Vyčíslování chemických rovnic krok za krokem

Co smějí koeficienty měnit a indexy ne

Každý vzorec určuje složení jedné látky. H₂O má vždy dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku; změna na H₂O₂ popisuje peroxid vodíku, jinou sloučeninu. Vyčíslování se proto provádí jen koeficienty, tedy čísly před vzorci, která říkají, kolik vzorcových jednotek každé látky se účastní.

Vyčíslená rovnice má na obou stranách stejný počet atomů každého prvku. Protože atomy zachovávají svou hmotnost, rovná se pak celková hmotnost reaktantů celkové hmotnosti produktů, což je užitečná nezávislá kontrola. Vyskytují-li se ionty, musí se součet nábojů vlevo rovnat součtu vpravo.

Koeficienty se zapisují jako nejmenší celá čísla, která rovnici vyčíslují. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O je vyčíslena, ale ne v základním tvaru; dělením dvěma dostaneme 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficient 1 se nepíše.

Pořadí pozorování, které předchází chození v kruhu

Pozorování funguje nejlépe s pevným pořadím, protože vyčíslení jednoho prvku může rozladit jiný, který už jste vyřešili. Níže uvedené pořadí odkládá prvky, které se vyskytují v několika vzorcích, a zejména volné prvky, jako O₂ nebo kov, protože změna koeficientu volného prvku nic jiného nenaruší.

Nejdůležitější je závěrečné sečtení. Vypište každý prvek s jeho počtem na každé straně, přičemž každý index násobíte koeficientem i případným indexem za závorkou. Zabere to minutu a zachytí téměř každé přehlédnutí.

• Zapište správné vzorce všech látek, včetně dvouatomových prvků (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), a poté je neměňte.
• Nejsložitějšímu vzorci dejte zkušební koeficient 1.
• Vyčíslete prvky, které se vyskytují jen v jednom reaktantu a jednom produktu.
• Vyčíslete víceatomové ionty, které procházejí beze změny jako jednotlivé jednotky.
• Potom vyčíslete vodík a kyslík a volné prvky nakonec.
• Zlomky odstraňte vynásobením všech koeficientů jmenovatelem a poté zkraťte na nejmenší celá čísla.
• Sečtěte každý prvek i celkový náboj na obou stranách.

Řešený příklad: spalování propan-2-olu

Propan-2-ol (isopropylalkohol), C₃H₈O, hoří v kyslíku za vzniku oxidu uhličitého a vody: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Dejte C₃H₈O koeficient 1. Uhlík se vyskytuje v jednom reaktantu a jednom produktu, takže 3 C vyžadují 3 CO₂. Stejně vodík: 8 H vyžaduje 4 H₂O.

Kyslík je na řadě poslední, protože O₂ je volný prvek. Pravá strana má nyní 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atomů O. Palivo už dodává 1 O, takže O₂ musí dodat 9 atomů, tedy koeficient 9/2. Vynásobením všeho dvěma dostaneme 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Sečtení: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 vlevo a 12 + 8 = 20 vpravo. Kontrola hmotnosti se standardními atomovými hmotnostmi IUPAC zaokrouhlenými na dvě desetinná místa (C 12.01, H 1.01, O 16.00) souhlasí pro uvedená molární množství: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reaktantů a 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g produktů.

Častým přehlédnutím je zapomenout na atom kyslíku uvnitř paliva a napsat 5 O₂ na každou C₃H₈O. Sečtení to hned prozradí: 11 atomů O vlevo a 10 vpravo.

Víceatomové ionty jako jednotlivé jednotky

Když se víceatomový ion, například síran, dusičnan nebo fosforečnan, objeví beze změny na obou stranách, počítejte ho jako jednu jednotku místo počítání jeho atomů zvlášť. Zkrátí to účetnictví a vyhne se nejčastější početní chybě, totiž zapomenutí, že index za závorkou násobí vše uvnitř: Ca(NO₃)₂ obsahuje 2 N a 6 O.

Řešený příklad: hydroxid barnatý reaguje s kyselinou fosforečnou za vzniku fosforečnanu barnatého a vody, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Začněte s Ba₃(PO₄)₂. Obsahuje 3 Ba, takže použijte 3 Ba(OH)₂, a 2 fosforečnanové jednotky, takže použijte 2 H₃PO₄.

U vody si ji představte jako H–OH: každá molekula vzniká z jednoho H kyseliny a jedné skupiny OH zásady. Levá strana nyní nese 3 × 2 = 6 skupin OH a 2 × 3 = 6 kyselých atomů H, takže vznikne 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Sečtení: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 a 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 a 8 + 6 = 14.

Přístup s jednotkami používejte, jen když ion zůstane nedotčen. Pokud se například dusičnan v redoxní reakci přemění na NO, je třeba dusík a kyslík počítat zvlášť.

Vyčíslování náboje v iontových rovnicích

Iontová rovnice může mít vyčíslené atomy a přesto být chybná. Uvažujme kovový hliník vložený do roztoku iontů mědi(II): Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Na každé straně je jeden Al a jeden Cu, ale náboj je vlevo 2+ a vpravo 3+.

Každý atom Al ztrácí 3 elektrony a každý ion Cu²⁺ získává 2. Nejmenší společný násobek je 6, takže 2 Al reagují se 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Náboj: 3(2+) = 6+ vlevo a 2(3+) = 6+ vpravo; atomy Al 2 = 2 a Cu 3 = 3.

Elektrony se v celkové rovnici neobjevují, takže nesoulad nábojů vždy znamená, že rovnice ještě není vyčíslena: některý koeficient je špatně, nebo chybí částice jako H⁺, OH⁻ nebo H₂O. U složitějších redoxních rovnic, zejména v kyselém nebo zásaditém roztoku, je metoda poloreakcí spolehlivější než pozorování.

Algebraická metoda pro tvrdohlavé rovnice

Některé rovnice, často redoxní reakce, v nichž jeden prvek skončí v několika produktech, pozorování odolávají. Přiřaďte každému koeficientu písmeno, napište jednu rovnici pro každý prvek, jedno písmeno položte rovno 1 a vyřešte. Pro manganistan draselný a kyselinu chlorovodíkovou: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Draslík dává a = c; mangan dává a = d; kyslík dává 4a = f; vodík dává b = 2f; chlor dává b = c + 2d + 2e. Při a = 1 dostaneme c = 1, d = 1, f = 4 a b = 8, a pak 8 = 1 + 2 + 2e, tedy e = 5/2. Vynásobením dvěma: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Sečtení: K 2, Mn 2, O 8, H 16 a Cl 16 na každé straně.

Pokud po položení jednoho písmene rovno 1 rovnice pro prvky stále ponechávají některý koeficient neurčený, má rovnice více než jednu nezávislou vyčíslenou podobu. To obvykle znamená, že spojuje dvě samostatné reakce, a k výběru správné podoby je potřeba další chemická informace, například která částice se v každé poloreakci oxiduje a která redukuje.

Chyby při vyčíslování a sečtení, které je odhalí

Každou z níže uvedených chyb zachytí totéž závěrečné sečtení, prvek po prvku a poté náboj. Udělejte ze sečtení pevný poslední řádek každé rovnice, nikoli nepovinný doplněk.

Pokud sečtení selhává stále u stejného prvku, vraťte se k pořadí pozorování a zkontrolujte, zda nebyl tento prvek vyčíslen příliš brzy.

• Změna indexu, aby se rovnice vyčíslila, například zápis H₂O₂ pro vodu. Porovnejte každý vzorec s nevyčíslenou rovnicí, od které jste vycházeli.
• Zápis dvouatomového prvku jako jednotlivých atomů, například O místo O₂.
• Zapomenutí vynásobit závorky, takže Ba₃(PO₄)₂ se počítá jako 4 O místo 8.
• Ponechání zlomků nebo koeficientů se společným činitelem v konečné odpovědi.
• Vyčíslení atomů, ale ne náboje v rovnici s ionty.
• Vyčíslení volného prvku jako prvního a nutnost jej po každé další změně přepracovávat.