Сочинения  

Что такое уравнение реакции. Уравнивание химических реакций. Урок: Составление уравнений реакций ионного обмена

Поговорим о том, как составить уравнение химической реакции. Именно этот вопрос в основном вызывает серьезные затруднения у школьников. Одни не могут понять алгоритм составления формул продуктов, другие неправильно расставляют коэффициенты в уравнении. Учитывая, что все количественные вычисления осуществляются именно по уравнениям, важно понять алгоритм действий. Попробуем выяснить, как составлять уравнения химических реакций.

Составление формул по валентности

Для того чтобы правильно записывать процессы, происходящие между различными веществами, нужно научиться записывать формулы. Бинарные соединения составляют с учетом валентностей каждого элемента. Например, у металлов главных подгрупп она соответствует номеру группы. При составлении конечной формулы между этими показателями определяется наименьшее кратное, затем расставляются индексы.

Что такое уравнение

Под ним понимают символьную запись, которая отображает взаимодействующие химические элементы, их количественные соотношения, а также те вещества, которые получаются в результате процесса. Одно из заданий, предлагаемых ученикам девятого класса на итоговой аттестации по химии, имеет следующую формулировку: «Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства предложенного класса веществ». Для того чтобы справиться с поставленной задачей, ученики должны владеть алгоритмом действий.

Алгоритм действий

Например, нужно написать процесс горения кальция, пользуясь символами, коэффициентами, индексами. Поговорим о том, как составить уравнение химической реакции, воспользовавшись порядком действий. В левой части уравнения через "+" записываем знаками вещества, которые участвуют в данном взаимодействии. Так как горение происходит с участием кислорода воздуха, который относится к двухатомным молекулам, его формулу пишем О2.

За знаком равенства формируем состав продукта реакции, используя правила расстановки валентности:

2Ca + O2 = 2CaO.

Продолжая разговор о том, как составить уравнение химической реакции, отметим необходимость использования закона постоянства состава, а также сохранения состава веществ. Они позволяют проводить процесс уравнивания, расставлять в уравнении недостающие коэффициенты. Данный процесс является одним из простейших примеров взаимодействий, происходящих в неорганической химии.

Важные аспекты

Для того чтобы понять, как составить уравнение химической реакции, отметим некоторые теоретические вопросы, касающиеся этой темы. Закон сохранения массы веществ, сформулированный М. В. Ломоносовым, объясняет возможность расстановки коэффициентов. Так как количество атомов каждого элемента до и после взаимодействия остается неизменным, можно проводить математические расчеты.

При уравнивании левой и правой частей уравнения используют наименьшее общее кратное, аналогично тому, как составляется формула соединения с учетом валентностей каждого элемента.

Окислительно-восстановительные взаимодействия

После того как у школьников будет отработан алгоритм действий, они смогут составить уравнение реакций, характеризующих химические свойства простых веществ. Теперь можно переходить к разбору более сложных взаимодействий, например протекающих с изменением степеней окисления у элементов:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu.

Существуют определенные правила, согласно которым расставляют степени окисления в простых и сложных веществах. Например, у двухатомных молекул этот показатель равен нулю, в сложных соединениях сумма всех степеней окисления также должна быть равна нулю. При составлении электронного баланса определяют атомы или ионы, которые отдают электроны (восстановитель), принимают их (окислитель).

Между этими показателями определяется наименьшее кратное, а также коэффициенты. Завершающим этапом разбора окислительно-восстановительного взаимодействия является расстановка коэффициентов в схеме.

Ионные уравнения

Одним из важных вопросов, который рассматривается в курсе школьной химии, является взаимодействие между растворами. Например, дано задание следующего содержания: «Составьте уравнение химической реакции ионного обмена между хлоридом бария и сульфатом натрия». Оно предполагает написание молекулярного, полного, сокращенного ионного уравнения. Для рассмотрения взаимодействия на ионном уровне необходимо по таблице растворимости указать ее для каждого исходного вещества, продукта реакции. Например:

BaCl2 + Na2SO4 = 2NaCl + BaSO4

Вещества, которые не растворяются на ионы, записывают в молекулярном виде. Реакция обмена ионами протекает полностью в трех случаях:

  • образование осадка;
  • выделение газа;
  • получение малодиссоциируемого вещества, например воды.

При наличии у вещества стереохимического коэффициента он учитывается при написании полного ионного уравнения. После того как будет написано полное ионное уравнение, проводят сокращение тех ионов, которые не были связаны в растворе. Конечным итогом любого задания, предполагающего рассмотрение процесса, протекающего между растворами сложных веществ, будет запись сокращенной ионной реакции.

Заключение

Химические уравнения позволяют объяснять с помощью символов, индексов, коэффициентов те процессы, которые наблюдаются между веществами. В зависимости от того, какой именно протекает процесс, существуют определенные тонкости записи уравнения. Общий алгоритм составления реакций, рассмотренный выше, основывается на валентности, законе сохранения массы веществ, постоянстве состава.


Во время химических реакций из одних веществ получаются другие (не путать с ядерными реакциями, в которых один химический элемент превращается в другой).

Любая химическая реакция описывается химическим уравнением :

Реагенты → Продукты реакции

Стрелка указывает направление протекания реакции.

Например:

В данной реакции метан (СН 4) реагирует с кислородом (О 2), в результате чего образуется диоксид углерода (СО 2) и вода (Н 2 О), а точнее - водяной пар. Именно такая реакция происходит на вашей кухне, когда вы поджигаете газовую конфорку. Читать уравнение следует так: одна молекула газообразного метана вступает в реакцию с двумя молекулами газообразного кислорода, в результате получается одна молекула диоксида углерода и две молекулы воды (водяного пара).

Числа, расположенные перед компонентами химической реакции, называются коэффициентами реакции .

Химические реакции бывают эндотермическими (с поглощением энергии) и экзотермические (с выделением энергии). Горение метана - типичный пример экзотермической реакции.

Существует несколько видов химических реакций. Самые распространенные:

  • реакции соединения;
  • реакции разложения;
  • реакции одинарного замещения;
  • реакции двойного замещения;
  • реакции окисления;
  • окислительно-восстановительные реакции.

Реакции соединения

В реакциях соединения хотя бы два элемента образуют один продукт:

2Na (т) + Cl 2 (г) → 2NaCl (т) - образование поваренной соли.

Следует обратить внимание на существенный нюанс реакций соединения: в зависимости от условий протекания реакции или пропорций реагентов, вступающих в реакцию, - ее результатом могут быть разные продукты. Например, при нормальных условиях сгорания каменного угля получается углекислый газ:
C (т) + O 2 (г) → CO 2 (г)

Если же количество кислорода недостаточно, то образуется смертельно опасный угарный газ:
2C (т) + O 2 (г) → 2CO (г)

Реакции разложения

Эти реакции являются, как бы, противоположными по сути, реакциям соединения. В результате реакции разложения вещество распадается на два (3, 4...) более простых элемента (соединения):

  • 2H 2 O (ж) → 2H 2 (г) + O 2 (г) - разложение воды
  • 2H 2 O 2 (ж) → 2H 2 (г) O + O 2 (г) - разложение перекиси водорда

Реакции одинарного замещения

В результате реакций одинарного замещения, более активный элемент замещает в соединении менее активный:

Zn (т) + CuSO 4 (р-р) → ZnSO 4 (р-р) + Cu (т)

Цинк в растворе сульфата меди вытесняет менее активную медь, в результате чего образуется раствор сульфата цинка.

Степень активности металлов по возрастанию активности:

  • Наиболее активными являются щелочные и щелочноземельные металлы

Ионное уравнение вышеприведенной реакции будет иметь вид:

Zn (т) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (т)

Ионная связь CuSO 4 при растворении в воде распадается на катион меди (заряд 2+) и анион сульфата (заряд 2-). В результате реакции замещения образуется катион цинка (который имеет такой же заряд, как и катион меди: 2-). Обратите внимание, что анион сульфата присутствует в обеих частях уравнения, т.е., по всем правилам математики его можно сократить. В итоге получится ионно-молекулярное уравнение:

Zn (т) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (т)

Реакции двойного замещения

В реакциях двойного замещения происходит замещение уже двух электронов. Такие реакции еще называют реакциями обмена . Такие реакции проходят в растворе с образованием:

  • нерастворимого твердого вещества (реакции осаждения);
  • воды (реакции нейтрализации).

Реакции осаждения

При смешивании раствора нитрата серебра (соль) с раствором хлорида натрия образуется хлорид серебра:

Молекулярное уравнение: KCl (р-р) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (т) + KNO 3 (p-p)

Ионное уравнение: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (т) + K + + NO 3 -

Молекулярно-ионное уравнение: Cl - + Ag + → AgCl (т)

Если соединение растворимое, оно будет находиться в растворе в ионном виде. Если соединение нерастворимое, оно будет осаждаться, образовывая твердое вещество.

Реакции нейтрализации

Это реакции взаимодействия кислот и оснований, в результате которых образуются молекулы воды.

Например, реакция смешивания раствора серной кислоты и раствора гидроксида натрия (щелока):

Молекулярное уравнение: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (ж)

Ионное уравнение: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (ж)

Молекулярно-ионное уравнение:2H + + 2OH - → 2H 2 O (ж) или H + + OH - → H 2 O (ж)

Реакции окисления

Это реакции взаимодействия веществ с газообразным кислородом, находящимся в воздухе, при которых, как правило, выделяется большое количество энергии в виде тепла и света. Типичная реакция окисления - это горение. В самом начале данной страницы приведена реакция взаимодействия метана с кислородом:

CH 4 (г) + 2O 2 (г) → CO 2 (г) + 2H 2 O (г)

Метан относится к углеводородам (соединения из углерода и водорода). При реакции углеводорода с кислородом выделяется много тепловой энергии.

Окислительно-восстановительные реакции

Это реакции при которых происходит обмен электронами между атомами реагентов. Рассмотренные выше реакции, также являются окислительно-восстановительными реакциями:

  • 2Na + Cl 2 → 2NaCl - реакция соединения
  • CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - реакция окисления
  • Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - реакция одинарного замещения

Максимально подробно окислительно-восстановительные реакции с большим количеством примеров решения уравнений методом электронного баланса и методом полуреакций описаны в разделе

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")

Химическое уравнение представляет собой запись реакции с помощью символов элементов и формул соединений, принимающих в ней участие. Относительные количества реагентов и продуктов, выраженные в молях, указываются численными коэффициентами в полном (сбалансированном) уравнении реакции. Эти коэффициенты иногда называют стехиометрическими коэффициентами. В настоящее время наблюдается все возрастающая тенденция включать в химические уравнения указания физического состояния реагентов и продуктов. Это делается с помощью следующих обозначений: (газ) или означает газообразное состояние, (-жидкость, ) - твердое вещество, (-водный раствор.

Химическое уравнение может быть составлено на основе экспериментально установленного знания реагентов и продуктов изучаемой реакции, а также путем измерения относительных количеств каждого реагента и продукта, которые принимают участие в реакции.

Составление химического уравнения

Составление полного химического уравнения включает следующие четыре стадии.

1-я стадия. Запись реакции в словесном выражении. Например,

2-я стадия. Замена словесных названий формулами реагентов и продуктов.

3-я стадия. Балансировка уравнения (определение его коэффициентов)

Такое уравнение называется сбалансированным или стехиометрическим. Необходимость сбалансировать уравнение диктуется тем, что в любой реакции должен выполняться закон сохранения материи. Применительно к реакции, рассматриваемой нами в качестве примера, это означает, что в ней не может ни образоваться, ни исчезнуть ни один атом магния, углерода или кислорода. Другими словами, число атомов каждого элемента в левой и правой частях химического уравнения должно быть одинаково.

4-я стадия. Указание физического состояния каждого участника реакции.

Типы химических уравнений

Рассмотрим следующее полное уравнение:

Это уравнение описывает всю реакционную систему в целом. Однако рассматриваемую реакцию можно также представить в упрощенном виде при помощи ионного уравнения-.

Это уравнение не включает сведений о сульфат-ионах которые не указаны в нем потому, что они не принимают участия в рассматриваемой реакции. Такие ионы называют ионами-наблюдателями.

Реакция между железом и медью (II) является примером окислительно-восстановительных реакций (см. гл. 10). Ее можно условно разделить на две реакции, одна из которых описывает восстановление, а другая - окисление, протекающие одновременно в общей реакции:

Эти два уравнения называются уравнениями полуреакций. Они особенно часто используются в электрохимии для описания процессов, протекающих на электродах (см. гл. 10).

Интерпретация химических уравнений

Рассмотрим следующее простое стехиометрическое уравнение:

Его можно интерпретировать двумя способами. Во-первых, согласно этому уравнению, один моль молекул водорода реагирует с одним молем молекул брома образуя два моля молекул бромоводорода Такое истолкование химического уравнения иногда называют его молярной интерпретацией.

Однако можно истолковать данное уравнение и так, что в результирующей реакции (см. ниже) одна молекула водорода реагирует с одной молекулой брома образуя две молекулы бромоводорода Подобное истолкование химического уравнения иногда называют его молекулярной интерпретацией.

И молярная, и молекулярная интерпретации одинаково правомочны. Однако было бы совершенно неправильно заключить на основании уравнения рассматриваемой реакции, что одна молекула водорода сталкивается с одной молекулой брома образуя две молекулы бромоводорода Дело в том, что данная реакция, как и большинство других, осуществляется в несколько последовательных стадий. Совокупность всех этих стадий принято называть механизмом реакции (см. гл. 9). В рассматриваемом нами примере реакция включает следующие стадии:

Таким образом, рассматриваемая реакция в действительности представляет собой цепную реакцию, в которой участвуют интермедиаты (промежуточные реагенты), называемые радикалами (см. гл. 9). Механизм рассматриваемой реакции включает еще и другие стадии и побочные реакции. Таким образом, стехиометрическое уравнение указывает только результирующую реакцию. Оно не дает сведений о механизме реакции.

Вычисления с помощью химических уравнений

Химические уравнения являются отправной точкой для самых разнообразных химических расчетов. Здесь и далее в книге дан ряд примеров подобных расчетов.

Вычисление массы реагентов и продуктов. Мы уже знаем, что сбалансированное химическое уравнение указывает относительные молярные количества реагентов и продуктов, участвующих в реакции. Эти количественные данные позволяют вычислять массы реагентов и продуктов.

Вычислим массу хлорида серебра, образующегося при добавлении избыточного количества раствора хлорида натрия к раствору, в котором содержится 0,1 моль серебра в форме ионов

Первой стадией всех подобных расчетов является запись уравнения рассматриваемой реакции: I

Поскольку в реакции используется избыточное количество хлорид-ионов, можно предположить, что все имеющиеся в растворе ионы превращаются в Уравнение реакции показывает, что из одного моля ионов получается один моль Это позволяет вычислить массу образующегося следующим образом:

Следовательно,

Поскольку г/моль, то

Определение концентрации растворов. Вычисления, основанные на стехиометрических уравнениях, лежат в основе количественного химического анализа. В качестве примера рассмотрим определение концентрации раствора по известной массе продукта, образующегося в реакции. Такая разновидность количественного химического анализа называется гравиметрическим анализом.

К раствору нитрата добавлено такое количество раствора иодида калия, которого достаточно, чтобы осадить весь свинец в форме иодида Масса образовавшегося иодида составила 2,305 г. Объем исходного раствора нитрата был равен Требуется определить концентрацию исходного раствора нитрата

Мы уже сталкивались с уравнением рассматриваемой реакции:

Это уравнение показывает, что для получения одного моля иодида необходим один моль нитрата свинца (II). Определим молярное количество образовавшегося в реакции иодида свинца (II). Поскольку

Запишите химическое уравнение. В качестве примера рассмотрим следующую реакцию:

  • C 3 H 8 + O 2 –> H 2 O + CO 2
  • Эта реакция описывает горение пропана (C 3 H 8) в присутствии кислорода с образованием воды и диоксида углерода (углекислого газа).

Запишите количество атомов каждого элемента. Сделайте это для обеих частей уравнения. Обратите внимание на подстрочные индексы возле каждого элемента, чтобы определить общее количество атомов. Запишите символ каждого входящего в уравнение элемента и отметьте соответствующее количество атомов.

  • Например, в правой части рассматриваемого уравнения в результате сложения получаем 3 атома кислорода.
  • В левой части имеем 3 атома углерода (C 3), 8 атомов водорода (H 8) и 2 атома кислорода (O 2).
  • В правой части имеем 1 атом углерода (C), 2 атома водорода (H 2) и 3 атома кислорода (O + O 2).

  • Оставьте водород и кислород на потом, так как они входят в состав нескольких соединений в левой и правой части. Водород и кислород входят в состав нескольких молекул, поэтому лучше сбалансировать их в последнюю очередь.

    • Прежде чем балансировать водород и кислород, придется еще раз пересчитать атомы, так как могут понадобиться дополнительные коэффициенты, чтобы сбалансировать другие элементы.

  • Начните с наименее часто встречающегося элемента. Если необходимо сбалансировать несколько элементов, выберите такой, который входит в состав одной молекулы реагентов и одной молекулы продуктов реакции. Таким образом, сначала следует сбалансировать углерод.

  • Для баланса добавьте коэффициент перед единственным атомом углерода. Поставьте коэффициент перед единственным атомом углерода в правой части уравнения, чтобы сбалансировать его с 3 атомами углерода в левой части.

    • C 3 H 8 + O 2 –> H 2 O + 3 CO 2
    • Коэффициент 3 перед углеродом в правой части уравнения указывает на то, что получается три атома углерода, которые соответствуют тремя атомам углерода, входящим в молекулу пропана в левой части.
    • В химическом уравнении можно менять коэффициенты перед атомами и молекулами, однако подстрочные индексы должны оставаться неизменными.

  • После этого сбалансируйте атомы водорода. После того как вы уравняли количество атомов углерода в левой и правой части, несбалансированными остались водород и кислород. Левая часть уравнения содержит 8 атомов водорода, столько же их должно быть и справа. Добейтесь этого с помощью коэффициента.

    • C 3 H 8 + O 2 –> 4 H 2 O + 3CO 2
    • Мы добавили коэффициент 4 в правой части, так как подстрочный индекс показывает, что у нас уже есть два атома водорода.
    • Если умножить коэффициент 4 на подстрочный индекс 2, получится 8.
    • В результате в правой части получается 10 атомов кислорода: 3x2=6 атомов в трех молекулах 3CO 2 и еще четыре атома в четырех молекулах воды.