Можно ли сокращать коэффициенты в уравнении

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Ионные реакции — реакции между ионами в растворе

Давайте разберем основные ионные химические реакции неорганической и некоторые реакции органической химии.

Очень часто в различных заданиях по химии просят написать не только химические уравнения в молекулярной форме, но и в ионной (полные и сокращенные). Как уже было замечено, ионные химические реакции идут в растворах. Зачастую, вещества распадаются на ионы именно в воде.

Полное ионное уравнение химической реакции: все соединения — электролиты, переписываем в ионном виде с учетом коэффициентов:

2Na + +2OH — +2H + + SO -2 = 2Na + + SO₄ -2 + 2H₂O — полное ионное уравнение реакции

Сокращенное ионное уравнение химической реакции: сокращаем одинаковые составляющие:

OH — + H + = H₂O — сокращенное ионное уравнение реакции

По результатам этого сокращения одинаковых ионов видно, какие ионы образовали то, что нерастворимо или малорастворимо — газообразные продукты или реагенты, осадки или малодиссоциирующие вещества.

Не раскладывают на ионы в ионных химических реакциях вещества:

1. нерастворимые в воде соединения (или малорастворимые) (см. ТАБЛИЦЫ );

Сa 2+ + 2NO₃ — + 2Na + +2OH — = Ca(OH)2 + 2Na + +2NO₃ — — полное ионное уравнение реакции

Сa 2+ + 2OH — = Ca(OH)2 — сокращенное ионное уравнение реакции

2. газообразные вещества, например, O₂, Cl₂, NO и т.д.:

2Na + + S -2 + 2H + +2Cl — = 2Na + + 2Cl — + H2S — полное ионное уравнение реакции

S -2 + 2H + = H2S — сокращенное ионное уравнение реакции

3. малодиссоциирующие вещества (H2O, NH4OH);

OH — + H + = H₂O — сокращенное ионное уравнение реакции

4. оксиды (все: и образованные металлами, и неметаллами);

2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O

2Ag + + 2NO₃ — + 2Na + + 2OH — = Ag2O + 2NO₃ — + 2Na + + H2O — полное ионное уравнение реакции

2Ag + + 2OH — = Ag2O + H2O — сокращенное ионное уравнение реакции

5. органические вещества (органические кислоты относят к малодиссоциирующим веществам)

CH₃COOH + Na + + OH — = CH₃COO — + Na + + H2O — полное ионное уравнение реакции

CH₃COOH + OH — = CH₃COO — + H2O — сокращенное ионное уравнение реакции

Зачастую ионные химические реакции — это реакции обмена .

Если все участвующие в реакции вещества находятся в виде ионов, то связывание их с образованием нового вещества не происходит, поэтому реакция в этом случае практически не осуществима.

Отличительной особенностью химических реакций ионного обмена от окислительно-восстановительных реакций является то, что они протекают без изменения степеней окисления, участвующих в реакции частиц.

• в ЕГЭ это вопрос А23 — Реакции ионного обмена
• в ГИА (ОГЭ) это А8— Реакции ионного обмена

Метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Спецификой многих ОВР является то, что при составлении их уравнений подбор коэффициентов вызывает затруднение.

Для облегчения подбора коэффициентов чаще всего используют метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций). Рассмотрим применение каждого из этих методов на примерах.

Метод электронного баланса

В его основе метода электронного баланса лежит следующее правило: общее число электронов, отдаваемое атомами-восстановителями, должно совпадать с общим числом электронов, которые принимают атомы-окислители .

В качестве примера составления ОВР рассмотрим процесс взаимодействия сульфита натрия с перманганатом калия в кислой среде.

1) Составить схему реакции:

Записать исходные вещества и продукты реакции, учитывая, что в кислой среде MnO₄ — восстанавливается до Mn 2+ (см. схему):

Найдем степень окисления элементов:

Из приведенной схемы понятно, что в процессе реакции происходит увеличение степени окисления серы с +4 до +6. S +4 отдает 2 электрона и является восстановителем. Степень окисления марганца уменьшилась от +7 до +2, т.е. Mn +7 принимает 5 электронов и является окислителем.

3) Составить электронные уравнения и найти коэффициенты при окислителе и восстановителе.

S +4 – 2e — = S +6 | 5 восстановитель, процесс окисления

Mn +7 +5e — = Mn +2 | 2 окислитель, процесс восстановления

Чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых восстановителем, необходимо:

• Число электронов, отданных восстановителем, поставить коэффициентом перед окислителем.
• Число электронов, принятых окислителем, поставить коэффициентом перед восстановителем.

Таким образом, 5 электронов, принимаемых окислителем Mn +7 , ставим коэффициентом перед восстановителем, а 2 электрона, отдаваемых восстановителем S +4 коэффициентом перед окислителем:

4) Уравнять количества атомов элементов, не изменяющих степень окисления

Соблюдаем последовательность: число атомов металлов, кислотных остатков, количество молекул среды (кислоты или щелочи). В последнюю очередь подсчитывают количество молекул образовавшейся воды.

Итак, в нашем случае число атомов металлов в правой и левой частях совпадают.

По числу кислотных остатков в правой части уравнения найдем коэффициент для кислоты.

В результате реакции образуется 8 кислотных остатков SO₄ 2- , из которых 5 – за счет превращения 5SO₃ 2- → 5SO₄ 2- , а 3 – за счет молекул серной кислоты 8SO₄ 2- — 5SO₄ 2- = 3SO₄ 2- .

Таким образом, серной кислоты надо взять 3 молекулы:

Аналогично, находим коэффициент для воды по числу ионов водорода, во взятом количестве кислоты

6H + + 3O -2 = 3H₂O

Окончательный вид уравнения следующий:

Признаком того, что коэффициенты расставлены правильно является равное количество атомов каждого из элементов в обеих частях уравнения.

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления.

При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде).

При написании полуреакций в ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления, а также характеризующие среду, частицы:

H + — кислая среда, OH — — щелочная среда и H₂O – нейтральная среда.

Пример 1.

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.

1) Составить схему реакции:

Записать исходные вещества и продукты реакции:

2) Записать уравнение в ионном виде

В уравнении сократим те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:

SO₃ 2- + MnO₄ — + 2H + = Mn 2+ + SO₄ 2- + H₂O

3) Определить окислитель и восстановитель и составить полуреакции процессов восстановления и окисления.

В приведенной реакции окислитель — MnO₄ — принимает 5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Mn 2+ . При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO₄ — , который, соединяясь с H + образует воду:

MnO₄ — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H₂O

Восстановитель SO₃ 2- — окисляется до SO₄ 2- , отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO₄ 2- содержит больше кислорода, чем исходный SO₃ 2- . Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H + :

SO₃ 2- + H₂O — 2e — = SO₄ 2- + 2H +

4) Найти коэффициенты для окислителя и восстановителя

Необходимо учесть, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:

MnO₄ — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H₂O |2 окислитель, процесс восстановления

SO₃ 2- + H₂O — 2e — = SO₄ 2- + 2H + |5 восстановитель, процесс окисления

5) Просуммировать обе полуреакции

Предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:

2MnO₄ — + 16H + + 5SO₃ 2- + 5H₂O = 2Mn 2+ + 8H₂O + 5SO₄ 2- + 10H +

Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:

2MnO₄ — + 5SO₃ 2- + 6H + = 2Mn 2+ + 5SO₄ 2- + 3H₂O

6) Записать молекулярное уравнение

Молекулярное уравнение имеет следующий вид:

Пример 2.

Далее рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в нейтральной среде.

В ионном виде уравнение принимает вид:

Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO₄ — , а восстановителем SO₃ 2- .

В нейтральной и слабощелочной среде MnO₄ — принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО₂. SO₃ 2- — окисляется до SO₄ 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO₄ — + 2H₂O + 3e — = MnО₂ + 4OH — |2 окислитель, процесс восстановления

SO₃ 2- + 2OH — — 2e — = SO₄ 2- + H₂O |3 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

Пример 3.

Составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.

В ионном виде уравнение принимает вид:

В щелочной среде окислитель MnO₄ — принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО₄ 2- . Восстановитель SO₃ 2- — окисляется до SO₄ 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO₄ — + e — = MnО₂ |2 окислитель, процесс восстановления

SO₃ 2- + 2OH — — 2e — = SO₄ 2- + H₂O |1 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

Необходимо отметить, что не всегда при наличии окислителя и восстановителя, возможно самопроизвольное протекание ОВР. Поэтому для количественной характеристики силы окислителя и восстановителя и для определения направления реакции пользуются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.

Еще больше примеров составления окислительно-восстановительных реакций приведены в разделе Задачи к разделу Окислительно-восстановительные реакции. Также в разделе тест Окислительно-восстановительные реакции

Коэффициенты и индексы в химических уравнениях

По коэффициенту можно узнать, сколько всего молекул или атомов принимают участие в реакции. Индекс показывает, сколько атомов входит в молекулу. Уравнением реакции называется запись химического процесса с помощью химических формул и математических знаков.

В такой науке, как химия, такая запись называется схемой реакции. Если возникает знак «=», то называется «уравнение». Давайте расставлять коэффициенты. В Са одна частица, так как коэффициент не стоит. Индекс здесь тоже не написан, значит, единица. Справа уравнения Са тоже один. По Са нам не надо работать. Смотрим следующий элемент. Это кислород.

Индекс говорит о том, что здесь две частицы кислорода, а справа без индексов. То есть слева 2 молекулы, а с правой одна молекула. Что делаем? Никаких дополнительных индексов или исправлений в химическую формулу вносить нельзя, так как она написана правильно.

Коэффициенты

Коэффициенты – это то, что написано перед молекулами. Они уже имеют право меняться. Для удобства саму формулу не переписываем. Справа 1 умножаем на 2, чтобы получить и там 2 частицы кислорода.

После того как мы поставили коэффициент, получилось две частицы кальция. Слева же только одна. Значит, теперь перед кальцием мы должны поставить 2.

Теперь проверяем итог. Если количество молекул элементов равно с обеих сторон, то можем поставить знак «равно».

Следующий пример.

2 водорода слева, и после стрелочки у нас тоже 2 водорода. Смотрим дальше. Два кислорода до стрелочки, а после стрелочки индексов нет, значит, 1 атом. Слева больше, а справа меньше. Выходим из положения и ставим коэффициент 2 перед водой.

Умножили всю формулу на 2, и теперь у нас изменилось количество водорода. Умножаем индекс на коэффициент, и получается 4. А с левой стороны осталось две частицы водорода. Вот чтобы получить 4, мы должны водород умножить на 2.

Проверяем. Если везде одинаково, то ставим «равно».

Последний пример в элементарных реакциях.

Вот как раз случай, когда элемент в одной и в другой формуле с одной стороны до стрелочки. 1 атом серы слева и один — справа. Два атома кислорода да еще плюс два кислорода.

• с левой стороны 4 кислорода;
• с правой же стороны находится 3 кислорода;

То есть с одной стороны получается четное число атомов, а с другой — нечетное. Если же мы умножим нечетное в два раза, то получим четное число. Доводим сначала до четного значения. То есть сначала умножаем на 2 всю формулу после стрелочки. После умножения получаем 6 атомов кислорода, да еще и два атома серы. С левой же стороны имеем 1 атом серы. Уравниваем теперь серу. Ставим с левой стороны уравнения перед серой 2.

Реакция нейтрализации

Второй пример более сложный, так как здесь больше элементов вещества.

Эта реакция называется реакцией нейтрализации. Что здесь надо уравнивать в первую очередь?

• с левой стороны 1 атом натрия;
• с правой же стороны индекс говорит о том, что здесь два атома натрия;

Напрашивается вывод, что надо умножить всю формулу на два.

Теперь дальше смотрим, сколько есть серы. С левой и правой стороны по 1 атому серы. Дальше смотрим на кислород. С левой стороны мы имеем 6 атомов кислорода. С другой стороны – 5. Меньше справа, больше слева. Нечетное количество надо довести до четного значения. Для этого формулу воды умножаем на 2, то есть из одного атома кислорода делаем два.

Теперь с правой стороны уже 6 атомов кислорода. С левой стороны тоже 6. Кислород уравнен. Проверяем водород. Два водорода и еще два водорода будет 4 водорода с левой стороны. Смотрим с другой стороны. Здесь также 4 водорода. Все элементы уравнены. Ставим знак «равно».

Следующий пример:

Он интересен тем, что появились скобки. Скобки говорят о том, что если множитель стоит за скобкой, то каждый элемент, стоящий в скобках, умножается на этот множитель. Здесь надо начать с азота, так как его меньше, чем кислорода и водорода. Слева азот 1, а справа, с учетом скобок, его два.

Справа же 2 атома водорода, а нужно 4. Мы просто выходим из положения и умножаем воду на 2, в результате чего получили 4 водорода. Отлично, водород уравняли. Если все элементы не уравнены, нельзя сказать что-то однозначно. Остался не уравненным кислород. До реакции присутствует 8 атомов кислорода, после – тоже 8.

Отлично, все элементы уравнены, можем ставить «равно».

Смотрим барий. Барий уравнен, его трогать не нужно. До реакции присутствуют два хлора, после — всего 1. Что же нужно сделать? Поставить 2 перед хлором после реакции.

Теперь за счет коэффициента, который только что поставили, после реакции два натрия, до реакции его тоже 2. Отлично, все остальное уравнено.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как правильно расставлять коэффициенты в химических уравнениях.