Как писать уравнения реакций в химии. Как составить уравнение химической реакции: последовательность действий. Составление бинарных формул по валентности

17.02.2024

Глава 2. Основы химического языка и первоначальные сведения о классификации индивидуальных химических веществ (продолжение)
2.4. Схемы и уравнения химических реакций

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:

CaCO 3 CaO + CO 2 .

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.

Карбонат кальция – CaCO 3 . Бесцветное немолекулярное вещество, нерастворимое в воде. Такие широко известные горные породы, как мрамор и известняк, состоят в основном из карбоната кальция. Мел, которым вы пишете на доске, – тоже карбонат кальция: многие морские организмы (радиолярии и др.) строят свои панцири из этого вещества; за длительное время на дне океана формируются залежи мела, представляющего собой огромные слои спрессованных панцирей этих организмов.
Карбонат кальция не обладает способностью плавиться – при нагревании он разлагается. Горные породы, образуемые карбонатом кальция, используются в строительстве в качестве отделочных материалов, строительного камня, а также для производства негашеной извести (CaO). В металлургии карбонат кальция в виде известняка добавляют в руду для лучшего образования шлаков.

РЕАГЕНТЫ, ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ, СХЕМЫ И УРАВНЕНИЯ РЕАКЦИЙ, КОЭФФИЦИЕНТЫ В УРАВНЕНИЯХ РЕАКЦИЙ

1.Запишите уравнения, соответствующие следующим схемам реакций:
а) Na+ Cl 2 NaCl; б) CuO + Al Al 2 O 3 + Сu;
в) N 2 O N 2 + O 2 ; г)NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 O.
2.Какую информацию передают составленными вами уравнениями реакций (среди приведенных веществ молекулярными являются Cl 2 , N 2 О, N 2 , O 2 , H 2 SO 4 и H 2 O; остальные – немолекулярные).

2.5. Первоначальные сведения о классификации чистых химических веществ

Вы уже познакомились в той или иной степени примерно с пятьюдесятью индивидуальными (чистыми) химическими веществами. Всего же науке известно несколько миллионов таких веществ. Чтобы не утонуть в этом " море" веществ, их необходимо систематизировать и прежде всего классифицировать – классифицировать более подробно, чем мы делали это в параграфе 1.4 (рис. 1.3).
Вещества отличаются друг от друга своими свойствами, а свойства веществ определяются составом и строением. Поэтому важнейшие признаки, по которым классифицируют вещества – состав, строение и свойства.
По составу, а точнее, по числу входящих в их состав элементов, вещества делятся на простые и сложные (это вы уже знаете). Сложных веществ в сотни тысяч раз больше, чем простых, поэтому среди них выделяют бинарные вещества (бинарные соединения).

Схема этой классификации приведена на рисунке 2.1.
Признаком, по которому проводят дальнейшую классификацию веществ, являются их свойства.
Начнем с простых веществ.
По физическим свойствам простые вещества делятся на металлы и неметаллы .
Характерные физические свойства металлов:
1) высокая электропроводность (способность хорошо проводить электрический ток),
2) высокая теплопроводность (способность хорошо проводить теплоту),
3) высокая пластичность (ковкость, изгибаемость, вытягиваемость).

Кроме того все металлы обладают " металлическим" блеском. Но следует помнить, что таким блеском обладают не только металлы, но и часть неметаллов, и даже некоторые сложные вещества. Блестит кристаллический кремний, одна из полиморфных модификаций мышьяка, теллур, а это всё – неметаллы. Из сложных веществ – пирит FeS 2 , халькопирит CuFeS 2 и некоторые другие.

Основой систематизации химических элементов, простых веществ и соединений служит ЕСТЕСТВЕННАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, открытая в 1869 году выдающимся русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834 –1907) и названная им " периодической системой" . Усовершенствованная многими поколениями ученых, эта система продолжает называться " периодической" , хотя это и не совсем правильно. Графически система химических элементов выражается в виде таблицы элементов (рис. 2.2); со строением этой таблицы вы подробно познакомитесь, изучая главу 6. Пока же посмотрим, где в таблице элементов расположены элементы, образующие неметаллы , а где – элементы, образующие металлы . Оказывается, элементы, образующие неметаллы, группируются в правом верхнем углу таблицы элементов. Все остальные элементы – элементы, образующие металлы. Причину этого вы узнаете, изучив строение атомов и химические связи.

При комнатной температуре металлы – твердые вещества (исключение – ртуть, ее температура плавления – 39 o С).
В отличие от металлов, неметаллы не обладают каким-либо определенным набором характерных физических характеристик. Даже агрегатное состояние у них может быть разным. При комнатной температуре газообразныдвенадцать простых веществ (Н 2 , Не, N 2 , O 2 , O 3 , F 2 , Nе, Cl 2 , Аr, Кr, Хе, Rn), жидкость одна (Br 2), а твердых веществ – более десяти (В, С (алмаз) , С (графит) , Si, P 4 , S 8 , As, Se, Те, I 2 и др.). По своим химическим свойствам большинство металлов сильно отличается от большинства неметаллов, но резкой границы между ними нет.
Многие простые вещества при определенных условиях могут вступать в реакции друг с другом, например:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O; 2Na + Cl 2 = 2NaCl; 2Ca + O 2 = 2CaO.

В результате таких реакций образуются бинарные соединения.

В принципе, в состав бинарного соединения могут входить любые элементы (кроме гелия и неона). Но часто один из этих элементов – кислород, водород или один из галогенов (фтор, хлор, бром или йод). Такие вещества называются кислородными соединениями , водородными соединениями или галогенидами . Примеры бинарных соединений: CaO, Al 2 O 3 , КН, HCl, АlI 3 , СаС 2 .

Примеры кислородных соединений: H 2 O (вода), H 2 O 2 (пероксид водорода), Na 2 O (оксид натрия), Na 2 O 2 (пероксид натрия), СО 2 (диоксид углерода), OF 2 (фторид кислорода). Большинство кислородных соединений является оксидами . Чем оксиды отличаются от остальных кислородных соединений, вы узнаете позже.
Примеры оксидов:
Li 2 O – оксид лития, CO 2 – диоксид углерода, CaO – оксид кальция, SiO 2 – диоксид кремния, Al 2 O 3 – оксид алюминия, Н 2 О – вода,
MnO 2 – диоксид марганца, SO 3 –триоксид серы.

Примеры водородных соединений: NаН – гидрид натрия, H 2 O – вода, КН – гидрид калия, НСl – хлороводород, СаH 2 – гидрид кальция,
NH 3 – аммиак, BaH 2 – гидрид бария, CH 4 – метан.

Примеры галогенидов: CaF 2 – фторид кальция, BF 3 – трифторид бора, NaCl – хлорид натрия,PCl 5 – пентахлорид фосфора, КВr – бромид калия, НВr – бромоводород, AlI 3 – йодид алюминия, HI – йодоводород.
Примеры названий бинарных соединений приведены в таблице 6.

Таблица 6. Примеры названий бинарных соединений.

Обратите внимание, что все эти названия содержат суффикс -ид . Таким способом можно назвать любое бинарное соединение, кроме бинарных соединений элементов, образующих металлы (интерметаллических соединений ). Вместе с тем, некоторые бинарные соединения имеют свои традиционные названия (вода, аммиак, хлороводород, метан и некоторые другие).

Среди бинарных соединений на Земле чаще всего встречаются оксиды. Это вызвано тем, что каждый второй атом в земной коре (в атмосфере, гидросфере и литосфере) – атом кислорода. А среди оксидов самое распространенное вещество – вода. Одна из причин этого в том, что водород – также один из самых распространенных элементов в земной коре.

Теперь – о более сложных соединениях. Пусть в состав соединения входят три элемента. Таких соединений очень много. Какие из них наиболее важные? Конечно, кислородсодержащие соединения. И прежде всего, те, в состав которых входит водород. Важность этих соединений вызвана еще и тем, что в результате химических реакций между оксидами и водой получаются как раз такие вещества, например:

СаО + H 2 O = Ca(OH) 2 ; P 4 O 10 + 6H 2 O = 4H 3 PO 4 ;
Li 2 O + H 2 O = 2LiOH; SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 .

Образующиеся в результате этих реакций вещества называются гидроксидами . Название происходит от сочетания слов " гидрат оксида" , то есть соединение оксида с водой.

Существует много гидроксидов, в том числе и такие, которые не образуются при непосредственном взаимодействии оксида с водой, например: H 2 SiO 3 , Al(OH) 3 , Cu(OH) 2 и другие. Эти вещества тоже называются гидроксидами потому, что при нагревании они разлагаются на оксид и воду.

Вообще-то почти все гидроксиды при нагревании разлагаются, образуя соответствующий оксид и воду, например:
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O при 100 o С;
Сa(OH) 2 = CaO +H 2 O при 500 o С;
H 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O при 450 o С;
2Аl(ОН) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O при 200 o С;
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O ниже 100 o С.
Но такие гидроксиды, как, например, NaОН и КОН, не разлагаются даже при нагревании до 1500 o С.

Примеры названий некоторых гидроксидов приведены в таблице 7 .

	Название		Название
NаОН	Гидроксид натрия	H 2 SO 4	Серная кислота
КОН	Гидроксид калия	H 2 SO 3	Сернистая кислота
Ca(OH) 2	Гидроксид кальция	HNO 3	Азотная кислота
Ba(OH) 2	Гидроксид бария	HNO 2	Азотистая кислота
Аl(ОН) 3	Гидроксид алюминия	H 3 PO 4	Фосфорная кислота
Cu(OH) 2	Гидроксид меди	H 2 CO 3	Угольная кислота
Zn(OH) 2	Гидроксид цинка	H 2 SiO 3	Кремниевая кислота

Обратите внимание, что в левой половине таблицы собраны гидроксиды элементов, образующих металлы (название начинается со слова " гидроксид "), а в правой – гидроксиды элементов, образующих неметаллы (название содержит слово " кислота "). Разная форма названий связана с тем, что эти гидроксиды очен ь сильно отличаются по своим химическим свойствам. Например, их растворы по-разному изменяют окраску веществ, называемых индикаторами (точнее, кислотно -основными индикаторами ). Такими веществами-индикаторами являются красители, содержащиеся в чернике, малине, черной смородине, краснокочанной капусте и даже в чае. В лаборатории в качестве индикаторов обычно используют лакмус (природный краситель), метилоранж и фенолфталеин (оба синтетические). Так, лакмус в растворах, содержащих кислоты, окрашивается в красный цвет, а в растворах, содержащих растворимые гидроксиды металлов (щелочи ) – в синий. Цвета других индикаторов приведены в приложении 3. Кислоты имеют кислый вкус, но пробовать их нельзя ни в коем случае, так как большинство из них ядовиты, или обладают обжигающим действием.

Из гидроксидов, приведенных в таблице 6, щелочами являются NaOH, КОН и Ba(OH) 2 . Малорастворимый Са(ОН) 2 тоже меняет окраску индикаторов. Из приведенных в этой же таблице кислот не меняет окраску индикаторов только кремниевая кислота, в частности потому, что она, в отличие от остальных кислот, нерастворима в воде.

Между собой кислоты, как правило, не реагируют, а с гидроксидами металлов вступают в реакции, например:
H 2 SO 4 + 2КОН = К 2 SО 4 + H 2 О;
2HNO 3 + Ва(ОН) 2 = Ва(NO 3) 2 + 2H 2 O;
Н 3 РО 4 + 3NаОН = Nа 3 РО 4 + 3Н 2 О.

Кроме воды продуктами этих реакций являются соли – сложные вещества еще одного важнейшего класса. В результате реакции ни кислоты, ни щелочи в растворе не остается, и раствор становится нейтральным , поэтому такие реакции называют реакциями нейтрализации .

Обратите внимание на суффиксы в названиях солей, приведенных в таблице 8.

Таблица 8.Соли и их названия

	Название		Название
К 2 SO 3	Сульфит калия	Na 2 CO 3	Карбонат натрия
CaSO 4	Сульфат кальция	МgСО 3	Карбонат магния
Al 2 (SO 4) 3	Сульфат алюминия	K 2 SiO 3	Силикат калия
Ba(NO 2) 2	Нитрит бария	K 3 PO 4	Фосфат калия
Ba(NO 3) 2	Нитрат бария	Ca 3 (PO 4) 2	Фосфат кал ьция

Некоторые гидроксиды из всех остальных гидроксидов реагируют только с кислотами. Такие гидроксиды называются основаниями. Те же гидроксиды, которые реагируют и с кислотами, и с ос нованиями (щелочами), называются амфотерными гидроксидами. Основаниям соответствуют основные оксиды , кислотам – кислотные оксиды, а амфотерным гидроксидам – амфотерные оксиды. Примеры различных по своему химическому поведению оксидов приведены в таблице 9.

Таблица 9.Примеры основных, амфотерных и кислотных оксидов, а также соответствующие им гидроксидов.

Основные		Амфотерные		Кислотные
	Гидроксиды		Гидроксиды		Гидроксиды

*)Приведена идеализированная формула гидроксида
**)Существует только в водном растворе

Соли образуются не только при реакциях кислот с основаниями, но и при взаимодействии металлов с кислотами:
Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O,
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 ,
а также при взаимодействии основных оксидов с кислотными оксидами Li 2 O + CO 2 = Li 2 СО 3 ,
основных оксидов с кислотами FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + Н 2 О
и кислотных оксидов с основаниями SO 2 + 2NаОН = Na 2 SO 3 + H 2 O.
В аналогичные реакции вступают также амфотерные оксиды и гидроксиды.
А теперь вернемся к знакомому вам делению веществ на молекулярные и немолекулярные, то есть к классификации их по типу строения. Как распределяются молекулярные и немолекулярные вещества по различным классам сложных веществ, показано в таблице 10.

Таблица 10. Тип строения некоторых сложных веществ

Класс соединений	Молекулярное строение	Немолекулярное строение
Основные и амфотерные оксиды
Кислотные оксиды	CO 2 , N 2 O 3 , N 2 O 5 , P 4 O 10 , SO 2 , SO 3	B 2 O 3 , SiO 2 , CrO 3
Основные и амфотерные гидроксиды
Кислотные гидроксиды (кислоты)	H 3 BO 3 , H 2 CO 3 , HNO 2 , HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 3 , H 2 SO 4
	CH 4 , NH 3 , H 2 O, H 2 S, HF, HCl
Галогениды	BF 3 , SiCl 4 , CBr 4 , C 2 I 6 , NCl 3	NaF, КС1, СаBr 2 , MgI 2 , BaF 2

Как видите, химические вещества – очень разные, разные по составу, по своим физическим характеристикам, разные по химическим свойствам. Но ответить на вопросы, почему данное вещество имеет такой состав, почему оно обладает такими характеристиками, почему оно реагирует именно с этими веществами и как оно с ними реагирует, вы пока не можете. Вспомните, что свойства вещества определяются его составом и строением. Поэтому для ответа на эти вопросы нужно прежде всего изучить, как вещества устроены, то есть – строение вещества.

Диоксид углерода – CO 2 , или углекислый газ. Молекулярное вещество, кислотный оксид. Несмотря на то, что его объемная доля в земной атмосфере всего 0,03 – 0,04 %, углекислый газ – один из существеннейших компонентов воздуха, и его роль в нашей жизни трудно переоценить. Он непосредственно участвует в двух важнейших природных процессах: дыхании и фотосинтезе. Например, за один час взрослый человек выдыхает около 20 литров углекислого газа. Повышение его содержания губительно для человека и животных: при объемной доле 0,2 – 0,15 % человек теряет сознание. Атмосферный СО 2 предохраняет нашу планету от переохлаждения, так как способен удерживать тепловое излучение, исходящее от поверхности Земли, но его избыток может вызвать так называемый " парниковый эффект" . Твердый СО 2 – " сухой лед" – используется для охлаждения: например, куски льда у продавщицы мороженого есть не что иное, как " сухой лед"

Оксид кальция – CaO , или негашеная (жженая) известь – основный оксид белого цвета, гигроскопичен (поглощает влагу). Это вещество энергично реагирует с водой, образуя "гашеную известь" – гидроксид кальция. Получают этот оксид обжигом различных горных пород, образованных карбонатом кальция, отсюда и название "жженая известь". При попадании на кожу вызывает ожоги. Особенно опасно попадание его в глаза.

Гидроксид кальция – Ca(OH) 2 , или гашеная известь, – основание белого цвета, малорастворимое в воде. Получают его так называемым гашением – добавлением воды к оксиду кальция. В реакции выделяется так много тепла, что реакционная смесь вскипает. Гашеную известь используют в строительстве как связующий материал и как сырье для изготовления белого силикатного кирпича, а также в производстве минеральных удобрений.

ЕСТЕСТВЕННАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, МЕТАЛЛЫ, НЕМЕТАЛЛЫ, БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ВОДОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ГАЛОГЕНИДЫ, ГИДРИДЫ, ОКСИДЫ, ГИДРОКСИДЫ, КИСЛОТЫ, ОСНОВАНИЯ, СОЛИ, ЩЕЛОЧИ, АМФОТЕРНЫЕ ГИДРОКСИДЫ, ИНДИКАТОРЫ, РЕАКЦИЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ, ОСНОВНЫЕ ОКСИДЫ, КИСЛОТНЫЕ ОКСИДЫ, АМФОТЕРНЫЕ ОКСИДЫ а) Fe(OH) 2 ; б) Pb(OH) 2 ; в) Fe(ОН) 3 ; г) Сr(ОН) 3 .

7.Составьте уравнения реакций по следующим схемам реакций:
Li 2 O + P 4 O 1 0 Li 3 PO 4 ; MnSO 4 + NаОН M n(OH) 2 + Na 2 SO 4 ;
Fe 3 O 4 + Al Al 2 O 3 + Fe; La 2 (SO 4) 3 + KOH La(OH) 3 + K 2 SO 4 ;
Fe 2 O 3 + Mg MgO + Fe; Ag NO 3 + NaO H Ag 2 O +NaNO 3 + H 2 O.
К каким классам относятся исходные и конечные вещества этих реакций?

1. Взаимодействие растворов кислот и оснований с индикаторами.
2. Химические свойства кислот и оснований.
3. Химические свойства металлов.
4. Химические свойства оксидов.

Химическим уравнением можно назвать визуализацию химической реакции с помощью знаков математики и химических формул. Такое действие является отображением какой-либо реакции, в процессе которой появляются новые вещества.

Химические задания: виды

Химическое уравнение - это последовательность химических реакций. Они основываются на законе сохранения массы каких-либо веществ. Существует всего два вида реакций:

Соединения - к ним относятся (происходит замена атомов сложных элементов атомами простых реагентов), обмена (замещение составными частями двух сложных веществ), нейтрализации (реакция кислот с основаниями, образование соли и воды).
Разложения - образование двух и более сложных или простых веществ из одного сложного, но состав их более простой.

Химические реакции также можно разделить на типы: экзотермические (происходят с выделением теплоты) и эндотермические (поглощение теплоты).

Этот вопрос волнует многих учащихся. Мы предлегаем несколько простых советов, которые подскажут, как научиться решать химические уравнения:

Желание понять и освоить. Нельзя отступать от своей цели.
Теоретические знания. Без них невозможно составить даже элементарную формулу соединения.
Правильность записи химической задачи - даже малейшая ошибка в условии сведет к нулю все ваши усилия в ее решении.

Желательно, чтобы сам процесс решения химических уравнений был для вас увлекательным. Тогда химические уравнения (как решать их и какие моменты нужно запомнить, мы разберем в этой статье) перестанут быть для вас проблемными.

Задачи, которые решаются с использованием уравнений химических реакций

К таким задачам относятся:

Нахождение массы компонента по данной массе другого реагента.
Задания по комбинации «масса-моль».
Расчеты по комбинации «объем-моль».
Примеры с применением термина «избыток».
Расчеты с использованием реагентов, один из которых не лишен примесей.
Задачи на распад результата реакции и на производственные потери.
Задачи на поиск формулы.
Задачи, в которых реагенты предоставлены в виде растворов.
Задачи, содержащие смеси.

Каждый из этих видов задач включает в себя несколько подтипов, которые обычно подробно рассматриваются еще на первых школьных уроках химии.

Химические уравнения: как решать

Существует алгоритм, который помогает справиться с практически любым заданием из этой непростой науки. Чтобы понять, как правильно решать химические уравнения, нужно придерживаться определенной закономерности:

При записи уравнения реакции не забывать расставлять коэффициенты.
Определение способа, с помощью которого можно найти неизвестные данные.
Правильность применения в выбранной формуле пропорций или использование понятия «количество вещества».
Обратить внимание на единицы измерений.

В конце важно обязательно проверить задачу. В процессе решения вы могли допустить элементарную ошибку, которая повлияла на результат решения.

Основные правила составления химических уравнений

Если придерживаться правильной последовательности, то вопрос о том, что такое химические уравнения, как решать их, не будет вас волновать:

Формулы веществ, которые вступают в реакцию (реагенты), записываются в левой части уравнения.
Формулы веществ, которые образуются в результате реакции, записываются уже в правой части уравнения.

Составление уравнения реакции основывается на законе сохранения массы веществ. Следовательно, обе части уравнения должны быть равны, т. е. с одинаковым числом атомов. Достичь этого можно при условии правильной расстановки коэффициентов перед формулами веществ.

Расстановка коэффициентов в химическом уравнении

Алгоритм расстановки коэффициентов таков:

Подсчет в левой и правой части уравнения атомов каждого элемента.
Определение меняющегося количества атомов у элемента. Также нужно найти Н.О.К.
Получение коэффициентов достигается путем деления Н.О.К. на индексы. Обязательно проставить данные цифры перед формулами.
Следующим шагом является пересчет количества атомов. Иногда возникает необходимость в повторении действия.

Уравнивание частей химической реакции происходит с помощью коэффициентов. Расчет индексов производится через валентность.

Для успешного составления и решения химических уравнений необходимо учитывать физические свойства вещества, такие как объем, плотность, масса. Также нужно знать состояние реагирующей системы (концентрация, температура, давление), разбираться в единицах измерения данных величин.

Для понимания вопроса о том, что такое химические уравнения, как решать их, необходимо использование основных законов и понятий этой науки. Чтобы успешно вычислять подобные задачи, необходимо также вспомнить или освоить навыки математических операций, уметь совершать действия с числами. Надеемся, с нашими советами вам будет легче справляться с химическими уравнениями.

Для решения химических уравнений, достаточно помнить азы математики, то что слева равно тому, что справа. Например, 2 + 1 = 3.

Добавляются лишь химические знаки и учитывается валентность элементов.

Н + Сl = HCl - условно перед водородом 1, перед хлором 1 и в итоге у нас 1 водород и 1 хлор.

NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O. Натрия в правой части 1, а в левой 2, значит ставим коэффициент 2.

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O. Водорода в левой части 4, а в правой 2, ставим коэффициент 2.

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O. Серы в правой части 1 и в левой 1 молекула. Кислорода в левой части 8 и в правой 8. Левая и правая части равны, значит уравнение решено. По аналогии решаются и остальные.

Для того, чтобы научится уравнивать химические уравнения, сначала нужно выделять главные моменты и использовать правильный алгоритм.

Ключевые моменты

Выстроить логику процесса несложно. Для этого выделим следующие этапы:

Определение типа реагентов (все реагенты органические, все реагенты неорганические, органические и неорганические реагенты в одной реакции)
Определение типа химической реакции (реакция с изменением степеней окисления компонентов или нет)
Выделение проверочного атома или группы атомов

Примеры

Все компоненты неорганические, без изменения степени окисления, проверочным атомом будет кислород – О (его не затронули никакие взаимодействия:

NaОН + НCl = NaCl + H2O

Посчитаем количество атомов каждого элементов правой и левой части и убедимся, что здесь не требуется расстановка коэффициентов (по умолчанию отсутствие коэффициента – это коэффициент равный 1)

NaOH + H2SO4 = Na2 SO4 + H2O

В данном случае, в правой части уравнения мы видим 2 атома натрия, значит в левой части уравнения нам нужно подставить коэффициент 2 перед соединением, содержащим натрий:

2 NaOH + H2SO4 = Na2 SO4 + H2O

Проверяем по кислороду - О: в левой части 2О из NaОН и 4 из сульфат иона SO4, а в правой 4 из SO4 и 1 в воде. Добавляем 2 перед водой:

2 NaOH + H2SO4 = Na2 SO4 +2 H2O

Все компоненты органические, без изменения степени окисления:

НООС-СOOH + CH3OH = CH3OOC-COOCH3 + H2O (реакция возможна при определенных условиях)

В данном случае мы видим, что в правой части 2 группы атомов CH3, а в левой только одна. Добавляем в левую часть коэффициент 2 перед CH3OH, проверяем по кислороду и добавляем 2 перед водой

НООС-СOOH + 2CH3OH = CH3OOC-COOCH3 + 2H2O

Органический и неорганические компоненты без изменения степеней окисления:

CH3NH2 + H2SO4 = (CH3NH2)2∙SO4

В данной реакции проверочный атом необязателен. В левой части 1 молекула метиламина CH3NH2, а в правой 2. Значит нужен коэффициент 2 перед метиламином.

2CH3NH2 + H2SO4 = (CH3NH2)2∙SO4

Органический компонент, неорганический, изменение степени окисления.

СuO + C2H5OH = Cu + CH3COOH + Н2O

В данном случае необходимо составить электронный баланс, а формулы органических веществ лучше преобразовать в брутто. Проверочным атомом будет кислород – по его количеству видно, что коэффициенты не требуются, электронный баланс подтверждает

CuO + C2H6O = Cu + C2H4O2

2С +2 - 2е = 2С0

C3H8 + O2 = CO2 + H2O

Здесь O не может быть проверочным, так как сам меняет степень окисления. Проверяем по Н.

О2 0 + 2*2 е = 2O-2 (речь идет о кислороде из CO2)

3С (-8/3) - 20е = 3С +4 (в органических окислительно-восстановительных реакциях используют условные дробные степени окисления)

Из электронного баланса видно, что для окисления углерода требуется в 5 раз больше кислорода. Ставим 5 перед O2, также из электронного баланса м должны поставить 3 перед С из СО2, проверим по Н, и поставим 4 перед водой

C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O

Неорганические соединения, изменение степеней окисления.

Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 = Na2SO4 + K2SO4 + Н2О + MnO2

Проверочными будут водороды в воде и кислотные остатки SO4 2- из серной кислоты.

S+4 (из SO3 2-) – 2e = S +6(из Na2SO4)

Mn+7 + 3e = Mn+4

Таким образом нужно поставить 3 перед Na2SO3 и Na2SO4, 2 перед КМnO4 и MNO2.

3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2SO4 = 3Na2SO4 + K2SO4 + Н2О +2MnO2

Достаточно часто школьникам и студентам приходится составлять т. н. ионные уравнения реакций. В частности, именно этой теме посвящена задача 31, предлагаемая на ЕГЭ по химии. В данной статье мы подробно обсудим алгоритм написания кратких и полных ионных уравнений, разберем много примеров разного уровня сложности.

Зачем нужны ионные уравнения

Напомню, что при растворении многих веществ в воде (и не только в воде!) происходит процесс диссоциации - вещества распадаются на ионы. Например, молекулы HCl в водной среде диссоциируют на катионы водорода (H + , точнее, H 3 O +) и анионы хлора (Cl -). Бромид натрия (NaBr) находится в водном растворе не в виде молекул, а в виде гидратированных ионов Na + и Br - (кстати, в твердом бромиде натрия тоже присутствуют ионы).

Записывая "обычные" (молекулярные) уравнения, мы не учитываем, что в реакцию вступают не молекулы, а ионы. Вот, например, как выглядит уравнение реакции между соляной кислотой и гидроксидом натрия:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O. (1)

Разумеется, эта схема не совсем верно описывает процесс. Как мы уже сказали, в водном растворе практически нет молекул HCl, а есть ионы H + и Cl - . Так же обстоят дела и с NaOH. Правильнее было бы записать следующее:

H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O. (2)

Это и есть полное ионное уравнение . Вместо "виртуальных" молекул мы видим частицы, которые реально присутствуют в растворе (катионы и анионы). Не будем пока останавливаться на вопросе, почему H 2 O мы записали в молекулярной форме. Чуть позже это будет объяснено. Как видите, нет ничего сложного: мы заменили молекулы ионами, которые образуются при их диссоциации.

Впрочем, даже полное ионное уравнение не является безупречным. Действительно, присмотритесь повнимательнее: и в левой, и в правой частях уравнения (2) присутствуют одинаковые частицы - катионы Na + и анионы Cl - . В процессе реакции эти ионы не изменяются. Зачем тогда они вообще нужны? Уберем их и получим краткое ионное уравнение:

H + + OH - = H 2 O. (3)

Как видите, все сводится к взаимодействию ионов H + и OH - c образованием воды (реакция нейтрализации).

Все, полное и краткое ионные уравнения записаны. Если бы мы решали задачу 31 на ЕГЭ по химии, то получили бы за нее максимальную оценку - 2 балла.

Итак, еще раз о терминологии:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O - молекулярное уравнение ("обычное" уравнения, схематично отражающее суть реакции);
H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O - полное ионное уравнение (видны реальные частицы, находящиеся в растворе);
H + + OH - = H 2 O - краткое ионное уравнение (мы убрали весь "мусор" - частицы, которые не участвуют в процессе).

Алгоритм написания ионных уравнений

Составляем молекулярное уравнение реакции.
Все частицы, диссоциирующие в растворе в ощутимой степени, записываем в виде ионов; вещества, не склонные к диссоциации, оставляем "в виде молекул".
Убираем из двух частей уравнения т. н. ионы-наблюдатели, т. е. частицы, которые не участвуют в процессе.
Проверяем коэффициенты и получаем окончательный ответ - краткое ионное уравнение.

Пример 1 . Составьте полное и краткое ионные уравнения, описывающие взаимодействие водных растворов хлорида бария и сульфата натрия.

Решение . Будем действовать в соответствии с предложенным алгоритмом. Составим сначала молекулярное уравнение. Хлорид бария и сульфат натрия - это две соли. Заглянем в раздел справочника "Свойства неорганических соединений" . Видим, что соли могут взаимодействовать друг с другом, если в ходе реакции образуется осадок. Проверим:

Упражнение 2 . Дополните уравнения следующих реакций:

KOH + H 2 SO 4 =
H 3 PO 4 + Na 2 O=
Ba(OH) 2 + CO 2 =
NaOH + CuBr 2 =
K 2 S + Hg(NO 3) 2 =
Zn + FeCl 2 =

Упражнение 3 . Напишите молекулярные уравнения реакций (в водном растворе) между: а) карбонатом натрия и азотной кислотой, б) хлоридом никеля (II) и гидроксидом натрия, в) ортофосфорной кислотой и гидроксидом кальция, г) нитратом серебра и хлоридом калия, д) оксидом фосфора (V) и гидроксидом калия.

Искренне надеюсь, что у вас не возникло проблем с выполнением этих трех заданий. Если это не так, необходимо вернуться к теме "Химические свойства основных классов неорганических соединений".

Как превратить молекулярное уравнение в полное ионное уравнение

Начинается самое интересное. Мы должны понять, какие вещества следует записывать в виде ионов, а какие - оставить в "молекулярной форме". Придется запомнить следующее.

В виде ионов записывают:

растворимые соли (подчеркиваю, только соли хорошо растворимые в воде);
щелочи (напомню, что щелочами называют растворимые в воде основания, но не NH 4 OH);
сильные кислоты (H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, HBr, HI, HClO 4 , HClO 3 , H 2 SeO 4 , ...).

Как видите, запомнить этот список совсем несложно: в него входят сильные кислоты и основания и все растворимые соли. Кстати, особо бдительным юным химикам, которых может возмутить тот факт, что сильные электролиты (нерастворимые соли) не вошли в этот перечень, могу сообщить следующее: НЕвключение нерастворимых солей в данный список вовсе не отвергает того, что они являются сильными электролитами.

Все остальные вещества должны присутствовать в ионных уравнениях в виде молекул. Тем требовательным читателям, которых не устраивает расплывчатый термин "все остальные вещества", и которые, следуя примеру героя известного фильма, требуют "огласить полный список" даю следующую информацию.

В виде молекул записывают:

все нерастворимые соли;
все слабые основания (включая нерастворимые гидроксиды, NH 4 OH и сходные с ним вещества);
все слабые кислоты (H 2 СO 3 , HNO 2 , H 2 S, H 2 SiO 3 , HCN, HClO, практически все органические кислоты...);
вообще, все слабые электролиты (включая воду!!!);
оксиды (всех типов);
все газообразные соединения (в частности, H 2 , CO 2 , SO 2 , H 2 S, CO);
простые вещества (металлы и неметаллы);
практически все органические соединения (исключение - растворимые в воде соли органических кислот).

Уф-ф, кажется, я ничего не забыл! Хотя проще, по-моему, все же запомнить список N 1. Из принципиально важного в списке N 2 еще раз отмечу воду.

Давайте тренироваться!

Пример 2 . Составьте полное ионное уравнение, описывающие взаимодействие гидроксида меди (II) и соляной кислоты.

Решение . Начнем, естественно, с молекулярного уравнения. Гидроксид меди (II) - нерастворимое основание. Все нерастворимые основания реагируют с сильными кислотами с образованием соли и воды:

Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O.

А теперь выясняем, какие вещества записывать в виде ионов, а какие - в виде молекул. Нам помогут приведенные выше списки. Гидроксид меди (II) - нерастворимое основание (см. таблицу растворимости), слабый электролит. Нерастворимые основания записывают в молекулярной форме. HCl - сильная кислота, в растворе практически полностью диссоциирует на ионы. CuCl 2 - растворимая соль. Записываем в ионной форме. Вода - только в виде молекул! Получаем полное ионное уравнение:

Сu(OH) 2 + 2H + + 2Cl - = Cu 2+ + 2Cl - + 2H 2 O.

Пример 3 . Составьте полное ионное уравнение реакции диоксида углерода с водным раствором NaOH.

Решение . Диоксид углерода - типичный кислотный оксид, NaOH - щелочь. При взаимодействии кислотных оксидов с водными растворами щелочей образуются соль и вода. Составляем молекулярное уравнение реакции (не забывайте, кстати, о коэффициентах):

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O.

CO 2 - оксид, газообразное соединение; сохраняем молекулярную форму. NaOH - сильное основание (щелочь); записываем в виде ионов. Na 2 CO 3 - растворимая соль; пишем в виде ионов. Вода - слабый электролит, практически не диссоциирует; оставляем в молекулярной форме. Получаем следующее:

СO 2 + 2Na + + 2OH - = Na 2+ + CO 3 2- + H 2 O.

Пример 4 . Сульфид натрия в водном растворе реагирует с хлоридом цинка с образованием осадка. Составьте полное ионное уравнение данной реакции.

Решение . Сульфид натрия и хлорид цинка - это соли. При взаимодействии этих солей выпадает осадок сульфида цинка:

Na 2 S + ZnCl 2 = ZnS↓ + 2NaCl.

Я сразу запишу полное ионное уравнение, а вы самостоятельно проанализируете его:

2Na + + S 2- + Zn 2+ + 2Cl - = ZnS↓ + 2Na + + 2Cl - .

Предлагаю вам несколько заданий для самостоятельной работы и небольшой тест.

Упражнение 4 . Составьте молекулярные и полные ионные уравнения следующих реакций:

NaOH + HNO 3 =
H 2 SO 4 + MgO =
Ca(NO 3) 2 + Na 3 PO 4 =
CoBr 2 + Ca(OH) 2 =

Упражнение 5 . Напишите полные ионные уравнения, описывающие взаимодействие: а) оксида азота (V) с водным раствором гидроксида бария, б) раствора гидроксида цезия с иодоводородной кислотой, в) водных растворов сульфата меди и сульфида калия, г) гидроксида кальция и водного раствора нитрата железа (III).