Mengimbangkan Persamaan Kimia Langkah demi Langkah

Pekali boleh diubah tetapi subskrip tidak boleh

Setiap formula menetapkan komposisi satu bahan. H₂O sentiasa mempunyai dua atom hidrogen dan satu atom oksigen; menukarnya kepada H₂O₂ menerangkan hidrogen peroksida, sebatian yang berbeza. Oleh itu pengimbangan dilakukan dengan pekali sahaja, iaitu nombor di hadapan formula, yang menyatakan berapa banyak unit formula setiap bahan yang mengambil bahagian.

Persamaan yang seimbang mempunyai bilangan atom setiap unsur yang sama pada kedua-dua belah. Oleh sebab atom mengekalkan jisimnya, jumlah jisim bahan tindak balas kemudian sama dengan jumlah jisim hasil, yang merupakan semakan bebas yang berguna. Apabila ion muncul, jumlah cas di sebelah kiri juga mesti sama dengan jumlah di sebelah kanan.

Pekali ditulis sebagai nombor bulat terkecil yang mengimbangkan persamaan. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O adalah seimbang tetapi bukan dalam sebutan terendah; membahagi dengan 2 memberikan 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Pekali 1 tidak ditulis.

Urutan pemeriksaan yang mengelakkan berpusing-pusing

Pemeriksaan berfungsi paling baik dengan urutan tetap, kerana mengimbangkan satu unsur boleh menyebabkan unsur lain yang sudah selesai menjadi tidak seimbang. Urutan di bawah menangguhkan unsur yang muncul dalam beberapa formula, dan terutamanya unsur bebas seperti O₂ atau logam, kerana menukar pekali unsur bebas tidak mengganggu apa-apa yang lain.

Pengiraan akhir paling penting. Senaraikan setiap unsur dengan bilangannya pada setiap belah, mendarab setiap subskrip dengan pekali dan dengan sebarang subskrip di luar kurungan. Ia mengambil seminit dan menangkap hampir setiap kesilapan.

• Tulis formula yang betul bagi setiap bahan, termasuk unsur dwiatom (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), dan jangan ubah selepas itu.
• Beri formula yang paling kompleks pekali percubaan 1.
• Imbangkan unsur yang hanya muncul dalam satu bahan tindak balas dan satu hasil.
• Imbangkan ion poliatom yang melalui tindak balas tanpa berubah sebagai unit tunggal.
• Imbangkan hidrogen dan oksigen seterusnya, dan unsur bebas yang terakhir.
• Hapuskan sebarang pecahan dengan mendarab setiap pekali dengan penyebutnya, kemudian kurangkan kepada nombor bulat terkecil.
• Kira setiap unsur, dan jumlah cas, pada kedua-dua belah.

Contoh penyelesaian: pembakaran 2-propanol

2-Propanol (isopropil alkohol), C₃H₈O, terbakar dalam oksigen menghasilkan karbon dioksida dan air: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. Beri C₃H₈O pekali 1. Karbon muncul dalam satu bahan tindak balas dan satu hasil, jadi 3 C memerlukan 3 CO₂. Hidrogen juga begitu: 8 H memerlukan 4 H₂O.

Oksigen datang terakhir kerana O₂ ialah unsur bebas. Sebelah kanan kini mempunyai 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atom O. Bahan api sudah membekalkan 1 O, jadi O₂ mesti membekalkan 9 atom, pekali 9/2. Mendarab semuanya dengan 2 memberikan 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Kiraan: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 di sebelah kiri dan 12 + 8 = 20 di sebelah kanan. Semakan jisim menggunakan berat atom piawai IUPAC yang dibundarkan kepada dua tempat perpuluhan (C 12.01, H 1.01, O 16.00) sepadan untuk kuantiti molar yang ditunjukkan: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g bahan tindak balas dan 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g hasil.

Kesilapan lazim ialah terlupa atom oksigen di dalam bahan api dan menulis 5 O₂ bagi setiap C₃H₈O. Kiraan mendedahkannya serta-merta: 11 atom O di sebelah kiri dan 10 di sebelah kanan.

Ion poliatom sebagai unit tunggal

Apabila ion poliatom seperti sulfat, nitrat atau fosfat muncul tanpa berubah pada kedua-dua belah, kira ia sebagai satu unit dan bukannya mengira atomnya secara berasingan. Ini memendekkan pengiraan dan mengelakkan kesilapan pembilangan yang paling kerap, iaitu terlupa bahawa subskrip di luar kurungan mendarab semua yang ada di dalam: Ca(NO₃)₂ mengandungi 2 N dan 6 O.

Contoh penyelesaian: barium hidroksida bertindak balas dengan asid fosforik menghasilkan barium fosfat dan air, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Mulakan dengan Ba₃(PO₄)₂. Ia mengandungi 3 Ba, jadi gunakan 3 Ba(OH)₂, dan 2 unit fosfat, jadi gunakan 2 H₃PO₄.

Bagi air, anggapkannya sebagai H–OH: setiap molekul terbentuk daripada satu H asid dan satu OH bes. Sebelah kiri kini membawa 3 × 2 = 6 kumpulan OH dan 2 × 3 = 6 atom H berasid, jadi 6 H₂O terbentuk: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Kiraan: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 dan 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 dan 8 + 6 = 14.

Gunakan pendekatan unit hanya apabila ion itu kekal utuh. Jika nitrat ditukar kepada NO dalam tindak balas redoks, sebagai contoh, nitrogen dan oksigen mesti dikira secara berasingan.

Mengimbangkan cas dalam persamaan ion

Persamaan ion boleh mengimbangkan atom namun masih salah. Pertimbangkan logam aluminium diletakkan dalam larutan ion kuprum(II): Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Terdapat satu Al dan satu Cu pada setiap belah, tetapi casnya 2+ di sebelah kiri dan 3+ di sebelah kanan.

Setiap atom Al kehilangan 3 elektron dan setiap ion Cu²⁺ memperoleh 2. Gandaan sepunya terkecil ialah 6, jadi 2 Al bertindak balas dengan 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Cas: 3(2+) = 6+ di sebelah kiri dan 2(3+) = 6+ di sebelah kanan; atom Al 2 = 2 dan Cu 3 = 3.

Elektron tidak muncul dalam persamaan keseluruhan, jadi ketakpadanan cas sentiasa bermakna persamaan belum seimbang: pekali salah, atau spesies seperti H⁺, OH⁻ atau H₂O tertinggal. Bagi persamaan redoks yang lebih rumit, terutamanya dalam larutan berasid atau berbes, kaedah setengah tindak balas lebih boleh dipercayai daripada pemeriksaan.

Kaedah algebra untuk persamaan yang sukar

Sesetengah persamaan, selalunya tindak balas redoks yang satu unsurnya berakhir dalam beberapa hasil, sukar diimbangkan melalui pemeriksaan. Tetapkan satu huruf bagi setiap pekali, tulis satu persamaan bagi setiap unsur, tetapkan satu huruf kepada 1, dan selesaikan. Bagi kalium permanganat dan asid hidroklorik: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kalium memberikan a = c; mangan memberikan a = d; oksigen memberikan 4a = f; hidrogen memberikan b = 2f; klorin memberikan b = c + 2d + 2e. Menetapkan a = 1 memberikan c = 1, d = 1, f = 4 dan b = 8, dan kemudian 8 = 1 + 2 + 2e, jadi e = 5/2. Mendarab dengan 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Kiraan: K 2, Mn 2, O 8, H 16 dan Cl 16 pada setiap belah.

Jika, selepas anda menetapkan satu huruf kepada 1, persamaan unsur masih meninggalkan satu pekali tidak ditentukan, persamaan itu mempunyai lebih daripada satu bentuk seimbang yang bebas. Itu biasanya bermakna ia menggabungkan dua tindak balas yang berasingan, dan maklumat kimia tambahan, seperti spesies mana yang dioksidakan dan yang mana dikurangkan dalam setiap setengah tindak balas, diperlukan untuk memilih yang betul.

Kesilapan pengimbangan dan kiraan yang menangkapnya

Setiap kesilapan di bawah ditangkap oleh kiraan akhir yang sama, unsur demi unsur dan kemudian cas. Jadikan kiraan itu baris terakhir yang tetap bagi setiap persamaan, bukan tambahan pilihan.

Jika kiraan terus gagal bagi unsur yang sama, kembali kepada urutan pemeriksaan dan semak sama ada unsur itu diimbangkan terlalu awal.

• Mengubah subskrip untuk memaksa keseimbangan, seperti menulis H₂O₂ bagi air. Bandingkan setiap formula dengan persamaan tidak seimbang yang anda mulakan.
• Menulis unsur dwiatom sebagai atom tunggal, seperti O dan bukannya O₂.
• Terlupa mendarab melalui kurungan, sehingga Ba₃(PO₄)₂ dikira mempunyai 4 O dan bukannya 8.
• Meninggalkan pecahan, atau pekali dengan faktor sepunya, dalam jawapan akhir.
• Mengimbangkan atom tetapi bukan cas dalam persamaan yang mengandungi ion.
• Mengimbangkan unsur bebas dahulu kemudian terpaksa mengulangnya selepas setiap perubahan lain.