§ 28. Химические уравнения

Определения и обозначения

Химическое уравнение — запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков. Оно заменяет длинное словесное описание точной записью состава веществ. По уравнению можно понять, какие вещества исчезают, а какие появляются.

Реагенты — вещества, вступающие в химическую реакцию и записываемые слева от стрелки. Именно с них начинается превращение, поэтому их формулы составляют левую часть уравнения. Знание реагентов помогает правильно определить исходные вещества.

Продукты реакции — вещества, образующиеся в результате реакции и записываемые справа от стрелки. Их формулы показывают результат химического превращения. Определить продукты нужно до расстановки коэффициентов.

Коэффициент — число перед формулой вещества, показывающее соотношение количества его частиц. Он относится ко всей формуле: например, 2H₂O означает две частицы воды. Коэффициенты нужны, чтобы уравнять число атомов элементов в обеих частях записи.

Как это устроено

Сначала по описанию реакции определяют исходные вещества и результат превращения. Названия реагентов переводят в правильные химические формулы с учётом валентности и состава веществ, затем формулы продуктов записывают после стрелки. Например, при горении водорода в кислороде реагентами будут H₂ и O₂, а продуктом — H₂O.

Знак «+» между формулами означает, что вещества участвуют в одной реакции вместе. Стрелка показывает направление превращения: вещества слева расходуются, а вещества справа образуются. Поэтому переставлять реагенты и продукты без изменения смысла нельзя: левая и правая части отвечают за разные этапы реакции.

Число атомов не исчезает и не возникает заново, потому что действует закон сохранения массы веществ. Во время реакции атомы только перегруппировываются, образуя новые частицы. Если в записанной реакции атомов какого-либо элемента слева и справа разное количество, запись ещё не является уравнением.

Для выравнивания используют коэффициенты перед формулами, а не индексы внутри них. Индекс входит в состав формулы и определяет, какие атомы и в каком количестве соединены в частице; его изменение означает получение другого вещества. Коэффициент же меняет только число одинаковых частиц, не меняя состав каждой из них.

Проверку проводят отдельно для каждого элемента. Сначала считают атомы слева с учётом коэффициентов, затем — справа и сравнивают результаты. Если количества совпадают по всем элементам, а коэффициенты нельзя сократить на одно и то же число, уравнение составлено правильно.

Элементы химического уравнения и их значение

Читайте таблицу слева направо: сначала найдите исходные вещества, затем знак реакции и получившиеся продукты. Коэффициент учитывают при подсчёте всех атомов в формуле. Если коэффициент не написан, перед формулой мысленно стоит 1.

Разбор задач

1. Составить и уравнять реакцию горения водорода в кислороде

Горение водорода означает его взаимодействие с кислородом. В результате образуется вода. Нужно записать формулы веществ и подобрать коэффициенты.

1. Записываем схему: H₂ + O₂ → H₂O.
2. Справа два атома водорода и один атом кислорода, а слева две молекулы водорода и кислорода по два атома. Ставим 2 перед водой, чтобы уравнять водород: H₂ + O₂ → 2H₂O.
3. Теперь справа четыре атома водорода и два атома кислорода, поэтому ставим 2 перед H₂. Получаем 2H₂ + O₂ → 2H₂O.

Ответ: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. В обеих частях по четыре атома водорода и два атома кислорода.

2. Составить уравнение реакции железа с серой

Железо соединяется с серой, образуя сульфид железа(II). Формулы реагентов — Fe и S, формула продукта — FeS. Проверим, потребуются ли коэффициенты.

1. Записываем схему: Fe + S → FeS.
2. Слева находится по одному атому железа и серы, и справа также по одному атому каждого элемента. Значит, дополнительных коэффициентов не требуется.
3. Проверяем массу на уровне атомного состава: ни один атом не исчез и не появился, а частицы соотносятся как 1:1:1.

Ответ: Fe + S → FeS. Коэффициенты 1 обычно не записывают, но мысленно они присутствуют.

3. Составить и уравнять реакцию алюминия с кислородом

Алюминий реагирует с кислородом с образованием оксида алюминия. Сначала записываем формулы Al, O₂ и Al₂O₃. Затем выравниваем число атомов алюминия и кислорода.

1. Составляем схему: Al + O₂ → Al₂O₃.
2. Наименьшее общее количество атомов кислорода для O₂ и Al₂O₃ — шесть. Ставим 3 перед O₂ и 2 перед Al₂O₃.
3. Справа стало четыре атома алюминия, поэтому ставим 4 перед Al. Получаем 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.

Ответ: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃. Проверка даёт по четыре атома алюминия и по шесть атомов кислорода.

Типичные ошибки

Изменение индексов вместо коэффициентов превращает исходные вещества в другие. Так поступают, пытаясь быстро сравнять число атомов, но проверка формул сразу покажет ошибку: состав вещества изменился. Сохраняйте индексы и меняйте только числа перед формулами.

Коэффициент 1 обычно не пишут, поэтому некоторые ученики считают, что его нет. На самом деле отсутствие числа означает единицу, и её нужно учитывать при подсчёте атомов. Проверьте каждую формулу, мысленно поставив перед ней 1.

Неверный порядок реагентов и продуктов появляется, если не определить направление реакции. Исходные вещества должны быть слева, а получившиеся — справа. Спросите себя: что было до превращения, а что образовалось после него?

Иногда коэффициенты подбирают, но не делают итоговую проверку. Из-за этого один элемент может оказаться уравненным, а другой — нет. Пересчитайте атомы каждого элемента отдельно в левой и правой частях.

Связь с другими темами

Для составления уравнений нужны химические формулы, знания о валентности и закон сохранения массы веществ. Эти умения связаны с темами о строении веществ и составе соединений.

Химические уравнения пригодятся при изучении типов химических реакций: соединения, разложения, замещения и обмена. По записи можно определить участников реакции и её общий результат.

Уравнения также служат основой расчётов по количеству вещества, массе и объёму реагентов и продуктов. Коэффициенты показывают соотношения, используемые в таких вычислениях.

Что запомнить

• Химическое уравнение показывает, какие вещества реагируют и какие образуются.
• Реагенты записывают слева от стрелки, продукты реакции — справа.
• Коэффициент ставят перед формулой вещества.
• Индексы в готовых химических формулах изменять нельзя.
• Коэффициенты подбирают так, чтобы число атомов каждого элемента было одинаковым в обеих частях уравнения.
• После расстановки коэффициентов уравнение необходимо проверить.