Восстановить правую часть уравнения реакции

§ 20. Химические уравнения

Основные тезисы параграфа:

Условную запись химической реакции посредством химических знаков и формул называют химическим уравнением.

В левой части уравнения пишут формулы веществ, вступающих в реакцию. В правой – продукты этой реакции. В левой и правой частях уравнения должно быть одинаковое число атомов.

Для того чтобы началась реакция, во многих случаях требуется нагревание. Тогда в уравнениях реакций над знаком равенства ставят знак t.

Если в результате реакции выделяется газ, рядом с его формулой ставят стрелку, направленную вверх (↑).

Если вещество выпадает в осадок, то рядом с формулой этого вещества ставят стрелку, направленную вниз (↓).

Как решать химические уравнения — схемы и примеры решения для разных реакций

Основные термины и понятия

Составление уравнений химических реакций невозможно без знания определённых обозначений, показывающих, как проходит реакция. Объединение атомов, имеющих одинаковый ядерный заряд, называют химическим элементом. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Первые совпадают с числом атомного номера элемента, а значение вторых может варьироваться. Простейшими веществами называют элементы, состоящие из однотипных атомов.

Любой химический элемент описывается с помощью символов, условно обозначающих структуру веществ. Формулы являются неотъемлемой частью языка науки. Именно на их основе составляют уравнения и схемы. По своей сути они отражают количественный и качественный состав элементов. Например, запись HNO3 сообщает, что в соединении содержится одна молекула азотной кислоты, а оно само состоит из водорода, азота и кислорода. При этом в состав одного моля азотной кислоты входит по одному атому водорода и азота и 3 кислорода.

Символика элементов, условное обозначение, представляет собой химический язык. В значке содержится информация о названии, массовом числе и порядковом номере. Международное обозначение принято, согласно периодической таблице Менделеева, разработанной в начале 1870 года.

Взаимодействующие между собой вещества называются реагентами, а образующиеся в процессе реакции — продуктами. Составление и решение химических уравнений фактически сводится к определению результатов реакций, поэтому просто знать формулы веществ мало, нужно ещё уметь подбирать коэффициенты. Располагаются они перед формулой и указывают на количество молекул или атомов, принимающих участие в процессе. С правой стороны от химического вещества ставится индекс, указывающий место элемента в системе.

Записывают уравнения в виде цепочки, в которой указываются все стадии превращения вещества начиная с левой части. Вначале пишут формулы элементов в исходном состоянии, а затем последовательно их преобразование.

Виды химических реакций

Химические явления характеризуются тем, что из двух и более элементов образуются новые вещества. Уравнения описывают эти процессы. Впервые с объяснениями протекания реакций знакомят в восьмом классе средней образовательной школы на уроках неорганической химии. Ученикам демонстрируют опыты, в которых явно наблюдаются различия в протекании реакций.

Всего существует 4 типа химического взаимодействия веществ:

1. Соединение. В реакцию могут вступать 2 простых вещества: металл и неметалл или неметалл и неметалл. Например, алюминий с серой образуют сульфид алюминия. Кислород, взаимодействуя с водородом, превращается в воду. Объединятся могут 2 оксида с растворимым основанием, как оксид кальция с водой: CaO + H2O = Ca (OH)2 или основной оксид с кислотным: CaO + SO3 = CaSO4.
2. Разложение. Это процесс обратный реакции соединения: было одно вещество, а стало несколько. Например, при пропускании электрического тока через воду получается водород и кислород, а при нагревании известняка 2 оксида: CaCO3 = CaO + CO2.
3. Замещение. В реакцию вступают 2 элемента. Один из них простой, а второй сложный. В итоге образуются 2 новых соединения, при котором атом простого вещества заменяет сложный, как бы вытесняя его. Условие протекания процесса: простое вещество должно быть более активным, чем сложное. Например, Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2. Величину активности можно узнать из таблицы ряда электрохимических напряжений.
4. Обмен. В этом случае между собой реагируют 2 сложных элемента, обменивающиеся своими составными частями. Условием осуществления такого типа реакции является обязательное образование воды, газа или осадка. Например, CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O. Чтобы узнать, смогут ли вещества прореагировать, используют таблицу растворимости.

Основными признаками химических реакций является изменение цвета, выделение газа или образование осадка. Различают их по числу веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся продуктов. Правильное определение типа реакции особо важно при составлении химических уравнений, а также определения свойств и возможностей веществ.

Окислительно-восстановительный процесс

Составление большинства реакций сводится к подбору коэффициентов. Но при этом могут возникнуть трудности с установлением равновесия, согласно закону сохранения массы веществ. Чаще всего такая ситуация возникает при решении заданий, связанных с расстановкой количества атомов в уравнениях окислительно-восстановительных процессов.

Под ними принято понимать превращения, протекающие с изменением степени окисления элементов. При окислении происходит процесс передачи атомом электронов, сопровождающийся приобретением им положительного заряда или ионом, после чего он становится нейтральным. При этом также происходит процесс восстановления, связанный с присоединением элементарных частиц атомом.

Для составления уравнений необходимо определить восстановитель, окислитель и число участвующих в реакции электронов. Коэффициенты же подбирают с помощью метода электронно-ионного баланса (полуреакций). Его суть состоит в установлении равенства путём уравнивания количества электронов, отдаваемых одним элементом и принимаемым другим.

Классический алгоритм

В основе решения задач этим методом — закон сохранения массы. Согласно ему, совокупная масса элементов до реакции и после остаётся неизменной. Другими словами, происходит перегруппировка частиц. Если рассматривать решение химического уравнения поэтапно, оно будет состоять из трёх шагов:

1. Написания формул элементов, вступающих в реакцию с левой стороны.
2. Указания справа формулы образующихся веществ.
3. Уравнивания числа атомов с добавлением коэффициентов.

Перед тем как переходить к сложным соединениям, лучше всего потренироваться на простых. Например, нужно составить уравнение, описывающее взаимодействие двух сложных веществ: гидроксида натрия и серной кислоты. При таком соединении образуется сульфат натрия и вода.

Согласно алгоритму, в левой части уравнения необходимо записать реагенты, а в правой продукты реакции: NaOH + H2SO 4 → Na 2SO4 + H2O. Теперь следует уравнять коэффициенты. Начинают с первого элемента. В примере это натрий. В правой части содержится 2 его атома, а в левой один, поэтому необходимо возле реагента поставить цифру 2. Затем нужно уровнять водород. В результате получится выражение: 2 NaOH + H2SO 4 → Na2 SO4 +2H2O.

Ещё одним наглядным примером является процесс реакции тринитротолуола с кислородом. При их взаимодействии образуется: C7H5N3O6 + O2 → CO2 + H2O + N2. Исходя из того, что слева находится нечётное число атомов H и N, а справа чётное, нужно их уравнять: 2C7H5N3O6 + O2 → CO2 + H2O + N2.

Теперь становится понятным, что 14 и 10 атомов углерода и водорода должны образовать 14 долей диоксида и 5 молекул воды. При этом 6 атомов азота превратятся в 3. Итоговое уравнение будет выглядеть как 2C7H5N3O6 + 10,5O2 → 14CO2 + 5H2O + 3N2.

Перед тем как начинать тренировку по составлению уравнений, следует научиться расставлять валентность. Это параметр, равный числу соединившихся атомов каждого элемента. Фактически это способность к соединению. Например, в формуле NH3 валентность атома азота равна 3, а водорода 1.

Решение методом полуреакций

Алгоритм для решения примеров химических уравнений проще рассмотреть на конкретном задании. Пускай необходимо описать процесс окисления пирита азотной кислоты с малой концентрацией: FeS2 + HNO3. Решать этот пример необходимо в следующей последовательности:

1. Определить продукты реакции. Так как кислота является сильным окислителем, сера получит максимальную степень оксидации S6+, а железо Fe3+. HNO3 может восстановиться до одного из двух состояний NO2 или NO.
2. Исходя из состава ионов и правила, что вещества, переходящие в газовую форму или плохо растворимые, записываются в молекулярном виде, верным будет записать: FeS2 — Fe3+ + 2SO2−4. Гидролизом можно пренебречь.
3. В записи уравнивают кислород. Для этого в левую часть добавляют 8 молекул воды, а в правую 16 ионов водорода: FeS2 + 8H20 — Fe3+ + 2SO2−4 + 16H+. Так как заряда в левой части нет, а в правой он равный +15, то серное железо должно будет отдать 15 электронов. Значит, уравнение примет вид: FeS2 + 8H20 — 15e → Fe3+ + 2SO2−4 + 16H+.
4. Теперь переходят к реакции восстановления нитрата иона: NO-3 →NO. Для её составления нужно отнять у оксида азота 2 атома кислорода. Делают это путём прибавления к левой части 4 ионов водорода, а правой — 2 молекул воды. В итоге получится: NO-3 + 4H+ → NO + 2H2O.
5. Полученную формулу уравнивают добавлением к левой части 3 электронов: NO-3 + 4H+ 3e → NO + 2H2O.
6. Объединяют найденные выражения и записывают результат: FeS2 + 8H20 + 5NO-3 + 20H+ → Fe3+ + 2SO2−4 + 16H+ + 5NO + 10H2O.

Уравнение можно сократить на 16H + и 8H2O. В итоге получится сокращённое выражение окислительно-восстановительной реакции: FeS2 + 5NO — 3 + 4 H + = Fe3 + + 2SO 2- 4 + 5NO + 2H2O.

Такой алгоритм считается классическим, но для упрощения понимания лучше использовать способ электронного баланса. Процесс восстановления переписывают как N5+ + 3e → N2+. Степень же окисления составить сложнее. Сере нужно приписать степень 2+ и учесть, что на 1 атом железа приходится 2 атома серы: FeS2 → Fe3++ 2S6+. Запись общего баланса будет выглядеть: FeS2 + 5N5+ = Fe3+ + 2S6+ + 5N2+.

Пять молекул потратятся на окисление серного железа, а ещё 3 на образование Fe (NO3)3. После уравнения двух сторон запись реакции примет вид, аналогичный полученному с использованием предыдущего метода.

Использование онлайн-расчёта

Простые уравнения решать самостоятельно довольно просто. Но состоящие из сложных веществ могут вызвать трудности даже у опытных химиков. Чтобы получить точную формулу и не подбирать вручную коэффициенты, можно воспользоваться онлайн-калькуляторами. При этом их использовать сможет даже пользователь, не особо разбирающийся в науке.

Чтобы расстановка коэффициентов в химических уравнениях онлайн происходила автоматически, нужно лишь подключение к интернету и исходные данные. Система самостоятельно вычислит продукты реакции и уравняет обе стороны формулы. Интересной особенностью таких сайтов является не только быстрый и правильный расчёт, но и описание правил с алгоритмами, по которому выполняются действия.

После загрузки калькулятора в веб-обозревателе единственное, что требуется от пользователя — правильно ввести реагенты в специальные формы латинскими буквами и нажать кнопку «Уравнять». Иногда возникает ситуация, когда запись сделана верно, но коэффициенты не расставляются. Это происходит, если суммы в уравнении могут быть подсчитаны разными способами. Характерно это для реакций окисления. В таком случае нужно заменить фрагменты молекул на любой произвольный символ. Таким способом можно не только рассчитать непонятное уравнение, но и выполнить проверку своих вычислений.

Типы химических реакций. Схемы превращений

Типы химических реакций. Схемы превращений

А1. Что относится к химическим явлениям?

1) испарение воды 2) горение дров 3) перегонка нефти 4) плавление олова

А2. Чем характеризуется экзотермическая реакция?

1) она сопровождается поглощением тепла

2) теплового эффекта не наблюдается

3) она сопровождается выделением тепла

4) таких реакций нет

А3. Как называется реакция, в результате которой из од­ного сложного вещества образуется несколько новых ве­ществ?

1) реакция соединения 3) реакция обмена

2) реакция замещения 4) реакция разложения

А4. Чему равна сумма коэффициентов в уравнении реак­ции Са(ОН)2 + HNО3 → Ca(NО3)2 + Н2О?

1) 4 2)6 3) 5 4) 12

А5. Какая масса воды образуется при взаимодействии 0,5 моль водорода с кислородом? 1) 4,5 г 2) 9 г 3) 18 г 4) 1,8 г

А6. Какое вещество обозначено символом х в схеме пре­вращений Li → x →LiOH?

1) Li2O 2) LiO 3) LiNО3 4) LiCl

В1. Установите соответствие.

Тип химической реакции

Схема химической реакции

А. Реакция разложения

Б. Реакция обмена

В. Реакция замещения

Г. Реакция соединения

1) MgCO3 → CO2↑ + MgO

2) CuO + Аl → Сu + Аl2O3

4) ZnO + H2 → Zn + H2O

5) НС1 + NaOH → NaCl + H20

6) BaCl2 + Na2S04 → BaS04↓ + NaCl

В2. Восстановите правую часть уравнения реакции по его левой части.

Левая часть уравнения

Правая часть уравнения

С1. Составьте уравнение реакции по описанию, дайте ха­рактеристику уравнения реакции: сульфат железа(III) + гидроксид калия = гидроксид железа(III) + сульфат калия.

С2. Составьте уравнения реакций по схеме превращений: S → SO2 → SO3 → H2SO4 → Na2SO4.

Типы химических реакций. Схемы превращений

А1. Что относится к химическим явлениям?

1) испарение воды 3) перегонка нефти

2) замерзание воды 4) скисание молока

А2. Чем характеризуется эндотермическая реакция?

1) она сопровождается поглощением тепла

2) теплового эффекта не наблюдается

3) она сопровождается выделением тепла

4) таких реакций нет

А3. Как называется реакция, в результате которой из не скольких веществ образуется новое сложное вещество?

1) реакция соединения 3) реакция обмена

2) реакция замещения 4) реакция разложения

А4. Чему равна сумма коэффициентов в уравнении реакции Na2CO3 + HNO3 → NaNO3 + Н2O + СO2? 1) 8 2)6 3) 7 4) 5

А5. Какая масса оксида кальция образуется при взаимодействии 0,5 моль кальция с кислородом? 1) 56 г 2) 28 г 3) 5,6 г 4) 2,8 г

А6. Какое вещество обозначено символом х в схеме пре вращений S → x → SO3?

1) SO 2) SO2 3) H2S 4) Na2S

В1. Установите соответствие.

Тип химической реакции

Схема химической реакции

А. Реакция разложения

Б. Реакция обмена

В. Реакция замещения

Г. Реакция соединения

1) MgCO3 + НС1 → CO2↑+ H2O + + MgCl2

2) FeO + А1 → Fe + А12O3

3) N2O5 + Н2O → HNO3

4) SnO + С → Sn + CO2↑

5) H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O

6) NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2↑

В2. Восстановите правую часть уравнения реакции по его левой части.

Левая часть уравнения

Правая часть уравнения

С1. Составьте уравнение реакции по описанию, дайте ха­рактеристику уравнения реакции: фосфат калия + гидрок­сид кальция = фосфат кальция + гидроксид калия.

С2. Составьте уравнения реакций по схеме превращений: С → СО → СO2 → Н2СO3 → К2СO3.

А1; Б — 5, 6; В-2,4; Г3

А6; Б — 1, 5; В-2,4; Г3

C1. Fe2(SO4)3 + 6КОН = 2Fe(OH)3↓ + 3К2SO4.

Исходные продукты реакции, состав, класс ве­щества, количество вещества: Fe2(SO4)3 — сульфат желе — за(III), сложное вещество, средняя соль, растворимая, 1 моль; КОН — гидроксид калия, сложное вещество, рас­творимое основание (щелочь), 6 моль.

Конечные продукты реакции, состав, класс ве­щества, количество вещества: Fe(OH)3 — гидроксид же­лезами), сложное вещество, нерастворимое основание, 2 моль; K2SO4- сульфат калия, сложное вещество, сред­няя соль, растворимая, 3 моль.

Тип: реакция обмена.

Признак реакции: выпадает осадок, гидроксид железа(III) — Fe(OH)3.

С2. S + O2 → SO2 — оксид cepы (IV); 2SO2 + O2 → 2SO3 — оксид серы (VI); SO3 + Н2O → H2SO4 — серная кислота;

H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O — сульфат натрия и вода.

C1. 2К3 РO4 + 3Са(ОН)2 = Ca3(PO4)2↓ + 6КОН.

Исходные продукты реакции, состав, класс ве­щества, количество вещества: К3РO4 — фосфат калия, сложное вещество, средняя соль, 2 моль; Са(ОН)2 — гидроксид кальция, сложное вещество, малораствори­мое основание, раствор — известковая вода (щелочь), 3 моль.

Конечные продукты реакции, состав, класс ве­щества, количество вещества: Са3(РO4)2 — фосфат каль­ция, сложное вещество, средняя соль, нерастворимая, моль; КОН — гидроксид калия, сложное вещество, рас­творимое основание (щелочь), 6 моль.

Тип: реакция обмена.

Признак реакции: выпадает осадок, фосфат каль­ция — Са3(РO4)2.

С2. 2С + 02 → 2СО — оксид углерода(II); 2СО + O2 → 2СO2 — оксид углерода(IV); СO2 + Н2O → Н2СO3 — уголь­ная кислота; Н2СO3 + 2КОН → К2СO3 + 2 Н2O — карбонат калия и вода.