Как расставлять коэффициенты в химических уравнениях? Химические уравнения

Сегодня мы поговорим о том, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях. Данный вопрос интересует не только старшеклассников общеобразовательных учреждений, но и ребят, которые только знакомятся с основными элементами сложной и интересной науки. Если на первом этапе понять, как составлять химические уравнения, в будущем проблем с решением задач не появится. Давайте разбираться с самого начала.

Что такое уравнение

Под ним принято подразумевать условную запись химической реакции, протекающей между выбранными реагентами. Для такого процесса используют индексы, коэффициенты, формулы.

Алгоритм составления

Как оформить химические уравнения? Примеры любых взаимодействий можно написать, суммируя исходные соединения. Знак равенства свидетельствует о том, что между реагирующими веществами протекает взаимодействие. Далее составляется формула продуктов по валентности (степени окисления).

Как записать реакцию

Например, если нужно записать химические уравнения, подтверждающие свойства метана, выбираем следующие варианты:

• галогенирование (радикальное взаимодействие с элементом VIIA периодической таблицы Д. И. Менделеева);
• горение в кислороде воздуха.

Для первого случая в левой части пишем исходные вещества, в правой - полученные продукты. После проверки числа атомов каждого химического элемента получаем конечную запись происходящего процесса. При горении метана в кислороде воздуха происходит экзотермический процесс, в результате которого образуется углекислый газ и водяной пар.

Для того чтобы правильно поставить коэффициенты в химических уравнениях, используется закон сохранения массы веществ. Начинаем процесс уравнивания с определения количества атомов углерода. Далее проводим расчеты для водорода и только после этого проверяем количество кислорода.

ОВР

Сложные химические уравнения можно уравнять, вооружившись методом электронного баланса или полуреакций. Предлагаем последовательность действий, предназначенную для расстановки коэффициентов в реакциях следующих типов:

• разложения;
• замещения.

Сначала важно расставить у каждого элемента в соединении степени окисления. При их расстановке необходимо учитывать некоторые правила:

1. У простого вещества она равна нулю.
2. В бинарном соединении их сумма равна 0.
3. В соединении из трех и более элементов у первого проявляется положительная величина, у крайнего иона – отрицательное значение степени окисления. Центральный элемент высчитывают математическим путем, учитывая, что в сумме должен быть 0.

Далее выбирают те атомы либо ионы, у которых изменился показатель степени окисления. Знаками «плюс» и «минус» показывают количество электронов (принятых, отданных). Далее между ними определяется наименьшее кратное. При делении НОК на эти цифры получают числа. Данный алгоритм и будет ответом на вопрос о том, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях.

Первый пример

Допустим, дано задание: «Расставьте коэффициенты в реакции, дополните пропуски, определите окислитель и восстановитель». Такие примеры предлагаются выпускникам школы, которые выбрали химию в качестве ЕГЭ.

KMnO₄ + H₂SO₄ + KBr = MnSO₄ + Br₂ +…+…

Попробуем понять, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях, предлагаемых будущим инженерам и медикам. После расстановки степеней окисления у элементов в исходных веществах и имеющихся продуктах получаем, что в качестве окислителя выступает ион марганца, а восстановительные свойства демонстрирует бромид-ион.

Делаем вывод о том, что пропущенные вещества не участвуют в окислительно-восстановительном процессе. Одним из недостающих продуктов является вода, а вторым станет сульфат калия. После составления электронного баланса завершающим этапом станет постановка коэффициентов в уравнении.

Второй пример

Приведем еще один пример, чтобы понять, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях окислительно-восстановительного вида.

Допустим, дана следующая схема:

P + HNO₃ = NO₂ +_…+_…

Фосфор, который по условию является простым веществом, проявляет восстановительные свойства, повышая степень окисления до +5. Поэтому одним из пропущенных веществ будет фосфорная кислота H₃PO_4. ОВР предполагает наличие восстановителя, которым будет выступать азот. Он переходит в оксид азота (4), образуя NO₂

Для того чтобы поставить в этой реакции коэффициенты, составим электронный баланс.

P⁰ отдает 5e = P⁺⁵

N⁺⁵ принимает e = N⁺⁴

Учитывая, что перед азотной кислотой и оксидом азота (4) должен стоять коэффициент 5, получаем готовую реакцию:

P + 5HNO₃ =5NO₂ + H₂O + H₃PO₄

Стереохимические коэффициенты в химии позволяют решать разнообразные расчетные задачи.

Третий пример

Учитывая, что расстановка коэффициентов вызывает у многих старшеклассников затруднения, необходимо отрабатывать последовательность действий на конкретных примерах. Предлагаем еще один пример задания, выполнение которого предполагает владение методикой расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительной реакции.

H₂S + HMnO₄ = S + MnO₂ +…

Особенность предложенного задания в том, что необходимо дополнить пропущенный продукт реакции и только после этого можно переходить к постановке коэффициентов.

После расстановки степеней окисления у каждого элемента в соединениях можно сделать вывод, что окислительные свойства проявляет марганец, понижающий валентность. Восстановительную способность в предложенной реакции демонстрирует сера, восстанавливаясь до простого вещества. После составления электронного баланса нам останется только расставить коэффициенты в предлагаемую схему процесса. И дело сделано.

Четвертый пример

Химическое уравнение называют полным процессом в том случае, когда в нем в полном объеме соблюдается закон сохранения массы веществ. Как проверить эту закономерность? Количество атомов одного вида, которые вступили в реакцию, должно соответствовать их числу в продуктах взаимодействия. Только в этом случае можно будет вести речь о полноценности записанного химического взаимодействия, возможности его применения для проведения вычислений, решения расчетных задач разного уровня сложности. Приведем вариант задания, предполагающего расстановку в реакции недостающих стереохимических коэффициентов:

Si + …+ HF = H₂SiF₆ + NO +…

Сложность задания в том, что пропущены и исходные вещества, и продукты взаимодействия. После постановки всех элементов степеней окисления видим, что восстановительные свойства проявляет в предлагаемом задании атом кремния. Среди продуктов реакции присутствует азот (II), одним из исходных соединений является азотная кислота. Логическим путем определяем, что недостающим продуктом реакции является вода. Завершающим этапом будет расстановка полученных стереохимических коэффициентов в реакцию.

3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂SiF₆ + 4NO + 8 H₂O

Пример задачи на уравнение

Нужно определить объем 10 % раствора хлороводорода, плотность которого составляет 1,05 г/мл, необходимый для полной нейтрализации гидроксида кальция, образующегося в процессе гидролиза его карбида. Известно, что газ, выделяющийся в ходе гидролиза, занимает объем 8,96 л (н. у.) Для того чтобы справиться с поставленным заданием, необходимо сначала составить уравнение процесса гидролиза карбида кальция:

CaC₂ + 2H₂O = Ca (OH)₂ + C₂H₂

Гидроксид кальция вступает во взаимодействие с хлороводородом, происходит полная нейтрализация:

Ca (OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O

Вычисляем массу кислоты, которая потребуется для данного процесса. Определяем объем раствора хлороводорода. Все расчеты по задаче проводятся с учетом стереохимических коэффициентов, что подтверждает их важность.

В заключение

Анализ результатов единого государственного экзамена по химии свидетельствует о том, что задания, связанные с постановкой стереохимических коэффициентов в уравнениях, составление электронного баланса, определение окислителя и восстановителя вызывают серьезные затруднения у современных выпускников общеобразовательных школ. К сожалению, степень самостоятельности современных выпускников практически минимальна, поэтому отработку теоретической базы, предложенной педагогом, старшеклассники не проводят.

Среди типичных ошибок, которые допускают школьники, расставляя коэффициенты в реакциях разного типа, много математических погрешностей. Например, не все умеют находить наименьшее общее кратное, правильно делить и умножать числа. Причина подобного явления в уменьшении количества часов, выделяемых в образовательных школах на изучение данной темы. При базовой программе по химии у педагогов нет возможности отрабатывать со своими школьниками вопросы, касающиеся составления электронного баланса в окислительно-восстановительном процессе.