Конспект урока: Химические реакции. Химические уравнения

Химические уравнения

Мы привыкли считать, что уравнение — это какой-то математический пример, где есть неизвестное и его нужно вычислить. А вот в химических уравнениях обычно ничего неизвестного не бывает, в них просто записывается всё формулами: какие вещества вступают в реакцию и какие получаются в ходе этой реакции.

Рассмотрим пример — реакцию соединения серы и железа.

Рис. 1. Реакция соединения серы с железом

С точки зрения названия веществ уравнение реакции соединения железа и серы выглядит следующим образом:

Железо + Сера → Сульфид железа (II).

Но в химии слова отражаются химическими знаками. Запишем это уравнение химическими символами:

$\mathrm{Fe} + \mathrm{S} \to \mathrm{FeS}$.

Атом железа взаимодействует с атомом серы, получается одна молекула сульфида железа (II).

В данной реакции мы видим, что количество атомов исходных веществ равно количеству атомов веществ в продукте реакции.

Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794)

Важно помнить, что при составлении уравнений реакций ни один атом не должен потеряться или неожиданно появиться. Поэтому иногда, записав все формулы в уравнении реакции, приходится уравнивать число атомов в каждой части уравнения — расставлять коэффициенты.

 

Химические уравнения соответствуют основному закону химии — закону сохранения массы веществ. Он был открыт независимо друг от друга двумя выдающимися химиками: русским М. В. Ломоносовым и французом Антуаном Лавуазье.

Закон сохранения массы веществ

Раз масса веществ не изменилась, то и число атомов элементов тоже. Так как в формуле веществ количество атомов химических элементов определяется их валентностью, то индексы в реагентах и продуктах могут отличаться. Для этого схему реакции, записанную в виде одних только формул, дополняют коэффициентами, приводя её к уравнению химической реакции.

Алгоритм расстановки коэффициентов в уравнениях химических реакций

1. Подсчитать количество атомов каждого элемента в правой и левой частях схемы (до и после знака «равно»).
2. Определить, у какого элемента количество атомов меняется, найти наименьшее общее кратное (НОК) между левым и правым значением. Помните, что нечётные числа можно привести к чётному значению с помощью умножения на целое число, а чётные к нечётному – нет.
3. Разделить НОК на индексы — получим коэффициенты. Поставить коэффициенты перед формулами (коэффициент, равный 1, опускается).
4. Пересчитать количество атомов, при необходимости действия повторить. Помните, что индексы умножаются на коэффициенты, а не складываются с ними.
5. В последнюю очередь уравниваются простые вещества. А затем осуществляется проверка «по кислороду»: сравнивается число атомов О слева и справа от знака «равно».

Решение

Запишем схему химической реакции $\mathrm{P} + {\mathrm{O}}_2 \to \stackrel{\mathrm{V}}{\mathrm{P}}\stackrel{\mathrm{II}}{\mathrm{O}}$.

Чтобы правильно записать формулу оксида, вспомним:

• валентность кислорода всегда равна II, фосфор — химический элемент с высшей валентностью по кислороду V. НОК = 10.

$\mathrm{P} + {\mathrm{O}}_2 \to {\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$

Мы видим, что в реакцию вступает 1 атом фосфора, образуется два атома фосфора, вступает два атома кислорода, образуется пять атомов кислорода. Получается, что масса веществ разная до и после реакции.

Поэтому нам необходимо расставить коэффициенты в данном уравнении химической реакции. Для этого найдём НОК для кислорода.

НОК = 10

Перед формулами кислорода и оксида фосфора ставим коэффициенты, чтобы число атомов кислорода слева и справа было равно 10.

$\mathrm{P} + 5{\mathrm{O}}_2 \to 2{\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$

Теперь получаем, что в результате реакции образуется четыре атома фосфора. Следовательно, перед атомом фосфора в левой части ставим коэффициент 4.

$4\mathrm{P} + 5{\mathrm{O}}_2 \to 2{\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$

Ещё раз пересчитаем все атомы до реакции и после неё. Ставим равно.

$4\mathrm{P} + 5{\mathrm{O}}_2 = 2{\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$

Найдём сумму коэффициентов в уравнении реакции, протекающей между фосфором и кислородом. Для этого складываем коэффициенты из левой и правой части: 4 + 5 + 2 = 11.

Решение

1) В реагентах число атомов железа равно 2, а в продуктах – 1, так как индекса нет, поэтому ставим коэффициент 2 перед $\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3$:

${\mathrm{Fe}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3+\mathrm{NaOH}\to \mathbf{2}\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3+{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$.

2) В реагентах число атомов серы равно 3 (так как индекс после скобок относится к каждому элементу, внутри них), а в продуктах – 1, поэтому необходимо поставить коэффициент 3:

${\mathrm{Fe}}_2({\mathrm{SO}}_4{)}_3+\mathrm{NaOH}\to \mathbf{2}\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3+\mathbf{3}{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$.

3) В реагентах один атом натрия, а в продуктах уже 6 (коэффициент 3 умножаем на индекс 2), следовательно, нужен коэффициент к реагенту:

${\mathrm{Fe}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3+\mathbf{6}\mathrm{NaOH}\to \mathbf{2}\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3+\mathbf{3}{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$.

4) В реагентах 6 атомов водорода, как и в продуктах (коэффициент 2 умножаем на индекс 3), поэтому дополнительных коэффициентов не нужно.

5) Осуществляем проверку по атомам кислорода: в реагентах их 18       (4∙3 + 6∙1), в продуктах тоже 18 (2∙3 + 3∙4). Получаем уравнение реакции:

${\mathrm{Fe}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3+6\mathrm{NaOH}\to 2\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3+3{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$.

Сумма коэффициентов реагентов равна 7 (1 + 6), продуктов – 5 (2 + 3), для всей реакции – 12.