Uravnavanje kemijskih enačb korak za korakom

Kaj smejo spreminjati koeficienti in česa indeksi ne smejo

Vsaka formula določa sestavo ene snovi. H₂O ima vedno dva atoma vodika in en atom kisika; sprememba v H₂O₂ opisuje vodikov peroksid, drugo spojino. Uravnavanje zato poteka samo s koeficienti, številkami pred formulami, ki povedo, koliko formulskih enot posamezne snovi sodeluje.

Uravnotežena enačba ima na obeh straneh enako število atomov vsakega elementa. Ker atomi ohranijo svojo maso, je skupna masa reaktantov potem enaka skupni masi produktov, kar je uporabno neodvisno preverjanje. Kadar nastopajo ioni, mora biti tudi vsota nabojev na levi enaka vsoti na desni.

Koeficienti so zapisani kot najmanjša cela števila, ki enačbo uravnotežijo. 4 H₂ + 2 O₂ → 4 H₂O je uravnotežena, vendar ne v najnižjih členih; deljenje z 2 da 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Koeficient 1 se ne zapiše.

Vrstni red pregleda, ki prepreči vrtenje v krogu

Pregled najbolje deluje s stalnim vrstnim redom, ker lahko uravnoteženje enega elementa zruši drugega, ki ste ga že uredili. Spodnji vrstni red odlaga elemente, ki nastopajo v več formulah, in zlasti proste elemente, kot sta O₂ ali kovina, ker sprememba koeficienta prostega elementa nič drugega ne poruši.

Končno preštevanje je najpomembnejše. Naštejte vsak element s številom na vsaki strani, pri čemer vsak indeks pomnožite s koeficientom in z vsakim indeksom zunaj oklepaja. Vzame minuto in ujame skoraj vsak spodrsljaj.

• Zapišite pravilne formule za vse snovi, vključno z dvoatomnimi elementi (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), in jih pozneje ne spreminjajte.
• Najzahtevnejši formuli dajte poskusni koeficient 1.
• Uravnotežite elemente, ki nastopajo le v enem reaktantu in enem produktu.
• Uravnotežite večatomne ione, ki gredo skozi nespremenjeni kot posamezne enote.
• Nato uravnotežite vodik in kisik, proste elemente pa nazadnje.
• Vsak ulomek odpravite tako, da vse koeficiente pomnožite z njegovim imenovalcem, nato jih skrajšajte na najmanjša cela števila.
• Preštejte vsak element in skupni naboj na obeh straneh.

Rešen primer: zgorevanje propan-2-ola

Propan-2-ol (izopropilni alkohol), C₃H₈O, zgoreva v kisiku v ogljikov dioksid in vodo: C₃H₈O + O₂ → CO₂ + H₂O. C₃H₈O dajte koeficient 1. Ogljik nastopa v enem reaktantu in enem produktu, zato 3 C zahtevajo 3 CO₂. Enako velja za vodik: 8 H zahteva 4 H₂O.

Kisik pride na vrsto nazadnje, ker je O₂ prost element. Desna stran ima zdaj 3 × 2 + 4 × 1 = 10 atomov O. Gorivo že prispeva 1 O, zato mora O₂ prispevati 9 atomov, kar je koeficient 9/2. Množenje vsega z 2 da 2 C₃H₈O + 9 O₂ → 6 CO₂ + 8 H₂O.

Preštevanje: C 6 = 6; H 16 = 16; O 2 + 18 = 20 na levi in 12 + 8 = 20 na desni. Preverjanje mase z IUPAC standardnimi atomskimi masami, zaokroženimi na dve decimalki (C 12.01, H 1.01, O 16.00), se ujema za prikazane množine snovi: 2(60.11 g) + 9(32.00 g) = 408.22 g reaktantov in 6(44.01 g) + 8(18.02 g) = 408.22 g produktov.

Pogost spodrsljaj je pozabiti atom kisika v gorivu in zapisati 5 O₂ za vsak C₃H₈O. Preštevanje ga takoj razkrije: 11 atomov O na levi in 10 na desni.

Večatomni ioni kot posamezne enote

Kadar se večatomni ion, kot so sulfat, nitrat ali fosfat, nespremenjen pojavi na obeh straneh, ga štejte kot eno enoto in ne štejte njegovih atomov posebej. To skrajša računanje in prepreči najpogostejšo napako pri štetju, pozabo, da indeks zunaj oklepaja pomnoži vse znotraj njega: Ca(NO₃)₂ vsebuje 2 N in 6 O.

Rešen primer: bariev hidroksid reagira s fosforjevo kislino v bariev fosfat in vodo, Ba(OH)₂ + H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + H₂O. Začnite z Ba₃(PO₄)₂. Vsebuje 3 Ba, zato uporabite 3 Ba(OH)₂, in 2 fosfatni enoti, zato uporabite 2 H₃PO₄.

Pri vodi si jo predstavljajte kot H–OH: vsaka molekula nastane iz enega H kisline in ene OH baze. Leva stran zdaj nosi 3 × 2 = 6 skupin OH in 2 × 3 = 6 kislih atomov H, zato nastane 6 H₂O: 3 Ba(OH)₂ + 2 H₃PO₄ → Ba₃(PO₄)₂ + 6 H₂O. Preštevanje: Ba 3 = 3; P 2 = 2; H 6 + 6 = 12 in 6 × 2 = 12; O 6 + 8 = 14 in 8 + 6 = 14.

Pristop z enotami uporabite le, kadar ion ostane nedotaknjen. Če se nitrat v redoks reakciji pretvori na primer v NO, je treba dušik in kisik šteti posebej.

Uravnoteženje naboja v ionskih enačbah

Ionska enačba lahko uravnoteži atome in je vseeno napačna. Poglejte kovinski aluminij v raztopini bakrovih(II) ionov: Al(s) + Cu²⁺(aq) → Al³⁺(aq) + Cu(s). Na vsaki strani je en Al in en Cu, vendar je naboj na levi 2+ in na desni 3+.

Vsak atom Al odda 3 elektrone in vsak ion Cu²⁺ jih sprejme 2. Najmanjši skupni večkratnik je 6, zato 2 Al reagirata s 3 Cu²⁺: 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) → 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s). Naboj: 3(2+) = 6+ na levi in 2(3+) = 6+ na desni; atomi Al 2 = 2 in Cu 3 = 3.

Elektroni se v skupni enačbi ne pojavijo, zato neujemanje naboja vedno pomeni, da enačba še ni uravnotežena: koeficient je napačen ali pa manjka vrsta, kot so H⁺, OH⁻ ali H₂O. Pri zahtevnejših redoks enačbah, zlasti v kislem ali bazičnem, je metoda delnih reakcij zanesljivejša od pregleda.

Algebrska metoda za trdovratne enačbe

Nekatere enačbe, pogosto redoks reakcije, pri katerih en element konča v več produktih, se pregledu upirajo. Vsakemu koeficientu dodelite črko, zapišite eno enačbo za vsak element, eno črko nastavite na 1 in rešite. Za kalijev permanganat in klorovodikovo kislino: a KMnO₄ + b HCl → c KCl + d MnCl₂ + e Cl₂ + f H₂O.

Kalij da a = c; mangan da a = d; kisik da 4a = f; vodik da b = 2f; klor da b = c + 2d + 2e. Nastavitev a = 1 da c = 1, d = 1, f = 4 in b = 8, nato 8 = 1 + 2 + 2e, torej e = 5/2. Množenje z 2: 2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl₂ + 5 Cl₂ + 8 H₂O. Preštevanje: K 2, Mn 2, O 8, H 16 in Cl 16 na vsaki strani.

Če po nastavitvi ene črke na 1 enačbe elementov še vedno pustijo koeficient nedoločen, ima enačba več kot eno neodvisno uravnoteženo obliko. To običajno pomeni, da združuje dve ločeni reakciji, za izbiro prave pa so potrebne dodatne kemijske informacije, na primer katera vrsta se oksidira in katera reducira v vsaki delni reakciji.

Napake pri uravnavanju in preštevanje, ki jih ujame

Vsako od spodnjih napak ujame isto končno preštevanje, element za elementom in nato naboj. Preštevanje naj bo stalna zadnja vrstica vsake enačbe, ne neobvezen dodatek.

Če preštevanje vedno znova odpove pri istem elementu, se vrnite k vrstnemu redu pregleda in preverite, ali ste ta element uravnotežili prezgodaj.

• Spreminjanje indeksa za vsiljeno uravnoteženje, na primer zapis H₂O₂ za vodo. Vsako formulo primerjajte z neuravnoteženo enačbo, od katere ste začeli.
• Zapis dvoatomnega elementa kot posameznih atomov, na primer O namesto O₂.
• Pozaba množenja skozi oklepaje, tako da se Ba₃(PO₄)₂ šteje, kot da ima 4 O namesto 8.
• Puščanje ulomkov ali koeficientov s skupnim faktorjem v končnem odgovoru.
• Uravnoteženje atomov, ne pa naboja, v enačbi z ioni.
• Uravnoteženje prostega elementa najprej, nato pa ponovno delo po vsaki drugi spremembi.