4.2: Хімічне рівняння

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22611

Anonymous
LibreTexts

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

Цілі навчання

Визначте хімічне рівняння.
Визначте частини хімічного рівняння.

Хімічна реакція виражає хімічну зміну. Наприклад, одна хімічна властивість водню полягає в тому, що він буде реагувати з киснем, утворюючи воду. Ми можемо написати це наступним чином:

\[\text{hydrogen reacts with oxygen to make water}\nonumber \]

Ми можемо представити цю хімічну зміну більш стисло як:

\[\text{hydrogen} + \text{oxygen} → \text{water}\nonumber \]

де знак + означає, що дві речовини хімічно взаємодіють один з одним, а символ → означає, що відбувається хімічна реакція. Але речовини можуть бути представлені і хімічними формулами. Пам'ятаючи, що водень і кисень існують як двоатомні молекули, ми можемо переписати наші хімічні зміни як:

\[\ce{H_2 + O_2 → H_2O}\nonumber \]

Це приклад хімічного рівняння, яке є стислим способом представлення хімічної реакції. Вихідні речовини називаються реагентами, а кінцеві - продуктами.

На жаль, це також неповне хімічне рівняння. Закон збереження матерії говорить, що матерія не може бути створена або знищена. У хімічних рівняннях кількість атомів кожного елемента в реагентах має бути таким же, як і кількість атомів кожного елемента в продуктах. Якщо порахувати кількість атомів водню в реагентах і продуктах, то знайдемо два атоми водню. Але якщо підрахувати кількість атомів кисню в реагентах і продуктах, то виявимо, що в реагентах є два атоми кисню, але тільки один атом кисню в продуктах.

Що ми можемо зробити? Чи можемо ми змінити індекси у формулі для води так, щоб в ній було два атоми кисню? Ні - ви не можете змінювати формули окремих речовин, оскільки хімічна формула для даної речовини характерна для цієї речовини. Однак ви можете змінити кількість молекул, які реагують або виробляються. Ми робимо це по одному елементу за раз, переходячи з одного боку реакції на іншу, змінюючи кількість молекул речовини, поки всі елементи не матимуть однакову кількість атомів з кожного боку.

Щоб розмістити два атоми кисню як реагенти, припустимо, що у нас є дві молекули води як продукти:

\[\ce{H_2 + O_2 → 2H_2O}\nonumber \]

2 перед формулою для води називається коефіцієнтом. Зараз в реагентах є така ж кількість атомів кисню, як і в продукті. Але задовольняючи потребу в однаковій кількості атомів кисню по обидва боки реакції, ми також змінили кількість атомів водню на стороні продукту, тому кількість атомів водню більше не дорівнює. Немає проблем, просто поверніться до реактивної сторони рівняння і додайте коефіцієнт перед H ₂. Коефіцієнт, який працює, дорівнює 2:

\[\ce{2H_2 + O_2 → 2H_2O}\nonumber \]

Зараз у реагентах є чотири атоми водню, а також чотири атоми водню в продукті. У реагентах є два атоми кисню і два атоми кисню в продукті. Закон збереження матерії був задоволений. Коли реагенти та продукти хімічного рівняння мають однакову кількість атомів усіх присутніх елементів, ми говоримо, що рівняння збалансоване. Всі правильні хімічні рівняння збалансовані. Якщо речовина не має написаного перед ним коефіцієнта, він приймається рівним 1. Також умовність полягає у використанні всіх цілих чисел при балансуванні хімічних рівнянь. Це іноді змушує нас робити трохи більше «вперед і назад» роботи при балансуванні хімічного рівняння.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Напишіть і збалансуйте хімічне рівняння для кожної заданої хімічної реакції.

Водень і хлор реагують, щоб зробити\(\ce{HCl}\)
Етан\(\ce{C2H6}\), реагує з киснем, утворюючи вуглекислий газ і воду.

Рішення

Почнемо з простого написання хімічного рівняння з точки зору формул речовин, пам'ятаючи, що і елементарний водень, і хлор є двоатомними:\[\ce{H2 + Cl2 → HCl} \nonumber \nonumber \]
У реагентах є два атоми водню і два атоми хлору і один з кожного атома в продукті. Ми можемо виправити це, включивши коефіцієнт 2 на стороні виробу:
\[\ce{H2 + Cl2 → 2HCl} \nonumber \nonumber \]
Зараз є два атоми водню та два атоми хлору по обидва боки хімічного рівняння, тому воно збалансоване.
Почніть з написання хімічного рівняння з точки зору речовин, що беруть участь:\[\ce{C2H6 + O2 → CO2 + H2O} \nonumber \nonumber \]
У нас є два атоми вуглецю зліва, тому нам потрібні дві молекули вуглекислого газу на стороні продукту, щоб кожна сторона мала два атоми вуглецю; цей елемент збалансований. У нас є шість атомів водню в реагентах, тому нам потрібно шість атомів водню в продуктах. Ми можемо отримати це, маючи три молекули води:
\[\ce{C2H6 + O2 → 2CO2 + 3H2O} \nonumber \nonumber \]
Тепер у нас є сім атомів кисню в продуктах (чотири з СО ₂ і три з Н ₂ О). Це означає, що нам потрібно сім атомів кисню в реагентах. Однак, оскільки кисень є двохатомною молекулою, ми можемо отримати лише парну кількість атомів кисню одночасно. Ми можемо досягти цього, помноживши інші коефіцієнти на 2:
\[\ce{2C2H6 + O2 → 4CO2 + 6H2O} \nonumber \nonumber \]
Помноживши все інше на 2, ми не розбалансуємо інші елементи, і тепер отримуємо парну кількість атомів кисню в продукті - 14. Ми можемо отримати 14 атомів кисню на стороні реагенту, маючи 7 молекул кисню:
\[\ce{2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O} \nonumber \nonumber \]
Як перевірку перерахуйте все, щоб визначити, що кожна сторона має однакову кількість атомів кожного елемента. Це хімічне рівняння тепер збалансоване.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Написати і збалансувати хімічне рівняння, яке представляє азот і водень, що реагують на отримання аміаку, NH ₃

Відповідь: \[\ce{N2 + 3H2 → 2NH3 \nonumber \nonumber \]

Багато хімічних рівнянь також включають мітки фаз для речовин: (s) для твердих речовин, () для рідини, (g) для газу та (aq) для водного (тобто розчиненого у воді). Особливі умови, такі як температура, також можуть бути вказані над стрілкою. Наприклад,

\[\ce{ 2NaHCO3 (s)} \overset{200^{\circ}C}{\rightarrow} \ce{Na2CO3 (s) + CO2(g) + H2O(l) }\nonumber \]

Ключові виноси

Хімічне рівняння - це стислий опис хімічної реакції.
Правильні хімічні рівняння збалансовані.