Уравняване на химични уравнения стъпка по стъпка

Какво могат да променят коефициентите и какво не могат индексите

Всяка формула определя състава на едно вещество. H₂O винаги има два водородни атома и един кислороден; промяната ѝ на H₂O₂ описва водороден пероксид, различно съединение. Затова уравняването се прави само с коефициенти – числата пред формулите, които показват колко формулни единици от всяко вещество участват.

Уравненото уравнение има еднакъв брой атоми от всеки елемент от двете страни. Тъй като атомите запазват масата си, общата маса на реагентите тогава е равна на общата маса на продуктите, което е полезна независима проверка. Когато участват йони, сборът на зарядите отляво също трябва да е равен на сбора отдясно.

Коефициентите се записват като най-малките цели числа, които уравняват уравнението. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O е уравнено, но не в най-прост вид; делението на 2 дава 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Коефициент 1 не се пише.

Ред на подбор, който избягва въртенето в кръг

Подборът работи най-добре с постоянен ред, защото уравняването на един елемент може да наруши друг, който вече сте уредили. Редът по-долу отлага елементите, които се срещат в няколко формули, и особено свободните елементи като O₂ или метал, защото промяната на коефициента на свободен елемент не нарушава нищо друго.

Най-важна е крайната проверка. Изброявайте всеки елемент с броя му от всяка страна, като умножите всеки индекс по коефициента и по всеки индекс извън скобите. Отнема минута и улавя почти всяка грешка.

• Запишете правилни формули за всички вещества, включително двуатомните елементи (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), и не ги променяйте след това.
• Дайте на най-сложната формула пробен коефициент 1.
• Уравнете елементите, които се срещат само в един реагент и един продукт.
• Уравнете многоатомните йони, които преминават непроменени като единични единици.
• След това уравнете водорода и кислорода, а свободните елементи – накрая.
• Премахнете всяка дроб, като умножите всички коефициенти по знаменателя ѝ, после ги сведете до най-малките цели числа.
• Проверете всеки елемент и общия заряд от двете страни.

Решен пример: горене на пропан-2-ол

Пропан-2-олът (изопропилов алкохол), C₃H₈O, гори в кислород и дава въглероден диоксид и вода: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Дайте на C₃H₈O коефициент 1. Въглеродът се среща в един реагент и един продукт, така че 3 C изискват 3 CO₂. Същото важи за водорода: 8 H изискват 4 H₂O.

Кислородът е последен, защото O₂ е свободен елемент. Дясната страна вече има 3 × 2 + 4 × 1 = 10 O атома. Горивото вече дава 1 O, така че O₂ трябва да даде 9 атома, коефициент 9/2. Умножаването на всичко по 2 дава 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Проверка: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 отляво и 12 + 8 = 20 отдясно. Проверка на масата със стандартните атомни тегла на IUPAC, закръглени до два десетични знака (C 12.01, H 1.01, O 16.00), съвпада за показаните моларни количества: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g реагенти и 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g продукти.

Честа грешка е да се забрави кислородният атом в горивото и да се напише 5 O₂ за всяка C₃H₈O. Проверката го разкрива веднага: 11 O атома отляво и 10 отдясно.

Многоатомните йони като единични единици

Когато многоатомен йон като сулфат, нитрат или фосфат се появява непроменен от двете страни, броете го като една единица, вместо да броите атомите му поотделно. Това съкращава сметките и избягва най-честата грешка при броенето – забравянето, че индекс извън скобите умножава всичко вътре: Ca(NO₃)₂ съдържа 2 N и 6 O.

Решен пример: бариев хидроксид реагира с фосфорна киселина и дава бариев фосфат и вода, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Започнете с Ba₃(PO₄)₂. Той съдържа 3 Ba, така че вземете 3 Ba(OH)₂, и 2 фосфатни единици, така че вземете 2 H₃PO₄.

За водата си представете H–OH: всяка молекула се образува от един H на киселината и една OH група на основата. Лявата страна вече носи 3 × 2 = 6 OH групи и 2 × 3 = 6 кисели H атома, така че се образуват 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Проверка: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 и 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 и 8 + 6 = 14.

Използвайте подхода с единици само когато йонът оцелява непроменен. Ако нитратът се превръща в NO в редокс реакция например, азотът и кислородът трябва да се броят поотделно.

Уравняване на заряда в йонните уравнения

Йонното уравнение може да е уравнено по атоми и пак да е грешно. Вижте алуминиев метал, поставен в разтвор на мед(II) йони: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). От всяка страна има по един Al и един Cu, но зарядът е 2+ отляво и 3+ отдясно.

Всеки Al атом губи 3 електрона, а всеки Cu²⁺ йон приема 2. Най-малкото общо кратно е 6, така че 2 Al реагират с 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Заряд: 3(2+) = 6+ отляво и 2(3+) = 6+ отдясно; атоми Al 2 = 2 и Cu 3 = 3.

Електроните не се появяват в общото уравнение, затова несъответствието в заряда винаги означава, че уравнението още не е уравнено: някой коефициент е грешен или липсва частица като H⁺, OH⁻ или H₂O. За по-сложни редокс уравнения, особено в кисела или основна среда, методът на полуреакциите е по-надежден от подбора.

Алгебричният метод за упорити уравнения

Някои уравнения, често редокс реакции, в които един елемент попада в няколко продукта, се съпротивляват на подбора. Означете всеки коефициент с буква, запишете по едно уравнение за всеки елемент, задайте на една буква стойност 1 и решете. За калиев перманганат и солна киселина: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Калият дава a = c; манганът дава a = d; кислородът дава 4a = f; водородът дава b = 2f; хлорът дава b = c + 2d + 2e. Задаването на a = 1 дава c = 1, d = 1, f = 4 и b = 8, а после 8 = 1 + 2 + 2e, така че e = 5/2. Умножение по 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Проверка: K 2, Mn 2, O 8, H 16 и Cl 16 от всяка страна.

Ако, след като зададете на една буква стойност 1, уравненията за елементите все още оставят неопределен коефициент, значи уравнението има повече от една независима уравнена форма. Това обикновено означава, че обединява две отделни реакции и е нужна допълнителна химична информация, например кое вещество се окислява и кое се редуцира във всяка полуреакция, за да изберете правилната.

Грешки при уравняване и проверката, която ги улавя

Всяка от грешките по-долу се улавя от една и съща крайна проверка – елемент по елемент, а после заряд. Направете проверката постоянен последен ред на всяко уравнение, а не по желание допълнение.

Ако проверката продължава да не излиза за един и същ елемент, върнете се към реда на подбора и проверете дали този елемент не е бил уравнен твърде рано.

• Промяна на индекс, за да се получи баланс, например записване на H₂O₂ за вода. Сравнете всяка формула с неуравненото химично уравнение, от което сте тръгнали.
• Записване на двуатомен елемент като единични атоми, например O вместо O₂.
• Забравяне да умножите през скобите, така че Ba₃(PO₄)₂ да се брои с 4 O вместо с 8.
• Оставяне на дроби или на коефициенти с общ делител в крайния отговор.
• Уравняване на атомите, но не и на заряда, в уравнение с йони.
• Уравняване първо на свободен елемент, след което се налага да се прави наново след всяка друга промяна.