Velikokrat si morajo šolarji in študentje sestavljati t.i. ionske reakcijske enačbe. Tej temi je namenjen zlasti problem 31, ki je bil predlagan na enotnem državnem izpitu iz kemije. V tem članku bomo podrobno obravnavali algoritem za pisanje kratkih in popolnih ionskih enačb, analizirali bomo številne primere različnih stopenj kompleksnosti.
Zakaj so potrebne ionske enačbe
Naj vas spomnim, da ko se veliko snovi raztopi v vodi (in ne samo v vodi!), pride do procesa disociacije – snovi se razpadejo na ione. Na primer, molekule HCl v vodnem mediju disociirajo na vodikove katione (H + , natančneje H 3 O +) in klorove anione (Cl -). Natrijev bromid (NaBr) je v vodni raztopini ne v obliki molekul, ampak v obliki hidratiziranih Na + in Br - ionov (mimogrede, ioni so prisotni tudi v trdnem natrijevem bromidu).
Pri pisanju »navadnih« (molekularnih) enačb ne upoštevamo, da v reakcijo ne vstopajo molekule, ampak ioni. Tukaj je na primer enačba za reakcijo med klorovodikovo kislino in natrijevim hidroksidom:
HCl + NaOH = NaCl + H 2 O. (1)
Seveda ta diagram ne opisuje povsem pravilno postopka. Kot smo že povedali, v vodni raztopini praktično ni molekul HCl, obstajajo pa ioni H + in Cl -. Enako velja za NaOH. Bolje bi bilo napisati naslednje:
H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O. (2)
To je tisto, kar je popolna ionska enačba. Namesto »virtualnih« molekul vidimo delce, ki so dejansko prisotni v raztopini (kationi in anioni). Ne bomo se zadrževali pri vprašanju, zakaj smo H 2 O zapisali v molekularni obliki. To bo razloženo malo kasneje. Kot vidite, ni nič zapletenega: molekule smo zamenjali z ioni, ki nastanejo med njihovo disociacijo.
Vendar tudi popolna ionska enačba ni popolna. Dejansko si oglejte natančneje: tako v levem kot v desnem delu enačbe (2) so identični delci - kationi Na + in Cl - anioni. Ti ioni se med reakcijo ne spremenijo. Zakaj so potem sploh potrebni? Odstranimo jih in dobimo kratka ionska enačba:
H + + OH - = H 2 O. (3)
Kot lahko vidite, je vse odvisno od interakcije ionov H + in OH - s tvorbo vode (reakcija nevtralizacije).
Vse popolne in kratke ionske enačbe so zapisane. Če bi na izpitu iz kemije rešili nalogo 31, bi zanjo prejeli največjo oceno - 2 točki.
Torej, še enkrat o terminologiji:
- HCl + NaOH = NaCl + H 2 O - molekularna enačba ("običajna" enačba, ki shematično odraža bistvo reakcije);
- H + + Cl - + Na + + OH - = Na + + Cl - + H 2 O - popolna ionska enačba (vidni so realni delci v raztopini);
- H + + OH - = H 2 O - kratka ionska enačba (odstranili smo vse "smeti" - delce, ki ne sodelujejo v procesu).
Algoritem za pisanje ionskih enačb
- Sestavimo molekularno enačbo reakcije.
- Vsi delci, ki se v raztopini disociirajo do opazne stopnje, so zapisani kot ioni; snovi, ki niso nagnjene k disociaciji, pustimo »v obliki molekul«.
- Iz dveh delov enačbe odstranimo t.i. opazovalni ioni, torej delci, ki ne sodelujejo v procesu.
- Preverimo koeficiente in dobimo končni odgovor – kratko ionsko enačbo.
Primer 1. Napišite popolno in kratko ionsko enačbo, ki opisuje interakcijo vodnih raztopin barijevega klorida in natrijevega sulfata.
Rešitev. Delovali bomo v skladu s predlaganim algoritmom. Najprej postavimo molekularno enačbo. Barijev klorid in natrijev sulfat sta dve soli. Poglejmo si razdelek referenčne knjige "Lastnosti anorganskih spojin". Vidimo, da lahko soli medsebojno delujejo, če med reakcijo nastane oborina. Preverimo:
vaja 2. Izpolni enačbe za naslednje reakcije:
- KOH + H 2 SO 4 \u003d
- H 3 PO 4 + Na 2 O \u003d
- Ba(OH) 2 + CO 2 =
- NaOH + CuBr 2 =
- K 2 S + Hg (NO 3) 2 \u003d
- Zn + FeCl 2 =
3. vaja. Napišite molekularne enačbe za reakcije (v vodni raztopini) med: a) natrijevim karbonatom in dušikovo kislino, b) nikljevim (II) kloridom in natrijevim hidroksidom, c) fosforjevo kislino in kalcijevim hidroksidom, d) srebrovim nitratom in kalijevim kloridom, e ) fosforjev oksid (V) in kalijev hidroksid.
Iskreno upam, da niste imeli težav pri izpolnjevanju teh treh nalog. Če temu ni tako, se je treba vrniti na temo "Kemijske lastnosti glavnih razredov anorganskih spojin".
Kako pretvoriti molekularno enačbo v popolno ionsko enačbo
Začne se najbolj zanimivo. Razumeti moramo, katere snovi je treba zapisati kot ione in katere pustiti v "molekularni obliki". Zapomniti si morate naslednje.
V obliki ionov zapišite:
- topne soli (poudarjam, da so v vodi zelo topne le soli);
- alkalije (naj spomnim, da se v vodi topne baze imenujejo alkalije, ne pa NH 4 OH);
- močne kisline (H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, HBr, HI, HClO 4 , HClO 3 , H 2 SeO 4 , ...).
Kot lahko vidite, si je ta seznam enostavno zapomniti: vključuje močne kisline in baze ter vse topne soli. Mimogrede, še posebej budnim mladim kemikom, ki bi lahko bili ogorčeni nad dejstvom, da močni elektroliti (netopne soli) niso vključeni na ta seznam, vam lahko povem naslednje: NEvključitev netopnih soli na ta seznam sploh ne zavrača dejstvo, da so močni elektroliti.
Vse druge snovi morajo biti v ionskih enačbah prisotne v obliki molekul. Za tiste zahtevne bralce, ki se ne zadovoljijo z nejasnim izrazom "vse druge snovi" in ki po vzoru junaka slavnega filma zahtevajo "objavo celotnega seznama", podajam naslednje podatke.
V obliki molekul zapišite:
- vse netopne soli;
- vse šibke baze (vključno z netopnimi hidroksidi, NH 4 OH in podobnimi snovmi);
- vse šibke kisline (H 2 CO 3 , HNO 2 , H 2 S, H 2 SiO 3 , HCN, HClO, skoraj vse organske kisline ...);
- na splošno vsi šibki elektroliti (vključno z vodo!!!);
- oksidi (vse vrste);
- vse plinaste spojine (zlasti H 2 , CO 2 , SO 2 , H 2 S, CO);
- preproste snovi (kovine in nekovine);
- skoraj vse organske spojine (z izjemo v vodi topnih soli organskih kislin).
Uf, mislim, da nisem ničesar pozabil! Čeprav si je po mojem mnenju lažje zapomniti seznam št. 1. Od bistveno pomembnih na seznamu št. 2 bom še enkrat opozoril na vodo.
Vadimo!
Primer 2. Sestavite popolno ionsko enačbo, ki opisuje interakcijo bakrovega (II) hidroksida in klorovodikove kisline.
Rešitev. Začnimo seveda z molekularno enačbo. Bakrov (II) hidroksid je netopna baza. Vse netopne baze reagirajo z močnimi kislinami in tvorijo sol in vodo:
Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O.
In zdaj ugotovimo, katere snovi zapisati v obliki ionov in katere - v obliki molekul. Zgornji seznami nam bodo v pomoč. Bakrov (II) hidroksid je netopna baza (glej tabelo topnosti), šibek elektrolit. Netopne baze so zapisane v molekularni obliki. HCl je močna kislina, v raztopini skoraj popolnoma disociira na ione. CuCl 2 je topna sol. Pišemo v ionski obliki. Voda - samo v obliki molekul! Dobimo celotno ionsko enačbo:
Cu (OH) 2 + 2H + + 2Cl - \u003d Cu 2+ + 2Cl - + 2H 2 O.
Primer 3. Napišite popolno ionsko enačbo za reakcijo ogljikovega dioksida z vodno raztopino NaOH.
Rešitev. Ogljikov dioksid je tipičen kisli oksid, NaOH je alkalija. Pri interakciji kislih oksidov z vodnimi raztopinami alkalij nastaneta sol in voda. Sestavimo enačbo molekularne reakcije (mimogrede ne pozabite na koeficiente):
CO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
CO 2 - oksid, plinasta spojina; ohrani molekularno obliko. NaOH - močna baza (alkalija); napisana v obliki ionov. Na 2 CO 3 - topna sol; zapišite v obliki ionov. Voda je šibek elektrolit, praktično ne disociira; pustite v molekularni obliki. Dobimo naslednje:
CO 2 + 2Na + + 2OH - \u003d Na 2+ + CO 3 2- + H 2 O.
Primer 4. Natrijev sulfid v vodni raztopini reagira s cinkovim kloridom, da nastane oborina. Napišite celotno ionsko enačbo za to reakcijo.
Rešitev. Natrijev sulfid in cinkov klorid sta soli. Ko te soli medsebojno delujejo, se cinkov sulfid obori:
Na 2 S + ZnCl 2 \u003d ZnS ↓ + 2NaCl.
Takoj bom zapisal celotno ionsko enačbo, vi pa jo boste sami analizirali:
2Na + + S 2- + Zn 2+ + 2Cl - = ZnS↓ + 2Na + + 2Cl - .
Ponujam vam več nalog za samostojno delo in manjši test.
4. vaja. Napišite molekularne in polne ionske enačbe za naslednje reakcije:
- NaOH + HNO3 =
- H2S04 + MgO =
- Ca(NO 3) 2 + Na 3 PO 4 =
- CoBr 2 + Ca(OH) 2 =
5. vaja. Napišite popolne ionske enačbe, ki opisujejo interakcijo: a) dušikovega oksida (V) z vodno raztopino barijevega hidroksida, b) raztopine cezijevega hidroksida z jodovodikovo kislino, c) vodnih raztopin bakrovega sulfata in kalijevega sulfida, d) kalcijevega hidroksida in vodno raztopino železovega nitrata (III).
razred: 8
Predstavitev za lekcijo
Nazaj naprej
Pozor! Predogled diapozitiva je samo informativne narave in morda ne predstavlja celotnega obsega predstavitve. Če vas to delo zanima, prenesite celotno različico.
Namen lekcije: pomagati učencem pri oblikovanju znanja o kemijski enačbi kot pogojnem zapisu kemijske reakcije z uporabo kemičnih formul.
Naloge:
Izobraževalni:
- sistematizirati predhodno preučeno gradivo;
- naučiti se sposobnosti pisanja enačb kemijskih reakcij.
Izobraževalni:
- razvijati komunikacijske sposobnosti (delo v paru, sposobnost poslušanja in slišanja).
Razvoj:
- razvijati izobraževalne in organizacijske sposobnosti za izpolnjevanje naloge;
- razvijati sposobnosti analitičnega razmišljanja.
Vrsta lekcije: kombinirano.
oprema: računalnik, multimedijski projektor, platno, ocenjevalni listi, odsevni karton, »komplet kemičnih simbolov«, zvezek s tiskano osnovo, reagenti: natrijev hidroksid, železov(III) klorid, špiritus, držalo, vžigalice, list risalnega papirja, multi- barvni kemični simboli.
Predstavitev lekcije (Dodatek 3)
Struktura lekcije.
JAZ. Organiziranje časa.
II. Posodabljanje znanja in veščin.
III. Motivacija in postavljanje ciljev.
IV. Učenje novega gradiva:
4.1 reakcija zgorevanja aluminija v kisiku;
4.2 reakcija razgradnje železovega (III) hidroksida;
4.3 algoritem za uvrščanje koeficientov;
4,4 minute sprostitve;
4.5 urediti koeficiente;
V. Utrjevanje pridobljenega znanja.
VI. Povzetek lekcije in ocena.
VII. Domača naloga.
VIII. Zadnja beseda učitelja.
Med poukom
Kemična narava kompleksnega delca
določeno z naravo osnovnega
komponente,
njihovo število in
kemična struktura.
D. I. Mendelejev
Učitelj.Živjo družba. Sedi.
Upoštevajte: na vaši mizi je zvezek s tiskano osnovo (Dodatek 2), v kateri boste delali danes, in ocenjevalni list, v katerega boste zabeležili svoje dosežke, ga podpišite.
Posodabljanje znanja in veščin.
Učitelj. Seznanili smo se s fizikalnimi in kemijskimi pojavi, kemijskimi reakcijami in znaki njihovega pojava. Preučevali smo zakon ohranjanja mase snovi.
Preverimo vaše znanje. Predlagam, da odprete svoje zvezke s natisnjeno osnovo in opravite nalogo 1. Za izvedbo naloge imate 5 minut.
Preizkus na temo »Fizikalni in kemijski pojavi. Zakon o ohranjanju mase snovi.
1. Kako se kemijske reakcije razlikujejo od fizikalnih pojavov?
- Sprememba oblike, agregacijskega stanja snovi.
- Nastajanje novih snovi.
- Sprememba lokacije.
2. Kakšni so znaki kemične reakcije?
- Padavine, sprememba barve, nastajanje plinov.
3. Po katerem zakonu so sestavljene enačbe kemijskih reakcij?
- Zakon konstantnosti sestave snovi.
- Zakon o ohranjanju mase snovi.
- Periodični zakon.
- Zakon dinamike.
- Zakon univerzalne gravitacije.
4. Odkrit zakon ohranjanja mase snovi:
- DI. Mendelejev.
- C. Darwin.
- M.V. Lomonosov.
- I. Newton.
- A.I. Butlerov.
5. Kemična enačba se imenuje:
- Pogojni zapis kemijske reakcije.
Učitelj. Opravil si delo. Predlagam, da preverite. Zamenjajte zvezke in preverite drug drugega. Pozornost na zaslon. Za vsak pravilen odgovor - 1 točka. Zapišite skupni rezultat na zapisnik.
Motivacija in postavljanje ciljev.
Učitelj. Na podlagi tega znanja bomo danes sestavili enačbe kemijskih reakcij in razkrili problem "Ali je zakon ohranjanja mase snovi osnova za sestavljanje enačb kemičnih reakcij"
Učenje nove snovi.
Učitelj. Navajeni smo misliti, da je enačba matematični primer, kjer obstaja neznanka, in to neznano je treba izračunati. Toda v kemijskih enačbah običajno ni nič neznanega: vse je preprosto zapisano v njih s formulami: katere snovi vstopijo v reakcijo in kaj dobimo med to reakcijo. Poglejmo izkušnjo.
(Reakcija žveplovih in železovih spojin.) Dodatek 3
Učitelj. Z vidika mase snovi se reakcijska enačba za kombinacijo železa in žvepla razume takole
Železo + žveplo → železov (II) sulfid (naloga 2 tpo)
Toda v kemiji se besede odražajo s kemičnimi znaki. To enačbo zapišite s kemičnimi simboli.
Fe + S → FeS
(En študent piše na tablo, ostali v TVET.)
Učitelj. Zdaj preberi.
Učenci. Molekula železa v interakciji z molekulo žvepla, dobimo eno molekulo železovega (II) sulfida.
Učitelj. Pri tej reakciji vidimo, da je količina izhodnih snovi enaka količini snovi v reakcijskem produktu.
Vedno se je treba spomniti, da se pri sestavljanju reakcijskih enačb ne sme izgubiti ali nepričakovano pojaviti niti en atom. Zato morate včasih, ko ste napisali vse formule v reakcijski enačbi, izenačiti število atomov v vsakem delu enačbe - urediti koeficiente. Poglejmo še eno izkušnjo
(Zgorevanje aluminija v kisiku.) Dodatek 4
Učitelj. Napišimo enačbo kemijske reakcije (naloga 3 v TPO)
Al + O 2 → Al +3 O -2
Če želite pravilno zapisati formulo oksida, si zapomnite to
Učenci. Kisik v oksidih ima oksidacijsko stanje -2, aluminij je kemični element s konstantnim oksidacijskim stanjem +3. LCM = 6
Al + O 2 → Al 2 O 3
Učitelj. Vidimo, da v reakcijo vstopi 1 atom aluminija, nastaneta dva atoma aluminija. Vstopata dva kisikova atoma, nastanejo trije atomi kisika.
Preprosto in lepo, a nespoštljivo do zakona ohranjanja mase snovi - drugače je pred in po reakciji.
Zato moramo razporediti koeficiente v tej enačbi kemijske reakcije. Za to poiščemo LCM za kisik.
Učenci. LCM = 6
Učitelj. Pred formulama za kisik in aluminijev oksid postavimo koeficiente tako, da je število atomov kisika na levi in desni strani 6.
Al + 3 O 2 → 2 Al 2 O 3
Učitelj. Zdaj dobimo, da kot rezultat reakcije nastanejo štirje atomi aluminija. Zato pred atom aluminija na levi strani postavimo koeficient 4
Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3Še enkrat preštejemo vse atome pred in po reakciji. Postavili smo enako.
4Al + 3O 2 _ = 2 Al 2 O 3
Učitelj. Razmislite o drugem primeru
(Učitelj pokaže poskus razgradnje železovega (III) hidroksida.)
Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + H 2 O
Učitelj. Nastavimo koeficiente. V reakcijo vstopi 1 atom železa, nastaneta dva atoma železa. Zato pred formulo železovega hidroksida (3) postavimo koeficient 2.
Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + H 2 OUčitelj. Dobimo, da v reakcijo vstopi 6 atomov vodika (2x3), nastaneta 2 atoma vodika.
Učenci. LCM =6. 6/2 \u003d 3. Zato smo za formulo vode postavili koeficient 3
2Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + 3 H 2 O
Učitelj. Preštejemo kisik.
Učenci. Levo - 2x3 = 6; desno – 3+3 = 6
Učenci.Število atomov kisika, vključenih v reakcijo, je enako številu atomov kisika, ki nastanejo med reakcijo. Nastavite lahko enako.
2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 +3 H 2 O
Učitelj. Zdaj pa povzamemo vse, kar je bilo prej povedano, in se seznanimo z algoritmom za razporeditev koeficientov v enačbah kemijskih reakcij.
- Preštejte število atomov vsakega elementa na desni in levi strani enačbe kemijske reakcije.
- Ugotovite, kateri element ima spremenljivo število atomov, poiščite LCM.
- LCM razdelite na indekse - dobite koeficiente. Postavite jih pred formule.
- Preštejte število atomov, po potrebi ponovite.
- Zadnja stvar, ki jo je treba preveriti, je število atomov kisika.
Učitelj. Trdo ste delali in verjetno ste utrujeni. Predlagam, da se sprostite, zaprete oči in se spomnite prijetnih trenutkov življenja. Vsak od vas je drugačen. Zdaj odprite oči in z njimi naredite krožne gibe, najprej v smeri urinega kazalca, nato v nasprotni smeri urinega kazalca. Zdaj intenzivno premikajte oči vodoravno: desno - levo in navpično: gor - dol.
In zdaj bomo aktivirali miselno dejavnost in masirali ušesne mečice.
Učitelj. Nadaljujemo z delom.
V zvezkih s tiskano osnovo bomo opravili nalogo 5. Delali boste v parih. Koeficiente morate umestiti v enačbe kemijskih reakcij. Za dokončanje naloge imate 10 minut.
- P + Cl 2 →PCl 5
- Na + S → Na 2 S
- HCl + Mg → MgCl 2 + H 2
- N 2 + H 2 → NH 3
- H 2 O → H 2 + O 2
Učitelj. Preverimo izvedbo naloge ( učitelj vpraša in prikaže pravilne odgovore na diapozitivu). Za vsak pravilno nastavljen koeficient - 1 točka.
Nalogo ste opravili. Dobro opravljeno!
Učitelj. Zdaj pa se vrnimo k našemu problemu.
Fantje, kaj mislite, da je zakon ohranjanja mase snovi osnova za sestavljanje enačb kemijskih reakcij.
Učenci. Da, med lekcijo smo dokazali, da je zakon o ohranitvi mase snovi osnova za sestavljanje enačb kemijskih reakcij.
Utrjevanje znanja.
Učitelj. Pokrili smo vsa ključna vprašanja. Zdaj pa naredimo majhen test, da vidimo, kako dobro ste obvladali temo. Odgovoriti morate samo z "da" ali "ne". Za delo imate 3 minute.
Izjave.
- V reakciji Ca + Cl 2 → CaCl 2 koeficienti niso potrebni.(da)
- V reakciji Zn + HCl → ZnCl 2 + H 2 je koeficient cinka 2. (ne)
- V reakciji Ca + O 2 → CaO je koeficient kalcijevega oksida 2.(da)
- V reakciji CH 4 → C + H 2 koeficienti niso potrebni.(ne)
- V reakciji CuO + H 2 → Cu + H 2 O je koeficient za baker 2. (ne)
- V reakciji C + O 2 → CO je treba nastaviti koeficient 2 tako za ogljikov monoksid (II) kot za ogljik. (da)
- V reakciji CuCl 2 + Fe → Cu + FeCl 2 koeficienti niso potrebni.(da)
Učitelj. Preverimo delo. Za vsak pravilen odgovor - 1 točka.
Povzetek lekcije.
Učitelj. Dobro si naredil. Zdaj izračunajte skupno število doseženih točk za lekcijo in se ocenite glede na oceno, ki jo vidite na zaslonu. Dajte mi liste, da vpišem vašo oceno v dnevnik.
Domača naloga.
Učitelj. Zaključila se je naša lekcija, pri kateri smo lahko dokazali, da je zakon ohranjanja mase snovi osnova za sestavljanje reakcijskih enačb, in se naučili pisati enačbe kemijskih reakcij. In kot končno točko zapišite svojo domačo nalogo
§ 27, npr. 1 - za tiste, ki so prejeli oceno "3"
npr. 2 - za tiste, ki so prejeli oceno "4"
npr. 3 - za tiste, ki so prejeli oceno“5”
Zadnja beseda učitelja.
Učitelj. Zahvaljujem se vam za lekcijo. Toda preden zapustite pisarno, bodite pozorni na mizo (učitelj pokaže na list risalnega papirja s tabelo in raznobarvnimi kemičnimi znaki). Vidite kemične znake v različnih barvah. Vsaka barva simbolizira vaše razpoloženje. Če želite to narediti, morate iti na glasbeni list, vzeti en kemični element glede na značilnost, ki jo vidite na zaslonu, in ga pritrditi na celico tabele. Najprej bom to storil in vam pokazal, da me udobje delati z vami.
F Na lekciji sem se počutil udobno, dobil sem odgovore na vsa svoja vprašanja.
F Pri pouku mi je bilo dolgčas, nič novega se nisem naučil.
Za opis potekajočih kemijskih reakcij so sestavljene enačbe kemijskih reakcij. V njih so levo od znaka enakosti (ali puščice →) zapisane formule reagentov (snovi, ki vstopijo v reakcijo), desno pa reakcijski produkti (snovi, ki nastanejo po kemični reakciji) . Ker govorimo o enačbi, mora biti število atomov na levi strani enačbe enako tistemu na desni. Zato se po sestavi sheme kemijske reakcije (zapis reaktantov in produktov) nadomestijo koeficienti, da se izenači število atomov.
Koeficienti so številke pred formulami snovi, ki označujejo število molekul, ki reagirajo.
Recimo, da pri kemični reakciji plin vodik (H 2) reagira s plinastim kisikom (O 2). Posledično nastane voda (H 2 O). Shema reakcije bo videti takole:
H 2 + O 2 → H 2 O
Na levi sta dva atoma vodika in kisika, na desni pa dva atoma vodika in samo en kisik. Recimo, da kot rezultat reakcije za eno molekulo vodika in en kisik nastaneta dve molekuli vode:
H 2 + O 2 → 2H 2 O
Zdaj je število atomov kisika pred in po reakciji izenačeno. Vendar pa je vodika pred reakcijo dvakrat manj kot po njej. Skleniti je treba, da sta za tvorbo dveh molekul vode potrebni dve molekuli vodika in ena kisika. Nato dobite naslednjo reakcijsko shemo:
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
Tukaj je število atomov različnih kemičnih elementov enako pred in po reakciji. To pomeni, da to ni več samo reakcijska shema, ampak reakcijska enačba. V reakcijskih enačbah se puščica pogosto nadomesti z znakom enakosti, da se poudari, da je število atomov različnih kemičnih elementov izenačeno:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
Razmislite o tej reakciji:
NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + H 2 O
Po reakciji je nastal fosfat, ki vključuje tri natrijeve atome. Izenačite količino natrija pred reakcijo:
3NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + H 2 O
Količina vodika pred reakcijo je šest atomov (trije v natrijevem hidroksidu in trije v fosforjevi kislini). Po reakciji - samo dva atoma vodika. Če delimo šest na dva, dobimo tri. Torej, pred vodo morate postaviti številko tri:
3NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + 3H 2 O
Število atomov kisika pred in po reakciji je enako, kar pomeni, da lahko nadaljnji izračun koeficientov opustimo.
Kemija je znanost o snoveh, njihovih lastnostih in transformacijah.
.
Se pravi, če se s snovmi okoli nas nič ne zgodi, potem to ne velja za kemijo. Toda kaj pomeni "nič se ne zgodi"? Če nas je na polju nenadoma ujela nevihta in smo se vsi zmočili, kot pravijo, "do kože", ali to ni preobrazba: navsezadnje so bila oblačila suha, a so postala mokra.
Če na primer vzamete železen žebelj, ga obdelate s pilo in nato sestavite železne opilke (Fe) , potem tudi to ni preobrazba: bil je žebelj - postal je puder. Če pa po tem napravo sestavite in držite pridobivanje kisika (O2): segreti kalijev permanganat(KMpo 4) in zberemo kisik v epruveto, nato pa vanjo položimo te železne opilke, rdeče vroče "do rdeče", potem se bodo vžgale s svetlim plamenom in se po zgorevanju spremenile v rjav prah. In to je tudi preobrazba. Kje je torej kemija? Kljub temu, da se v teh primerih spremeni oblika (železni žebelj) in stanje oblačil (suho, mokro), ne gre za preobrazbe. Dejstvo je, da je sam žebelj, saj je bil snov (železo), kljub drugačni obliki ostal tak, naša oblačila pa so vpijala vodo od dežja, nato pa je ta izhlapevala v ozračje. Sama voda se ni spremenila. Kakšne so torej transformacije v smislu kemije?
Z vidika kemije so transformacije takšni pojavi, ki jih spremlja sprememba sestave snovi. Za primer vzemimo isti žebelj. Ni pomembno, kakšna oblika je bila po vložitvi, ampak potem, ko je bila iz nje prevzeta železni opilki postavljena v ozračje kisika - se je spremenila v železov oksid(Fe 2 O 3 ) . Torej, se je kaj res spremenilo? Ja, je. Obstajala je snov za nohte, vendar je pod vplivom kisika nastala nova snov - element oksidžleza. molekularna enačba to transformacijo lahko predstavimo z naslednjimi kemičnimi simboli:
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 (1)
Za osebo, ki je nepoučena v kemiji, se takoj porajajo vprašanja. Kaj je "molekularna enačba", kaj je Fe? Zakaj obstajajo številke "4", "3", "2"? Kakšni so majhni številki "2" in "3" v formuli Fe 2 O 3? To pomeni, da je prišel čas, da stvari uredimo po vrstnem redu.
Znaki kemičnih elementov.
Kljub temu, da začnejo študirati kemijo v 8. razredu, nekateri pa še prej, mnogi poznajo velikega ruskega kemika D. I. Mendelejeva. In seveda njegov slavni "periodični sistem kemičnih elementov". Drugače, bolj preprosto, se imenuje "Mendelejeva miza".
V tej tabeli so elementi v ustreznem vrstnem redu. Do danes jih je znanih okoli 120. Imena mnogih elementov so nam znana že dolgo. To so: železo, aluminij, kisik, ogljik, zlato, silicij. Prej smo te besede brez obotavljanja uporabljali in jih identificirali s predmeti: železni vijak, aluminijasta žica, kisik v atmosferi, zlati prstan itd. itd. Toda v resnici so vse te snovi (sornik, žica, obroč) sestavljene iz svojih elementov. Celoten paradoks je, da se elementa ni mogoče dotakniti, pobrati. Kako to? So v periodnem sistemu, vendar jih ne morete vzeti! Ja točno. Kemični element je abstrakten (torej abstrakten) pojem in se v kemiji, tako kot v drugih znanostih, uporablja za izračune, sestavljanje enačb in reševanje problemov. Vsak element se od drugega razlikuje po tem, da ima svoje značilnosti elektronska konfiguracija atoma.Število protonov v jedru atoma je enako številu elektronov v njegovih orbitalah. Na primer, vodik je element #1. Njegov atom je sestavljen iz 1 protona in 1 elektrona. Helij je element številka 2. Njegov atom je sestavljen iz 2 protonov in 2 elektronov. Litij je element številka 3. Njegov atom je sestavljen iz 3 protonov in 3 elektronov. Darmstadtium - element številka 110. Njegov atom je sestavljen iz 110 protonov in 110 elektronov.
Vsak element je označen z določenim simbolom, latinskimi črkami in ima določeno branje v prevodu iz latinščine. Na primer, vodik ima simbol "N", se bere kot "hidrogenij" ali "pepel". Silicij ima simbol "Si", ki se bere kot "silicij". Merkur ima simbol "Hg" in se bere kot "hydrargyrum". itd. Vse te oznake najdete v katerem koli učbeniku kemije za 8. razred. Za nas je zdaj glavna stvar, da razumemo, da je pri sestavljanju kemičnih enačb treba delovati z navedenimi simboli elementov.
Enostavne in zapletene snovi.
Označevanje različnih snovi z enojnimi simboli kemičnih elementov (Hg Merkur, Fe železo, Cu baker, Zn cink, Al aluminij) v bistvu označujemo preproste snovi, torej snovi, sestavljene iz atomov iste vrste (ki vsebujejo enako število protonov in nevtronov v atomu). Na primer, če delujeta železo in žveplovo snov, bo enačba dobila naslednjo obliko:
Fe + S = FeS (2)
Enostavne snovi vključujejo kovine (Ba, K, Na, Mg, Ag), pa tudi nekovine (S, P, Si, Cl 2, N 2, O 2, H 2). In morate biti pozorni
posebna pozornost na dejstvo, da so vse kovine označene z enojnimi simboli: K, Ba, Ca, Al, V, Mg itd., Nekovine pa - bodisi s preprostimi simboli: C, S, P ali imajo lahko različne indekse, ki navedite njihovo molekularno strukturo: H 2 , Cl 2 , O 2 , J 2 , P 4 , S 8 . V prihodnosti bo to zelo pomembno pri oblikovanju enačb. Sploh ni težko uganiti, da so kompleksne snovi snovi, ki nastanejo iz atomov različnih vrst, npr.
ena). oksidi:
aluminijev oksid Al 2 O 3, 
natrijev oksid Na 2 O
bakrov oksid CuO,
cinkov oksid ZnO
titanov oksid Ti2O3,
ogljikov monoksid oz ogljikov monoksid (+2) CO
žveplov oksid (+6) SO 3
2). razlogi:
železov hidroksid(+3) Fe (OH) 3,
bakrov hidroksid Cu(OH)2,
kalijevega hidroksida oz kalijeve alkalije KOH,
natrijev hidroksid NaOH.
3). kisline:
klorovodikova kislina HCl
žveplova kislina H2SO3,
Dušikova kislina HNO3
4). soli:
natrijev tiosulfat Na 2 S 2 O 3,
natrijev sulfat oz Glauberjeva sol Na 2 SO 4,
kalcijev karbonat oz apnenec CaCO 3,
bakrov klorid CuCl 2
5). organska snov:
natrijevega acetata CH 3 COOHa,
metana CH 4,
acetilen C 2 H 2,
glukoze C6H12O6
Končno, ko smo razjasnili zgradbo različnih snovi, lahko začnemo pisati kemijske enačbe.
Kemična enačba.
Sama beseda "enačba" izhaja iz besede "equalize", tj. razdeliti nekaj na enake dele. V matematiki so enačbe skoraj samo bistvo te znanosti. Na primer, lahko daste tako preprosto enačbo, v kateri bosta leva in desna stran enaki "2":
40: (9 + 11) = (50 x 2): (80 - 30);
In v kemijskih enačbah enako načelo: leva in desna stran enačbe morata ustrezati enakemu številu atomov, v njih sodelujejo elementi. Ali, če je podana ionska enačba, potem v njej število delcev mora izpolnjevati tudi to zahtevo. Kemična enačba je pogojni zapis kemijske reakcije z uporabo kemičnih formul in matematičnih znakov. Kemična enačba sama po sebi odraža določeno kemično reakcijo, to je proces interakcije snovi, med katerim nastanejo nove snovi. Na primer, potrebno je napišite molekularno enačbo reakcije, ki sodelujejo barijev klorid BaCl 2 in žveplova kislina H 2 SO 4. Kot rezultat te reakcije nastane netopna oborina - barijev sulfat BaSO 4 in klorovodikova kislina HCl:
ВаСl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2НCl (3)
Najprej je treba razumeti, da se veliko število "2" pred snovjo HCl imenuje koeficient, majhne številke "2", "4" pa po formulah ВаСl 2, H 2 SO 4 , BaSO 4 se imenujejo indeksi. Tako koeficienti kot indeksi v kemijskih enačbah igrajo vlogo faktorjev, ne izrazov. Za pravilno pisanje kemijske enačbe je potrebno razporedi koeficiente v reakcijski enačbi. Zdaj pa začnimo šteti atome elementov na levi in desni strani enačbe. Na levi strani enačbe: snov BaCl 2 vsebuje 1 atom barija (Ba), 2 atoma klora (Cl). V snovi H 2 SO 4: 2 atoma vodika (H), 1 atom žvepla (S) in 4 atomi kisika (O). Na desni strani enačbe: v snovi BaSO 4 je 1 atom barija (Ba), 1 atom žvepla (S) in 4 atomi kisika (O), v snovi HCl: 1 atom vodika (H) in 1 atom klora (Cl). Iz tega sledi, da je na desni strani enačbe število atomov vodika in klora za polovico manjše od števila na levi strani. Zato je treba pred formulo HCl na desni strani enačbe postaviti koeficient "2". Če zdaj dodamo število atomov elementov, ki sodelujejo v tej reakciji, tako na levi kot na desni, dobimo naslednje ravnotežje:
V obeh delih enačbe je število atomov elementov, ki sodelujejo v reakciji, enako, zato je pravilno.
Kemijska enačba in kemijske reakcije
Kot smo že ugotovili, so kemijske enačbe odraz kemijskih reakcij. Kemične reakcije so takšni pojavi, pri katerih pride do pretvorbe ene snovi v drugo. Med njihovo raznolikostjo je mogoče razlikovati dve glavni vrsti:
ena). Povezovalne reakcije
2). reakcije razgradnje.
Velika večina kemičnih reakcij sodi med adicijske reakcije, saj se le redko lahko zgodi sprememba njene sestave pri posamezni snovi, če ni izpostavljena zunanjim vplivom (raztapljanje, segrevanje, svetloba). Nič ne zaznamuje kemičnega pojava ali reakcije tako kot spremembe, ki nastanejo pri interakciji dveh ali več snovi. Takšni pojavi se lahko pojavijo spontano in jih spremljajo zvišanje ali znižanje temperature, svetlobni učinki, spremembe barve, sedimentacija, sproščanje plinastih produktov, hrup.
Zaradi jasnosti predstavljamo več enačb, ki odražajo procese sestavljenih reakcij, med katerimi dobimo natrijev klorid(NaCl), cinkov klorid(ZnCl 2), oborina srebrovega klorida(AgCl), aluminijev klorid(AlCl 3)
Cl 2 + 2Nа = 2NaCl (4)
CuCl 2 + Zn \u003d ZnCl 2 + Cu (5)
AgNO 3 + KCl \u003d AgCl + 2KNO 3 (6)
3HCl + Al(OH) 3 \u003d AlCl 3 + 3H 2 O (7)
Med reakcijami spojine je treba posebej poudariti naslednje : zamenjava (5), menjava (6) in kot poseben primer reakcije izmenjave reakcija nevtralizacija (7).
Substitucijske reakcije vključujejo tiste, pri katerih atomi enostavne snovi nadomestijo atome enega od elementov v kompleksni snovi. V primeru (5) atomi cinka nadomestijo atome bakra iz raztopine CuCl 2, medtem ko cink preide v topno sol ZnCl 2, baker pa se sprosti iz raztopine v kovinskem stanju.
Reakcije izmenjave so tiste reakcije, pri katerih si dve kompleksni snovi izmenjujeta svoje sestavine. V primeru reakcije (6) topni soli AgNO 3 in KCl, ko obe raztopini odtečemo, tvorita netopno oborino soli AgCl. Hkrati izmenjujeta svoje sestavne dele - kationi in anioni. Kalijevi kationi K + so vezani na anione NO 3, srebrovi kationi Ag + - na anione Cl -.
Poseben, poseben primer reakcij izmenjave je reakcija nevtralizacije. Reakcije nevtralizacije so reakcije, pri katerih kisline reagirajo z bazami in tvorijo sol in vodo. V primeru (7) klorovodikova kislina HCl reagira z bazo Al(OH) 3, da tvori sol AlCl 3 in vodo. V tem primeru se aluminijevi kationi Al 3+ iz baze zamenjajo z anioni Cl - iz kisline. Posledično se zgodi nevtralizacija klorovodikove kisline.
Reakcije razgradnje vključujejo tiste, pri katerih iz ene kompleksne nastaneta dve ali več novih enostavnih ali kompleksnih snovi, vendar enostavnejše sestave. Kot reakcije lahko navedemo tiste, pri katerih se 1) razgradijo. kalijev nitrat(KNO 3) s tvorbo kalijevega nitrita (KNO 2) in kisika (O 2); 2). Kalijev permanganat(KMnO 4): nastane kalijev manganat (K 2 MnO 4), manganov oksid(MnO 2) in kisik (O 2); 3). kalcijev karbonat oz marmorja; v procesu nastajajo ogljikovaplin(CO 2) in kalcijev oksid(Cao)
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2 (8)
2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 (9)
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 (10)
V reakciji (8) iz kompleksne snovi nastaneta ena kompleksna in ena preprosta snov. V reakciji (9) sta dve zapleteni in ena preprosta. V reakciji (10) sta dve kompleksni snovi, vendar enostavnejši po sestavi
Vsi razredi kompleksnih snovi se razgradijo:
ena). oksidi: srebrov oksid 2Ag 2 O = 4Ag + O 2 (11)
2). hidroksidi: železov hidroksid 2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O (12)
3). kisline: žveplova kislina H 2 SO 4 \u003d SO 3 + H 2 O (13)
4). soli: kalcijev karbonat CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 (14)
5). organska snov: alkoholna fermentacija glukoze
C 6 H 12 O 6 \u003d 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (15)
Po drugi klasifikaciji lahko vse kemične reakcije razdelimo na dve vrsti: reakcije, ki potekajo s sproščanjem toplote, se imenujejo eksotermno, in reakcije, ki potekajo z absorpcijo toplote - endotermni. Kriterij za takšne procese je toplotni učinek reakcije. Eksotermne reakcije praviloma vključujejo oksidacijske reakcije, t.j. interakcije s kisikom zgorevanje metana:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + Q (16)
in za endotermne reakcije - reakcije razgradnje, ki so bile že navedene zgoraj (11) - (15). Znak Q na koncu enačbe označuje, ali se toplota med reakcijo sprosti (+Q) ali absorbira (-Q):
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 - Q (17)
Vse kemijske reakcije lahko upoštevate tudi glede na vrsto spremembe stopnje oksidacije elementov, ki sodelujejo pri njihovih transformacijah. Na primer, v reakciji (17) elementi, ki sodelujejo v njej, ne spremenijo svojih oksidacijskih stanj:
Ca +2 C +4 O 3 -2 \u003d Ca +2 O -2 + C +4 O 2 -2 (18)
In v reakciji (16) elementi spremenijo svoja oksidacijska stanja:
2Mg 0 + O 2 0 \u003d 2Mg +2 O -2
Te vrste reakcij so redoks . Upoštevali se bodo ločeno. Za oblikovanje enačb za reakcije te vrste je treba uporabiti polovično reakcijsko metodo in se prijavi elektronska ravnotežna enačba.
Ko prinesete različne vrste kemičnih reakcij, lahko nadaljujete z načelom sestavljanja kemičnih enačb, z drugimi besedami, z izbiro koeficientov v njihovem levem in desnem delu.
Mehanizmi za sestavljanje kemijskih enačb.
Ne glede na to, kateri vrsti pripada ta ali druga kemična reakcija, mora njen zapis (kemijska enačba) ustrezati pogoju enakosti števila atomov pred reakcijo in po njej.
Obstajajo enačbe (17), ki ne zahtevajo prilagajanja, t.j. postavitev koeficientov. Toda v večini primerov, kot v primerih (3), (7), (15), je treba izvesti dejanja, katerih cilj je izenačiti levo in desno stran enačbe. Katera načela je treba upoštevati v takih primerih? Ali obstaja kakšen sistem pri izbiri koeficientov? Obstaja in ne eden. Ti sistemi vključujejo:
ena). Izbira koeficientov po danih formulah.
2). Sestavljanje glede na valence reaktantov.
3). Sestavljanje glede na oksidacijska stanja reaktantov.
V prvem primeru se domneva, da poznamo formule reaktantov tako pred reakcijo kot po njej. Na primer, glede na naslednjo enačbo:
N 2 + O 2 →N 2 O 3 (19)
Splošno sprejeto je, da dokler ni vzpostavljena enakost med atomi elementov pred in po reakciji, se v enačbo ne postavlja znak enakosti (=), ampak se nadomesti s puščico (→). Zdaj pa se lotimo dejanskega uravnoteženja. Na levi strani enačbe sta 2 atoma dušika (N 2) in dva atoma kisika (O 2), na desni pa dva atoma dušika (N 2) in trije atomi kisika (O 3). Ni ga treba izenačiti s številom dušikovih atomov, s kisikom pa je treba doseči enakost, saj sta pred reakcijo sodelovala dva atoma, po reakciji pa so bili trije atomi. Naredimo naslednji diagram:
pred reakcijo za reakcijo
O 2 O 3
Določimo najmanjši večkratnik med danim številom atomov, to bo "6".
O 2 O 3
\ 6 /
To število na levi strani kisikove enačbe delite z "2". Dobimo številko "3", jo damo v enačbo, ki jo je treba rešiti:
N 2 + 3O 2 →N 2 O 3
Število "6" za desno stran enačbe delimo tudi s "3". Dobimo številko "2", samo jo damo v enačbo, ki jo je treba rešiti:
N 2 + 3O 2 → 2N 2 O 3
Število atomov kisika v levem in desnem delu enačbe je postalo enako, oziroma 6 atomov:
Toda število dušikovih atomov na obeh straneh enačbe se ne ujema:
Na levi strani sta dva atoma, na desni pa štirje atomi. Zato je za doseganje enakosti potrebno podvojiti količino dušika na levi strani enačbe, pri čemer vnesemo koeficient "2":
Tako se opazi enakost za dušik in na splošno bo enačba imela obliko:
2N 2 + 3O 2 → 2N 2 O 3
Zdaj lahko v enačbo namesto puščice postavite znak enakosti:
2N 2 + 3O 2 \u003d 2N 2 O 3 (20)
Vzemimo še en primer. Podana je naslednja reakcijska enačba:
P + Cl 2 → PCl 5
Na levi strani enačbe je 1 atom fosforja (P) in dva atoma klora (Cl 2), na desni strani pa en atom fosforja (P) in pet atomov kisika (Cl 5). Ni ga treba izenačiti s številom atomov fosforja, za klor pa je treba doseči enakost, saj sta pred reakcijo sodelovala dva atoma, po reakciji pa je bilo pet atomov. Naredimo naslednji diagram:
pred reakcijo za reakcijo
Cl 2 Cl 5
Določimo najmanjši večkratnik med danim številom atomov, to bo "10".
Cl 2 Cl 5
\ 10 /
To število na levi strani enačbe za klor delite z "2". Dobimo številko "5", jo damo v enačbo, ki jo je treba rešiti:
Р + 5Cl 2 → РCl 5
Število "10" za desno stran enačbe delimo tudi s "5". Dobimo številko "2", samo jo damo v enačbo, ki jo je treba rešiti:
Р + 5Cl 2 → 2РCl 5
Število atomov klora v levem in desnem delu enačbe je postalo enako, oziroma 10 atomov:
Toda število atomov fosforja na obeh straneh enačbe se ne ujema:
Zato je treba za doseganje enakosti podvojiti količino fosforja na levi strani enačbe, pri čemer damo koeficient "2":
Tako se opazi enakost za fosfor in na splošno bo enačba imela obliko:
2Р + 5Cl 2 = 2РCl 5 (21)
Pri pisanju enačb po valenci je treba dati definicija valence in nastavite vrednosti za najbolj znane elemente. Valence je eden od prej uporabljenih konceptov, ki se trenutno ne uporablja v številnih šolskih programih. Toda z njegovo pomočjo je lažje razložiti načela sestavljanja enačb kemijskih reakcij. Pod valenco je mišljeno število kemičnih vezi, ki jih atom lahko tvori z drugim ali drugimi atomi . Valence nima znaka (+ ali -) in je označena z rimskimi številkami, običajno nad simboli kemičnih elementov, na primer:
Od kod te vrednosti? Kako jih uporabiti pri pripravi kemijskih enačb? Številčne vrednosti valenc elementov sovpadajo z njihovo številko skupine Periodnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva (tabela 1).
Za druge elemente vrednosti valence imajo lahko druge vrednosti, vendar nikoli večje od števila skupine, v kateri se nahajajo. Poleg tega imajo za sodo število skupin (IV in VI) valence elementov le sode vrednosti, za lihe pa imajo lahko tako sode kot lihe vrednosti (tabela 2).
Seveda obstajajo izjeme pri vrednostih valence za nekatere elemente, vendar so v vsakem posameznem primeru te točke običajno določene. Zdaj pa si oglejmo splošno načelo sestavljanja kemičnih enačb za dane valence za določene elemente. Najpogosteje je ta metoda sprejemljiva v primeru sestavljanja enačb za kemične reakcije združevanja preprostih snovi, na primer pri interakciji s kisikom ( oksidacijske reakcije). Recimo, da želite prikazati oksidacijsko reakcijo aluminij. Vendar ne pozabite, da so kovine označene z enojnimi atomi (Al) in nekovine, ki so v plinastem stanju - z indeksi "2" - (O 2). Najprej napišemo splošno shemo reakcije:
Al + O 2 → AlO
Na tej stopnji še ni znano, kakšen bi moral biti pravilen črkovanje aluminijevega oksida. In ravno na tej stopnji nam bo na pomoč priskočilo znanje o valencih elementov. Za aluminij in kisik ju postavimo nad predlagano formulo za ta oksid:
III II
Al O
Po tem, "križ"-na-"križ" ti simboli elementov bodo spodaj postavili ustrezne indekse:
III II
Al 2 O 3
Sestava kemične spojine Al 2 O 3 določen. Nadaljnja shema reakcijske enačbe bo imela obliko:
Al + O 2 → Al 2 O 3
Ostaja le, da izenačimo levi in desni del tega. Nadaljujemo na enak način kot v primeru formulacije enačbe (19). Izenačimo število atomov kisika in se zatečemo k iskanju najmanjšega večkratnika:
pred reakcijo za reakcijo
O 2 O 3
\ 6 /
To število na levi strani kisikove enačbe delite z "2". Dobimo številko "3", jo damo v enačbo, ki jo je treba rešiti. Število "6" za desno stran enačbe delimo tudi s "3". Dobimo številko "2", samo jo damo v enačbo, ki jo je treba rešiti:
Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Da bi dosegli enakost za aluminij, je potrebno prilagoditi njegovo količino na levi strani enačbe z nastavitvijo koeficienta "4":
4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3
Tako je opažena enakost za aluminij in kisik in na splošno bo enačba dobila končno obliko:
4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3 (22)
Z uporabo valenčne metode je mogoče predvideti, katera snov nastane med kemično reakcijo, kakšna bo njena formula. Recimo, da sta v reakcijo spojine vstopila dušik in vodik z ustreznima valencama III in I. Napišimo splošno reakcijsko shemo:
N 2 + H 2 → NH
Za dušik in vodik smo zapisali valence nad predlagano formulo te spojine:
Kot prej, "križ"-na-"križ" za te simbole elementov, spodaj postavimo ustrezne indekse:
III I
N H 3
Nadaljnja shema reakcijske enačbe bo imela obliko:
N 2 + H 2 → NH 3
Izenačimo na že znan način, skozi najmanjši večkratnik za vodik, enak "6", dobimo želene koeficiente in enačbo kot celoto:
N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3 (23)
Pri sestavljanju enačb za oksidacijska stanja reakcijskih snovi, je treba opozoriti, da je stopnja oksidacije elementa število elektronov, ki jih prejmemo ali oddamo v procesu kemične reakcije. Oksidacijsko stanje v spojinah v bistvu številčno sovpada z vrednostmi valenc elementa. Razlikujejo pa se po znaku. Na primer, za vodik je valenca I, oksidacijsko stanje pa (+1) ali (-1). Za kisik je valenca II, oksidacijsko stanje pa (-2). Za dušik so valence I, II, III, IV, V, oksidacijska stanja pa (-3), (+1), (+2), (+3), (+4), (+5) , itd. Oksidcijska stanja elementov, ki se najpogosteje uporabljajo v enačbah, so prikazana v tabeli 3.
Pri sestavljenih reakcijah je princip sestavljanja enačb glede na oksidacijska stanja enak kot pri sestavljanju glede na valence. Na primer, dajmo reakcijsko enačbo za oksidacijo klora s kisikom, v kateri klor tvori spojino z oksidacijskim stanjem +7. Napišimo predlagano enačbo:
Cl 2 + O 2 → ClO
Na predlagano spojino ClO postavimo oksidacijska stanja ustreznih atomov:
Kot v prejšnjih primerih ugotavljamo, da je želeno sestavljena formula bo imela obliko:
7 -2
Cl 2 O 7
Reakcijska enačba bo imela naslednjo obliko:
Cl 2 + O 2 → Cl 2 O 7
Izenačimo za kisik, poiščemo najmanjši večkratnik med dvema in sedmimi, enak "14", končno vzpostavimo enakost:
2Cl 2 + 7O 2 \u003d 2Cl 2 O 7 (24)
Pri sestavljanju reakcij izmenjave, nevtralizacije in substitucije je treba pri oksidacijskih stanjih uporabiti nekoliko drugačno metodo. V nekaterih primerih je težko ugotoviti: katere spojine nastanejo med interakcijo kompleksnih snovi?
Kako veš, kaj se zgodi v reakciji?
Pravzaprav, kako veš: kateri reakcijski produkti lahko nastanejo med določeno reakcijo? Na primer, kaj nastane, ko reagirata barijev nitrat in kalijev sulfat?
Ba (NO 3) 2 + K 2 SO 4 →?
Mogoče VAC 2 (NO 3) 2 + SO 4? Ali Ba + NO 3 SO 4 + K 2? Ali kaj drugega? Seveda se med to reakcijo tvorijo spojine: BaSO 4 in KNO 3. In kako se to pozna? In kako napisati formule snovi? Začnimo s tistim, kar je najpogosteje spregledano: sam koncept "reakcije izmenjave". To pomeni, da se pri teh reakcijah snovi med seboj spreminjajo v sestavnih delih. Ker se reakcije izmenjave večinoma izvajajo med bazami, kislinami ali solmi, so deli, s katerimi se bodo spreminjale, kovinski kationi (Na +, Mg 2+, Al 3+, Ca 2+, Cr 3+), ioni H + oz. OH -, anioni - kislinski ostanki, (Cl -, NO 3 2-, SO 3 2-, SO 4 2-, CO 3 2-, PO 4 3-). Na splošno lahko reakcijo izmenjave podamo v naslednjem zapisu:
Kt1An1 + Kt2An1 = Kt1An2 + Kt2An1 (25)
Kjer sta Kt1 in Kt2 kovinska kationa (1) in (2), An1 in An2 pa aniona (1) in (2), ki jima ustrezata. Pri tem je treba upoštevati, da se v spojinah pred in po reakciji vedno vzpostavijo kationi na prvem mestu, na drugem pa anioni. Torej, če reagira kalijev klorid in srebrov nitrat, oboje v raztopini
KCl + AgNO 3 →
potem v procesu nastaneta snovi KNO 3 in AgCl in ustrezna enačba bo dobila obliko:
KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl (26)
V nevtralizacijskih reakcijah se bodo protoni iz kislin (H +) združili s hidroksilnimi anioni (OH -) in tvorili vodo (H 2 O):
HCl + KOH \u003d KCl + H 2 O (27)
Oksidacijsko stanje kovinskih kationov in naboji anionov kislinskih ostankov so navedeni v tabeli topnosti snovi (kisline, soli in baze v vodi). Kovinski kationi so prikazani vodoravno, anioni kislinskih ostankov pa navpično.
Na podlagi tega je treba pri sestavljanju enačbe za reakcijo izmenjave najprej ugotoviti oksidacijska stanja delcev, ki se v tem kemičnem procesu prejmejo v njegovem levem delu. Na primer, morate napisati enačbo za interakcijo med kalcijevim kloridom in natrijevim karbonatom. Pripravimo začetno shemo za to reakcijo:
CaCl + NaCO 3 →
Ca 2+ Cl - + Na + CO 3 2- →
Ko smo izvedli že znano akcijo "križ" na "križ", določimo prave formule izhodnih snovi:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 →
Na podlagi principa izmenjave kationov in anionov (25) vzpostavimo predhodne formule snovi, ki nastanejo med reakcijo:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + NaCl
Nad njihovim kationom in anionom zapišemo ustrezne naboje:
Ca 2+ CO 3 2- + Na + Cl -
Formule snovi so napisani pravilno, v skladu z naboji kationov in anionov. Naredimo popolno enačbo tako, da izenačimo njen levi in desni del glede na natrij in klor:
CaCl 2 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 + 2NaCl (28)
Kot drug primer je tu enačba za nevtralizacijsko reakcijo med barijevim hidroksidom in fosforno kislino:
VaON + NPO 4 →
Na katione in anione damo ustrezne naboje:
Ba 2+ OH - + H + RO 4 3- →
Določimo prave formule izhodnih snovi:
Va (OH) 2 + H 3 RO 4 →
Na podlagi principa izmenjave kationov in anionov (25) vzpostavimo predhodne formule snovi, ki nastanejo med reakcijo, pri čemer upoštevamo, da mora biti v reakciji izmenjave ena od snovi nujno voda:
Ba (OH) 2 + H 3 RO 4 → Ba 2+ RO 4 3- + H 2 O
Določimo pravilen zapis formule soli, ki nastane med reakcijo:
Ba (OH) 2 + H 3 RO 4 → Ba 3 (RO 4) 2 + H 2 O
Izenačite levo stran enačbe za barij:
3VA (OH) 2 + H 3 RO 4 → Ba 3 (RO 4) 2 + H 2 O
Ker je na desni strani enačbe ostanek fosforne kisline vzet dvakrat, (PO 4) 2, je treba tudi na levi podvojiti njegovo količino:
3VA (OH) 2 + 2H 3 RO 4 → Ba 3 (RO 4) 2 + H 2 O
Ostaja ujemanje števila atomov vodika in kisika na desni strani vode. Ker je skupno število vodikovih atomov na levi 12, mora na desni ustrezati tudi dvanajst, zato je pred formulo vode potrebno postavite koeficient"6" (ker sta v molekuli vode že 2 vodikova atoma). Za kisik se opazi tudi enakost: na levi 14 in na desni 14. Torej ima enačba pravilno obliko zapisa:
3Ва (ОН) 2 + 2Н 3 РО 4 → Ва 3 (РО 4) 2 + 6Н 2 O (29)
Možnost kemičnih reakcij
Svet je sestavljen iz najrazličnejših snovi. Število variant kemičnih reakcij med njimi je tudi neprecenljivo. Toda ali lahko, ko smo napisali to ali ono enačbo na papir, trdimo, da ji bo ustrezala kemična reakcija? Obstaja napačno prepričanje, da če je prav uredi kvote v enačbi, potem bo to izvedljivo v praksi. Na primer, če vzamemo raztopina žveplove kisline in se spusti vanjo cink, potem lahko opazujemo proces razvoja vodika:
Zn + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 (30)
Če pa baker spustimo v isto raztopino, potem procesa evolucije plina ne bomo opazili. Reakcija ni izvedljiva.
Cu + H 2 SO 4 ≠
Če vzamemo koncentrirano žveplovo kislino, bo reagirala z bakrom:
Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O (31)
V reakciji (23) med plini dušika in vodika, termodinamično ravnovesje, tiste. koliko molekul amoniak NH 3 nastane na enoto časa, enako število se jih bo razgradilo nazaj v dušik in vodik. Premik v kemičnem ravnotežju je mogoče doseči s povečanjem tlaka in znižanjem temperature
N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3
Če vzamete raztopina kalijevega hidroksida in ga prelij raztopina natrijevega sulfata, potem ne bo opaziti nobenih sprememb, reakcija ne bo izvedljiva:
KOH + Na 2 SO 4 ≠
Raztopina natrijevega klorida pri interakciji z bromom ne bo tvoril broma, kljub dejstvu, da je to reakcijo mogoče pripisati substitucijski reakciji:
NaCl + Br 2 ≠
Kateri so razlogi za takšna odstopanja? Dejstvo je, da ni dovolj le pravilno opredeliti sestavljene formule, je treba poznati posebnosti interakcije kovin s kislinami, spretno uporabljati tabelo topnosti snovi, poznati pravila substitucije v nizu aktivnosti kovin in halogenov. Ta članek opisuje le najosnovnejša načela, kako razporedi koeficiente v reakcijskih enačbah, kako napišite molekularne enačbe, kako določi sestavo kemične spojine.
Kemija je kot znanost izjemno raznolika in večplastna. Ta članek odraža le majhen del procesov, ki se odvijajo v resničnem svetu. Vrste, termokemične enačbe, elektroliza, procesi organske sinteze in še veliko, veliko več. Toda več o tem v prihodnjih člankih.
blog.site, pri popolnem ali delnem kopiranju gradiva je potrebna povezava do vira.
9.1. Kaj so kemične reakcije
Spomnimo se, da kemične reakcije imenujemo kateri koli kemični pojavi v naravi. Med kemično reakcijo se nekatere kemične vezi porušijo in nastanejo druge kemične vezi. Kot rezultat reakcije se iz nekaterih kemikalij pridobijo druge snovi (glej 1. poglavje).
Ko delate domačo nalogo za § 2.5, ste se seznanili s tradicionalnim izborom štirih glavnih vrst reakcij iz celotnega niza kemičnih transformacij, hkrati pa ste predlagali njihova imena: reakcije kombinacije, razgradnje, substitucije in izmenjave.
Primeri sestavljenih reakcij:
C + O 2 \u003d CO 2; (ena)
Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3. (3)
Primeri reakcij razgradnje:
2Ag 2 O 4Ag + O 2; (4)
CaCO 3 CaO + CO 2 ; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O. (6)
Primeri substitucijskih reakcij:
CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 \u003d 2NaCl + I 2; (osem)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2. (9)
| Reakcije izmenjave- kemijske reakcije, pri katerih začetne snovi tako rekoč izmenjujejo svoje sestavne dele. |
Primeri reakcij izmenjave:
Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O; (10)
HCl + KNO 2 \u003d KCl + HNO 2; (enajst)
AgNO 3 + NaCl \u003d AgCl + NaNO 3. (12)
Tradicionalna klasifikacija kemijskih reakcij ne zajema vse njihove raznolikosti - poleg reakcij štirih glavnih vrst obstaja tudi veliko bolj zapletenih reakcij.
Izbira dveh drugih vrst kemičnih reakcij temelji na sodelovanju v njih dveh najpomembnejših nekemičnih delcev: elektrona in protona.
Med nekaterimi reakcijami pride do popolnega ali delnega prenosa elektronov z enega atoma na drugega. V tem primeru se spremenijo oksidacijska stanja atomov elementov, ki sestavljajo začetne snovi; od navedenih primerov so to reakcije 1, 4, 6, 7 in 8. Te reakcije se imenujejo redoks.
V drugi skupini reakcij vodikov ion (H +), torej proton, prehaja z enega reagirajočega delca na drugega. Takšne reakcije se imenujejo kislinsko-bazične reakcije oz reakcije prenosa protonov.
Med navedenimi primeri so takšne reakcije reakcije 3, 10 in 11. Po analogiji s temi reakcijami včasih imenujemo redoks reakcije reakcije prenosa elektrona. Z RIA se boste seznanili v § 2, s KOR pa v naslednjih poglavjih.
REAKCIJE SESTAVINE, REAKCIJE RAZGRADNJE, REAKCIJE SUBSTITUCIJE, IZMENJAVNE REAKCIJE, REDOX REAKCIJE, KISLONSKO-BAZNE REAKCIJE.
Napišite reakcijske enačbe, ki ustrezajo naslednjim shemam:
a) HgO Hg + O 2 ( t); b) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3; c) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( t);
d) Al + I 2 AlI 3; e) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; e) Mg + H 3 PO 4 Mg 3 (PO 4) 2 + H 2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( t); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( t); j) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( t); m) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( t); m) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Navedite tradicionalno vrsto reakcije. Upoštevajte redoks in kislinsko-bazične reakcije. V redoks reakcijah navedite atomi katerih elementov spremenijo svoja oksidacijska stanja.
9.2. Redoks reakcije
Razmislite o redoks reakciji, ki se pojavi v plavžih med industrijsko proizvodnjo železa (natančneje litega železa) iz železove rude:
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
Določimo oksidacijska stanja atomov, ki sestavljajo tako izhodne snovi kot reakcijske produkte
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Kot lahko vidite, se je oksidacijsko stanje ogljikovih atomov zaradi reakcije povečalo, oksidacijsko stanje atomov železa se je zmanjšalo, oksidacijsko stanje atomov kisika pa je ostalo nespremenjeno. Posledično so ogljikovi atomi v tej reakciji bili podvrženi oksidaciji, to je, da so izgubili elektrone ( oksidirano), in atome železa na redukcijo, to je, da so priklopili elektrone ( okreval) (glej § 7.16). Za karakterizacijo OVR se uporabljajo koncepti oksidant in redukcijsko sredstvo.
Tako so v naši reakciji oksidacijski atomi atomi železa, redukcijski atomi pa atomi ogljika.
V naši reakciji je oksidant železov (III) oksid, redukcijsko sredstvo pa ogljikov (II) oksid.
V primerih, ko so oksidacijski atomi in redukcijski atomi del iste snovi (primer: reakcija 6 iz prejšnjega odstavka), se pojma "oksidacijska snov" in "reducirajoča snov" ne uporabljata.
Tako so tipični oksidanti snovi, ki vključujejo atome, ki nagibajo k dodajanju elektronov (v celoti ali delno), kar znižuje njihovo oksidacijsko stanje. Od enostavnih snovi so to predvsem halogeni in kisik, v manjši meri žveplo in dušik. Iz kompleksnih snovi - snovi, ki vključujejo atome v višjih oksidacijskih stanjih, ki niso nagnjeni k tvorbi preprostih ionov v teh oksidacijskih stanjih: HNO 3 (N + V), KMnO 4 (Mn + VII), CrO 3 (Cr + VI), KClO 3 (Cl + V), KClO 4 (Cl + VII) itd.
Tipična redukcijska sredstva so snovi, ki vsebujejo atome, ki nagibajo k oddaji elektronov v celoti ali delno, kar poveča njihovo oksidacijsko stanje. Od preprostih snovi so to vodik, alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine ter aluminij. Od kompleksnih snovi - H 2 S in sulfidi (S -II), SO 2 in sulfiti (S + IV), jodidi (I -I), CO (C + II), NH 3 (N -III) itd.
Na splošno lahko skoraj vse zapletene in številne preproste snovi kažejo tako oksidativne kot redukcijske lastnosti. Na primer:
SO 2 + Cl 2 \u003d S + Cl 2 O 2 (SO 2 je močno redukcijsko sredstvo);
SO 2 + C \u003d S + CO 2 (t) (SO 2 je šibek oksidant);
C + O 2 \u003d CO 2 (t) (C je redukcijsko sredstvo);
C + 2Ca \u003d Ca 2 C (t) (C je oksidant).
Vrnimo se k reakciji, o kateri smo razpravljali na začetku tega razdelka.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Upoštevajte, da so se zaradi reakcije oksidacijski atomi (Fe + III) spremenili v redukcijske atome (Fe 0), redukcijski atomi (C + II) pa so se spremenili v oksidacijske atome (C + IV). Toda CO 2 je pod kakršnimi koli pogoji zelo šibek oksidant in železo, čeprav je redukcijsko sredstvo, je v teh pogojih veliko šibkejše od CO. Zato reakcijski produkti med seboj ne reagirajo in ne pride do povratne reakcije. Zgornji primer je ilustracija splošnega načela, ki določa smer toka OVR:
Redoks reakcije potekajo v smeri tvorbe šibkejšega oksidanta in šibkejšega reducenta.
Redoks lastnosti snovi je mogoče primerjati le pod enakimi pogoji. V nekaterih primerih je to primerjavo mogoče narediti kvantitativno.
Ko ste delali domačo nalogo za prvi odstavek tega poglavja, ste videli, da je v nekaterih reakcijskih enačbah (zlasti OVR) precej težko najti koeficiente. Za poenostavitev te naloge v primeru redoks reakcij se uporabljata naslednji dve metodi:
a) metoda elektronskega ravnotežja in
b) Metoda ravnotežja elektron-ionov.
Zdaj boste študirali metodo elektronskega ravnotežja, metodo elektronsko-ionskega ravnovesja pa običajno preučujejo na visokošolskih ustanovah.
Obe metodi temeljita na dejstvu, da elektroni v kemičnih reakcijah ne izginejo nikjer in se nikjer ne pojavijo, to je, da je število elektronov, ki jih sprejmejo atomi, enako številu elektronov, ki jih oddajajo drugi atomi.
Število darovanih in prejetih elektronov pri metodi elektronskega ravnotežja je določeno s spremembo oksidacijskega stanja atomov. Pri uporabi te metode je treba poznati sestavo tako izhodnih materialov kot reakcijskih produktov.
Razmislite o uporabi metode elektronskega ravnotežja na primerih.
Primer 1 Naredimo enačbo za reakcijo železa s klorom. Znano je, da je produkt takšne reakcije železov(III) klorid. Napišimo reakcijsko shemo:
Fe + Cl 2 FeCl 3 .
Določimo oksidacijska stanja atomov vseh elementov, ki sestavljajo snovi, ki sodelujejo v reakciji:
Atomi železa darujejo elektrone, molekule klora pa jih sprejemajo. Te procese izražamo elektronske enačbe:
Fe-3 e- \u003d Fe + III,
Cl2 + 2 e-\u003d 2Cl -I.
Da bi bilo število danih elektronov enako številu prejetih, je treba prvo elektronsko enačbo pomnožiti z dvema, drugo pa s tremi:
| Fe-3 e- \u003d Fe + III, Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
2Fe - 6 e- \u003d 2Fe + III, 3Cl 2 + 6 e– = 6Cl –I. |
Če v reakcijsko shemo vnesemo koeficienta 2 in 3, dobimo reakcijsko enačbo:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3.
Primer 2 Sestavimo enačbo za reakcijo zgorevanja belega fosforja v presežku klora. Znano je, da fosfor(V) klorid nastane pod naslednjimi pogoji:
| +V–I | ||||
| P4 | + | Cl2 | PCl 5 . |
Molekule belega fosforja darujejo elektrone (oksidirajo), molekule klora pa jih sprejmejo (zmanjšano):
| P4-20 e– = 4P + V Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P4-20 e– = 4P + V Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
P4-20 e– = 4P + V 10Cl 2 + 20 e– = 20Cl –I |
Prvotno pridobljena faktorja (2 in 20) sta imela skupni delilec, s katerim sta (kot bodoča koeficienta v reakcijski enačbi) razdeljena. Reakcijska enačba:
P 4 + 10Cl 2 \u003d 4PCl 5.
Primer 3 Sestavimo enačbo za reakcijo, ki nastane pri praženju železovega(II) sulfida v kisiku.
Shema reakcije:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
V tem primeru se oksidirata tako atomi železa(II) kot žvepla(–II). Sestava železovega(II) sulfida vsebuje atome teh elementov v razmerju 1:1 (glej indekse v najpreprostejši formuli).
Elektronska tehtnica:
| 4 | Fe + II - e– = Fe +III S-II-6 e– = S + IV |
Skupaj podarimo 7 e – |
| 7 | O 2 + 4e - \u003d 2O - II |
Reakcijska enačba: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.
Primer 4. Sestavimo enačbo za reakcijo, ki nastane pri žganju železovega (II) disulfida (pirita) v kisiku.
Shema reakcije:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Tako kot v prejšnjem primeru so tudi tu oksidirani tako atomi železa(II) kot atomi žvepla, vendar z oksidacijskim stanjem I. Atomi teh elementov so vključeni v sestavo pirita v razmerju 1:2 (glej indekse v najpreprostejši formuli). V tem pogledu reagirajo atomi železa in žvepla, kar se upošteva pri sestavljanju elektronske bilance:
| Fe+III – e– = Fe +III 2S-I-10 e– = 2S +IV |
Skupaj dajte 11 e – | |
| O 2 + 4 e– = 2O –II |
Reakcijska enačba: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Obstajajo tudi bolj zapleteni primeri OVR, nekatere od njih boste spoznali pri domači nalogi.
ATOM OKSIDIZATORJA, REDUKCIJSKI ATOM, OKSIDIZATORSKA SNOVI, REDUKCIJSKA SNOVI, METODA ELEKTRONSKEGA RAVNOTEŽENJA, ELEKTRONSKE ENAČBE.
1. Za vsako enačbo OVR, navedeno v besedilu § 1 tega poglavja, naredite elektronsko tehtnico.
2. Sestavite enačbe OVR, ki ste jih odkrili pri izpolnjevanju naloge za § 1 tega poglavja. Tokrat uporabite metodo elektronskega ravnotežja za določitev kvot. 3. Z metodo elektronskega ravnotežja sestavite reakcijske enačbe, ki ustrezajo naslednjim shemam: a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O 2 Na 2 O 2;
c) Na2O2 + Na Na2O;
d) Al + Br2AlBr3;
e) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( t);
e) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( t);
g) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( t);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( t);
j) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( t);
l) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( t);
m) Mn207 + NH3MnO2 + N2 + H2O;
m) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( t);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( t)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( t);
c) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( t);
t) CuS + O 2 Cu 2 O + SO 2 ( t);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( t).
9.3. eksotermne reakcije. entalpija
Zakaj pride do kemičnih reakcij?
Za odgovor na to vprašanje se spomnimo, zakaj se posamezni atomi združujejo v molekule, zakaj iz izoliranih ionov nastane ionski kristal, zakaj pri tvorbi elektronske lupine atoma deluje načelo najmanjše energije. Odgovor na vsa ta vprašanja je enak: ker je energetsko koristen. To pomeni, da se pri takšnih procesih sprošča energija. Zdi se, da bi se kemične reakcije morale odvijati iz istega razloga. Dejansko je mogoče izvesti številne reakcije, med katerimi se sprosti energija. Energija se sprošča, običajno v obliki toplote.
Če med eksotermno reakcijo toplote nimamo časa odstraniti, se reakcijski sistem segreje.
Na primer v reakciji zgorevanja metana
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
sprosti se toliko toplote, da se metan uporablja kot gorivo.
Dejstvo, da se pri tej reakciji sprosti toplota, se lahko odraža v reakcijski enačbi:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2 O (g) + Q
Ta t.i termokemična enačba. Tukaj je simbol "+ Q" pomeni, da se pri zgorevanju metana sprosti toplota. Tej toploti pravimo toplotni učinek reakcije.
Od kod izvira sproščena toplota?
Veste, da se pri kemičnih reakcijah kemične vezi pretrgajo in tvorijo. V tem primeru se prekinejo vezi med atomi ogljika in vodika v molekulah CH 4 ter med atomi kisika v molekulah O 2. V tem primeru nastanejo nove vezi: med atomi ogljika in kisika v molekulah CO 2 ter med atomi kisika in vodika v molekulah H 2 O. Za prekinitev vezi morate porabiti energijo (glejte »energija vezi«, »energija atomizacije« ), pri tvorbi vezi pa se sprosti energija. Očitno je, da če so "nove" vezi močnejše od "starih", se bo sprostilo več energije kot absorbirano. Razlika med sproščeno in absorbirano energijo je toplotni učinek reakcije.
Toplotni učinek (količina toplote) se meri v kilodžulih, na primer:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 kJ.
Takšen zapis pomeni, da se bo sprostilo 484 kilodžulov toplote, če dva mola vodika reagirata z enim molom kisika in nastaneta dva mola plinaste vode (para).
V to smer, v termokemičnih enačbah so koeficienti številčno enaki količinam snovi reaktantov in reakcijskih produktov.
Kaj določa toplotni učinek vsake specifične reakcije?
Toplotni učinek reakcije je odvisen
a) iz agregacijskih stanj začetnih snovi in reakcijskih produktov,
b) na temperaturo in
c) o tem, ali se kemična preobrazba zgodi pri konstantni prostornini ali pri konstantnem tlaku.
Odvisnost toplotnega učinka reakcije od agregacijskega stanja snovi je posledica dejstva, da procese prehoda iz enega agregacijskega stanja v drugo (kot nekatere druge fizikalne procese) spremlja sproščanje ali absorpcija toplote. To lahko izrazimo tudi s termokemično enačbo. Primer je termokemična enačba kondenzacije vodne pare:
H 2 O (g) \u003d H 2 O (g) + Q
V termokemičnih enačbah in po potrebi v navadnih kemičnih enačbah so agregatna stanja snovi navedena s črkovnimi indeksi:
(d) - plin,
(g) - tekočina,
(t) ali (cr) je trdna ali kristalinična snov.
Odvisnost toplotnega učinka od temperature je povezana z razlikami v toplotnih kapacitetah
izhodne snovi in reakcijski produkti.
Ker se zaradi eksotermne reakcije pri konstantnem tlaku prostornina sistema vedno poveča, se del energije porabi za opravljanje dela za povečanje prostornine, sproščena toplota pa bo manjša kot pri isti reakciji. pri konstantni prostornini.
Toplotni učinki reakcij se običajno izračunajo za reakcije, ki potekajo pri konstantni prostornini pri 25 °C in so označeni s simbolom Q o.
Če se energija sprosti samo v obliki toplote in kemična reakcija poteka s konstantno prostornino, potem se toplotni učinek reakcije ( QV) je enaka spremembi notranja energija(D U) snovi, ki sodelujejo v reakciji, vendar z nasprotnim predznakom:
Q V = - U.
Notranjo energijo telesa razumemo kot celotno energijo medmolekularnih interakcij, kemičnih vezi, ionizacijsko energijo vseh elektronov, vezno energijo nukleonov v jedrih in vse druge znane in neznane vrste energije, ki jih to telo »shranjuje«. Znak "-" je posledica dejstva, da se pri sproščanju toplote notranja energija zmanjša. to je
U= – QV .
Če reakcija poteka pri konstantnem tlaku, se lahko prostornina sistema spremeni. Del notranje energije se porabi tudi za delo za povečanje prostornine. V tem primeru
U = -(Q P + A) = –(Q P + PV),
kje Qp je toplotni učinek reakcije, ki poteka pri konstantnem tlaku. Od tod
Q P = - U-PV .
Vrednost, enaka U+PV je bil imenovan sprememba entalpije in označeno z D H.
H=U+PV.
Zato
Q P = - H.
Tako se pri sproščanju toplote entalpija sistema zmanjša. Od tod staro ime za to količino: "vsebnost toplote".
V nasprotju s toplotnim učinkom je sprememba entalpije značilna za reakcijo, ne glede na to, ali poteka pri konstantnem volumnu ali konstantnem tlaku. Termokemične enačbe, zapisane s spremembo entalpije, se imenujejo termokemične enačbe v termodinamični obliki. V tem primeru je podana vrednost spremembe entalpije pri standardnih pogojih (25 ° C, 101,3 kPa), označena H približno. Na primer:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) H približno= – 484 kJ;
CaO (cr) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (cr) H približno= - 65 kJ.
Odvisnost količine toplote, ki se sprosti v reakciji ( Q) zaradi toplotnega učinka reakcije ( Q o) in količino snovi ( n B) eden od udeležencev v reakciji (snov B - izhodna snov ali reakcijski produkt) je izražen z enačbo:
Tukaj je B količina snovi B, podana s koeficientom pred formulo snovi B v termokemični enačbi.
Naloga
Določite količino vodikove snovi, ki je zgorela v kisiku, če se je sprostilo 1694 kJ toplote.
Rešitev
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + 484 kJ. |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. Toplotni učinek reakcije interakcije kristalnega aluminija s plinastim klorom je 1408 kJ. Zapišite termokemično enačbo za to reakcijo in določite maso aluminija, potrebno za proizvodnjo 2816 kJ toplote s to reakcijo. 9.4. endotermne reakcije. Entropija Poleg eksotermnih reakcij so možne tudi reakcije, pri katerih se toplota absorbira, in če je ni dovedena, se reakcijski sistem ohladi. Takšne reakcije se imenujejo endotermni. Toplotni učinek takšnih reakcij je negativen. Na primer: Tako je energija, ki se sprosti pri tvorbi vezi v produktih teh in podobnih reakcij, manjša od energije, ki je potrebna za prekinitev vezi v izhodnih materialih.
Vzemimo dve bučki in eno napolnimo z dušikom (brezbarven plin), drugo pa z dušikovim dioksidom (rjavi plin), tako da sta tlak in temperatura v bučkah enaka. Znano je, da te snovi med seboj ne vstopajo v kemično reakcijo. Bučke tesno povežemo z njihovimi vratovi in jih postavimo navpično, tako da je bučka s težjim dušikovim dioksidom na dnu (slika 9.1). Čez nekaj časa bomo videli, da se rjavi dušikov dioksid postopoma širi v zgornjo bučko, brezbarvni dušik pa prodre v spodnjo. Posledično se plini pomešajo in barva vsebine bučk postane enaka. V to smer,
Odnosne enačbe med entropijo ( S) in druge količine se preučujejo pri predmetih fizike in fizikalne kemije. Entropijska enota [ S] = 1 J/K. G= H-T S Pogoj za spontani pojav reakcije: G< 0. Pri nizkih temperaturah je faktor, ki v večji meri določa možnost reakcije, energetski faktor, pri visokih temperaturah pa entropijski. Zlasti iz zgornje enačbe je jasno, zakaj začnejo pri povišani temperaturi potekati razkrojne reakcije, ki ne potekajo pri sobni temperaturi (entropija se poveča). ENDOTERMIČNA REAKCIJA, ENTROPIJA, ENERGETSKI FAKTOR, ENTROPSKI FAKTOR, GIBBSOVA ENERGIJA. 2CuO (cr) + C (grafit) \u003d 2Cu (cr) + CO 2 (g) je -46 kJ. Zapišite termokemično enačbo in izračunajte, koliko energije morate porabiti, da v takšni reakciji dobite 1 kg bakra. CaCO 3 (cr) \u003d CaO (cr) + CO 2 (g) - 179 kJ Nastalo je 24,6 litra ogljikovega dioksida. Ugotovite, koliko toplote je bilo neuporabno izgubljeno. Koliko gramov kalcijevega oksida je nastalo v tem primeru? |
