🗊Презентация Методы нахождения коэффициентов в уравнениях химических реакций

МЕТОДЫ НАХОЖДЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ В УРАВНЕНИЯХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Химическая реакция – взаимное преобразование химических веществ в результате которого образуются новые химические вещества

Представленное обобщающее уравнение химической реакции состоит из обозначения реагентов A, B, C (в записи располагаются слева) и продуктов реакции D, E, F (в записи расположены справа): Представленное обобщающее уравнение химической реакции состоит из обозначения реагентов A, B, C (в записи располагаются слева) и продуктов реакции D, E, F (в записи расположены справа): (реагенты) → (продукты реакции)

Процесс так называемого «уравнивания» уравнений химических реакций сводится к двум последовательным стадиям: нахождение и обоснование возможных продуктов реакции и отыскание таких коэффициентов для каждого из веществ, участвующих в данной реакции, чтобы количество атомов каждого из элементов входящих в состав реагирующих молекул и продуктов реакции справа и слева было одинаковым. Такое условие продиктовано с одной стороны законом сохранения массы и энергии, а с другой стороны – самим определением атома: Процесс так называемого «уравнивания» уравнений химических реакций сводится к двум последовательным стадиям: нахождение и обоснование возможных продуктов реакции и отыскание таких коэффициентов для каждого из веществ, участвующих в данной реакции, чтобы количество атомов каждого из элементов входящих в состав реагирующих молекул и продуктов реакции справа и слева было одинаковым. Такое условие продиктовано с одной стороны законом сохранения массы и энергии, а с другой стороны – самим определением атома: A2 + AB = A2B A2 + 2AB = 2A2B Как видим, коэффициенты подобраны таким образом, что и слева и справа количество атомов А равно 4, а атомов В – 2.

Важно также помнить, что сами коэффициенты могут быть подобраны по-разному не смотря на то, что с алгебраической точки зрения таких коэффициентов иногда можно отыскать практически неограниченное количество. Однако, химически, может существовать только один набор коэффициентов удовлетворяющих некоторое уравнение реакции. Таким образом, необходимо не только найти алгебраически правильные коэффициенты, но и единственно возможные с точки зрения химизма происходящего процесса: Важно также помнить, что сами коэффициенты могут быть подобраны по-разному не смотря на то, что с алгебраической точки зрения таких коэффициентов иногда можно отыскать практически неограниченное количество. Однако, химически, может существовать только один набор коэффициентов удовлетворяющих некоторое уравнение реакции. Таким образом, необходимо не только найти алгебраически правильные коэффициенты, но и единственно возможные с точки зрения химизма происходящего процесса: xA + yB = zA2B + nAB x = 2z + n, y = 2z + n, x = y Легко видеть, что у такого уравнения может быть сколько угодно математически правильных решений, поскольку количество коэффициентов превышает количество связывающих их равенств.

Естественно предположить, что методы подбора коэффициентов химических реакций делятся на два основных типа: алгебраические и химические. Естественно предположить, что методы подбора коэффициентов химических реакций делятся на два основных типа: алгебраические и химические.

Рассмотрим реакцию Al c HCl Рассмотрим реакцию Al c HCl Сначала необходимо определить продукты реакции. Очевидно, что активный метал, коим является алюминий, при взаимодействии с водным раствором хлороводорода будет провоцировать выделение водорода, а сам растворяясь образует среднюю соль – трихлорид алюминия: Al + HCl = AlCl3 + H2

Пусть уравнение имеет некоторые коэффициенты: Пусть уравнение имеет некоторые коэффициенты: xAl + yHCl = zAlCl3 + nH2 тогда: x = z, y = 2n, y = 3z, 2n = 3z Если х равно 1, то z = 1, y = 3, а n = 3/2 Поскольку коэффициенты должны быть целыми числами, то умножив на 2 все полученные числа, получим: х = 2, то z = 2, y = 6, а n = 3 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Для некоторых простых реакций коэффициенты можно подобрать и не решая какие либо уравнения (практически «устно»): Для некоторых простых реакций коэффициенты можно подобрать и не решая какие либо уравнения (практически «устно»): О2 + CO = CO2 В данном случае легко видеть, что перед СО необходимо поставить 2 и, соответственно, перед СО2 также следует поставить 2: О2 + 2СО = 2СО2

Однако, кроме чисто алгебраических методов существуют и химические методы работа которых основана на анализе изменения степени окисления элементов входящих в состав соединений – участников химического превращения. Однако, кроме чисто алгебраических методов существуют и химические методы работа которых основана на анализе изменения степени окисления элементов входящих в состав соединений – участников химического превращения. Простейшей модификацией такого подхода является так называемый метод электронного баланса.

Степень окисления – условный заряд атома в соединении, который он приобретает при условии полной передачи ему всех связывающих электронов. Степень окисления – условный заряд атома в соединении, который он приобретает при условии полной передачи ему всех связывающих электронов. Степень окисления довольно часто совпадает по абсолютному значению с валентностью. Однако, оба понятия далеко не тождественны.

Важно помнить, что степень окисления простых веществ считается равным нулю. Важно помнить, что степень окисления простых веществ считается равным нулю. Также, сумма степеней окисления элементов, входящих в состав соединения, с учетом формульных индексов должна быть равна нулю (принцип электронейтральности): O(0)2, H(0)2, F(0)2 H(+1)N(+5)O(-2)3 (+1) + (+5) + 3·(–2) = 0

Реакции в которых элементы, входящие в состав реагирующих соединений, изменяют свои степени окисления называются окислительно-восстановительными: Реакции в которых элементы, входящие в состав реагирующих соединений, изменяют свои степени окисления называются окислительно-восстановительными: C(0) + O(0)2 = C(+4)O(-2)2 2Al(0) + Fe(+3)2O(-2)3 = 2Fe(0) + Al(+3)2O(-2)3 2K(+1)N(+5)O(-2)3 = 2K(+1)N(+5)O(-2)2 + O(0)2

5) Находим наименьшее общее кратное для количества принятых и отданных электронов. В данном случае общее кратное равно 6. 5) Находим наименьшее общее кратное для количества принятых и отданных электронов. В данном случае общее кратное равно 6. 6) Делим найденное общее кратное на соответствующее количество электронов и находим таким образом искомые коэффициенты для элементов меняющих свои степени окисления: Al – 3e = Al3+ - 6/3 = 2 → 2Al = 2Al3+ 2H+ + 2e = H2 – 6/2 = 3 → 6H+ = 3H2 7) Слагаем оба уравнения: 2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2 8) Дополняем найденное сокращенное ионное уравнение остальными элементами (хлором): 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

Для нахождения коэффициентов окислительно-восстановительных реакций существует более совершенный метод – метод полуреакций. Для нахождения коэффициентов окислительно-восстановительных реакций существует более совершенный метод – метод полуреакций.

Метод полуреакций подходит для нахождения коэффициентов в любых окислительно-восстановительных реакциях и анализа возможных продуктов реакций в том случае если таковые неизвестны. Метод полуреакций подходит для нахождения коэффициентов в любых окислительно-восстановительных реакциях и анализа возможных продуктов реакций в том случае если таковые неизвестны.

Запишем соответствующие полуреакции окисления меди и восстановления сульфат-аниона в кислой среде: Запишем соответствующие полуреакции окисления меди и восстановления сульфат-аниона в кислой среде: Cu – 2e = Cu2+ SO42- + 4H+ + 2e = SO2 + 2H2O Таким образом, как окислитель так и восстановитель, соответственно, отдает и принимает по 2 электрона.

Далее, как и в методе электронного баланса, находим наименьшее общее кратное и по тому же методу находим коэффициенты для обоих реакций: Далее, как и в методе электронного баланса, находим наименьшее общее кратное и по тому же методу находим коэффициенты для обоих реакций: Cu – 2e = Cu2+ SO42- + 4H+ + 2e = SO2 + 2H2O Для обоих реакций наименьшее кратное равно 2, а коэффициенты равны, соответственно 1. Слагаем оба уравнения умножив их заранее на коэффициент 1: Cu + SO42- + 4H+ = Cu2+ + SO2 + 2H2O