениях химических реакций
Еще один наглядный пример того, как правильно расставить коэффициенты в уравнениях химических реакций: Тринитротолуол (ТНТ) C7H5N3O6 энергично соединяется с кислородом, образуя H2O, CO2 и N2. Запишем уравнение реакции, которое будем уравнивать:
Проще составлять полное уравнение, исходя из двух молекул ТНТ, так как в левой части содержится нечетное число атомов водорода и азота, а в правой — четное:
- 2C7H5N3O6 + O2 → CO2 + H2O + N2 (6)
Тогда ясно, что 14 атомов углерода, 10 атомов водорода и 6 атомов азота должны превратиться в 14 молекул диоксида углерода, 5 молекул воды и 3 молекулы азота:
Теперь в обеих частях содержится одинаковое число всех атомов, кроме кислорода. Из 33 атомов кислорода, имеющихся в правой части уравнения, 12 поставляются двумя исходными молекулами ТНТ, а остальные 21 должны быть поставлены 10,5 молекулами O2. Таким образом полное химическое уравнение будет иметь вид:
Можно умножить обе части на 2 и избавиться от нецелочисленного коэффициента 10,5:
Но этого можно и не делать, поскольку все коэффициенты уравнения не обязательно должны быть целочисленными. Правильнее даже составить уравнение, исходя из одной молекулы ТНТ:
Полное химическое уравнение (9) несет в себе много информации. Прежде всего оно указывает исходные вещества — реагенты, а также продукты реакции. Кроме того, оно показывает, что в ходе реакции индивидуально сохраняются все атомы каждого сорта. Если умножить обе части уравнения (9) на число Авогадро NA=6,022·10 23 , мы сможем утверждать, что 4 моля ТНТ реагируют с 21 молями O2 с образованием 28 молей CO2, 10 молей H2O и 6 молей N2.
Есть еще одна фишка. При помощи таблицы Менделеева определяем молекулярные массы всех этих веществ:
- C 7 H 5 N 3 O 6 = 227,13 г/моль
- O 2 = 31,999 г/моль
- CO 2 = 44,010 г/моль
- H 2 O = 18,015 г/моль
- N 2 = 28,013 г/моль
Теперь уравнение 9 укажет еще, что 4·227,13 г = 908,52 г ТНТ требуют для осуществления полной реакции 21·31,999 г = 671,98 г кислорода и в результате образуется 28·44,010 г = 1232,3 г CO2, 10·18,015 г = 180,15 г H2O и 6·28,013 г = 168,08 г N2. Проверим, выполняется ли в этой реакции закон сохранения массы:
| Реагенты | Продукты | |
| 908,52 г ТНТ | 1232,3 г CO 2 | |
| 671,98 г CO 2 | 180,15 г H 2 O | |
| 168,08 г N 2 | ||
| Итого | 1580,5 г | 1580,5 г |
Но необязательно в химической реакции должны участвовать индивидуальные молекулы. Например, реакция известняка CaCO 3 и соляной кислоты HCl, с образованием водного раствора хлорида кальция CaCl 2 и диоксида углерода CO 2 :
Химическое уравнение (11) описывает реакцию карбоната кальция CaCO3 (известняка) и хлористоводородной кислоты HCl с образованием водного раствора хлорида кальция CaCl2 и диоксида углерода CO2. Это уравнение полное, так как число атомов каждого сорта в его левой и правой частях одинаково.
Смысл этого уравнения на макроскопическом (молярном) уровне таков: 1 моль или 100,09 г CaCO3 требует для осуществления полной реакции 2 моля или 72,92 г HCl, в результате чего получается по 1 молю CaCl2 (110,99 г/моль), CO2 (44,01 г/моль) и H2O (18,02 г/моль). По этим численным данным нетрудно убедиться, что в данной реакции выполняется закон сохранения массы.
Интерпретация уравнения (11) на микроскопическом (молекулярном) уровне не столь очевидна, поскольку карбонат кальция представляет собой соль, а не молекулярное соединение, а потому нельзя понимать химическое уравнение (11) в том смысле, что 1 молекула карбоната кальция CaCO3 реагирует с 2 молекулами HCl. Тем более молекула HCl в растворе вообще диссоциирует (распадается) на ионы H + и Cl — . Таким образом более правильным описанием того, что происходит в этой реакции на молекулярном уровне, дает уравнение:
Здесь в скобках сокращенно указано физическое состояние каждого сорта частиц (тв. — твердое, водн. — гидратированный ион в водном растворе, г. — газ, ж. — жидкость).
Уравнение (12) показывает, что твердый CaCO3 реагирует с двумя гидратированными ионами H + , образуя при этом положительный ион Ca 2+ , CO2 и H2O. Уравнение (12) как и другие полные химические уравнения не дает представления о молекулярном механизме реакции и менее удобно для подсчета количества веществ, однако, оно дает лучшее описание происходящего на микроскопическом уровне.
Закрепите полученные знания о составлении химических уравнений, самостоятельно разобрав пример с решением:
Надеюсь из урока 13 «Составление химических уравнений» вы узнали для себя что-то новое. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.