Как считать сумму коэффициентов в химическом уравнении

Химическая реакция. Химическое уравнение

Химическими реакциями называют явления, при которых одни вещества превращаются в другие.

Химическим уравнением называют условную запись химической реакции с помощью формул веществ и коэффициентов.

Признаками химических реакций являются:

• выделение газа
• выпадение или исчезновение осадка
• изменение цвета
• изменение запаха
• выделение тепла и света

Давайте порассуждаем вместе

1. Сумма коэффициентов в уравнении реакции между оксидом магния и оксидом азота (V) равна

Ответ: Составим уравнение реакции MgO + N₂O₅ = Mg(NO₃)₂ Сумма коэффициентов в уравнении равна 1 + 1 + 1 = 3

2. Сумма коэффициентов в уравнении реакции между оксидом фосфора (V) и оксидом натрия

Ответ: 3Na₂O + P₂O₅ = 2Na₃PO₄ сумма коэффициентов равна 3+1+2 = 6

3. Сумма коэффициентов в уравнении реакции между магнием и оксидом углерода (IV)

Ответ: 2Mg + CO₂ = 2MgO + C сумма коэффициентов равна 2 + 1 + 2 + 1 = 6

4. Сумма коэффициентов в левой части уравнения реакции между оксидом железа (II) и алюминием

Ответ: 3FeO + 2Al = Al₂O₃ + 3Fe сумма коэффициентов в левой части равна 3 + 2 = 5

5. Сумма коэффициентов в правой части уравнения реакции термического разложения перманганата калия

Ответ: 2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ сумма коэффициентов в правой части равна 1+ 1 + 1 = 3

6. Сумма коэффициентов в правой части уравнения реакции между оксидом железа (III) и водородом

Ответ: Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O сумма коэффициентов в правой части равна 2 + 3 = 5

7. К физическим явлениям относится процесс

2) плавление свинца

3) скисание молока

4) разложение малахита

Ответ: к физическим явлениям относится процесс плавления свинца, т.к. при физических явлениях изменяется агрегатное состояние, а само вещество не меняется.

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 N_A=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:

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.

Как определять, находить коэффициент в химических уравнениях

Уравнение реакции в химии — символическая запись протекания химического взаимодействия с помощью математических знаков, химических обозначений и коэффициентов. Расставить в химических уравнениях коэффициенты можно несколькими способами, каждый из которых имеет свои преимущества и уровень сложности.

Распространненые способы уравнивания

Существует не один способ правильной расстановки коэффициентов в химических уравнениях. Чтобы найти нужную схему реакций, можно ознакомиться с самыми распространёнными методами:

1. Подбор коэффициентов. В этом способе расставляются акценты на нахождение наименьшего общего кратного и приравнивания к нему обеих частей уравнения.
2. Запись онлайн. Безусловно, наипростейший из всех представленных, для которого нужно лишь уметь находить подходящий сайт.
3. Вычисления столбиком. Способ представляет собой математическую запись с подбором.
4. Метод полуреакций. Иногда встречается под названием «Электронно-ионный баланс», используется при окислительно-восстановительных реакциях.

Чтобы научиться уравнивать химические записи, необходимо разобраться в перечисленных способах. Безусловно, необязательно запоминать каждый, но ознакомившись с методами, легче подобрать тот, с которым расставить коэффициенты в уравнениях химических реакций станет упрощённой задачей.

Подбор коэффициентов

Чтобы решить, как расставить индексы и коэффициенты в записи, можно использовать метод подбора, который считается самым лёгким и понятным, среди прочих:

• Изначально в левой части реакции записываются исходные вещества, ставится стрелка к правой, ещё не заполненной части.
• В правой части записываются полученные продукты.
• В этом пункте происходит выравнивание коэффициентов за счет закона сохранения массы, который гласит о том, что с обеих сторон уравнения должно быть одинаковое количество атомов.
• Число атомов проверяется на соответствие в правой и левой частях уравнения и под стрелкой рисуется диагональная черта.

Метод подбора активно применяется при записи реакций, у которых продуктом является одно вещество. Он наиболее лёгок для понимания и запоминания, с него начинается путь уравнивания записей для школьников 8 класса.

Вычисления с помощью столбика

Такой способ заключается в том, чтобы определять нужные числа с помощью валентностей, составляя небольшие уравнения. Всё, что нужно, — уметь правильно определить, показывать и посчитать исходные реагенты и продукты реакции.

Шаг первый — записать реакцию и в двух столбиках перечислить реагенты и продукты.

Ag + O2 -> AgO. Вещества из этого примера распределяем в 2 колонки, соответственно Ag, O2 — в одной, AgO — в другой.

Следующее действие — расставление валентностей и поиск наименьшего общего кратного.

Валентность серебра — постоянная, в соединении с кислородом также III. Поэтому нужно показать в столбцах эти валентности (II и III). Наименьшим общим кратным является число 6, значит, количество молекул серебра нужно домножить на 2.

Предпоследний шаг — сравнение коэффициентов и индексов.

Сравнивая обе части записи, можно заметить, что они неравны, поэтому необходимо найти сумму и в продуктах поставить индекс 2, а перед серебром в части реагентов — 4. Так получается уравнение: 4Ag + O2 = 2 Ag2O.

Этот вариант похож на метод уравнивания, но отличается тем, что в нём нужно учитывать не закон сохранения массы, а больше внимания уделять валентности элемента. Он используется при вычислении как простых и коротких записей, так и громоздких, достаточно сложных.

Решение методом полуреакций

Способ полуреакций создан для упрощения составления ионных реакций. В нём учитывается число зарядов и их направленность. Для уравнивания по числу зарядов нужно от той части схемы, в которой прописаны реагенты отнять количество электронов, равное коэффициенту перед продуктом из правой части схемы. После этого стрелку можно заменить на знак равенства.

Несколько советов для уравнивания реакций

Прежде всего, стоит изучить все способы выравнивания коэффициентов и понять, с помощью какого метода записывать будет проще, быстрее и удобнее. Для этого нужно рассмотреть плюсы и минусы способов и согласовать их со слабыми и сильными сторонами в понимании химии.

Если же подробное изучение темы не понадобится в дальнейшем, а уравнять реакцию нужно только единожды, можно воспользоваться множеством сайтов, которые предлагают решить проблему онлайн. Нужно просто ввести уравнение в нужное поле.