Уравнения химических реакций
Уравнение химической реакции — условная запись реакции с помощью химических формул и коэффициентов. Слева пишут исходные вещества, справа — продукты, между ними ставят стрелку или знак равенства. Коэффициенты подбирают так, чтобы атомов каждого элемента слева и справа было поровну: этого требует закон сохранения массы. Например, 2H₂ + O₂ → 2H₂O — две молекулы водорода и одна молекула кислорода дают две молекулы воды.
Что такое уравнение химической реакции
Уравнение рассказывает сразу о многом: какие вещества реагируют, что получается, в каком соотношении берут частицы и при каких условиях идёт процесс. В его основе — закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся. Закон независимо открыли М. В. Ломоносов и А. Лавуазье в XVIII веке. Объяснение простое: в реакции атомы не исчезают и не появляются, а только перегруппировываются. Значит, число атомов каждого элемента до и после реакции одинаково.
Пока коэффициенты не расставлены, запись называют схемой реакции: H₂ + O₂ → H₂O. Здесь слева 2 атома кислорода, а справа 1 — это ещё не уравнение.
Как составить уравнение химической реакции
- Запишите словесную схему: какие вещества реагируют и что получается. Например: алюминий + соляная кислота → хлорид алюминия + водород.
- Замените названия формулами. Водород, кислород, азот и галогены как простые вещества пишут двухатомными: H₂, O₂, N₂, Cl₂. Формулы сложных веществ составляют по валентности: у алюминия III, у хлора I, значит, AlCl₃. Получится схема Al + HCl → AlCl₃ + H₂.
- Расставьте коэффициенты. Хлора справа 3 — ставим 3HCl. Теперь водорода слева 3, справа 2; наименьшее общее кратное — 6: перед HCl ставим 6, перед H₂ — 3. Хлора стало 6 — ставим 2 перед AlCl₃ и 2 перед Al.
- Проверьте каждый элемент: Al 2 = 2, H 6 = 6, Cl 6 = 6. Получилось 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑.
- Допишите условия и знаки: t° над стрелкой, ↑ у газа, ↓ у осадка.
Подробный алгоритм подбора, приём с чётностью и расстановка онлайн — на странице «Как расставить коэффициенты».
Коэффициент и индекс: в чём разница
Индекс — маленькая цифра справа внизу у символа элемента. Он показывает, сколько атомов этого элемента входит в одну молекулу (формульную единицу). Коэффициент — большая цифра перед формулой. Он показывает, сколько молекул (или моль) вещества участвует в реакции.
| Запись | Что означает | Атомов всего |
|---|---|---|
| H₂O | 1 молекула воды | H — 2, O — 1 |
| 2H₂O | 2 молекулы воды | H — 4, O — 2 |
| H₂O₂ | 1 молекула пероксида водорода — другое вещество | H — 2, O — 2 |
| 3H₂SO₄ | 3 молекулы серной кислоты | H — 6, S — 3, O — 12 |
| 2Ca(OH)₂ | 2 формульные единицы гидроксида кальция | Ca — 2, O — 4, H — 4 |
Чтобы найти число атомов элемента, умножьте коэффициент на индекс, а если элемент в скобках — ещё и на индекс за скобкой. При уравнивании меняют только коэффициенты: исправив H₂O на H₂O₂, вы получите формулу другого вещества. Коэффициент 1 не пишут.
Как читать уравнение реакции
Уравнение 2Mg + O₂ → 2MgO читают так: «два магний плюс о-два равно два магний-о». Формулы читают по символам: H₂SO₄ — «аш-два-эс-о-четыре», Ca(OH)₂ — «кальций-о-аш-дважды». Смысл записи передают тремя способами:
- словами: магний реагирует с кислородом, образуется оксид магния;
- в частицах: 2 атома магния и 1 молекула кислорода дают 2 формульные единицы MgO;
- в моль и граммах: 2 моль магния (48 г) и 1 моль кислорода (32 г) дают 2 моль оксида магния (80 г); масса сохраняется: 48 + 32 = 80.
Словесное уравнение — запись реакции названиями веществ: «цинк + соляная кислота → хлорид цинка + водород». С таких записей начинают в 7–8 классе, а затем переводят их в формулы: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑.
Обозначения в уравнениях: ↑, ↓, ⇄, t°
| Знак | Что означает | Пример |
|---|---|---|
| → или = | необратимая реакция | CaO + CO₂ → CaCO₃ |
| ⇄ | обратимая реакция | H₂ + I₂ ⇄ 2HI |
| ↑ | выделяется газ | Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂↑ |
| ↓ | выпадает осадок | CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl |
| t° | нагревание | 2HgO → 2Hg + O₂↑ t° |
| кат. | катализатор, над стрелкой пишут его формулу | 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑ кат. MnO₂ |
| hν | освещение | CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl hν |
| (конц.), (разб.) | концентрированная или разбавленная кислота | Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O |
Стрелку ↑ ставят у газа, если среди исходных веществ газов нет, а ↓ — у осадка, выпадающего из раствора.
Как написать уравнение реакции по исходным веществам
Часто в задании даны только исходные вещества, а продукты нужно предсказать. Помогают общие свойства классов веществ:
| Исходные вещества | Продукты | Пример |
|---|---|---|
| металл + неметалл | бинарное соединение | Fe + S → FeS |
| металл (левее H) + кислота | соль + водород | Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ |
| основный оксид + кислота | соль + вода | CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O |
| кислотный оксид + щёлочь | соль + вода | CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O |
| кислота + основание | соль + вода | Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O |
| соль + щёлочь | новая соль + новое основание | FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl |
| соль + соль | две новые соли | BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl |
Прежде чем писать, проверьте, пойдёт ли реакция: металл должен стоять в ряду активности левее водорода, а в реакции обмена должен получиться осадок, газ или вода — это видно по таблице растворимости. Подробнее о каждом классе — в справочнике: оксиды, кислоты, соли.
Примеры уравнений химических реакций с решением
1. Горение метана
Схема CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O. Углерод уравнен. Водорода слева 4 — ставим 2 перед H₂O. Кислорода справа 2 + 2 = 4 — ставим 2 перед O₂: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
2. Разложение гидроксида железа(III)
Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + H₂O. Железа справа 2 — ставим 2 перед Fe(OH)₃. Слева стало 6 атомов водорода — ставим 3 перед H₂O. Кислород: 6 = 3 + 3. Итог: 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O.
3. Нейтрализация серной кислоты
NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O. Натрия справа 2 — ставим 2 перед NaOH. Водорода слева 2 + 2 = 4 — ставим 2 перед H₂O: 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O.
4. Мрамор и соляная кислота
CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O. Хлора справа 2 — ставим 2 перед HCl; водород и кислород сходятся сами. CO₂ — газ, ставим ↑: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.
5. Хлорид кальция и фосфат натрия
CaCl₂ + Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + NaCl. Кальция справа 3 — ставим 3 перед CaCl₂; групп PO₄ справа 2 — ставим 2 перед Na₃PO₄. Натрия и хлора слева теперь по 6 — ставим 6 перед NaCl: 3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl.
6. Железо и сульфат меди(II)
Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu — коэффициенты не нужны: все атомы уже уравнены.
Типичные ошибки
- меняют индексы вместо коэффициентов: H₂O превращают в H₂O₂;
- пишут водород и кислород одноатомными: «H + O → H₂O» вместо H₂ и O₂;
- ошибаются в формулах продуктов: железо с соляной кислотой даёт FeCl₂, а не FeCl₃;
- не сокращают коэффициенты: 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O нужно сократить до 2H₂ + O₂ → 2H₂O;
- забывают ↑ и ↓, когда задание просит указать признаки реакции.
Для ОВР со сложными коэффициентами есть метод электронного баланса, для реакций в растворах — ионные уравнения. Тренироваться удобно в лаборатории: после опыта нужно собрать уравнение из карточек с формулами и коэффициентами, например в опытах «Ионы меди» и «Углекислый газ».
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Ионы меди(II)
Щёлочь к раствору медного купороса — голубой осадок гидроксида меди(II).
Нейтрализация
Щёлочь с фенолфталеином титруют кислотой, пока малиновая окраска не исчезнет.
Получение водорода
Металл в кислоте, сбор газа над водой в пробирку и проба горящей лучиной — хлопок.
Читайте также
- Как расставить коэффициенты в уравнениях
- Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)
- Ионные уравнения реакций
- Типы и классификация химических реакций
- Валентность химических элементов
- Таблица растворимости веществ в воде
- Цепочки превращений
- Химия 8 класс: все темы кратко, опыты и практические работы онлайн
Частые вопросы
Как составить уравнение химической реакции?
Запишите словесную схему, замените названия веществ формулами, расставьте коэффициенты так, чтобы атомов каждого элемента слева и справа было поровну, и проверьте каждый элемент. В конце добавьте условия реакции и знаки ↑ и ↓.
Чем коэффициент отличается от индекса?
Индекс — маленькая цифра внизу справа у символа: он показывает число атомов в одной молекуле и задаёт формулу вещества. Коэффициент — цифра перед формулой: он показывает число молекул. При уравнивании меняют только коэффициенты.
Что означают стрелки вверх и вниз в уравнении?
Стрелка вверх ↑ после формулы означает, что вещество выделяется в виде газа. Стрелка вниз ↓ — что вещество выпадает в осадок. Знак ⇄ между частями уравнения означает обратимую реакцию.
Как проверить, правильно ли составлено уравнение?
Посчитайте атомы каждого элемента слева и справа: умножьте коэффициент на индекс, учитывая скобки. Числа должны совпасть для всех элементов, а коэффициенты должны быть наименьшими целыми числами.
Что такое словесное уравнение реакции?
Запись реакции названиями веществ вместо формул: «магний + кислород → оксид магния». Потом её переводят в уравнение с формулами и коэффициентами.