§ 19. Схема хімічної реакції. Хімічні рівняння

Ми розмовляємо з тобою різними мовами, як завше, - відгукнувся Воланд, - але речі, про які йдеться, від цього не змінюються.

М. Булгаков. «Майстер і Маргарита»

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

пояснювати сутність рівнянь хімічних реакцій;
використовувати закон збереження маси речовин для складання рівнянь хімічних реакцій.

Схема хімічної реакції. З попереднього параграфа ви дізналися, що суть перетворень, які відбуваються під час хімічних реакцій, можна описати на мікрорівні за допомогою графічних схем (рис. 18.1.1). Ту саму інформацію можна записати за допомогою хімічних формул і математичних знаків. Та сутність хімічного перетворення не залежить від того, якою мовою його описують. Щоб переконатися в цьому, проаналізуємо три описи реакції синтезу води.

Графічна схема цього перетворення зображена на рисунку 18.1.1. Її словесний опис такий: молекула кисню (простої речовини) складається з двох атомів Оксигену. У двох молекулах водню (також простої речовини) - чотири атоми Гідрогену. Молекула кисню і дві молекули водню перетворюються на дві молекули води (складної речовини), у кожній з яких - атом Оксигену і два атоми Гідрогену. Опис за допомогою хімічних формул: О₂ + 2Н₂ → 2Н₂О. Саме він є найкомпактнішим. Замість стрілки в ньому потрібно поставити знак «дорівнює» - адже число атомів кожного з елементів у лівій і правій частинах запису однакове.

Запис 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О - хімічне рівняння реакції синтезу води.

Хімічне рівняння - умовний запис хімічної реакції за допомогою хімічних формул і математичних знаків. Коефіцієнти в хімічному рівнянні показують найпростіші співвідношення між числом структурних частинок реагентів і продуктів реакції.

Хімічні рівняння ви складатимете в певній послідовності. Розглянемо її на прикладі синтезу води з простих речовин.

Продовження таблиці

Сформулюйте закон, на основі якого складають рівняння хімічних реакцій.

Загальний вигляд алгоритму складання хімічного рівняння такий:

1. Складіть схему взаємодії: ліворуч запишіть формули реагентів, ставлячи між ними знак +. Праворуч запишіть формули продуктів реакції. Якщо їх декілька, також поставте між ними знак +. Між лівою і правою частинами схеми поставте знак →.

2. Доберіть коефіцієнти до формул кожної з речовин так, щоб число атомів кожного елемента в лівій частині дорівнювало числу атомів цього елемента в правій частині схеми. Зверніть увагу: коефіцієнт 1 у хімічних рівняннях не записують!

3. Порівняйте число атомів кожного хімічного елемента в лівій і правій частинах схеми. Якщо вони однакові, замініть знак → знаком =.

Поясніть, чому під час перетворення схеми реакції на хімічне рівняння не можна змінювати індекси в хімічних формулах реагентів і продуктів реакції.

Застосуємо розглянутий вище алгоритм для складання рівняння реакції між фосфором і киснем. Запишемо поруч формули фосфору й кисню, між ними поставимо знак +, а після них - стрілку:

Р + О₂ →

Зазначимо після стрілки формулу продукту реакції:

Р + О₂ → Р₂О₅

За схемою реакції визначаємо, що в лівій її частині - два атоми Оксигену, а в правій - п’ять. Щоб зрівняти їхнє число, обчислюємо найменше спільне кратне. Для чисел 2 і 5 це буде число 10. Поділимо найменше спільне кратне на число атомів Оксигену у формулах: 10 : 2 = 5, 10 : 5 = 2. Одержані коефіцієнти 5 і 2 запишемо перед формулою кисню О₂ і фосфор(V) оксиду Р₂О₅:

Р + 5О₂ → 2Р₂О₅

Унаслідок виконаних дій у правій частині схеми реакції тепер чотири атоми Фосфору, а в лівій - один.

Щоб зрівняти їхнє число, обчислюємо найменше спільне кратне. Для чисел 4 і 1 це буде число 4. Поділимо найменше спільне кратне на число атомів Фосфору у двох формульних одиницях фосфор(V) оксиду і фосфору - простої речовини: 4 : 4 = 1, 4 : 1 = 4. Тому коефіцієнт 2 перед формулою фосфор(V) оксиду Р₂О₅ залишаємо без змін, а перед формулою фосфору записуємо коефіцієнт 4 і замінюємо стрілку на знак =:

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅

За нестачі кисню продуктом згоряння фосфору є фосфор(ІІІ) оксид. Складіть рівняння реакції його добування з простих речовин. Пригадати, як скласти його формулу, вам допоможе матеріал параграфа 13.

За хімічними рівняннями обчислюють маси реагентів і продуктів реакцій. Такі розрахунки ви навчитеся робити у 8 класі.

ПРО ГОЛОВНЕ

Хімічне рівняння - умовний запис хімічної реакції за допомогою хімічних формул і математичних знаків.
Рівняння хімічних реакцій складають на основі закону збереження маси речовин.
Коефіцієнти в хімічному рівнянні показують найпростіші співвідношення між кількостями структурних частинок реагентів і продуктів реакції.
Число атомів хімічного елемента в лівій і правій частинах рівняння однакове.

Перевірте себе

1. Що таке хімічне рівняння?
2. На основі якого закону складають хімічні рівняння?
3. Що показують коефіцієнти в хімічному рівнянні?
4. Який коефіцієнт у хімічних рівняннях не записують?
5. Як перевірити, що коефіцієнти в хімічному рівнянні дібрані правильно?

Застосуйте свої знання й уміння

6. Чому число атомів кожного хімічного елемента в лівій частині хімічного рівняння таке саме, як у правій?
7. Проаналізуйте й поясніть схему, зображену на рисунку 19.1.
8. Порівняйте: а) схему реакції та хімічне рівняння; б) індекс у хімічній формулі й коефіцієнт. Відповіді оформіть як діаграму Венна (див. тлумачний словник) або, на ваш розсуд, у будь-якій іншій наочній формі.
9. За рисунком 19.2, на якому синім кольором позначено атоми Нітрогену, запишіть хімічні рівняння між: а) нітроген(ІІ) оксидом і киснем; б) амоніаком і киснем.

Рис. 19.1. Перетворення схеми хімічної реакції на рівняння. А - не зрівняно; Б, В - зрівняно неправильно; Г - зрівняно правильно

Рис. 19.2. Схематичне зображення реакцій між: 1 - нітроген(ІІ) оксидом і киснем; 2 - амоніаком і киснем

10. Опишіть за рисунком 19.3 перетворення схеми реакції між азотом і воднем на хімічне рівняння. Запишіть його.

Рис. 19.3

11. Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння:

б) Fe + Cl₂ → FeCl₃;

в) К + Н₂O → КОН + H₂↑;

д) Al(OH)₃ → Al₂O₃ + H₂O;

e) HNO₃ → H₂O + NO₂ + O₂;

ж) Fe(OH)₂ + H₂O + O₂ → Fe(OH)₃;

з) Mg + HCl → MgCl₂ + H₂;

і) KBr + Cl₂ → KCl + Br₂;

к) Zn + O₂ → ZnO.

12. Відтворіть хімічні рівняння за наведеними фрагментами:

а) ... + Cl₂ = 2НСl;
б) С + ... = СO₂;
в) 2HgO = 2Hg + ...;
г) СН₄ = ... + 2Н₂;
д) 2СO + ... = 2СO₂;
е) ...Р + 5... = 2P₂O₅.

13. Пригадайте: а) як пов’язана валентність хімічних елементів з їхнім положенням у періодичній системі; б) як складають формули бінарних сполук за валентністю хімічних елементів. Перетворіть наведені записи на хімічні рівняння: