Ķīmisko reakciju vienādojumu izlīdzināšana soli pa solim

Ko drīkst mainīt koeficienti, bet apakšindeksi ne

Katra formula nosaka vienas vielas sastāvu. H₂O vienmēr ir divi ūdeņraža atomi un viens skābekļa atoms; mainot to uz H₂O₂, tiek aprakstīts ūdeņraža peroksīds, cits savienojums. Tāpēc izlīdzināšanu veic tikai ar koeficientiem, skaitļiem formulu priekšā, kas norāda, cik katras vielas formulvienību piedalās.

Izlīdzinātā vienādojumā katra elementa atomu skaits abās pusēs ir vienāds. Tā kā atomi saglabā savu masu, reaģentu kopējā masa tad ir vienāda ar produktu kopējo masu, un tā ir noderīga neatkarīga pārbaude. Ja parādās joni, lādiņu summai kreisajā pusē jābūt vienādai ar summu labajā pusē.

Koeficientus raksta kā mazākos veselos skaitļus, kas vienādojumu izlīdzina. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O ir izlīdzināts, bet ne mazākajos skaitļos; dalot ar 2, iegūst 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficientu 1 neraksta.

Pārbaudes secība, kas ļauj nesaiet pa apli

Pārbaudes metode vislabāk darbojas ar stingru secību, jo viena elementa izlīdzināšana var izjaukt citu, ko jau esat nokārtojis. Tālāk dotā secība atliek elementus, kas parādās vairākās formulās, un jo īpaši brīvos elementus, piemēram, O₂ vai metālu, jo brīvā elementa koeficienta maiņa neietekmē neko citu.

Visvairāk svarīga ir noslēguma uzskaite. Uzskaitiet katru elementu ar tā skaitu katrā pusē, reizinot katru apakšindeksu ar koeficientu un ar jebkuru apakšindeksu ārpus iekavām. Tas aizņem minūti un pamana gandrīz katru kļūdu.

• Uzrakstiet pareizas formulas visām vielām, ieskaitot divatomu elementus (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), un pēc tam tās nemainiet.
• Sarežģītākajai formulai piešķiriet izmēģinājuma koeficientu 1.
• Izlīdziniet elementus, kas parādās tikai vienā reaģentā un vienā produktā.
• Izlīdziniet poliatomiskos jonus, kas cauri reakcijai paliek nemainīti kā atsevišķas vienības.
• Pēc tam izlīdziniet ūdeņradi un skābekli, bet brīvos elementus pēdējos.
• Likvidējiet daļskaitļus, reizinot visus koeficientus ar saucēju, un pēc tam saīsiniet līdz mazākajiem veselajiem skaitļiem.
• Uzskaitiet katru elementu un kopējo lādiņu abās pusēs.

Risināts piemērs: propān-2-ola sadegšana

Propān-2-ols (izopropilspirts) C₃H₈O sadeg skābeklī, veidojot oglekļa dioksīdu un ūdeni: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Piešķiriet C₃H₈O koeficientu 1. Ogleklis parādās vienā reaģentā un vienā produktā, tāpēc 3 C nepieciešami 3 CO₂. Ūdeņradim tāpat: 8 H nepieciešami 4 H₂O.

Skābeklis nāk pēdējais, jo O₂ ir brīvs elements. Labajā pusē tagad ir 3 × 2 + 4 × 1 = 10 O atomi. Degviela jau nodrošina 1 O, tāpēc O₂ jānodrošina 9 atomi, koeficients 9/2. Visu reizinot ar 2, iegūst 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Uzskaite: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 kreisajā pusē un 12 + 8 = 20 labajā pusē. Masas pārbaude, izmantojot IUPAC standarta atomsvarus, noapaļotus līdz divām decimālzīmēm (C 12.01, H 1.01, O 16.00), sakrīt parādītajiem vielas daudzumiem: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reaģentu un 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g produktu.

Bieža kļūda ir aizmirst skābekļa atomu degvielā un rakstīt 5 O₂ uz katru C₃H₈O. Uzskaite to atklāj uzreiz: 11 O atomi kreisajā pusē un 10 labajā.

Poliatomiskie joni kā atsevišķas vienības

Ja poliatomisks jons, piemēram, sulfāts, nitrāts vai fosfāts, abās pusēs parādās nemainīts, uzskatiet to par vienu vienību, nevis skaitiet tā atomus atsevišķi. Tas saīsina uzskaiti un novērš visbiežāko skaitīšanas kļūdu, aizmirstot, ka apakšindekss ārpus iekavām reizina visu iekavu iekšpusē: Ca(NO₃)₂ satur 2 N un 6 O.

Risināts piemērs: bārija hidroksīds reaģē ar fosforskābi, veidojot bārija fosfātu un ūdeni, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Sāciet ar Ba₃(PO₄)₂. Tas satur 3 Ba, tāpēc izmantojiet 3 Ba(OH)₂, un 2 fosfāta vienības, tāpēc izmantojiet 2 H₃PO₄.

Ūdenim iedomājieties H–OH: katra molekula veidojas no viena skābes H un viena bāzes OH. Kreisajā pusē tagad ir 3 × 2 = 6 OH grupas un 2 × 3 = 6 skābie H atomi, tāpēc veidojas 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Uzskaite: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 un 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 un 8 + 6 = 14.

Izmantojiet vienības pieeju tikai tad, ja jons paliek neskarts. Ja, piemēram, nitrāts redoksreakcijā pārvēršas par NO, slāpekļa un skābekļa atomi jāskaita atsevišķi.

Lādiņa izlīdzināšana jonu vienādojumos

Jonu vienādojums var būt izlīdzināts pēc atomiem un tomēr nepareizs. Aplūkojiet alumīnija metālu, kas ievietots vara(II) jonu šķīdumā: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Katrā pusē ir viens Al un viens Cu, taču lādiņš kreisajā pusē ir 2+ un labajā 3+.

Katrs Al atoms zaudē 3 elektronus, un katrs Cu²⁺ jons iegūst 2. Mazākais kopīgais daudzkārtnis ir 6, tāpēc 2 Al reaģē ar 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Lādiņš: 3(2+) = 6+ kreisajā pusē un 2(3+) = 6+ labajā pusē; atomi Al 2 = 2 un Cu 3 = 3.

Elektroni kopējā vienādojumā neparādās, tāpēc lādiņu neatbilstība vienmēr nozīmē, ka vienādojums vēl nav izlīdzināts: kāds koeficients ir nepareizs vai trūkst tādu daļiņu kā H⁺, OH⁻ vai H₂O. Sarežģītākiem redoksvienādojumiem, īpaši skābā vai bāziskā šķīdumā, pusreakciju metode ir uzticamāka par pārbaudi.

Algebriskā metode grūtiem vienādojumiem

Daži vienādojumi, bieži redoksreakcijas, kurās viens elements nonāk vairākos produktos, pārbaudes metodei nepadodas. Piešķiriet katram koeficientam burtu, uzrakstiet vienu vienādojumu katram elementam, vienam burtam piešķiriet vērtību 1 un atrisiniet. Kālija permanganātam un sālsskābei: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kālijs dod a = c; mangāns dod a = d; skābeklis dod 4a = f; ūdeņradis dod b = 2f; hlors dod b = c + 2d + 2e. Pieņemot a = 1, iegūst c = 1, d = 1, f = 4 un b = 8, un tad 8 = 1 + 2 + 2e, tātad e = 5/2. Reizinot ar 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Uzskaite: K 2, Mn 2, O 8, H 16 un Cl 16 katrā pusē.

Ja pēc tam, kad vienam burtam piešķirta vērtība 1, elementu vienādojumi joprojām atstāj kādu koeficientu nenoteiktu, vienādojumam ir vairāk nekā viena neatkarīga izlīdzināta forma. Tas parasti nozīmē, ka tas apvieno divas atsevišķas reakcijas, un pareizās izvēlei vajadzīga papildu ķīmiskā informācija, piemēram, kura daļiņa katrā pusreakcijā tiek oksidēta un kura reducēta.

Izlīdzināšanas kļūdas un uzskaite, kas tās pamana

Katru no tālāk minētajām kļūdām pamana viena un tā pati noslēguma uzskaite, elements pa elementam un pēc tam lādiņš. Padariet uzskaiti par stingru katra vienādojuma pēdējo rindu, nevis neobligātu papildinājumu.

Ja uzskaite atkārtoti neizdodas tam pašam elementam, atgriezieties pie pārbaudes secības un pārbaudiet, vai šis elements netika izlīdzināts pārāk agri.

• Apakšindeksa maiņa, lai panāktu līdzsvaru, piemēram, H₂O₂ rakstīšana ūdens vietā. Salīdziniet katru formulu ar neizlīdzināto vienādojumu, no kura sākāt.
• Divatomu elementa rakstīšana kā atsevišķi atomi, piemēram, O O₂ vietā.
• Aizmirsta reizināšana cauri iekavām, tāpēc Ba₃(PO₄)₂ tiek skaitīts kā 4 O, nevis 8.
• Daļskaitļu vai koeficientu ar kopīgu reizinātāju atstāšana galīgajā atbildē.
• Atomu, bet ne lādiņa izlīdzināšana vienādojumā ar joniem.
• Brīvā elementa izlīdzināšana pirmā, un pēc tam tā pārtaisīšana pēc katras citas izmaiņas.