Как легко составлять химические уравнения. Как решать задачи по химии, готовые решения. Равновесие химической реакции

Определение

Химическое уравнение -это условная запись химической реакции с помощью химических формул и коэффициентов.

Чтобы правильно расставлять коэффициенты в химическом уравнении следует понимать разницу между коэффициентами и индексами.

Определение

Коэффициент - показывает число молекул и изображается большой цифрой перед молекулярной формулой вещества. Индекс - показывает число атомов элемента в одной молекуле вещества, изображается справа внизу от символа элемента.

Чтобы посчитать общее количество атомов нужно умножить количество молекул на количество атомов элемента в одной молекуле. Например, справа изображена запись трех молекул серной кислоты (брутто-формула), а снизу - вариант структурной записи. Так, одна молекула серной кислоты состоит три из трех элементов и всего содержит (2+1+4)=7 атомов: 2 атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода. В трех молекулах будет в три раза больше атомов, то есть 3*2=6 атомов водорода, 3*1=3 атома серы и 3*4=12 атомов кислорода. Это хорошо видно из структурной формулы, приведенной ниже.

Чтобы понять логику уравнивания химических реакций попробуйте дома потренироваться с самостоятельно изготовленными моделями атомов и молекул: приготовьте из пластилина шарики разного цветы (серого, красного и черного). Попробуйте осуществить реакцию горения метана, схема которой изображена ниже.

При моделировании будет очевидно, что количество атомов (самодельных пластилиновых шариков) каждого элемента (цвета) не меняется в ходе реакции. То есть количество атомов углерода до и после превращения остается неизменным и равно одному (один черный шарик). Две молекулы кислорода в левой части уравнения состоят из 4-х атомов, в правой части уравнения два атома кислорода содержится в углекислом газе ($CO_2$) и два атома- в двух молекулах воды, то есть всего справа также 4 атома кислорода.

Закон действующих масс

При составлении уравнений реакций необходимо использовать закон сохранения массы веществ (закон действующих масс или ЗДМ), открытый М.В. Ломоносовым и А.Лавуазье.

Закон действующих масс : масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате её.

Так как вещества состоят из атомов, то при составлении химических уравнений, мы будем пользоваться правилом: число атомов каждого химического элемента исходных веществ должно равняться числу атомов в продуктах реакции. В химической реакции число взаимодействующих атомов остается неизменным, происходит только их перегруппировка с разрушением исходных веществ

Алгоритм составления уравнений реакций.

Рассмотрим алгоритм составления химических уравнений на примере взаимодействия простых веществ: металлов и неметаллов друг с другом. Пусть взаимодействуют фосфор и кислород (реакция горения).

1.Записывают рядом исходные вещества (реагенты) , между ними ставим знак "+"(здесь мы будем учитывать то, что кислород двухатомная молекула), а после них стрелку - как знак равенства.

$P+O_2 \rightarrow$

2.Записываем после стрелки формулу продукта реакции:

$P+O_2\rightarrow P_2O_5$

3.Из схемы видно, что слева кислорода-2 атома, справа-5, а в соответствии с законом сохранения массы веществ, число атомов данного химического элемента должно быть одинаковым. Чтобы уравнять их число, находим наименьшее общее кратное. Для 2 и 5 это будет число 10. Делим наименьшее общее кратное на число атомов в формулах. 10:2=5, 10:5=2, это и будут коэффициенты, которые ставятся соответственно перед кислородом $O_2$ и оксидом фосфора (V) $P_2O_5$.

$P+5O_2\rightarrow 2P_2O_5$

кислорода слева и справа стало по 10(5·2=10, 2·5=10)

4.Коэффициент относится ко всей формуле и ставится перед ней. После его постановки справа фосфора стало 2·2=4 атома. А слева 1 (коэффициент 1 не ставится).Значит перед фосфором ставим коэффициент 4.

$4P + 5O_2\rightarrow 2P_2O_5$

Это и есть окончательная запись химического уравнения.

Читается: четыре пе плюс пять о-два равняется два пе-два о-пять.

Разберем алгоритм проставления коэффициентов на другом примере:

$KNO_3 = KNO_2 + O_2$

при разложении нитрата калия образуется нитрит калия и кислород.

В левой части уравнения один атом калия, в правой - тоже один. Количество атомов азота слева и справа одинаково и равно одному. А вот количество атомов кислорода различно: слева - 3, справа - 4. В подобных случаях можно прибегнуть к удвоению, то есть поставить коэффициент =2 перед нитратом калия.

Запись химического взаимодействия, отражающая количественную и качественную информацию о реакции, называют уравнением химических реакций. Записывается реакция химическими и математическими символами.

Основные правила

Химические реакции предполагают превращение одних веществ (реагентов) в другие (продукты реакции). Это происходит благодаря взаимодействию внешних электронных оболочек веществ. В результате из начальных соединений образуются новые.

Чтобы выразить ход химической реакции графически, используются определённые правила составления и написания химических уравнений.

В левой части пишутся изначальные вещества, которые взаимодействуют между собой, т.е. суммируются. При разложении одного вещества записывается его формула. В правой части записываются полученные в ходе химической реакции вещества. Примеры записанных уравнений с условными обозначениями:

• CuSO 4 + 2NaOH → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4 ;
• CaCO 3 = CaO + CO 2 ;
• 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2 ;
• CH 3 COONa + H 2 SO 4 (конц.) → CH 3 COOH + NaHSO 4 ;
• 2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + H 2 .

Коэффициенты перед химическими формулами показывают количество молекул вещества. Единица не ставится, но подразумевается. Например, уравнение Ba + 2H 2 O → Ba(OH) 2 + H 2 показывает, что из одной молекулы бария и двух молекул воды получается по одной молекуле гидроксида бария и водорода. Если пересчитать количество водорода, то и справа, и слева получится четыре атома.

Обозначения

Для составления уравнений химических реакций необходимо знать определённые обозначения, показывающие, как протекает реакция. В химических уравнениях используются следующие знаки:

• → - необратимая, прямая реакция (идёт в одну сторону);
• ⇄ или ↔ - реакция обратима (протекает в обе стороны);
• - выделяется газ;
• ↓ - выпадает осадок;
• hν - освещение;
• t° - температура (может указываться количество градусов);
• Q - тепло;
• Е(тв.) - твёрдое вещество;
• Е(газ) или Е(г) - газообразное вещество;
• Е(конц.) - концентрированное вещество;
• Е(водн.) - водный раствор вещества.

Рис. 1. Выпадение осадка.

Вместо стрелки (→) может ставиться знак равенства (=), показывающий соблюдение закона сохранения вещества: и слева, и справа количество атомов веществ одинаково. При решении уравнений сначала ставится стрелка. После расчёта коэффициентов и уравнения правой и левой части под стрелкой подводят черту.

Условия реакции (температура, освещение) указываются сверху знака протекания реакции (→,⇄). Также сверху подписываются формулы катализаторов.

Рис. 2. Примеры условий реакции.

Какие бывают уравнения

Химические уравнения классифицируются по разным признакам. Основные способы классификации представлены в таблице.

Существует понятие химического равновесия, присущее только обратимым реакциям. Это состояние, при котором скорости прямой и обратной реакции, а также концентрации веществ равны. Такое состояние характеризуется константой химического равновесия.

При внешнем воздействии температуры, давления, света реакция может смещаться в сторону уменьшения или увеличения концентрации определённого вещества. Зависимость константы равновесия от температуры выражается с помощью уравнений изобары и изохоры. Уравнение изотермы отражает зависимость энергии и константы равновесия. Эти уравнения показывают направление протекания реакции.

Рис. 3. Уравнения изобары, изохоры и изотермы.

Что мы узнали?

В уроке химии 8 класса была рассмотрена тема уравнений химических реакций. Составление и написание уравнений отражает ход химической реакции. Существуют определённые обозначения, показывающие состояние веществ и условия протекания реакции. Выделяют несколько видов химических реакций по разным признакам: по количеству вещества, агрегатному состоянию, поглощению энергии, энергетическому воздействию.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 520.

Калькулятор ниже предназначен для уравнивания химических реакций.

Как известно, существует несколько методов уравнивания химических реакций:

• Метод подбора коэффициентов
• Математический метод
• Метод Гарсиа
• Метод электронного баланса
• Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций)

Последние два применяются для окислительно-восстановительных реакций

Данный калькулятор использует математический метод - как правило, в случае сложных химических уравнений он достаточно трудоемок для ручных вычислений, но зато прекрасно работает, если все за вас рассчитывает компьютер.

Математический метод основан на законе сохранения массы. Закон сохранения массы гласит, что количество вещества каждого элемента до реакции равняется количеству вещества каждого элемента после реакции. Таким образом, левая и правая части химического уравнения должны иметь одинаковое количество атомов того или иного элемента. Это дает возможность балансировать уравнения любых реакций (в том числе и окислительно-восстановительных). Для этого необходимо записать уравнение реакции в общем виде, на основе материального баланса (равенства масс определенного химического элемента в исходных и полученных веществах) составить систему математических уравнений и решить ее.

Рассмотрим этот метод на примере:

Пусть дана химическая реакция:

Обозначим неизвестные коэффициенты:

Составим уравнения числа атомов каждого элемента, участвующего в химической реакции:
Для Fe:
Для Cl:
Для Na:
Для P:
Для O:

Запишем их в виде общей системы:

В данном случае имеем пять уравнений для четырех неизвестных, причем пятое можно получить умножением четвертого на четыре, так что его можно смело отбросить.

Перепишем эту систему линейных алгебраических уравнений в виде матрицы:

Эту систему можно решить методом Гаусса. Собственно, не всегда будет так везти, что число уравнений будет совпадать с числом неизвестных. Однако прелесть метода Гаусса в том, что он как раз и позволяет решать системы с любым числом уравнений и неизвестных. Специально для этого был написан калькулятор Решение системы линейных уравнений методом Гаусса с нахождением общего решения , который и используется при уравнивании химических реакций.
То есть калькулятор ниже разбирает формулу реакции, составляет СЛАУ и передает калькулятору по ссылке выше, решающему СЛАУ методом Гаусса. Решение потом используется для отображения сбалансированного уравнения.

Химические элементы следует писать так, как они написаны в таблице Менделеева, т. е. учитывать большие и маленькие буквы (Na3PO4 - правильно, na3po4 - неправильно).

Уравнением реакции в химии называется запись химического процесса с помощью химических формул и математических знаков.

Такая запись является схемой химической реакции. Когда возникает знак «=», то это называется «уравнение». Попробуем его решить .

Вконтакте

Пример разбора простых реакций

В кальции один атом, так как коэффициент не стоит. Индекс здесь тоже не написан, значит, единица. С правой стороны уравнения Са тоже один. По кальцию нам не надо работать.

Видео: Коэффициенты в уравнениях химических реакций.

Смотрим следующий элемент - кислород. Индекс 2 говорит о том, что здесь 2 иона кислорода. С правой стороны нет индексов, то есть одна частица кислорода, а с левой — 2 частицы. Что мы делаем? Никаких дополнительных индексов или исправлений в химическую формулу вносить нельзя, так как она написана правильно.

Коэффициенты — это то, что написано перед наименьшей частью. Они имеют право меняться. Для удобства саму формулу не переписываем. С правой части один умножаем на 2, чтобы получить и там 2 иона кислорода.

После того как мы поставили коэффициент, получилось 2 атома кальция. С левой стороны только один. Значит, теперь перед кальцием мы должны поставить 2.

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

Другой наглядный пример: два водорода слева, и после стрелочки у нас тоже два водорода.

• Два кислорода до стрелочки, а после стрелочки индексов нет, значит, один.
• Слева больше, а справа меньше.
• 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 два атома водорода. И чтобы получить 4, мы должны водород умножить на два.

Видео: Расстановка коэффициентов в химическом уравнении

Вот тот случай, когда элемент в одной и в другой формуле с одной стороны, до стрелочки.

Один ион серы слева, и один ион - справа. Две частицы кислорода, плюс еще две частицы кислорода. Значит, что с левой стороны 4 кислорода. Справа же 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. Для этого умножаем на два всю формулу после стрелочки. После умножения получаем шесть ионов кислорода, да еще и 2 атома серы. Слева же имеем одну микрочастицу серы. Теперь уравняем ее. Ставим слева уравнения перед серой 2.

Уравняли .

Сложные реакции

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

Это называется реакцией нейтрализации. Что здесь нужно уравнивать в первую очередь:

• С левой стороны один атом натрия.
• С правой стороны индекс говорит о том, что здесь 2 натрия.

Напрашивается вывод, что надо умножить всю формулу на два.

Видео: Составление уравнений химических реакций

Теперь смотрим, сколько серы. С левой и правой стороны по одной. Обращаем внимание 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 2.

Теперь с правой стороны уже 6 атомов кислорода. С левой стороны также 6 атомов. Проверяем водород. Два атома водорода и еще 2 атома водорода. То есть будет четыре атома водорода с левой стороны. И с другой стороны также четыре атома водорода. Все элементы уравнены. Ставим знак «равно».

Видео: Химические уравнения. Как составлять химические уравнения.

Следующий пример.

Здесь пример интересен тем, что появились скобки. Они говорят о том, что если множитель стоит за скобкой, то каждый элемент, стоящий в скобках, умножается на него. Начать необходимо с азота, так как его меньше, чем кислорода и водорода. Слева азот один, а справа, с учетом скобок, его два.

Справа два атома водорода, а нужно четыре. Мы выходим из положения, просто умножая воду на два, в результате чего получили четыре водорода. Отлично, водород уравняли. Остался кислород. До реакции присутствует 8 атомов, после — тоже 8.

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

Последний пример .

На очереди у нас барий. Он уравнен, его трогать не нужно. До реакции присутствует два хлора, после нее — всего один. Что же нужно сделать? Поставить 2 перед хлором после реакции.

Видео: Балансирование химических уравнений.

Теперь за счет коэффициента, который только что поставлен, после реакции получилось два натрия, и до реакции тоже два. Отлично, все остальное уравнено.

Также уравнивать реакции можно методом электронного баланса. Этот метод имеет ряд правил, по которым его можно осуществлять. Следующим действием мы должны расставить степени окисления всех элементов в каждом веществе для того, чтобы понять где произошло окисление, а где восстановление.

You have to enable Java in your browser.

Здесь вы можете рисовать химические формулы онлайн, написать реакцию и многое другое. Изменения, сделанные вами на этой странице нигде не сохраняются, поэтому вам нужно экспортировать полученную химическую структуру (реакцию) в один из форматов: SMILES, MOL, SVG и другие (кнопка во втором ряду, под "i")

Marvin JS

Тут также вы можете создать химическую формулу, написать реакцию и многое другое, в том числе радикалы, заряды и так далее. Этот редактор поддерживает больше форматов, которые можно сразу же скачать, после того, как вы нарисовали. Он умеет импортировать из других форматов файлов.

Помните, что изменения, сделанные вами на этой странице нигде не сохраняются, поэтому вам нужно экспортировать полученную химическую структуру (реакцию) в один из форматов химических структур или картинок (нажимать на дискетку)

PubChem

В этом on-line редакторе химических формул, также можно рисовать химические формулы. Интерфейс у него достаточно древний и может не всем подойдёт, зато экспортировать он умеет во многие форматы. В любом случае, химики не избалованы красивыми интерфейсами приложений:)

Напоминание, сделанные вами на этой странице нигде не сохраняются, поэтому вам нужно экспортировать полученную химическую структуру (реакцию) в один из форматов химических структур или картинок (есть кнопка "Export")