Уравнения химических реакций

Благодаря химическим формулам описание химических реакций упростилось и стало понятным. Химические превращения кратко выражаются уравнениями химических реакций.

Уравнение химической реакции, как и математическое уравнение, состоит из двух частей. Стрелка, разделяющая эти части, обозначает образование продуктов реакции из исходных веществ. Например, горение серы описывает следующее уравнение реакции:

В ходе реакции исходные вещества сера S и кислород О₂ соединяются и образуют продукт реакции SO₂. Знак плюс между исходными веществами означает их взаимодей-ствие. В результате реакции может образоваться и несколько продуктов. В этом случае между ними тоже ставится знак плюс. Например:

ZnO + H₂ → Zn + H₂O

Еще в XVIII веке ученые установили, что при химических реакциях атомы не образуются и не исчезают. Проанализируем с этой точки зрения реакцию взаимодействия ZnO с H₂:

В этом уравнении число атомов исходных веществ равно числу атомов продуктов реакции, следовательно, оно составлено правильно.

В предыдущем параграфе мы рассмотрели реакцию, в которой одна молекула ZnO реагирует с одной молекулой H₂. Но не во всех реакциях соотношение реагирующих частиц равно 1 : 1. Как же быть в том случае, если атомов или молекул больше, чем 1? Для этой цели используются множители, или коэффициенты, – числа, которые ставятся перед формулами веществ. Например:

Коэффициент действителен для всех элементов, составляющих вещество. Это значит, что при расчетах на него нужно умножать все индексы элементов в формуле вещества. Например, 4 молекулы воды содержат 4 ∙ 2 = 8 атомов водорода и 4 ∙ 1 = 4 атома кислорода.

В большинстве случаев при простом выписывании формул исходных веществ и продуктов реакции получить уравнение химической реакции нельзя. Например, если представить реакцию образования угарного газа из углерода С и кислорода О₂ следующим образом (стрелка пунктирная),

такая запись уравнением химической реакции не будет. Это объясняется тем, что число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения различно, хотя число атомов углерода и одинаково (1). Как же поступить в этом случае? Может, вместо СО в правой части уравнения написать СО₂? Но так делать мы не имеем права, потому что углекислый газ СО₂ является совершенно другим веществом и по свойствам отличается от ядовитого угарного газа СО.

В таких случаях надо расставить коэффициенты, которые уравновесят количество атомов в обеих частях уравнения химической реакции. В качестве коэффициентов нужно взять наименьшие подходящие целые числа и поставить их перед формулами соответствующих веществ. В нашем примере для уравнивания числа атомов кислорода перед формулой угарного газа надо поставить коэффициент 2.

Теперь в правой части уравнения будет 2 атома углерода, а в левой – только 1. Чтобы окончательно уравнять число атомов элементов, в левой части перед атомом углерода поставим коэффициент 2:

Таким образом, чтобы составить уравнение химической реакции, нужно выполнить два действия:

• записать формулы исходных веществ и продуктов реакции;

• расставить подходящие коэффициенты перед формулами соответствующих веществ.

Пример 1.

При взаимодействии водорода Н₂ и кислорода О₂ образуется вода Н₂О. Составьте уравнение этой реакции.

1) Запишем в левой части уравнения формулы исходных веществ, а в правой – формулы продуктов реакции:

H₂ + O₂ → H₂O

2) Подсчитаем число атомов водорода и кислорода в обеих частях уравнения.

Уравняем число атомов кислорода О, поставив в правой части уравнения перед Н₂О коэффициент 2:

Чтобы уравнять число атомов водорода, поставим в левой части уравнения перед Н₂ коэффициент 2:

2H2 + O2 → 2H2O

Проверка:

Таким образом, число атомов водорода и кислорода уравновешено, и уравнение химической реакции взаимодействия водорода с кислородом составлено. Все действия по расстановке коэффициентов производятся в уме, и уравнение записывается только один раз.

Пример 2.

Расставьте коэффициенты в уравнении реакции между алюминием и кислородом:

Предположим, что вы нашли следующие коэффициенты:

8Al + 6O₂ → 4Al₂O₃

Число атомов уравновешено, но коэффициенты не являются наименьшими целыми числами. Чтобы найти такие числа, нужно все коэффициенты разделить на 2. Тогда получится следующее уравнение реакции:

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

Пример 3.

В некоторых химических реакциях один и тот же элемент присутствует в нескольких исходных веществах или продуктах реакции. Рассмотрим реакцию, в которой таким элементом является кислород. В этом случае при подборе коэффициентов числа атомов кислорода в исходных веществах суммируются.

(число атомов исходных веществ и продуктов реакции не уравновешено)

Подбираем коэффициенты:

Проверка:

Числа атомов химических элементов в обеих частях уравнения равны, значит, коэффициенты расставлены правильно.