Уравнивание химических реакций - важный навык для изучения химии. Он позволяет правильно описывать химические процессы с помощью уравнений. Давайте разберемся, как именно уравниваются реакции.
Основы составления химических уравнений
Любая химическая реакция подчиняется закону сохранения массы веществ. Это означает, что общая масса всех реагентов (исходных веществ) равна общей массе всех продуктов реакции (образовавшихся веществ). Или, говоря проще - в ходе реакции атомы одних веществ перегруппировываются в атомы других веществ, но их число остается неизменным.
Химическое уравнение отражает как раз эту перегруппировку атомов. По одну сторону от знака равенства записываются формулы и количество (коэффициенты) реагентов, а по другую - формулы и количество продуктов реакции:
2H2 + O2 = 2H2O
Чтобы такое уравнение было верным, в нем должно соблюдаться равенство между числом атомов каждого элемента в реагентах и продуктах. Это и называется "уравниванием реакции".
Как уравнять простую реакцию
Давайте попробуем уравнять простейшую реакцию горения магния:
Mg + O2 = MgO
Подсчитаем число атомов каждого элемента:
- Магний (Mg): В реагентах: 1 атом В продуктах: 1 атом
- Кислород (O): В реагентах: 2 атома В продуктах: 1 атом
Видим, что кислород представлен в реагентах и продуктах в разных количествах. Чтобы уравнять реакцию, умножаем число молекул MgO на 2:
Mg + O2 = 2MgO
Теперь и кислорода, и магния в реагентах и продуктах поровну - по 2 атома. Реакция уравнена!
Рассмотрим более сложный пример - реакцию между гидроксидом бария и соляной кислотой:
Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + H2O
Подсчитаем количество атомов:
| Элемент | Реагенты | Продукты |
| Ba | 1 атом | 1 атом |
| O | 2 атома | 1 атом |
| H | 2 атома | 2 атома |
| Cl | 2 атома | 2 атома |
Кислород представлен в реагентах и продуктах в разных количествах. Чтобы исправить это, ставим перед H2O коэффициент 2. Теперь реакция уравнена по всем элементам!
Уравнивание сложных реакций
Часто одного коэффициента бывает недостаточно, чтобы уравнять реакцию. Например:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O
Подсчитаем количество атомов:
| Элемент | Реагенты | Продукты |
| H | 2 атома | 4 атома |
| S | 1 атом | 1 атом |
| O | 7 атомов | 6 атомов |
| Na | 2 атома | 2 атома |
Здесь сразу два элемента представлены в реагентах и продуктах в разных количествах - водород и кислород.
Чтобы уравнять H, ставим перед H2SO4 коэффициент 2. А чтобы уравнять O - коэффициент 3 перед Na2SO4.
Теперь получаем уравненную реакцию:
2H2SO4 + 2NaOH = 3Na2SO4 + 2H2O
Итак, мы рассмотрели основные моменты, связанные с уравниванием химических реакций:
- Закон сохранения массы веществ
- Равенство числа атомов каждого элемента в реагентах и продуктах
- Коэффициенты перед формулами веществ
- Примеры уравнивания простых и сложных реакций
Главное - это подсчитать число атомов в реагентах и продуктах и подобрать коэффициенты так, чтобы реакция "сошлась". Это может потребовать определенной практики, но со временем вырабатывается необходимый навык и уравнивание реакций перестает вызывать затруднения.
В следующих частях статьи мы более подробно разберем разные случаи уравнивания реакций, рассмотрим дополнительные примеры и отработаем этот важный навык.
Различные типы химических реакций
До сих пор мы рассматривали довольно простые химические реакции. Но на практике встречается множество разных типов реакций, которые также необходимо уметь правильно уравнивать.
Реакции соединения
В реакциях соединения из двух или более простых веществ образуется одно более сложное вещество. Например:
2Na + Cl2 = 2NaCl
Здесь простые вещества натрий и хлор вступают в реакцию и образуют более сложное вещество - хлорид натрия или поваренную соль.
Реакции разложения
Это обратный процесс - из сложного вещества образуется два или более более простых. К примеру:
2HgO = 2Hg + O2
Оксид ртути разлагается с образованием более простых веществ - ртути и кислорода.
Реакции замещения
В таких реакциях атом одного химического элемента в составе вещества замещается на атом другого элемента. Например, при взаимодействии цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Происходит замещение атомов водорода в HCl на атомы цинка с образованием хлорида цинка ZnCl2.
Окислительно-восстановительные реакции
Особо выделяют окислительно-восстановительные реакции (или реакции окисления-восстановления). В них одни вещества отдают электроны (восстанавливаются), а другие эти электроны принимают (окисляются).
Например:
2Na + Cl2 = 2NaCl
Здесь натрий отдает электроны и окисляется до иона Na+, а хлор их принимает и восстанавливается до иона Cl-. Такие реакции требуют особого подхода при "уравнивании".
Обратимые реакции
Есть реакции, которые могут протекать в двух направлениях. Их называют обратимыми:
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
Здесь в зависимости от условий могут образовываться либо аммиак NH3, либо молекулярный азот N2 и водород H2. Такие реакции тоже имеют свои особенности при "уравнивании".
Уравнивание ОВР
Рассмотрим подробнее особенности уравнивания окислительно-восстановительных реакций (ОВР).
Прежде всего, необходимо определить окислитель и восстановитель. Напомню, что:
- Окислитель - вещество, атомы которого принимают электроны
- Восстановитель - вещество, атомы которого отдают электроны
Это ключевой момент, от которого зависит дальнейшее уравнивание ОВР.
Определение степеней окисления
Чтобы понять, что является окислителем, а что - восстановителем, используют понятие "степень окисления".
Степень окисления показывает, сколько электронов атом отдал или принял при образовании химической связи.
Например, у натрия в хлориде натрия степень окисления +1 (атом Na отдал 1 электрон), а у хлора - -1 (атом Cl принял 1 электрон).
Метод электронного баланса
Чтобы уравнять ОВР, можно использовать метод электронного баланса. Суть его в том, чтобы подобрать коэффициенты так, чтобы число отданных и принятых электронов совпадало.
Рассмотрим на конкретном примере:
KMnO 4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
Здесь окислитель - MnO 4 (отдает 5 электронов), восстановитель - HCl (отдает 1 электрон).
Чтобы уравнять число электронов, ставим перед HCl коэффициент 5. Теперь и то и другое вещество отдает по 5 электронов.
Обратимые реакции
Как уравнивать химические реакции? Обратимые реакции тоже имеют особенности при уравнивании. Главная из них - одинаковые коэффициенты перед реагентами и продуктами:
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3
Тут перед H2 и NH3 стоят коэффициенты 3 и 2. Это обусловлено обратимостью реакции в обе стороны.
Вместо заключения
Итак, мы вкратце рассмотрели некоторые наиболее распространенные типы химических реакций.
Главное - понимать механизм каждого процесса и уметь применять общие принципы уравнивания. А для закрепления нужно как можно больше практиковаться в составлении и уравнивании разнообразных химических реакций.
Далее мы подробнее остановимся на окислительно-восстановительных и обратимых реакциях, а также рассмотрим интересные примеры их уравнивания.
