5.2: Балансування хімічних рівнянь

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22137

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Баланс хімічних рівнянь.

Як збалансувати хімічне рівняння, починаючи з правильних формул реагентів і продуктів? В основному приймається підхід назад і вперед (або trial-and-error), підраховуючи кількість атомів одного елемента з одного боку, перевіряючи кількість атомів цього елемента з іншого боку і змінюючи коефіцієнт при необхідності. Потім перевірте інший елемент, переходячи вперед і назад з одного боку рівняння в іншу, поки кожен елемент не матиме однакову кількість атомів по обидва боки стрілки. У багатьох випадках не має значення, який елемент збалансований першим, а який збалансований останнім, якщо всі елементи мають однакову кількість атомів на кожній стороні рівняння.

Нижче наведені рекомендації щодо написання та балансування хімічних рівнянь.

Визначте правильні хімічні формули для кожного реагенту і продукту. Напишіть рівняння скелета.
Підрахуйте кількість атомів кожного елемента, який виступає як реагент і як продукт. Якщо багатоатомний іон незмінний з обох сторін рівняння, порахуйте його як одиницю.
Збалансуйте кожен елемент по одному, розміщуючи коефіцієнти перед формулами. Коефіцієнт не записується для 1. Найкраще почати з балансування елементів, які фігурують лише в одній хімічній формулі з кожного боку рівняння. НІКОЛИ не змінюйте індекси в хімічній формулі - ви можете збалансувати рівняння лише за допомогою коефіцієнтів.
Перевірте кожен атом або багатоатомний іон, щоб переконатися, що вони рівні з обох сторін рівняння.
Переконайтеся, що всі коефіцієнти знаходяться в мінімально можливому співвідношенні. При необхідності зменшіть до найнижчого співвідношення.

Наприклад, щоб збалансувати рівняння

Крок 1: Напишіть рівняння скелета з правильними формулами.

\[\ce{CH4 + Cl2 \rightarrow CCl4 + HCl} \label{Eq5}\]

Крок 2: Підрахуйте кількість кожного атома або багатоатомного іона по обидва боки рівняння.

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{C} \: \text{atom} & 1 \: \ce{C} \: \text{atom} \\ 4 \: \ce{H} \: \text{ions} & 1 \: \ce{H} \: \text{ions} \\ 2 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 5 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Крок 3: W e знаходимо, що обидві сторони вже збалансовані одним атомом вуглецю. Отже, ми приступимо до збалансування атомів водню. Ми виявляємо, що сторона реагенту має чотири атоми водню, тому сторона продукту також повинна мати чотири атоми водню. Це врівноважується, поставивши 4 перед HCl:

\[\ce{CH4 + Cl2 \rightarrow CCl4 + 4HCl } \label{Eq6}\]

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{C} \: \text{atom} & 1 \: \ce{C} \: \text{atom} \\ 4 \: \ce{H} \: \text{ions} & 4 \: \ce{H} \: \text{ions} \\ 2 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 8 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Тепер кожна сторона має чотири атома водню. Сторона продукту має загалом вісім атомів хлору (чотири з чотирьох молекул HCl\(CCl_4\) і чотири з чотирьох молекул HCl), тому нам потрібні вісім атомів хлору як реагенти. Оскільки елементарний хлор - це двоатомна молекула, нам потрібно чотири молекули хлору, щоб отримати загалом вісім атомів хлору. Додаємо ще 4 перед реагентом Cl ₂:

\[\ce{CH4 + 4Cl2 \rightarrow CCl4 + 4HCl } \label{Eq7}\]

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{C} \: \text{atom} & 1 \: \ce{C} \: \text{atom} \\ 4 \: \ce{H} \: \text{ions} & 4 \: \ce{H} \: \text{ions} \\ 8 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 8 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Крок 3: Тепер перевіряємо: кожна сторона має один атом вуглецю, чотири атоми водню та вісім атомів хлору. Хімічне рівняння збалансоване. Причому, коефіцієнти знаходяться в мінімально можливому співвідношенні.

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Змішують водні розчини свинцю (II) нітрату і хлориду натрію. Продукти реакції - водний розчин нітрату натрію і твердий осад хлориду свинцю (II). Напишіть збалансоване хімічне рівняння для цієї реакції.

Рішення

Крок 1: Напишіть рівняння скелета з правильними формулами.

\[\ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) + \ce{NaCl} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaNO_3} \left( aq \right) + \ce{PbCl_2} \left( s \right)\]

Крок 2: Підрахуйте кількість кожного атома або багатоатомного іона по обидва боки рівняння.

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} & 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} \\ 2 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} & 1 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} \\ 1 \: \ce{Na} \: \text{atom} & 1 \: \ce{Na} \: \text{atom} \\ 1 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 2 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Крок 3: Вирішіть. Нітратні іони та атоми хлору незбалансовані. Почніть з розміщення 2 перед\(\ce{NaCl}\). Це збільшує кількість реагентів до 2\(\ce{Na}\) атомів і 2\(\ce{Cl}\) атомів. Потім помістіть 2 перед\(\ce{NaNO_3}\). В результаті виходить:

\[\ce{Pb(NO_3)_2} \left( aq \right) + 2 \ce{NaCl} \left( aq \right) \rightarrow 2 \ce{NaNO_3} \left( aq \right) + \ce{PbCl_2} \left( s \right)\]

Крок 4: Новий підрахунок для кожного атома та багатоатомного іона стає:

\[\begin{array}{ll} \textbf{Reactants} & \textbf{Products} \\ 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} & 1 \: \ce{Pb} \: \text{atom} \\ 2 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} & 2 \: \ce{NO_3^-} \: \text{ions} \\ 2 \: \ce{Na} \: \text{atom} & 2 \: \ce{Na} \: \text{atom} \\ 2 \: \ce{Cl} \: \text{atom} & 2 \: \ce{Cl} \: \text{atoms} \end{array}\]

Крок 5: Подумайте про результат.

Рівняння тепер збалансоване, оскільки по обидва боки рівняння є однакові числа атомів кожного елемента. Причому, коефіцієнти знаходяться в мінімально можливому співвідношенні.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Бродіння - це біохімічний процес, який дає можливість дріжджовим клітинам жити за відсутності кисню. Люди використовували його протягом століть, щоб виробляти вино та пиво та піднімати хліб. При бродінні такі цукру, як глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆), перетворюються в етанол (C ₂ H ₅ OH) і вуглекислий газ СО ₂. Напишіть збалансовану хімічну реакцію на бродіння глюкози.

Комерційне використання бродіння. (а) Чани мікропивоварні використовуються для приготування пива. (b) Ферментація глюкози дріжджовими клітинами - це реакція, яка робить можливим виробництво пива.

Відповідь: С ₆ Н ₁₂ О ₆ (с) → 2С ₂ Н ₅ ОН (л) + 2СО ₂ (г)