5.1: Хімічні речення - рівняння
- Page ID
- 20624
- Визначте реагенти і продукти в будь-якій хімічній реакції.
- Перетворення рівнянь слів в хімічні рівняння.
- Використовуйте загальні символи,,\(\left( s \right)\),\(\left( l \right)\)\(\left( g \right)\)\(\left( aq \right)\), і\(\rightarrow\) відповідним чином при написанні хімічної реакції.
- Поясніть ролі індексів і коефіцієнтів в хімічних рівняннях.
- Збалансувати хімічне рівняння, якщо задано незбалансоване рівняння.
- Поясніть роль закону збереження маси в хімічній реакції.
При хімічній зміні утворюються нові речовини. Для того щоб це сталося, хімічні зв'язки речовин розриваються, а атоми, що їх складають, відокремлюються і переставляються на нові речовини з новими хімічними зв'язками. Коли цей процес відбувається, ми називаємо його хімічною реакцією. Хімічна реакція - це процес, при якому одне або кілька речовин перетворюються на одне або кілька нових речовин.
Реагенти та продукти
Щоб описати хімічну реакцію, нам потрібно вказати, які речовини присутні на початку і які речовини присутні в кінці. Речовини, які присутні на початку, називаються реагентами, а речовини, присутні в кінці, називаються продуктами.
Іноді, коли реагенти поміщаються в реакційну посудину, відбудеться реакція на отримання продуктів. Реагенти - це вихідні матеріали, тобто все, що ми маємо в якості вихідних інгредієнтів. Продукти - це саме те, що виробляється пшениця або результат того, що відбувається з реагентами, коли ми складаємо їх разом у реакційну посудину. Якщо ми думаємо про випічку шоколадного печива, нашими реагентами будуть борошно, масло, цукор, ваніль, трохи харчової соди, сіль, яйце та шоколадна стружка. Якими були б продукти? Печиво! Реакційна посудина буде нашою змішувальною чашею.
\[ \underbrace{\text{Flour} + \text{Butter} + \text{Sugar} + \text{Vanilla} + \text{Baking Soda} + \text{Eggs} + \text{Chocolate Chips}}_{\text{Ingredients = Reactants}} \rightarrow \underbrace{\text{Cookies}}_{\text{Product}} \nonumber \]
Написання хімічних рівнянь
При додаванні діоксиду сірки до кисню утворюється триоксид сірки. Діоксид сірки та кисень\(\ce{SO_2} + \ce{O_2}\), є реагентами та триоксидом сірки\(\ce{SO_3}\), є продуктом.
\[ \underbrace{\ce{2 SO2(g) + O2(g) }}_{\text{Reactants}} \rightarrow \underbrace{\ce{2SO3(g)}}_{\text{Products}} \nonumber \]
У хімічних реакціях реагенти знаходять перед символом "\(\rightarrow\)", а продукти знаходять після символу "\(\rightarrow\)». Загальне рівняння для реакції таке:
\[\text{Reactants } \rightarrow \text{Products} \nonumber \]
Є кілька спеціальних символів, які нам потрібно знати для того, щоб «говорити» в хімічній стенограмі. У таблиці нижче наведено резюме основних символів, що використовуються в хімічних рівняннях. Ви побачите, що є й інші, але це основні, які нам потрібно знати. \(\PageIndex{1}\)У таблиці наведено перелік символів, що використовуються в хімічних рівняннях.
| Символ | Опис |
|---|---|
| \(+\) | використовується для поділу декількох реагентів або продуктів |
| \(\rightarrow\) | ознака врожайності; відокремлює реагенти від продуктів |
| \(\rightleftharpoons\) | замінює знак виходу для оборотних реакцій, які досягають рівноваги |
| \(\overset{\ce{Pt}}{\rightarrow}\) | формула, написана над стрілкою, використовується як каталізатор в реакції |
| \(\overset{\Delta}{\rightarrow}\) | трикутник вказує на те, що реакція нагрівається |
| \(\left( s \right)\) | реагент або продукт у твердому стані |
| \(\left( l \right)\) | реагент або продукт в рідкому стані |
| \(\left( g \right)\) | реагент або продукт в газовому стані |
| \(\left( aq \right)\) | реагент або продукт у водному розчині (розчинений у воді) |
У хіміків є вибір методів опису хімічної реакції.
1. Вони могли намалювати картину хімічної реакції.
2. Вони могли б написати рівняння слова для хімічної реакції:
«Дві молекули газу водню реагують з однією молекулою газу кисню, утворюючи дві молекули водяної пари».
3. Вони могли б написати рівняння в хімічній стенограмі.
\[2 \ce{H_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{H_2O} \left( g \right) \nonumber \]
У символічному рівнянні замість хімічних назв реагентів і продуктів використовуються хімічні формули, а для позначення фази кожної речовини використовуються символи. Повинно бути очевидним, що метод хімічної стенографії є найшвидшим і чітким методом написання хімічних рівнянь.
Ми могли б написати, що водний розчин нітрату кальцію додають до водного розчину гідроксиду натрію для отримання твердого гідроксиду кальцію і водного розчину нітрату натрію. Або в стенографії ми могли б написати:
\[\ce{Ca(NO_3)_2} \left( aq \right) + 2 \ce{NaOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Ca(OH)_2} \left( s \right) + 2 \ce{NaNO_3} \left( aq \right) \nonumber \]
Наскільки простіше, що читати? Спробуємо в зворотному напрямку? Подивіться на наступну реакцію в скороченні і напишіть слово рівняння для реакції:
\[\ce{Cu} \left( s \right) + \ce{AgNO_3} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Cu(NO_3)_2} \left( aq \right) + \ce{Ag} \left( s \right) \nonumber \]
Слово рівняння для цієї реакції може читати щось на кшталт «тверда мідь реагує з водним розчином нітрату срібла, щоб отримати розчин нітрату міді (II) з твердим сріблом».
Щоб перетворити рівняння слів в символьні рівняння, нам потрібно виконати наведені кроки:
- Визначте реагенти і продукти. Це допоможе вам знати, які символи йдуть з кожного боку стрілки і куди йдуть\(+\) знаки.
- Напишіть правильні формули для всіх з'єднань. Вам потрібно буде використовувати правила, які ви дізналися в главі 5 (в тому числі зробити всі іонні сполуки заряджати збалансованими).
- Напишіть правильні формули для всіх елементів. Зазвичай це дається прямо з таблиці Менделєєва. Однак існує сім елементів, які вважаються двоатомними, тобто вони завжди зустрічаються парами в природі. Вони включають в себе ті елементи, перераховані в таблиці.
| Назва елемента | Водень | Азот | Кисень | Фтор | хлор | Бром | Йод |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Формула | \(H_2\) | \(N_2\) | \(O_2\) | \(F_2\) | \(Cl_2\) | \(Br_2\) | \(I_2\) |
Перенесіть наступні символічні рівняння в словорівняння або словові рівняння в символьні
- \(\ce{HCl} \left( aq \right) + \ce{NaOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\)
- Газоподібний пропан\(\ce{C_3H_8}\), згорає в газовому кисні з утворенням газоподібного вуглекислого газу та рідкої води.
- Газ фтористого водню реагує з водним розчином карбонату калію з отриманням водного розчину фториду калію, рідкої води та газоподібного вуглекислого газу.
Рішення
а. водний розчин соляної кислоти вступає в реакцію з водним розчином гідроксиду натрію з отриманням водного розчину хлориду натрію і рідкої води.
б. реагенти: пропан (\(\ce{C_3H_8}\)) і кисень (\(\ce{O_2}\))
Продукт: вуглекислий газ (\(\ce{CO_2}\)) і вода (\(\ce{H_2O}\))
\[\ce{C_3H_8} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow \ce{CO_2} \left( g \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) \nonumber \]
c Реагенти: фтористий водень і карбонат калію
Продукти: фторид калію, вода та вуглекислий газ
\[\ce{HF} \left( g \right) + \ce{K_2CO_3} \left( aq \right) \rightarrow \ce{KF} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) + \ce{CO_2} \left( g \right) \nonumber \]
Перенесіть наступні символічні рівняння в словорівняння або словові рівняння в символьні
- газ водень реагує з газом азоту з утворенням газоподібного аміаку
- \(\ce{HCl} \left( aq \right) + \ce{LiOH} \left( aq \right) \rightarrow \ce{NaCl} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right)\)
- Метал міді нагрівають газом кисню з отриманням твердого оксиду міді (II).
- Відповідь на
- \(H_2 (g) + N_2 (g) \rightarrow NH_3 (g)\)
- Відповідь б
- Водний розчин соляної кислоти вступає в реакцію з водним розчином гідроксиду літію з отриманням водного розчину хлориду літію і рідкої води.
- Відповідь c
- \(Cu (s) + O_2 (g) \rightarrow CuO (s)\)
Незважаючи на те, що хімічні сполуки розпадаються і утворюються нові сполуки під час хімічної реакції, атоми в реагентах не зникають, а нові атоми не утворюють продуктів. У хімічних реакціях атоми ніколи не створюються і не руйнуються. Ті ж атоми, які були присутні в реагентах, присутні в продуктах - вони просто реорганізовані в різні домовленості. У повному хімічному рівнянні дві сторони рівняння повинні бути присутніми на реагенті та добутку рівняння.
Коефіцієнти та індекси
Існує два типи чисел, які з'являються в хімічних рівняннях. Існують індекси, які є частиною хімічних формул реагентів та продуктів, і є коефіцієнти, які розміщуються перед формулами, щоб вказати, скільки молекул цієї речовини використовується або виробляється.
Індекси є частиною формул, і як тільки формули для реагентів і продуктів визначені, індекси можуть не бути змінені. Коефіцієнти вказують на кількість кожної речовини, що беруть участь в реакції і можуть бути змінені для того, щоб збалансувати рівняння. Вищенаведене рівняння вказує на те, що один моль твердої міді вступає в реакцію з двома молями водного нітрату срібла, утворюючи один моль водної нітрату міді (II) і два атоми твердого срібла.
Балансування хімічного рівняння
Оскільки ідентичності реагентів та продуктів фіксовані, рівняння не можна збалансувати, змінюючи індекси реагентів або продуктів. Для цього зміниться хімічна ідентичність описуваного виду, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\).
Найпростішим і найбільш корисним методом балансування хімічних рівнянь є «перевірка», більш відома як проби і помилки. Нижче наведено ефективний підхід до збалансування хімічного рівняння за допомогою цього методу.
- Визначте найскладніше речовина.
- Починаючи з цієї речовини, виберіть елемент (и), який з'являється лише в одному реагенті та одному продукті, якщо це можливо. Відрегулюйте коефіцієнти, щоб отримати однакову кількість атомів цього елемента (ів) з обох сторін.
- Баланс багатоатомних іонів (якщо вони присутні по обидва боки хімічного рівняння) як одиниця.
- Врівноважте інші атоми, зазвичай закінчуючи найменш складним речовиною і використовуючи дробові коефіцієнти при необхідності. Якщо був використаний дробовий коефіцієнт, помножте обидві сторони рівняння на знаменник, щоб отримати цілі числа для коефіцієнтів.
- Підрахуйте числа атомів кожного роду по обидва боки рівняння, щоб переконатися, що хімічне рівняння збалансоване.
Балансування хімічного рівняння для горіння гептану (\(\ce{C_7H_{16}}\))
\[\ce{C_7H_{16} (l) + O_2 (g) → CO_2 (g) + H_2O (g) } \nonumber \]
Рішення
| Сходинки | Пояснення | |||||||||||||||
| 1. Визначте найскладніше речовина. | Найскладнішим речовиною є той, у якого найбільша кількість різних атомів, що є\(C_7H_{16}\). Будемо вважати спочатку, що остаточне збалансоване хімічне рівняння містить 1 молекулу або формульну одиницю цієї речовини. | |||||||||||||||
| 2. Відрегулюйте коефіцієнти. |
а Оскільки одна молекула n-гептану містить 7 атомів вуглецю, нам потрібно 7 молекул СО 2, кожна з яких містить 1 атом вуглецю, з правого боку: \[\ce{C7H16 (l) + O2 (g) → } \underline{7} \ce{CO2 (g) + H2O (g) } \nonumber \]
б Оскільки одна молекула n-гептану містить 16 атомів водню, нам потрібно 8 молекул Н 2 О, кожна з яких містить 2 атома водню, з правого боку: \[\ce{C7H16 (l) + O2 (g) → 7 CO2 (g) + } \underline{8} \ce{H2O (g) } \nonumber \]
|
|||||||||||||||
| 3. Баланс багатоатомних іонів як одиницю. | У цій реакції немає багатоатомних іонів, які слід враховувати. | |||||||||||||||
| 4. Збалансуйте інші атоми. |
Атоми вуглецю та водню тепер збалансовані, але у нас є 22 атоми кисню з правого боку і лише 2 атоми кисню зліва. Ми можемо збалансувати атоми кисню, регулюючи коефіцієнт перед найменш складною речовиною, O 2, на стороні реагенту: \[\ce{C7H16 (l) + }\underline{11} \ce{ O2 (g) → 7 CO2 (g) + 8H2O (g) } \nonumber \]
|
|||||||||||||||
| 5. Перевірте свою роботу. | Рівняння тепер збалансоване, і дробових коефіцієнтів немає: з кожного боку 7 атомів вуглецю, 16 атомів водню і 22 атома кисню. Завжди перевіряйте, щоб переконатися, що хімічне рівняння збалансоване. |
Спалювання ізооктану (\(\ce{C_8H_{18}}\))
\[\ce{C8H18 (l) + O2 (g) -> CO_2 (g) + H_2O(g)} \nonumber \]
Рішення
Припущення про те, що остаточне збалансоване хімічне рівняння містить лише одну молекулу або формулу одиниці найскладнішої речовини, не завжди є дійсним, але це гарне місце для початку. При згорянні будь-якого вуглеводню киснем утворюється вуглекислий газ і вода.
| кроків | приклади | |||||||||||||||
| 1. Визначте найскладніше речовина. | Найскладнішим речовиною є той, у якого найбільша кількість різних атомів, що є\(\ce{C8H18}\). Будемо вважати спочатку, що остаточне збалансоване хімічне рівняння містить 1 молекулу або формульну одиницю цієї речовини. | |||||||||||||||
| 2. Відрегулюйте коефіцієнти. |
а. першим елементом, який з'являється лише один раз в реагентах, є вуглець: 8 атомів вуглецю в ізооктані означає, що в продуктах повинно бути 8 молекул СО 2: \[\ce{C8H18 (l) + O2 (g) -> }\underline{8} \ce{ CO2 (g) + H2O(g)}\nonumber \]
б. вісімнадцять атомів водню в ізооктані означають, що в продуктах повинно бути 9 молекул Н 2 О: \[\ce{C8H18 (l) + O2 (g) -> 8CO2 (g) + }\underline{9} \ce{ H2O(g)} \nonumber \]
|
|||||||||||||||
| 3. Баланс багатоатомних іонів як одиницю. | У цій реакції немає багатоатомних іонів, які слід враховувати. | |||||||||||||||
| 4. Збалансуйте інші атоми. |
Атоми вуглецю та водню тепер збалансовані, але у нас є 25 атомів кисню з правого боку і лише 2 атоми кисню зліва. Ми можемо збалансувати найменш складну речовину, O 2, але оскільки на молекулу O 2 є 2 атоми кисню, ми повинні використовувати дробовий коефіцієнт (\(\dfrac{25}{2}\)), щоб збалансувати атоми кисню: \[\ce{C8H18 (l) + } \underline{ \dfrac{25}{2} } \ce{O2 (g)→ 8CO2 (g) + 9H2O(g) }\nonumber \]
Рівняння тепер збалансоване, але ми зазвичай пишемо рівняння з коефіцієнтами цілого числа. Ми можемо усунути дробовий коефіцієнт, помноживши всі коефіцієнти по обидва боки хімічного рівняння на 2:
\[ \underline{2} \ce{C8H18(l) + } \underline{25} \ce{O2(g) ->} \underline{16} \ce{CO2(g) + } \underline{18} \ce{H2O(g)} \nonumber \] |
|||||||||||||||
| 5. Перевірте свою роботу. |
Збалансоване хімічне рівняння має 16 атомів вуглецю, 36 атомів водню та 50 атомів кисню з кожного боку.
Рівняння балансування вимагає певної практики з вашого боку, а також деякого здорового глузду. Якщо ви виявили, що використовуєте дуже великі коефіцієнти або витратили кілька хвилин без успіху, поверніться назад і переконайтеся, що ви правильно написали формули реагентів і продуктів. |
Змішують водні розчини нітрату свинцю (II) і хлориду натрію. Продукти реакції - водний розчин нітрату натрію і твердий осад хлориду свинцю (II). Напишіть збалансоване хімічне рівняння для цієї реакції.
Рішення
| Кроки для вирішення проблем | Приклад\(\PageIndex{4}\) | |||||||||||||||
| 1. Визначте найскладніше речовина. |
Найскладнішим речовиною є хлорид свинцю (II). \[\ce{Pb(NO3)2(aq) + NaCl(aq) → NaNO3(aq) + PbCl2(s)} \nonumber \] |
|||||||||||||||
| 2. Відрегулюйте коефіцієнти. |
У реагентах вдвічі більше хлоридних іонів, ніж у продуктах. Помістіть 2 перед NaCl, щоб збалансувати іони хлориду. \[\ce{Pb(NO3)2(aq) + }\underline{ 2} \ce{NaCl(aq) → NaNO3(aq) + PbCl2(s)} \nonumber \]
|
|||||||||||||||
| 3. Баланс багатоатомних іонів як одиницю. |
Нітратні іони все ще незбалансовані. Помістіть 2 перед NaNo 3. Результат: \[\ce{Pb(NO3)2(aq) + 2NaCl(aq) → } \underline {2} \ce{NaNO3(aq) + PbCl2(s)} \nonumber \]
|
|||||||||||||||
| 4. Збалансуйте інші атоми. | Немає необхідності врівноважувати інші атоми, оскільки вони вже збалансовані. | |||||||||||||||
| 5. Перевірте свою роботу. |
\[\ce{Pb(NO3)2(aq) + 2NaCl(aq) → 2NaNO3(aq) + PbCl2(s)} \nonumber \]
|
Чи збалансовано кожне хімічне рівняння?
- \(\ce{2Hg(ℓ)+ O_2(g) \rightarrow Hg_2O_2(s)}\)
- \(\ce{C_2H_4(g) + 2O_2(g)→ 2CO_2(g) + 2H_2O(g)}\)
- \(\ce{Mg(NO_3)_2(s) + 2Li (s) \rightarrow Mg(s)+ 2LiNO_3(s)}\)
- Відповідь на
- так
- Відповідь б
- ні
- Відповідь c
- так
Збалансуйте наступні хімічні рівняння.
- \(\ce{N2 (g) + O2 (g) → NO2 (g) }\)
- \(\ce{Pb(NO3)2(aq) + FeCl3(aq) → Fe(NO3)3(aq) + PbCl2(s)}\)
- \(\ce{C6H14(l) + O2(g)→ CO2(g) + H2O(g)}\)
- Відповідь на
- N 2 (г) + 2О 2 (г) → 2NO 2 (г)
- Відповідь б
- 3Пб (НІ 3) 2 (ак) + 2FeCl 3 (ак) → 2Fe (НІ 3) 3 (ак) + 3PbCl 2 (с)
- Відповідь c
- 2С 6 Н 14 (л) +19О 2 (г) → 12СО 2 (г) +14Н 2 О (г)
Резюме
- Хімічна реакція - це процес, при якому одне або кілька речовин перетворюються на одне або кілька нових речовин.
- Хімічні реакції представлені хімічними рівняннями.
- Хімічні рівняння мають реагенти зліва, стрілку, яка читається як «дає», і продукти праворуч.
- Щоб бути корисним, хімічні рівняння завжди повинні бути збалансованими. Збалансовані хімічні рівняння мають однакове число і тип кожного атома по обидва боки рівняння.
- Коефіцієнти в збалансованому рівнянні повинні бути найпростішим цілим числовим співвідношенням. Маса завжди зберігається в хімічних реакціях.