Vyčíslovanie chemických rovníc krok za krokom

Čo smú koeficienty meniť a indexy nie

Každý vzorec určuje zloženie jednej látky. H₂O má vždy dva atómy vodíka a jeden atóm kyslíka; zmena na H₂O₂ opisuje peroxid vodíka, inú zlúčeninu. Vyčíslovanie sa preto robí iba koeficientmi, číslami pred vzorcami, ktoré udávajú, koľko vzorcových jednotiek každej látky sa zúčastňuje.

Vyčíslená rovnica má na oboch stranách rovnaký počet atómov každého prvku. Keďže atómy si zachovávajú hmotnosť, celková hmotnosť reaktantov sa potom rovná celkovej hmotnosti produktov, čo je užitočná nezávislá kontrola. Keď sa vyskytnú ióny, musí sa súčet nábojov vľavo rovnať súčtu vpravo.

Koeficienty sa píšu ako najmenšie celé čísla, ktoré rovnicu vyčíslia. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O je vyčíslená, ale nie v základnom tvare; delením dvoma vznikne 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficient 1 sa nepíše.

Poradie pri skúšaní, ktoré sa nemotá v kruhu

Skúšanie funguje najlepšie s pevným poradím, pretože vyčíslenie jedného prvku môže rozladiť iný, ktorý ste už vyriešili. Nižšie uvedené poradie odkladá prvky, ktoré sa vyskytujú vo viacerých vzorcoch, a najmä voľné prvky, ako O₂ alebo kov, pretože zmena koeficienta voľného prvku nič iné nenaruší.

Najviac záleží na záverečnej bilancii. Vypíšte každý prvok s jeho počtom na každej strane, pričom každý index vynásobte koeficientom a prípadným indexom za zátvorkou. Trvá to minútu a zachytí takmer každé pochybenie.

• Napíšte správne vzorce všetkých látok vrátane dvojatómových prvkov (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂) a potom ich už nemeňte.
• Najzložitejšiemu vzorcu dajte skúšobný koeficient 1.
• Vyčíslite prvky, ktoré sa vyskytujú len v jednom reaktante a jednom produkte.
• Vyčíslite viacatómové ióny, ktoré prechádzajú nezmenené ako jednotlivé jednotky.
• Potom vyčíslite vodík a kyslík a voľné prvky nakoniec.
• Zlomky odstráňte vynásobením všetkých koeficientov ich menovateľom a potom skráťte na najmenšie celé čísla.
• Zrátajte každý prvok a celkový náboj na oboch stranách.

Riešený príklad: spaľovanie propán-2-olu

Propán-2-ol (izopropylalkohol), C₃H₈O, horí v kyslíku na oxid uhličitý a vodu: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. C₃H₈O dajte koeficient 1. Uhlík sa vyskytuje v jednom reaktante a jednom produkte, takže 3 C vyžadujú 3 CO₂. Rovnako vodík: 8 H vyžaduje 4 H₂O.

Kyslík ide na rad posledný, pretože O₂ je voľný prvok. Pravá strana má teraz 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atómov O. Palivo už dodáva 1 O, takže O₂ musí dodať 9 atómov, čo je koeficient 9/2. Vynásobením všetkého dvoma dostaneme 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Bilancia: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 vľavo a 12 + 8 = 20 vpravo. Kontrola hmotnosti pomocou štandardných atómových hmotností IUPAC zaokrúhlených na dve desatinné miesta (C 12.01, H 1.01, O 16.00) sa zhoduje pre uvedené látkové množstvá: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reaktantov a 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g produktov.

Častou chybou je zabudnúť na atóm kyslíka vo vnútri paliva a napísať 5 O₂ na každú C₃H₈O. Bilancia to odhalí hneď: 11 atómov O vľavo a 10 vpravo.

Viacatómové ióny ako jednotlivé jednotky

Keď sa viacatómový ión, ako síran, dusičnan alebo fosforečnan, objaví nezmenený na oboch stranách, počítajte ho ako jednu jednotku namiesto počítania jeho atómov osobitne. Skráti sa tým účtovanie a vyhnete sa najčastejšej chybe pri počítaní, zabudnutiu, že index za zátvorkou násobí všetko vnútri: Ca(NO₃)₂ obsahuje 2 N a 6 O.

Riešený príklad: hydroxid bárnatý reaguje s kyselinou fosforečnou na fosforečnan bárnatý a vodu, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Začnite s Ba₃(PO₄)₂. Obsahuje 3 Ba, takže použite 3 Ba(OH)₂, a 2 fosforečnanové jednotky, takže použite 2 H₃PO₄.

Pri vode ju predstavte ako H–OH: každá molekula vzniká z jedného H kyseliny a jednej OH zásady. Ľavá strana teraz nesie 3 × 2 = 6 skupín OH a 2 × 3 = 6 kyslých atómov H, takže vzniká 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Bilancia: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 a 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 a 8 + 6 = 14.

Prístup s jednotkami použite len vtedy, keď ión prežije neporušený. Ak sa napríklad dusičnan pri redoxnej reakcii premení na NO, dusík a kyslík je potrebné počítať osobitne.

Vyčíslovanie náboja v iónových rovniciach

Iónová rovnica môže byť vyčíslená z hľadiska atómov a napriek tomu nesprávna. Uvažujme kovový hliník vložený do roztoku iónov medi(II): Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Na každej strane je jeden Al a jeden Cu, ale náboj je vľavo 2+ a vpravo 3+.

Každý atóm Al stráca 3 elektróny a každý ión Cu²⁺ získava 2. Najmenší spoločný násobok je 6, takže 2 Al reagujú s 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Náboj: 3(2+) = 6+ vľavo a 2(3+) = 6+ vpravo; atómy Al 2 = 2 a Cu 3 = 3.

Elektróny sa v súhrnnej rovnici neobjavujú, takže nezhoda nábojov vždy znamená, že rovnica ešte nie je vyčíslená: koeficient je nesprávny alebo chýba častica ako H⁺, OH⁻ alebo H₂O. Pri zložitejších redoxných rovniciach, najmä v kyslom alebo zásaditom prostredí, je metóda polreakcií spoľahlivejšia ako skúšanie.

Algebraická metóda pre tvrdohlavé rovnice

Niektoré rovnice, často redoxné reakcie, v ktorých jeden prvok skončí vo viacerých produktoch, skúšaniu odolávajú. Každému koeficientu priraďte písmeno, napíšte jednu rovnicu pre každý prvok, jedno písmeno položte rovné 1 a vyriešte. Pre manganistan draselný a kyselinu chlorovodíkovú: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Draslík dáva a = c; mangán dáva a = d; kyslík dáva 4a = f; vodík dáva b = 2f; chlór dáva b = c + 2d + 2e. Položením a = 1 dostaneme c = 1, d = 1, f = 4 a b = 8, a potom 8 = 1 + 2 + 2e, takže e = 5/2. Vynásobením dvoma: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Bilancia: K 2, Mn 2, O 8, H 16 a Cl 16 na každej strane.

Ak po položení jedného písmena rovného 1 rovnice pre prvky stále nechávajú niektorý koeficient neurčený, rovnica má viac než jeden nezávislý vyčíslený tvar. To zvyčajne znamená, že spája dve samostatné reakcie, a na výber správneho tvaru je potrebná ďalšia chemická informácia, napríklad ktorá častica sa v každej polreakcii oxiduje a ktorá redukuje.

Chyby pri vyčíslovaní a bilancia, ktorá ich zachytí

Každú z nižšie uvedených chýb zachytí tá istá záverečná bilancia, prvok po prvku a potom náboj. Urobte z bilancie pevný posledný riadok každej rovnice, nie voliteľný doplnok.

Ak bilancia opakovane zlyháva pri tom istom prvku, vráťte sa k poradiu pri skúšaní a skontrolujte, či sa tento prvok nevyčíslil príliš skoro.

• Zmena indexu na vynútenie vyčíslenia, napríklad zápis H₂O₂ pre vodu. Porovnajte každý vzorec s nevyčíslenou rovnicou, od ktorej ste vyšli.
• Zápis dvojatómového prvku ako jednotlivých atómov, napríklad O namiesto O₂.
• Zabudnutie vynásobiť cez zátvorky, takže Ba₃(PO₄)₂ sa počíta ako 4 O namiesto 8.
• Ponechanie zlomkov alebo koeficientov so spoločným činiteľom v konečnej odpovedi.
• Vyčíslenie atómov, ale nie náboja v rovnici s iónmi.
• Vyčíslenie voľného prvku ako prvého a následné prerábanie po každej ďalšej zmene.