Химические уравнения

На основании закона сохранения массы веществ составляют уравнения химических реакций. Химическое уравнение – условная запись химической реакции с помощью химических формул и знаков.

В левой части уравнения записывают формулы или формулу веществ, которые вступили в химическую реакцию. Их называют исходными веществами, между ними знак «плюс», в правой части уравнения записывают формулы или формулу продуктов реакции, т.е. веществ, которые образуются в результате реакции, между ними тоже ставят знак «плюс», а между левой и правой частью уравнения ставят стрелку.

Химическую реакцию можно изобразить молекулярным уравнением. Т.е. молекулярное уравнение – это уравнение, в котором исходные вещества и продукты реакции записаны в виде молекул. Если в результате реакции образуется осадок, то возле него справа ставят стрелку, направленную вниз (↓), а если выделяется газ, то возле него справа ставят стрелку, направленную вверх (↑).

После записи схемы уравнения находят коэффициенты, т.е. цифры, стоящие перед формулами веществ, чтобы число атомов до и после реакции было одинаковым.

Например, запишем уравнение реакции водорода с кислородом. Вначале укажем формулы веществ, вступивших в химическую реакцию – это водород (Н₂) и кислород (О₂), между ними ставим знак «плюс», в результате реакции образуется вода – Н₂О. Между веществами левой и правой части ставим стрелку. Посмотрим, сколько атомов водорода в левой и правой части. Получается два атома водорода до и после реакции, а кислорода до реакции 2 атома, после реакции – один атом. Поэтому в правой части уравнения перед формулой воды ставим коэффициент 2. Но теперь в правой части уравнения стало 4 атома водорода, а в левой только 2. Чтобы уровнять число атомов водорода, необходимо в левой части уравнения перед водородом поставить коэффициент 2. Т.к. мы уровняли число всех атомов в левой и правой части уравнения, то теперь ставим не стрелку, а знак равенства.

Для правильного подбора коэффициентов в уравнении реакции следует выполнять некоторые условия:

·                   Перед формулой простого вещества можно записывать дробный коэффициент. Например, в реакции горения бутана:

С₄Н₁₀ + О₂ → СО₂ + Н₂О. Перед формулой СО₂ ставим коэффициент 4, т.к. в реакцию вступает 4 атома углерода, перед формулой воды ставим коэффициент 5, т.к. в реакцию вступает 10 атомов водорода. В результате реакции образуется 13 атомов кислорода, а до реакции 2 атома, значит перед формулой кислорода необходимо поставить коэффициент 6,5. А так как, коэффициент показывает не только число атомов, но и молекул, то следует удвоить коэффициент в уравнении. Получается, уравнение будет иметь вид: 2С₄Н₁₀ + 13О₂ → 8СО₂ + 10Н₂О.

·                   Если в схеме реакции есть соль, то сначала уравнивают число ионов, образующих соль. Например, в результате реакции фосфорной кислоты и гидроксида кальция образуется соль – фосфат кальция и вода.

Н₃РО₄ + Са(ОН)₂ → Са₃(РО₄)₂ + Н₂О. Эта соль состоит из фосфат-ионов с зарядом 3- и ионов кальция с зарядом 2+. Уравняем их число, записав перед формулой фосфорной кислоты коэффициент 2, а перед формулой гидроксида кальция – коэффициент 3.

·                   Если в схеме реакции есть атомы водорода и кислорода, то сначала уравниваются атомы водорода, а только потом кислорода. Из предыдущей схемы видно, что в левой части уравнения 12 атомов водорода, в правой – только 2, значит, перед формулой воды необходимо поставить коэффициент 6. Подсчитаем число атомов кислорода. До реакции их 14, после реакции тоже 14. Поэтому можно вместо стрелки поставить знак равенства.

·                   Если в схеме реакции имеется несколько формул солей, то начинать уравнивание следует с ионов, входящих в состав соли, содержащей большее их число. Например, в реакции нитрата бария и сульфата алюминия образуется две соли – сульфат бария и нитрат алюминия. Наибольшее число ионов содержит соль – нитрат алюминия, поэтому сначала нужно уравнять ионы, которыми образована эта соль, т.е. ионы алюминия и нитрат-ионы. Ba(NO₃)₂ + Al₂(SO₄)₃ → BaSO₄ + Al(NO₃)₃. У алюминия заряд 3+, у нитрат-ионов  – 1-. Поэтому в левой части уравнения перед формулой Ba(NO₃)₂ ставим коэффициент 3. Перед формулой Al₂(SO₄)₃ нужно поставить коэффициент 1, но он не ставится. Уравниваем остальные ионы. Ионов бария до реакции 3, после реакции 1, поэтому перед формулой BaSO₄ ставим коэффициент 3, нитрат-ионов до реакции 6, поэтому в правой части уравнения перед Al(NO₃)₃ ставим коэффициент 2. Число атомов алюминия до и после реакции одинаково, т.е. 2. Ионов бария и сульфат-ионов до реакции и после реакции одинаково – по 3.

·                   Если число атомов какого-то элемента в одной части схемы уравнения четное, а в другой нечетное, то необходимо перед формулой с нечетным числом атомов поставить коэффициент 2, а затем уровнять число всех атомов. Например, расставим коэффициенты в реакции алюминия с кислородом. Al + O₂ → Al₂O₃. В результате реакции образуется оксид алюминия – Al₂O₃. Число атомов кислорода до реакции четное, т.е. равно двум, а после реакции нечетное – 3. Поэтому перед формулой оксида алюминия ставим коэффициент 2. В результате у нас стало 6 атомов кислорода после реакции, значит, в левой части уравнения перед формулой кислорода ставим коэффициент 3. Начинаем уравнивать число атомов алюминия до и после реакции. До реакции 1 атом, после реакции – 4. Следовательно, в левой части уравнения перед формулой алюминия ставим коэффициент 4. Теперь число атомов каждого химического элемента в левой и правой части схемы уравнения одинаково, и стрелку следует заменить знаком равенства.