Химическое уравнение. Составьте уравнения реакций, схемы которых

При химических реакциях одни вещества превращаются в другие. Вспомним известную нам реакцию серы с кислородом. И в ней из одних веществ (исходных веществ или реагентов) образуются другие (конечные вещества или продукты реакции).

Для записи и передачи информации о химических реакциях используются схемы и уравнения реакций.

Схема реакции показывает, какие вещества вступают в реакцию и какие образуются в результате реакции. И в схемах, и в уравнениях реакций вещества обозначаются их формулами.

Схема горения серы записывается так: S 8 + O 2 SO 2 .

Это означает, что при взаимодействии серы с кислородом протекает химическая реакция, в результате которой образуется диоксид серы (сернистый газ). Все вещества здесь молекулярные, поэтому при записи схемы использованы молекулярные формулы этих веществ. То же относится и к схеме другой реакции - реакции горения белого фосфора:

P 4 + O 2 P 4 O 10 .

При нагревании до 900 o С карбоната кальция (мела, известняка) протекает химическая реакция: карбонат кальция превращается в оксид кальция (негашеную известь) и диоксид углерода (углекислый газ) по схеме:

CaCO 3 CaO + CO 2 .

Для указания на то, что процесс происходит при нагревании, схему (и уравнение) обычно дополняют знаком " t" , а то, что углекислый газ при этом улетучивается, обозначают стрелкой, направленной вверх:

CaCO3 CaO + CO2.

Карбонат кальция и оксид кальция - вещества немолекулярные, поэтому в схеме использованы их простейшие формулы, отражающие состав их формульных единиц. Для молекулярного вещества - углекислого газа - использована молекулярная формула.

Рассмотрим схему реакции, протекающей при взаимодействия пентахлорида фосфора с водой: PCl 5 +H 2 O H 3 PO 4 + HCl.Из схемы видно, что при этом образуется фосфорная кислота и хлороводород.

Иногда для передачи информации о химической реакции бывает достаточно и краткой схемы этой реакции, например:

S 8 SO 2 ; P 4 P 4 O 10 ; CaCO 3 CaO.

Естественно, что краткой схеме может соответствовать и несколько разных реакций.

Для любой химической реакции справедлив один из важнейших законов химии:

При протекании химических реакций атомы не появляются, не исчезают и не превращаются друг в друга.

При записи уравнений химических реакций, кроме формул веществ, используются коэффициенты. Как и в алгебре, коэффициент "1" в уравнении химической реакции не ставится, но подразумевается. Рассмотренные нами реакции описываются следующими уравнениями:

• 1S 8 + 8O 2 = 8SO 2 , или S 8 + 8O 2 = 8SO 2 ;
• 1P 4 + 5O 2 = 1P 4 O 10 , или P 4 + 5O 2 = P 4 O 10 ;
• 1CaCO 3 = 1CaO + 1CO 2 , или CaCO 3 = CaO + CO 2 ;
• 1PCl 5 + 4H 2 O = 1H 3 PO 4 + 5HCl, или PCI 5 + 4H 2 O = H 3 PO 4 + 5HCI.

Знак равенства между правой и левой частью уравнения означает, что число атомов каждого элемента, входящих в состав исходных веществ, равно числу атомов этого элемента, входящих в продукты реакциии.

Коэффициенты в уравнении химической реакции показывают отношение между числом реагирующих и числом образующихся молекул (для немолекулярных веществ - числом формульных единиц) соответствующих веществ. Так, для реакции, протекающей при взаимодействии пентахлорида фосфора с водой

и так далее (всего 6 пропорций).Обычно отдельный коэффициент в уравнении реакции не имеет никакого смысла, но в некоторых случаях может означать число молекул или формульных единиц данного вещества.Примеры информации, даваемой схемами и уравнениями реакций.

1-й пример. Реакция горения метана в кислороде (или на воздухе):

СН 4 + O 2 CO 2 + H 2 O (схема),

СН 4 + 2O 2 = CO 2 + 2Н 2 О (уравнение).

Схема химической реакции показывает, что (1) в реакции, протекающей между метаном и кислородом, образуются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции добавляет, что (2) число молекул метана, вступившего в реакцию, относится к числу молекул вступившего в реакцию кислорода, как 1 к 2, и так далее, то есть:

Кроме того, уравнение показывает, что одна молекула метана реагирует с двумя молекулами кислорода, при этом образуется одна молекула углекислого газа и две молекулы воды.

2-й пример. Восстановление железа водородом из его оксида:

Fe 2 O 3 + H 2 Fe + H 2 O (схема),

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 О (уравнение).

Схема химической реакции показывает, что (1) при взаимодействии оксида железа(Fe 2 O 3) с водородом (которое происходит при нагревании) образуются железо и вода.

Уравнение добавляет к этому, что (2) число формульных единиц оксида железа, вступившего в реакцию, относится к числу вступивших в реакцию молекул водорода, как 1 к 3, и так далее. То есть:

Кроме того уравнение показывает, что одна формульная единица оксида железа реагирует с тремя молекулами водорода, при этом образуется два атома железа и три молекулы воды.

Как вы узнаете в дальнейшем, уравнения реакций дают нам и другую количественную информацию.

Схема химической реакции.

Существует несколько способов записи химических реакций. Co «словесной» схемой реакции вы ознакомились в § 13.

Приводим еще один пример:

сера + кислород -> сернистый газ.

Ломоносов и Лавуазье открыли закон сохранения массы веществ при химической реакции. Он формулируется так:

Объясним, почему массы пепла и прокаленной меди отличаются от масс бумаги и меди до ее нагревания.

В процессе горения бумаги принимает участие кислород, который содержится в воздухе (рис. 48, а).

Следовательно, в реакцию вступают два вещества. Кроме пепла, образуются углекислый газ и вода (в виде пара), которые попадают в воздух и рассеиваются.

Рис. 48. Реакции бумаги (а) и меди (б) с кислородом

Антуан-Лоран Лавуазье (1743-1794)

Выдающийся французский химик, один из основателей научной химии. Академик Парижской академии наук. Ввел в химию количественные (точные) методы исследования. Экспериментально определил состав воздуха и доказал, что горение - это реакция вещества с кислородом, а вода - соединение Гидрогена с Оксигеном (1774- 1777).

Составил первую таблицу простых веществ (1789), предложив фактически классификацию химических элементов. Независимо от М. В. Ломоносова открыл закон сохранения массы веществ при химических реакциях.

Рис. 49. Опыт, подтверждающий закон Ломоносова - Лавуазье:а - начало опыта; б - окончание опыта

Их масса превышает массу кислорода. Поэтому масса пепла меньше массы бумаги.

При нагревании меди кислород воздуха «соединяется» с ней (рис. 48, б). Металл превращается в вещество черного цвета (его формула - CuO, а на­ звание - купрум(П) оксид). Очевидно, что масса продукта реакции должна превышать массу меди.

Прокомментируйте опыт, изображенный на рисунке 49, и сделайте вывод.

Закон как форма научных знаний.

Открытие законов в химии, физике, других науках происходит после проведения учеными многих экспериментов и анализа полученных результатов.

Закон - это обобщение объективных, независимых от человека связей между явлениями, свойствами и т. д.

Закон сохранения массы веществ при химической реакции - важнейший закон химии. Он распространяется на все превращения веществ, которые происходят и в лаборатории, и в природе.

Химические законы дают возможность прогнозировать свойства веществ и протекание химических реакций, регулировать процессы в химической технологии.

Для того чтобы объяснить закон, выдвигают гипотезы, которые проверяют с помощью соответствующих экспериментов. Если одна из гипотез подтверждается, на ее основе создают теорию. В старших классах вы ознакомитесь с несколькими теориями, которые разработали ученые-химики.

Общая масса веществ при химической реакции не изменяется потому, что атомы химических элементов во время реакции не возникают и не исчезают, а происходит только их перегруппировка. Другими словами,
количество атомов каждого элемента до реакции равно количеству его атомов после реакции. На это указывают схемы реакций, приведенные в начале параграфа. Заменим в них стрелки между левыми и правыми частями на знаки равенства:

Такие записи называют химическими уравнениями.

Химическое уравнение - это запись химической реакции с помощью формул реагентов и продуктов, которая согласуется с законом сохранения массы веществ.

Существует много схем реакций^ которые не соответствуют закону Ломоносова - Лавуазье.

Например, схема реакции образования воды:

H 2 + O 2 -> H 2 O.

В обеих частях схемы содержится одинаковое количество атомов Гидрогена, но разное количество атомов Оксигена.

Превратим эту схему в химическое уравнение.

Для того чтобы в правой части было 2 атома Оксигена, поставим перед формулой воды коэффициент 2:

H 2 + O 2 -> H 2 O.

Теперь справа стало четыре атома Гидрогена. Чтобы такое же количество атомов Гидрогена было и в левой части, запишем перед формулой водорода коэффициент 2. Получаем химическое уравнение:

2Н 2 + O 2 = 2Н 2 0.

Таким образом, чтобы превратить схему реак ции в химическое уравнение, нужно подобрать коэффициенты для каждого вещества (в случае необходимости), записать их перед химическими формулами и заменить стрелку на знак равенства.

Возможно, кто-то из вас составит такое уравнение: 4Н 2 + 20 2 = 4Н 2 0. В нем левая и правая части содержат одинаковые количества атомов каждого элемента, но все коэффициенты можно уменьшить, разделив на 2. Это и следует сделать.

Это интересно

Химическое уравнение имеет много общего с математическим.

Ниже представлены различные способы записи рассмотренной реакции.

Превратите схему реакции Cu + O 2 -> CuO в химическое уравнение.

Выполним более сложное задание: превратим в химическое уравнение схему реакции

В левой части схемы - I атом Алюминия, а в правой - 2. Поставим перед формулой металла коэффициент 2:

Атомов Сульфура справа в три раза больше, чем слева. Запишем в левой части перед формулой соединения Сульфура коэффициент 3:

Теперь в левой части количество атомов Гидрогена равно 3 2 = 6, а в правой - только 2. Для того чтобы и справа их было 6, поставим перед формулой водорода коэффициент 3 (6: 2 = 3):

Сопоставим количество атомов Оксигена в обеих частях схемы. Они одинаковы: 3 4 = 4 * 3. Заменим стрелку на знак равенства:

Выводы

Химические реакции записывают с помощью схем реакций и химических уравнений.

Схема реакции содержит формулы реагентов и продуктов, а химическое уравнение - еще и коэффициенты.

Химическое уравнение согласуется с законом сохранения массы веществ Ломоносова - Лавуазье:

масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

Атомы химических элементов во время реакций не появляются и не исчезают, а происходит лишь их перегруппировка.

?
105. Чем отличается химическое уравнение от схемы реакции?

106. Расставьте пропущенные коэффициенты в записях реакций:

107. Превратите в химические уравнения такие схемы реакций:

108. Составьте формулы продуктов реакций и соответствующие химические уравнения:

109. Вместо точек запишите формулы простых веществ и составьте хими­ ческие уравнения:

Примите во внимание, что бор и углерод состоят из атомов; фтор, хлор, водород и кислород - из двухатомных молекул, а фосфор (белый) - из четырехатомных молекул.

110. Прокомментируйте схемы реакций и превратите их в химические уравнения:

111. Какая масса негашеной извести образовалась при длительном прока­ ливании 25 г мела, если известно, что выделилось 11 г углекислого газа?

Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: ВЦ «Академія», 2008. - 136 с.: іл.

Часть I

1. Закон Ломоносова-Лавуазье – закон сохранения массы веществ:

2. Уравнения химической реакции – это условная запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков.

3. Химическое уравнение должно соответствовать закону сохранения массы веществ, что достигается расстановкой коэффициентов в уравнении реакции.

4. Что показывает химическое уравнение?
1) Какие вещества вступают в реакцию.
2) Какие вещества образуются в результате.
3) Количественные отношения веществ в реакции, т. е. количества реагирующих и образующихся веществ в реакции.
4) Тип химической реакции.

5. Правила расстановки коэффициентов в схеме химической реакции на примере взаимодействия гидроксида бария и фосфорной кислоты с образованием фосфата бария и воды.
а) Запишите схему реакции, т. е. формулы реагирующих и образующихся веществ:

б) начинайте уравнивать схему реакции с формулы соли (если она имеется). При этом помните, что несколько сложных ионов в составе основания или соли обозначаются скобками, а их число – индексами за скобками:

в) водород уравняйте в предпоследнюю очередь:

г) кислород уравняйте последним – это индикатор верной расстановки коэффициентов.
Перед формулой простого вещества возможна запись дробного коэффициента, после чего уравнение необходимо переписать с удвоенными коэффициентами.

Часть II

1. Составьте уравнения реакций, схемы которых:

2. Напишите уравнения химических реакций:

3. Установите соответствие между схемой и суммой коэффициентов в химической реакции.

4. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.

5. Что показывает уравнение следующей химической реакции:

1) Вступили в реакцию гидроксид меди и соляная кислота;
2) Образовались в результате реакции соль и вода;
3) Коэффициенты перед исходными веществами 1 и 2.

6. С помощью следующей схемы составьте уравнение химической реакции, используя удвоение дробного коэффициента:

7. Уравнение химической реакции:
4P+5O2=2P2O5
показывает количество вещества исходных веществ и продуктов, их массу или объём:
1) фосфора – 4 моль или 124 г;
2) оксида фосфора (V) – 2 моль, 284 г;
3) кислорода – 5 моль или 160 л.

Веществ в химических реакциях. Кроме уравнений используются полные и краткие схемы химических реакций - условные записи, дающие представление о природе реагентов и продуктов, то есть качественную информацию о химической реакции.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

Превращаем схему реакции в химическое уравнение.

25. Схема реакции и химическое уравнение

Схема химической реакции. Закон сохранения массы веществ. Химическое уравнение

Субтитры

История

Сначала не было представления о химических уравнениях, ещё не были известны основные химические законы, но уже в алхимический период развития химии начали обозначать химические элементы символами.

С дальнейшим развитием химии менялись представления о символике химических элементов , расширялись знания об их соединениях. С открытием множества химических явлений возникла необходимость в переходе от их словесного описания к более удобной математической записи, используя химические формулы . Первым предложил использовать химические уравнения Жан Бегун (Jean Beguin) в 1615 году в одном из первых учебников по химии Tyrocinium Chymicum («Начала химии» ).

Конец XVIII-начало XIX вв. - становление законов стехиометрии . У истоков этих исследований стоял немецкий ученый И. В. Рихтер . В студенческие годы на него большое впечатление произвели слова его учителя - философа И. Канта о том, что в отдельных направлениях естественных наук истинной науки столько, сколько в ней математики. Рихтер посвятил свою диссертацию использованию математики в химии. Не будучи в сущности химиком, Рихтер ввел первые количественные уравнения химических реакций, стал использовать термин стехиометрия .

Правила составления

Для составления уравнений химических реакций, кроме знания формул реагентов и продуктов реакции, необходимо верно подобрать коэффициенты. Это можно сделать, используя несложные правила . В левой части уравнения записывают формулы (формулу) веществ, вступивших в реакцию, соединяя их знаком «плюс». В правой части уравнения записывают формулы(формулу) образовавшихся веществ, также соединенных знаком «плюс». Между частями уравнения ставят знак равенства или стрелку. Затем находят коэффициенты - числа, стоящие перед формулами веществ, чтобы число атомов одинаковых элементов в левой и правой частях уравнения было равным.

Для обозначения различных типов реакций используются следующие символы:

Запись ионных уравнений

Ионные уравнения - это химические уравнения, в которых электролиты записаны в виде диссоциировавших ионов. Ионные уравнения используются для записи реакций замещения и реакций обмена в водных растворах. Пример, реакция обмена, взаимодействие хлорида кальция и нитрата серебра с образованием осадка хлорида серебра:

CaCl 2 (ж) + 2AgNO 3 (ж) Ca(NO 3) 2 (ж) + 2AgCl(тв)

полное ионное уравнение:

Ca 2+ + 2Cl − + 2Ag + + 2NO 3 − → {\displaystyle \rightarrow } Ca 2+ + 2NO 3 − + 2AgCl(тв)

сокращенное ионное уравнение:

2Cl − (ж) + 2Ag + (ж) → {\displaystyle \rightarrow } 2AgCl(тв)

ионное уравнение:

Ag + + Cl − → {\displaystyle \rightarrow } AgCl(тв)

Ионы Ca 2+ и NO 3 − остаются в растворе, поэтому не являются участниками химической реакции. В реакциях нейтрализации ионное уравнение реакции выглядит следующим образом:

H + + OH − → {\displaystyle \rightarrow } H 2 O

Для характеристики определенной химической реакции необходимо уметь составить запись, которая будет отображать условия протекания химической реакции, показывать какие вещества вступили в реакцию, а какие образовались. Для этого используют схемы химических реакций.

Схема химической реакции – условная запись, показывающая, какие вещества вступают в реакцию, какие продукты реакции образуются, а также условия протекания реакции

Рассмотрим в качестве примера реакцию взаимодействия угля и кислорода. Схема данной реакции записывается следующим образом:

С + О2 → СО2.

уголь взаимодействует с кислородом с образованием углекислого газа

Углерод и кислород – в данной реакции реагенты, а полученный углекислый газ – продукт реакции. Знак «→ » обозначает протекание реакции. Часто над стрелкой пишут условия, при которых происходит реакция

Например, знак « t° → » обозначает, что реакция протекает при нагревании. Знак « Р → » обозначает давление, а знак « hv → » – что реакция протекает под действием света. Также над стрелкой могут указывать дополнительные вещества, участвующие в реакции. Например, « О2 → ».

Если в результате химической реакции образуется газообразное вещество, то в схеме реакции, после формулы этого вещества записывают знак «→ ». Если при протекании реакции образуется осадок, его обозначают знаком «→ ».

Например, при нагревании порошка мела (он содержит вещество с химической формулой CaCO3), образуются два вещества: негашеная известь CaO и углекислый газ.

СaCO3 t° → CaO + CO2 .

В тех случаях, когда и реагенты и продукты реакции, например, являются газами, знак «» не ставят. Так, природный газ, в основном состоит из метана CH4, при его нагревании до 1500°С он превращается в два других газа: водород Н2 и ацетилен С2Н2. Схема реакции записывается так:

CH4 t° → C2H2 + H2.

Важно не только уметь составлять схемы химических реакций, но и понимать, что они обозначают. Рассмотрим, еще одну схему реакции:

H2O эл.ток → Н2 + О2

Данная схема означает, что под действием электрического тока, вода разлагается на два простых газообразных вещества: водород и кислород. Схема химической реакции является подтверждением закона сохранения массы и показывает, что химические элементы во время химической реакции не исчезают, а только перегруппировываются в новые химические соединения.

Уравнения химических реакций

Согласно закону сохранения массы исходная масса продуктов всегда равна массе полученных реагентов. Количество атомов элементов до и после реакции всегда одинаковое, атомы только перегруппировываются и образуют новые вещества.

Вернемся к схемам реакций, записанным ранее:

СaCO3 t° → CaO + CO2; С + О2 СО2.

В данных схемах реакций знак «→ » можно заменить на знак «=», так как видно, что количество атомов до и после реакций одинаковое. Записи будут иметь следующий вид:

СaCO3 = CaO + CO2; С + О2 = СО2.

Именно такие записи называют уравнениями химических реакций, то есть, это – записи схем реакций, в которых количество атомов до и после реакции одинаковое.

Уравнение химической реакции – условная запись химической реакции посредством химических формул, которая соответствует закону сохранения массы вещества

Если мы рассмотрим другие, приведенные ранее схемы уравнений, можно заметить, что на первый взгляд, закон сохранения массы в них не выполняется:

CH4 t° → C2H2 + H2.

Видно, что в левой части схемы, атом углерода один, а в правой – их два. Атомов водорода поровну и в левой и правой частях их по четыре. Превратим данную схему в уравнение. Для этого необходимо уравнять количество атомов углерода. Уравнивают химические реакции при помощи коэффициентов, которые записывают перед формулами веществ.

Очевидно, чтобы количество атомов углерода стало одинаковым слева и справа, в левой части схемы, перед формулой метана, необходимо поставить коэффициент 2:

2CH4 t° → C2H2 + H2

Видно, что атомов углерода слева и справа теперь поровну, по два. Но теперь неодинаково количество атомов водорода. В левой части уравнения их 2∙4 = 8. В правой части уравнения атомов водорода 4 (два из них в молекуле ацетилена, и еще два – в молекуле водорода). Если поставить коэффициент перед ацетиленом, нарушится равенство атомов углерода. Поставим перед молекулой водорода коэффициент 3:

2CH4 = C2H2 + 3H2

Теперь количество атомов углерода и водорода в обеих частях уравнения одинаковое. Закон сохранения массы выполняется!

Рассмотрим другой пример. Схему реакции Na + H2O → NaOH + H2 необходимо превратить в уравнение.

В данной схеме различным является количество атомов водорода. В левой части два, а в правой – три атома. Поставим коэффициент 2 перед NaOH.

Na + H2O → 2NaOH + H2

Тогда атомов водорода в правой части станет четыре, следовательно, коэффициент 2 необходимо добавить и перед формулой воды:

Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Уравняем и количество атомов натрия:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Теперь количество всех атомов до и после реакции одинаковое.

Таким образом, можно сделать вывод: чтобы превратить схему химической реакции в уравнение химической реакции, необходимо уравнять количество всех атомов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции при помощи коэффициентов. Коэффициенты ставятся перед формулами веществ.

Подведем итоги об Уравнения химических реакций

• Схема химической реакции – условная запись, показывающая, какие вещества вступают в реакцию, какие продукты реакции образуются, а также условия протекания реакции
• В схемах реакций используют обозначения, указывающие на особенности их протекания
• Уравнение химической реакции – условная запись химической реакции посредством химических формул, которая соответствует закону сохранения массы вещества
• Схему химической реакции превращают в уравнение путем расстановки коэффициентов перед формулами веществ