Химические уравнения: как решать максимально эффективно. Вычисление массы определённого количества вещества

Для характеристики определенной химической реакции необходимо уметь составить запись, которая будет отображать условия протекания химической реакции, показывать какие вещества вступили в реакцию, а какие образовались. Для этого используют схемы химических реакций.

Схема химической реакции – условная запись, показывающая, какие вещества вступают в реакцию, какие продукты реакции образуются, а также условия протекания реакции

Рассмотрим в качестве примера реакцию взаимодействия угля и кислорода. Схема данной реакции записывается следующим образом:

С + О2 → СО2.

уголь взаимодействует с кислородом с образованием углекислого газа

Углерод и кислород – в данной реакции реагенты, а полученный углекислый газ – продукт реакции. Знак «→ » обозначает протекание реакции. Часто над стрелкой пишут условия, при которых происходит реакция

Например, знак « t° → » обозначает, что реакция протекает при нагревании. Знак « Р → » обозначает давление, а знак « hv → » – что реакция протекает под действием света. Также над стрелкой могут указывать дополнительные вещества, участвующие в реакции. Например, « О2 → ».

Если в результате химической реакции образуется газообразное вещество, то в схеме реакции, после формулы этого вещества записывают знак «→ ». Если при протекании реакции образуется осадок, его обозначают знаком «→ ».

Например, при нагревании порошка мела (он содержит вещество с химической формулой CaCO3), образуются два вещества: негашеная известь CaO и углекислый газ.

СaCO3 t° → CaO + CO2 .

В тех случаях, когда и реагенты и продукты реакции, например, являются газами, знак «» не ставят. Так, природный газ, в основном состоит из метана CH4, при его нагревании до 1500°С он превращается в два других газа: водород Н2 и ацетилен С2Н2. Схема реакции записывается так:

CH4 t° → C2H2 + H2.

Важно не только уметь составлять схемы химических реакций, но и понимать, что они обозначают. Рассмотрим, еще одну схему реакции:

H2O эл.ток → Н2 + О2

Данная схема означает, что под действием электрического тока, вода разлагается на два простых газообразных вещества: водород и кислород. Схема химической реакции является подтверждением закона сохранения массы и показывает, что химические элементы во время химической реакции не исчезают, а только перегруппировываются в новые химические соединения.

Уравнения химических реакций

Согласно закону сохранения массы исходная масса продуктов всегда равна массе полученных реагентов. Количество атомов элементов до и после реакции всегда одинаковое, атомы только перегруппировываются и образуют новые вещества.

Вернемся к схемам реакций, записанным ранее:

СaCO3 t° → CaO + CO2; С + О2 СО2.

В данных схемах реакций знак «→ » можно заменить на знак «=», так как видно, что количество атомов до и после реакций одинаковое. Записи будут иметь следующий вид:

СaCO3 = CaO + CO2; С + О2 = СО2.

Именно такие записи называют уравнениями химических реакций, то есть, это – записи схем реакций, в которых количество атомов до и после реакции одинаковое.

Уравнение химической реакции – условная запись химической реакции посредством химических формул, которая соответствует закону сохранения массы вещества

Если мы рассмотрим другие, приведенные ранее схемы уравнений, можно заметить, что на первый взгляд, закон сохранения массы в них не выполняется:

CH4 t° → C2H2 + H2.

Видно, что в левой части схемы, атом углерода один, а в правой – их два. Атомов водорода поровну и в левой и правой частях их по четыре. Превратим данную схему в уравнение. Для этого необходимо уравнять количество атомов углерода. Уравнивают химические реакции при помощи коэффициентов, которые записывают перед формулами веществ.

Очевидно, чтобы количество атомов углерода стало одинаковым слева и справа, в левой части схемы, перед формулой метана, необходимо поставить коэффициент 2:

2CH4 t° → C2H2 + H2

Видно, что атомов углерода слева и справа теперь поровну, по два. Но теперь неодинаково количество атомов водорода. В левой части уравнения их 2∙4 = 8. В правой части уравнения атомов водорода 4 (два из них в молекуле ацетилена, и еще два – в молекуле водорода). Если поставить коэффициент перед ацетиленом, нарушится равенство атомов углерода. Поставим перед молекулой водорода коэффициент 3:

2CH4 = C2H2 + 3H2

Теперь количество атомов углерода и водорода в обеих частях уравнения одинаковое. Закон сохранения массы выполняется!

Рассмотрим другой пример. Схему реакции Na + H2O → NaOH + H2 необходимо превратить в уравнение.

В данной схеме различным является количество атомов водорода. В левой части два, а в правой – три атома. Поставим коэффициент 2 перед NaOH.

Na + H2O → 2NaOH + H2

Тогда атомов водорода в правой части станет четыре, следовательно, коэффициент 2 необходимо добавить и перед формулой воды:

Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Уравняем и количество атомов натрия:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Теперь количество всех атомов до и после реакции одинаковое.

Таким образом, можно сделать вывод: чтобы превратить схему химической реакции в уравнение химической реакции, необходимо уравнять количество всех атомов, входящих в состав реагентов и продуктов реакции при помощи коэффициентов. Коэффициенты ставятся перед формулами веществ.

Подведем итоги об Уравнения химических реакций

• Схема химической реакции – условная запись, показывающая, какие вещества вступают в реакцию, какие продукты реакции образуются, а также условия протекания реакции
• В схемах реакций используют обозначения, указывающие на особенности их протекания
• Уравнение химической реакции – условная запись химической реакции посредством химических формул, которая соответствует закону сохранения массы вещества
• Схему химической реакции превращают в уравнение путем расстановки коэффициентов перед формулами веществ

В уроке 13 «» из курса «Химия для чайников » рассмотрим для чего нужны химические уравнения; научимся уравнивать химические реакции, путем правильной расстановки коэффициентов. Данный урок потребует от вас знания химических основ из прошлых уроков. Обязательно прочитайте об элементном анализе, где подробно рассмотрены эмпирические формулы и анализ химических веществ.

В результате реакции горения метана CH 4 в кислороде O 2 образуются диоксид углерода CO 2 и вода H 2 O. Эта реакция может быть описана химическим уравнением :

• CH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O (1)

Попробуем извлечь из химического уравнения больше сведений, чем просто указание продуктов и реагентов реакции. Химичекое уравнение (1) является НЕполным и потому не дает никаких сведений о том, сколько молекул O 2 расходуется в расчете на 1 молекулу CH 4 и сколько молекул CO 2 и H2 O получается в результате. Но если записать перед соответствующими молекулярными формулами численные коэффициенты, которые укажут сколько молекул каждого сорта принимает участие в реакции, то мы получим полное химическое уравнение реакции.

Для того, чтобы завершить составление химического уравнения (1), нужно помнить одно простое правило: в левой и правой частях уравнения должно присутствовать одинаковое число атомов каждого сорта, поскольку в ходе химической реакции не возникает новых атомов и не происходит уничтожение имевшихся. Данное правило основывается на законе сохранения массы, который мы рассмотрели в начале главы.

Нужно для того, чтобы из простого химического уравнения получить полное. Итак, перейдем к непосредственному уравниванию реакции (1): еще раз взгляните на химическое уравнение, в точности на атомы и молекулы в правой и левой части. Нетрудно заметить, что в реакции участвуют атомы трех сортов: углерод C, водород H и кислород O. Давайте подсчитаем и сравним количество атомов каждого сорта в правой и левой части химического уравнения.

Начнем с углерода. В левой части один атом С входит в состав молекулы CH 4 , а в правой части один атом С входит в состав CO 2 . Таким образом в левой и в правой части количество атомов углерода совпадает, поэтому его мы оставляем в покое. Но для наглядности поставим коэффициент 1 перед молекулами с углеродом, хоть это и не обязательно:

• 1CH 4 + O 2 → 1CO 2 + H 2 O (2)

Затем переходим к подсчету атомов водорода H. В левой части присутствуют 4 атома H (в количественном смысле H 4 = 4H) в составе молекулы CH 4 , а в правой – всего 2 атома H в составе молекулы H 2 O, что в два раза меньше чем в левой части химического уравнения (2). Будем уравнивать! Для этого поставим коэффициент 2 перед молекулой H 2 O. Вот теперь у нас и в реагентах и в продуктах будет по 4 молекулы водорода H:

• 1CH 4 + O 2 → 1CO 2 + 2H 2 O (3)

Обратите свое внимание, что коэффициент 2, который мы записали перед молекулой воды H 2 O для уравнивания водорода H, увеличивает в 2 раза все атомы, входящие в ее состав, т.е 2H 2 O означает 4H и 2O. Ладно, с этим вроде бы разобрались, осталось подсчитать и сравнить количество атомов кислорода O в химическом уравнении (3). Сразу бросается в глаза, что в левой части атомов O ровно в 2 раза меньше чем в правой. Теперь-то вы уже и сами умеете уравнивать химические уравнения, поэтому сразу запишу финальный результат:

• 1CH 4 + 2O 2 → 1CO 2 + 2H 2 O или СH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (4)

Как видите, уравнивание химических реакций не такая уж и мудреная штука, и важна здесь не химия, а математика. Уравнение (4) называется полным уравнением химической реакции, потому что в нем соблюдается закон сохранения массы, т.е. число атомов каждого сорта, вступающих в реакцию, точно совпадает с числом атомов данного сорта по завершении реакции. В каждой части этого полного химического уравнения содержится по 1 атому углерода, по 4 атома водорода и по 4 атома кислорода. Однако стоит понимать пару важных моментов: химическая реакция — это сложная последовательность отдельных промежуточных стадий, и потому нельзя к примеру истолковывать уравнение (4) в том смысле, что 1 молекула метана должна одновременно столкнуться с 2 молекулами кислорода. Процессы происходящие при образовании продуктов реакции гораздо сложнее. Второй момент: полное уравнение реакции ничего не говорит нам о ее молекулярном механизме, т.е о последовательности событий, которые происходят на молекулярном уровне при ее протекании.

Коэффициенты в уравнениях химических реакций

Еще один наглядный пример того, как правильно расставить коэффициенты в уравнениях химических реакций: Тринитротолуол (ТНТ) C 7 H 5 N 3 O 6 энергично соединяется с кислородом, образуя H 2 O, CO 2 и N 2 . Запишем уравнение реакции, которое будем уравнивать:

• C 7 H 5 N 3 O 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2 (5)

Проще составлять полное уравнение, исходя из двух молекул ТНТ, так как в левой части содержится нечетное число атомов водорода и азота, а в правой — четное:

• 2C 7 H 5 N 3 O 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O + N 2 (6)

Тогда ясно, что 14 атомов углерода, 10 атомов водорода и 6 атомов азота должны превратиться в 14 молекул диоксида углерода, 5 молекул воды и 3 молекулы азота:

• 2C 7 H 5 N 3 O 6 + O 2 → 14CO 2 + 5H 2 O + 3N 2 (7)

Теперь в обеих частях содержится одинаковое число всех атомов, кроме кислорода. Из 33 атомов кислорода, имеющихся в правой части уравнения, 12 поставляются двумя исходными молекулами ТНТ, а остальные 21 должны быть поставлены 10,5 молекулами O 2 . Таким образом полное химическое уравнение будет иметь вид:

• 2C 7 H 5 N 3 O 6 + 10,5O 2 → 14CO 2 + 5H 2 O + 3N 2 (8)

Можно умножить обе части на 2 и избавиться от нецелочисленного коэффициента 10,5:

• 4C 7 H 5 N 3 O 6 + 21O 2 → 28CO 2 + 10H 2 O + 6N 2 (9)

Но этого можно и не делать, поскольку все коэффициенты уравнения не обязательно должны быть целочисленными. Правильнее даже составить уравнение, исходя из одной молекулы ТНТ:

• C 7 H 5 N 3 O 6 + 5,25O 2 → 7CO 2 + 2,5H 2 O + 1,5N 2 (10)

Полное химическое уравнение (9) несет в себе много информации. Прежде всего оно указывает исходные вещества — реагенты , а также продукты реакции. Кроме того, оно показывает, что в ходе реакции индивидуально сохраняются все атомы каждого сорта. Если умножить обе части уравнения (9) на число Авогадро N A =6,022·10 23 , мы сможем утверждать, что 4 моля ТНТ реагируют с 21 молями O 2 с образованием 28 молей CO 2 , 10 молей H 2 O и 6 молей N 2 .

Есть еще одна фишка. При помощи таблицы Менделеева определяем молекулярные массы всех этих веществ:

• C 7 H 5 N 3 O 6 = 227,13 г/моль
• O2 = 31,999 г/моль
• CO2 = 44,010 г/моль
• H2 O = 18,015 г/моль
• N2 = 28,013 г/моль

Теперь уравнение 9 укажет еще, что 4·227,13 г = 908,52 г ТНТ требуют для осуществления полной реакции 21·31,999 г = 671,98 г кислорода и в результате образуется 28·44,010 г = 1232,3 г CO 2 , 10·18,015 г = 180,15 г H 2 O и 6·28,013 г = 168,08 г N 2 . Проверим, выполняется ли в этой реакции закон сохранения массы:

Но необязательно в химической реакции должны участвовать индивидуальные молекулы. Например, реакция известняка CaCO3 и соляной кислоты HCl, с образованием водного раствора хлорида кальция CaCl2 и диоксида углерода CO2 :

• CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (11)

Химическое уравнение (11) описывает реакцию карбоната кальция CaCO 3 (известняка) и хлористоводородной кислоты HCl с образованием водного раствора хлорида кальция CaCl 2 и диоксида углерода CO 2 . Это уравнение полное, так как число атомов каждого сорта в его левой и правой частях одинаково.

Смысл этого уравнения на макроскопическом (молярном) уровне таков: 1 моль или 100,09 г CaCO 3 требует для осуществления полной реакции 2 моля или 72,92 г HCl, в результате чего получается по 1 молю CaCl 2 (110,99 г/моль), CO 2 (44,01 г/моль) и H 2 O (18,02 г/моль). По этим численным данным нетрудно убедиться, что в данной реакции выполняется закон сохранения массы.

Интерпретация уравнения (11) на микроскопическом (молекулярном) уровне не столь очевидна, поскольку карбонат кальция представляет собой соль, а не молекулярное соединение, а потому нельзя понимать химическое уравнение (11) в том смысле, что 1 молекула карбоната кальция CaCO 3 реагирует с 2 молекулами HCl. Тем более молекула HCl в растворе вообще диссоциирует (распадается) на ионы H + и Cl — . Таким образом более правильным описанием того, что происходит в этой реакции на молекулярном уровне, дает уравнение:

• CaCO 3 (тв.) + 2H + (водн.) → Ca 2+ (водн.) + CO 2 (г.) + H 2 O(ж.) (12)

Здесь в скобках сокращенно указано физическое состояние каждого сорта частиц (тв. — твердое, водн. — гидратированный ион в водном растворе, г. — газ, ж. — жидкость).

Уравнение (12) показывает, что твердый CaCO 3 реагирует с двумя гидратированными ионами H + , образуя при этом положительный ион Ca 2+ , CO 2 и H 2 O. Уравнение (12) как и другие полные химические уравнения не дает представления о молекулярном механизме реакции и менее удобно для подсчета количества веществ, однако, оно дает лучшее описание происходящего на микроскопическом уровне.

Закрепите полученные знания о составлении химических уравнений, самостоятельно разобрав пример с решением:

Надеюсь из урока 13 «Составление химических уравнений » вы узнали для себя что-то новое. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Тема: Химические уравнения

Цель : повторить и расширить знания о химических реак­циях; сформировать понятие о химическом уравне­нии как об условном изображении химической реакции; пояснить правила составления уравнений химических реакций, подбора коэффициентов на ос­новании закона сохранения массы вещества; стимулировать познавательную деятельность учащихся через дидактические игры, настроить их на использование имеющихся знаний для изучения нового материала.

Мотивация: Что такое химические уравнения и зачем они нужны?

Оборудование и реактивы : Периодическая система химических элементов

Д. И. Менделеева; карточки.

Тип урока: усвоение новых знаний

Формы проведения: химическая разминка, работа в парах, работа с учебником,

самостоятельная работа.

Ход урока

Организационный этап

Подготовка класса к уроку.

Актуализация опорных знаний

Разминка

Блиц-опрос:

1. Что изучает химия? (Вещество.)

2. Что такое вещество? (Это определенный вид материи, то, из чего состоит тело).

3. Как мы выражаем состав вещества? (С помощью химических формул).

4. Как составить химическую формулу? Что для этого необходимо знать?

(Химические знаки элементов, валентность.)

Угадай химический элемент (работа с карточками)

H, O, S, Fe, Cu, Al, Na, Cl.

Ответ по плану:

Название химического элемента,

Название простого вещества

Валентность,

Относительная атомная масса

Игра «Крестики-нолики»

Выигрышный путь – простые вещества

Какие вещества называются простыми, какие – сложными?

Выигрышный путь – химические явления

Горение угля

Ржавление гвоздя

Плавление стекла

Какие явления называются физическими, какие – химическими?

Перечислите признаки химических реакций.

Работа с текстом:

«При взаимодействии водорода Н 2 и кислорода О 2 образуется вода Н 2 О»

«При горении (взаимодействии с кислородом О 2) угля С образуется углекислый газ СО 2 »

О каком явлении идет речь? Как записать данную химическую реакцию?

Проблема: Как записать химическую реакцию?

Что такое химическое уравнение?

Мотивация:

Что вам известно об уравнении вообще?

На каких предметах вы встречались с уравнениями?

Уравнение – это математическое равенство с одной или несколькими неизвестными величинами.

Что такое, по-вашему, химическое уравнение?

Возвращаемся к нашим текстам.

Как можно выразить (записать) химическую реакцию?

Какой закон необходимо применять при составлении химических уравнений? О чем он гласит?

Изучение нового материала

Составление уравнений химических реакций взаимодействия простых веществ

Принцип составления уравнений реакций получения бинарных соединений из простых веществ:

в левой час­ти уравнения должны присутствовать те простые вещества, атомы элементов которых присутствуют в соединении в правой части урав­нения. Так, для получения, воды, необходимо, чтобы между собой прореагировали водород и кислород.

Запишем уравнение реакции и расставим коэффициенты:

Н 2 + O 2  H 2 O .

Укажите в уравнении реагенты и продукты химической реакции.

Что такое реагенты?

Что такое продукты реакции?

В общем виде алгоритм составления химического уравне­ния имеет такой вид с. 66 учебника:

1. Составь схему взаимодействия: слева запиши форму­лы реагентов, ставя между ними знак «+». Справа запиши формулы продуктов реакции. Если их несколько, также поставь между ними знак «+». Между левой и правой частя­ми схемы поставь знак « ».

2. Подбери коэффициенты к формулам каждого из ве­ществ так, чтобы количество атомов каждого элемента в ле­вой части была равна количеству атомов этого элемента в правой части схемы.

3. Сравни количества атомов каждого элемента в левой и правой частях схемы. Если они одинаковы, замени знак « » знаком « = ».

По химическим уравнениям вычисляют массы реагентов и продуктов реакций.

Итак: сформулируем определение химического уравнения:

Химическое уравнение – условная запись химической реакции с помощью химических формул, математичес­ких знаков и коэффициентов.

Уравнения химических реакций составляют на основе закона сохранения массы веществ.

Коэффициенты в химическом уравнении показывают простейшие соотношения между количествами струк­турных частичек реагентов и продуктов реакции.

Количества атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения одинаковы.

Закрепление и обобщение знаний

«Нагретый железный порошок внесли в колбу с газом желто-зеленого цвета – хлором, молекулы которого двухатомны. Порошок воспламенился, в результате появился коричневый дым, образованный частичками хлорида железа (III)». Запишите уравнение реакции.

2. Подберите коэффициенты для следующих реакций:

а) Fe + Cl 2  FeCl 3 ;

б) Na + Br 2  NaBr ;

в) Р + О 2  Р 2 О 3 ;

г) КС1О 3  КС1 + О 2 ;

д) FeCl 2 + С1 2  FeCl 3 ;

е) FeCl 3 + Br 2  FeBr 3 + С1 2

3. Запишите уравнения взаимодействия следующих простых ве­ществ и расставьте коэффициенты:

а) водорода и серы;

б) маг­ния и кислорода;

в) алюминия и кислорода;

г) алюминия и серы;

д) цинка и кислорода;

е) натрия и серы;

ж) магния и серы.

3. Из каких простых веществ образуются: А1С1 3 , СО 2 , ZnS, Na 2 О, CuO, СН 4 , Са 3 Р 2 ?

Запишите уравнения реакций.

4. Расставьте коэффициенты в следующих схемах химических реакций. Сумма всех правильно расставленных коэффициен­тов должна быть равна относительной молекулярной массе гашеной извести Са(ОН) 2 .

а) Fe(OH) 3  Fe 2 О 3 +Н 2 О;

б) А1 2 О 3 + H 2 SО 4  Al 2 (SО 4) 3 + Н 2 О;

в) НС1 + Сг 2 О 3  СгС1 3 + Н 2 О;

г) Na + Н 2 О  NaOH + Н 2 ;

д) А1 + О 2  А1 2 О 3 ;

е) А1С1 3 + NaOH  А1(ОН)з + NaCl;

ж) Fe 2 О 3 + HN О 3  Fe (N О 3)з + H 2 О;

з) А1 + I 2  А1I 3 ;

и) Fe 2 О 3 + Н 2  Fe + Н 2 О;

к) Fe + Cl 2  FeCl 3 .

Домашнее задание: Изучить § 20, выучить определения; выполнить задание: № 3, 4, 5 стр.67-68.

Подведение итогов урока.

Итак, сегодня мы узнали, что такое химическое уравнение. Рассмотрели, что нужно для составления химического уравнения.

Чему научились на уроке, какие моменты требуют дальнейшей отработки?

Химическим уравнением можно назвать визуализацию химической реакции с помощью знаков математики и химических формул. Такое действие является отображением какой-либо реакции, в процессе которой появляются новые вещества.

Химические задания: виды

Химическое уравнение - это последовательность химических реакций. Они основываются на законе сохранения массы каких-либо веществ. Существует всего два вида реакций:

• Соединения - к ним относятся (происходит замена атомов сложных элементов атомами простых реагентов), обмена (замещение составными частями двух сложных веществ), нейтрализации (реакция кислот с основаниями, образование соли и воды).
• Разложения - образование двух и более сложных или простых веществ из одного сложного, но состав их более простой.

Химические реакции также можно разделить на типы: экзотермические (происходят с выделением теплоты) и эндотермические (поглощение теплоты).

Этот вопрос волнует многих учащихся. Мы предлегаем несколько простых советов, которые подскажут, как научиться решать химические уравнения:

• Желание понять и освоить. Нельзя отступать от своей цели.
• Теоретические знания. Без них невозможно составить даже элементарную формулу соединения.
• Правильность записи химической задачи - даже малейшая ошибка в условии сведет к нулю все ваши усилия в ее решении.

Желательно, чтобы сам процесс решения химических уравнений был для вас увлекательным. Тогда химические уравнения (как решать их и какие моменты нужно запомнить, мы разберем в этой статье) перестанут быть для вас проблемными.

Задачи, которые решаются с использованием уравнений химических реакций

К таким задачам относятся:

• Нахождение массы компонента по данной массе другого реагента.
• Задания по комбинации «масса-моль».
• Расчеты по комбинации «объем-моль».
• Примеры с применением термина «избыток».
• Расчеты с использованием реагентов, один из которых не лишен примесей.
• Задачи на распад результата реакции и на производственные потери.
• Задачи на поиск формулы.
• Задачи, в которых реагенты предоставлены в виде растворов.
• Задачи, содержащие смеси.

Каждый из этих видов задач включает в себя несколько подтипов, которые обычно подробно рассматриваются еще на первых школьных уроках химии.

Химические уравнения: как решать

Существует алгоритм, который помогает справиться с практически любым заданием из этой непростой науки. Чтобы понять, как правильно решать химические уравнения, нужно придерживаться определенной закономерности:

• При записи уравнения реакции не забывать расставлять коэффициенты.
• Определение способа, с помощью которого можно найти неизвестные данные.
• Правильность применения в выбранной формуле пропорций или использование понятия «количество вещества».
• Обратить внимание на единицы измерений.

В конце важно обязательно проверить задачу. В процессе решения вы могли допустить элементарную ошибку, которая повлияла на результат решения.

Основные правила составления химических уравнений

Если придерживаться правильной последовательности, то вопрос о том, что такое химические уравнения, как решать их, не будет вас волновать:

• Формулы веществ, которые вступают в реакцию (реагенты), записываются в левой части уравнения.
• Формулы веществ, которые образуются в результате реакции, записываются уже в правой части уравнения.

Составление уравнения реакции основывается на законе сохранения массы веществ. Следовательно, обе части уравнения должны быть равны, т. е. с одинаковым числом атомов. Достичь этого можно при условии правильной расстановки коэффициентов перед формулами веществ.

Расстановка коэффициентов в химическом уравнении

Алгоритм расстановки коэффициентов таков:

• Подсчет в левой и правой части уравнения атомов каждого элемента.
• Определение меняющегося количества атомов у элемента. Также нужно найти Н.О.К.
• Получение коэффициентов достигается путем деления Н.О.К. на индексы. Обязательно проставить данные цифры перед формулами.
• Следующим шагом является пересчет количества атомов. Иногда возникает необходимость в повторении действия.

Уравнивание частей химической реакции происходит с помощью коэффициентов. Расчет индексов производится через валентность.

Для успешного составления и решения химических уравнений необходимо учитывать физические свойства вещества, такие как объем, плотность, масса. Также нужно знать состояние реагирующей системы (концентрация, температура, давление), разбираться в единицах измерения данных величин.

Для понимания вопроса о том, что такое химические уравнения, как решать их, необходимо использование основных законов и понятий этой науки. Чтобы успешно вычислять подобные задачи, необходимо также вспомнить или освоить навыки математических операций, уметь совершать действия с числами. Надеемся, с нашими советами вам будет легче справляться с химическими уравнениями.

Методика решения задач по химии

При решении задач необходимо руководствоваться несколькими простыми правилами:

1. Внимательно прочитать условие задачи;
2. Записать, что дано;
3. Перевести, если это необходимо, единицы физических величин в единицы системы СИ (некоторые внесистемные единицы допускаются, например литры);
4. Записать, если это необходимо, уравнение реакции и расставить коэффициенты;
5. Решать задачу, используя понятие о количестве вещества, а не метод составления пропорций;
6. Записать ответ.

В целях успешной подготовки по химии следует внимательно рассмотреть решения задач, приводимых в тексте, а также самостоятельно решить достаточное число их. Именно в процессе решения задач будут закреплены основные теоретические положения курса химии. Решать задачи необходимо на протяжении всего времени изучения химии и подготовки к экзамену.

Вы можете использовать задачи на этой странице, а можете скачать хороший сборник задач и упражнений с решением типовых и усложненных задач (М. И. Лебедева, И. А. Анкудимова): скачать .

Моль, молярная масса

Молярная масса – это отношение массы вещества к количеству вещества, т.е.

М(х) = m(x)/ν(x), (1)

где М(х) – молярная масса вещества Х, m(x) – масса вещества Х, ν(x) – количество вещества Х. Единица СИ молярной массы – кг/моль, однако обычно используется единица г/моль. Единица массы – г, кг. Единица СИ количества вещества – моль.

Любая задача по химии решается через количество вещества. Необходимо помнить основную формулу:

ν(x) = m(x)/ М(х) = V(x)/V m = N/N A , (2)

где V(x) – объем вещества Х(л), V m – молярный объем газа (л/моль), N – число частиц, N A – постоянная Авогадро.

1. Определите массу иодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.

Дано : ν(NaI)= 0,6 моль.

Найти : m(NaI) =?

Решение . Молярная масса иодида натрия составляет:

M(NaI) = M(Na) + M(I) = 23 + 127 = 150 г/моль

Определяем массу NaI:

m(NaI) = ν(NaI) M(NaI) = 0,6 150 = 90 г.

2. Определите количество вещества атомного бора, содержащегося в тетраборате натрия Na 2 B 4 O 7 массой 40,4 г.

Дано : m(Na 2 B 4 O 7)=40,4 г.

Найти : ν(B)=?

Решение . Молярная масса тетрабората натрия составляет 202 г/моль. Определяем количество вещества Na 2 B 4 O 7:

ν(Na 2 B 4 O 7)= m(Na 2 B 4 O 7)/ М(Na 2 B 4 O 7) = 40,4/202=0,2 моль.

Вспомним, что 1 моль молекулы тетрабората натрия содержит 2 моль атомов натрия, 4 моль атомов бора и 7 моль атомов кислорода (см. формулу тетрабората натрия). Тогда количество вещества атомного бора равно: ν(B)= 4 ν (Na 2 B 4 O 7)=4 0,2 = 0,8 моль.

Расчеты по химическим формулам. Массовая доля.

Массовая доля вещества – отношение массы данного вещества в системе к массе всей системы, т.е. ω(Х) =m(Х)/m, где ω(X)– массовая доля вещества Х, m(X) – масса вещества Х, m – масса всей системы. Массовая доля – безразмерная величина. Её выражают в долях от единицы или в процентах. Например, массовая доля атомного кислорода составляет 0,42, или 42%, т.е. ω(О)=0,42. Массовая доля атомного хлора в хлориде натрия составляет 0,607, или 60,7%, т.е. ω(Cl)=0,607.

3. Определите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 2H 2 O.

Решение : Молярная масса BaCl 2 2H 2 O составляет:

М(BaCl 2 2H 2 O) = 137+ 2 35,5 + 2 18 =244 г/моль

Из формулы BaCl 2 2H 2 O следует, что 1 моль дигидрата хлорида бария содержит 2 моль Н 2 О. Отсюда можно определить массу воды, содержащейся в BaCl 2 2H 2 O:

m(H 2 O) = 2 18 = 36 г.

Находим массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате хлорида бария BaCl 2 2H 2 O.

ω(H 2 O) = m(H 2 O)/ m(BaCl 2 2H 2 O) = 36/244 = 0,1475 = 14,75%.

4. Из образца горной породы массой 25 г, содержащей минерал аргентит Ag 2 S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце.

Дано : m(Ag)=5,4 г; m = 25 г.

Найти : ω(Ag 2 S) =?

Решение : определяем количество вещества серебра, находящегося в аргентите: ν(Ag) =m(Ag)/M(Ag) = 5,4/108 = 0,05 моль.

Из формулы Ag 2 S следует, что количество вещества аргентита в два раза меньше количества вещества серебра. Определяем количество вещества аргентита:

ν(Ag 2 S)= 0,5 ν (Ag) = 0,5 0,05 = 0,025 моль

Рассчитываем массу аргентита:

m(Ag 2 S) = ν(Ag 2 S) М(Ag 2 S) = 0,025 248 = 6,2 г.

Теперь определяем массовую долю аргентита в образце горной породы, массой 25 г.

ω(Ag 2 S) = m(Ag 2 S)/ m = 6,2/25 = 0,248 = 24,8%.

Вывод формул соединений

5. Определите простейшую формулу соединения калия с марганцем и кислородом, если массовые доли элементов в этом веществе составляют соответственно 24,7, 34,8 и 40,5%.

Дано : ω(K) =24,7%; ω(Mn) =34,8%; ω(O) =40,5%.

Найти : формулу соединения.

Решение : для расчетов выбираем массу соединения, равную 100 г, т.е. m=100 г. Массы калия, марганца и кислорода составят:

m (К) = m ω(К); m (К) = 100 0,247= 24,7 г;

m (Mn) = m ω(Mn); m (Mn) =100 0,348=34,8 г;

m (O) = m ω(O); m (O) = 100 0,405 = 40,5 г.

Определяем количества веществ атомных калия, марганца и кислорода:

ν(К)= m(К)/ М(К) = 24,7/39= 0,63 моль

ν(Mn)= m(Mn)/ М(Mn) = 34,8/ 55 = 0,63 моль

ν(O)= m(O)/ М(O) = 40,5/16 = 2,5 моль

Находим отношение количеств веществ:

ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 0,63: 0,63: 2,5.

Разделив правую часть равенства на меньшее число (0,63) получим:

ν(К) : ν(Mn) : ν(O) = 1: 1: 4.

Следовательно, простейшая формула соединения KMnO 4 .

6. При сгорании 1,3 г вещества образовалось 4,4 г оксида углерода (IV) и 0,9 г воды. Найти молекулярную формулу вещества, если его плотность по водороду равна 39.

Дано : m(в-ва) =1,3 г; m(СО 2)=4,4 г; m(Н 2 О)=0,9 г; Д Н2 =39.

Найти : формулу вещества.

Решение : Предположим, что искомое вещество содержит углерод, водород и кислород, т.к. при его сгорании образовались СО 2 и Н 2 О. Тогда необходимо найти количества веществ СО 2 и Н 2 О, чтобы определить количества веществ атомарных углерода, водорода и кислорода.

ν(СО 2) = m(СО 2)/ М(СО 2) = 4,4/44 = 0,1 моль;

ν(Н 2 О) = m(Н 2 О)/ М(Н 2 О) = 0,9/18 = 0,05 моль.

Определяем количества веществ атомарных углерода и водорода:

ν(С)= ν(СО 2); ν(С)=0,1 моль;

ν(Н)= 2 ν(Н 2 О); ν(Н)= 2 0,05 = 0,1 моль.

Следовательно, массы углерода и водорода будут равны:

m(С) = ν(С) М(С) = 0,1 12 = 1,2 г;

m(Н) = ν(Н) М(Н) = 0,1 1 =0,1 г.

Определяем качественный состав вещества:

m(в-ва) = m(С) + m(Н) = 1,2 + 0,1 = 1,3 г.

Следовательно, вещество состоит только из углерода и водорода (см. условие задачи). Определим теперь его молекулярную массу, исходя из данной в условии задачи плотности вещества по водороду.

М(в-ва) = 2 Д Н2 = 2 39 = 78 г/моль.

ν(С) : ν(Н) = 0,1: 0,1

Разделив правую часть равенства на число 0,1, получим:

ν(С) : ν(Н) = 1: 1

Примем число атомов углерода (или водорода) за «х», тогда, умножив «х» на атомные массы углерода и водорода и приравняв эту сумму молекулярной массе вещества, решим уравнение:

12х + х = 78. Отсюда х= 6. Следовательно, формула вещества С 6 Н 6 – бензол.

Молярный объем газов. Законы идеальных газов. Объемная доля .

Молярный объем газа равен отношению объема газа к количеству вещества этого газа, т.е.

V m = V(X)/ ν(x),

где V m – молярный объем газа - постоянная величина для любого газа при данных условиях; V(X) – объем газа Х; ν(x) – количество вещества газа Х. Молярный объем газов при нормальных условиях (нормальном давлении р н = 101 325 Па ≈ 101,3 кПа и температуре Тн= 273,15 К ≈ 273 К) составляет V m = 22,4 л/моль.

В расчетах, связанных с газами, часто приходится переходить от данных условий к нормальным или наоборот. При этом удобно пользоваться формулой, следующей из объединенного газового закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

──── = ─── (3)

Где p – давление; V – объем; Т- температура в шкале Кельвина; индекс «н» указывает на нормальные условия.

Состав газовых смесей часто выражают при помощи объемной доли – отношения объема данного компонента к общему объему системы, т.е.

где φ(Х) – объемная доля компонента Х; V(X) – объем компонента Х; V - объем системы. Объемная доля – безразмерная величина, её выражают в долях от единицы или в процентах.

7. Какой объем займет при температуре 20 о С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г?

Дано : m(NH 3)=51 г; p=250 кПа; t=20 o C.

Найти : V(NH 3) =?

Решение : определяем количество вещества аммиака:

ν(NH 3) = m(NH 3)/ М(NH 3) = 51/17 = 3 моль.

Объем аммиака при нормальных условиях составляет:

V(NH 3) = V m ν(NH 3) = 22,4 3 = 67,2 л.

Используя формулу (3), приводим объем аммиака к данным условиям [температура Т= (273 +20)К = 293 К]:

p н TV н (NH 3) 101,3 293 67,2

V(NH 3) =──────── = ───────── = 29,2 л.

8. Определите объем , который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород, массой 1,4 г и азот, массой 5,6 г.

Дано : m(N 2)=5,6 г; m(H 2)=1,4 ; н.у.

Найти : V(смеси)=?

Решение : находим количества вещества водорода и азота:

ν(N 2) = m(N 2)/ М(N 2) = 5,6/28 = 0,2 моль

ν(H 2) = m(H 2)/ М(H 2) = 1,4/ 2 = 0,7 моль

Так как при нормальных условиях эти газы не взаимодействуют между собой, то объем газовой смеси будет равен сумме объемов газов, т.е.

V(смеси)=V(N 2) + V(H 2)=V m ν(N 2) + V m ν(H 2) = 22,4 0,2 + 22,4 0,7 = 20,16 л.

Расчеты по химическим уравнениям

Расчеты по химическим уравнениям (стехиометрические расчеты) основаны на законе сохранения массы веществ. Однако в реальных химических процессах из-за неполного протекания реакции и различных потерь веществ масса образующихся продуктов часто бывает меньше той, которая должна образоваться в соответствии с законом сохранения массы веществ. Выход продукта реакции (или массовая доля выхода) – это выраженное в процентах отношение массы реально полученного продукта к его массе, которая должна образоваться в соответствии с теоретическим расчетом, т.е.

η = /m(X) (4)

Где η– выход продукта, %; m p (X) - масса продукта Х, полученного в реальном процессе; m(X) – рассчитанная масса вещества Х.

В тех задачах, где выход продукта не указан, предполагается, что он – количественный (теоретический), т.е. η=100%.

9. Какую массу фосфора надо сжечь для получения оксида фосфора (V) массой 7,1 г?

Дано : m(P 2 O 5)=7,1 г.

Найти : m(Р) =?

Решение : записываем уравнение реакции горения фосфора и расставляем стехиометрические коэффициенты.

4P+ 5O 2 = 2P 2 O 5

Определяем количество вещества P 2 O 5 , получившегося в реакции.

ν(P 2 O 5) = m(P 2 O 5)/ М(P 2 O 5) = 7,1/142 = 0,05 моль.

Из уравнения реакции следует, что ν(P 2 O 5)= 2 ν(P), следовательно, количество вещества фосфора, необходимого в реакции равно:

ν(P 2 O 5)= 2 ν(P) = 2 0,05= 0,1 моль.

Отсюда находим массу фосфора:

m(Р) = ν(Р) М(Р) = 0,1 31 = 3,1 г.

10. В избытке соляной кислоты растворили магний массой 6 г и цинк массой 6,5 г. Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделится при этом?

Дано : m(Mg)=6 г; m(Zn)=6,5 г; н.у.

Найти : V(H 2) =?

Решение : записываем уравнения реакции взаимодействия магния и цинка с соляной кислотой и расставляем стехиометрические коэффициенты.

Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2

Mg + 2 HCl = MgCl 2 + H 2

Определяем количества веществ магния и цинка, вступивших в реакцию с соляной кислотой.

ν(Mg) = m(Mg)/ М(Mg) = 6/24 = 0,25 моль

ν(Zn) = m(Zn)/ М(Zn) = 6,5/65 = 0,1 моль.

Из уравнений реакции следует, что количество вещества металла и водорода равны, т.е. ν(Mg) = ν(Н 2); ν(Zn) = ν(Н 2), определяем количество водорода, получившегося в результате двух реакций:

ν(Н 2) = ν(Mg) + ν(Zn) = 0,25 + 0,1= 0,35 моль.

Рассчитываем объем водорода, выделившегося в результате реакции:

V(H 2) = V m ν(H 2) = 22,4 0,35 = 7,84 л.

11. При пропускании сероводорода объемом 2,8 л (нормальные условия) через избыток раствора сульфата меди (II) образовался осадок массой 11,4 г. Определите выход продукта реакции.

Дано : V(H 2 S)=2,8 л; m(осадка)= 11,4 г; н.у.

Найти : η =?

Решение : записываем уравнение реакции взаимодействия сероводорода и сульфата меди (II).

H 2 S + CuSO 4 = CuS ↓+ H 2 SO 4

Определяем количество вещества сероводорода, участвующего в реакции.

ν(H 2 S) = V(H 2 S) / V m = 2,8/22,4 = 0,125 моль.

Из уравнения реакции следует, что ν(H 2 S) = ν(СuS) = 0,125 моль. Значит можно найти теоретическую массу СuS.

m(СuS) = ν(СuS) М(СuS) = 0,125 96 = 12 г.

Теперь определяем выход продукта, пользуясь формулой (4):

η = /m(X)= 11,4 100/ 12 = 95%.

12. Какая масса хлорида аммония образуется при взаимодействии хлороводорода массой 7,3 г с аммиаком массой 5,1 г? Какой газ останется в избытке? Определите массу избытка.

Дано : m(HCl)=7,3 г; m(NH 3)=5,1 г.

Найти : m(NH 4 Cl) =? m(избытка) =?

Решение : записываем уравнение реакции.

HCl + NH 3 = NH 4 Cl

Эта задача на «избыток» и «недостаток». Рассчитываем количества вещества хлороводорода и аммиака и определяем, какой газ находится в избытке.

ν(HCl) = m(HCl)/ М(HCl) = 7,3/36,5 = 0,2 моль;

ν(NH 3) = m(NH 3)/ М(NH 3) = 5,1/ 17 = 0,3 моль.

Аммиак находится в избытке, поэтому расчет ведем по недостатку, т.е. по хлороводороду. Из уравнения реакции следует, что ν(HCl) = ν(NH 4 Cl) = 0,2 моль. Определяем массу хлорида аммония.

m(NH 4 Cl) = ν(NH 4 Cl) М(NH 4 Cl) = 0,2 53,5 = 10,7 г.

Мы определили, что аммиак находится в избытке (по количеству вещества избыток составляет 0,1 моль). Рассчитаем массу избытка аммиака.

m(NH 3) = ν(NH 3) М(NH 3) = 0,1 17 = 1,7 г.

13. Технический карбид кальция массой 20 г обработали избытком воды, получив ацетилен, при пропускании которого через избыток бромной воды образовался 1,1,2,2 –тетрабромэтан массой 86,5 г. Определите массовую долю СаС 2 в техническом карбиде.

Дано : m = 20 г; m(C 2 H 2 Br 4)=86,5 г.

Найти : ω(СаC 2) =?

Решение : записываем уравнения взаимодействия карбида кальция с водой и ацетилена с бромной водой и расставляем стехиометрические коэффициенты.

CaC 2 +2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2

C 2 H 2 +2 Br 2 = C 2 H 2 Br 4

Находим количество вещества тетрабромэтана.

ν(C 2 H 2 Br 4) = m(C 2 H 2 Br 4)/ М(C 2 H 2 Br 4) = 86,5/ 346 = 0,25 моль.

Из уравнений реакций следует, что ν(C 2 H 2 Br 4) =ν(C 2 H 2) = ν(СаC 2) =0,25 моль. Отсюда мы можем найти массу чистого карбида кальция (без примесей).

m(СаC 2) = ν(СаC 2) М(СаC 2) = 0,25 64 = 16 г.

Определяем массовую долю СаC 2 в техническом карбиде.

ω(СаC 2) =m(СаC 2)/m = 16/20 = 0,8 = 80%.

Растворы. Массовая доля компонента раствора

14. В бензоле объемом 170 мл растворили серу массой 1,8 г. Плотность бензола равна 0,88 г/мл. Определите массовую долю серы в растворе.

Дано : V(C 6 H 6) =170 мл; m(S) = 1,8 г; ρ(С 6 C 6)=0,88 г/мл.

Найти : ω(S) =?

Решение : для нахождения массовой доли серы в растворе необходимо рассчитать массу раствора. Определяем массу бензола.

m(С 6 C 6) = ρ(С 6 C 6) V(C 6 H 6) = 0,88 170 = 149,6 г.

Находим общую массу раствора.

m(р-ра) = m(С 6 C 6) + m(S) =149,6 + 1,8 = 151,4 г.

Рассчитаем массовую долю серы.

ω(S) =m(S)/m=1,8 /151,4 = 0,0119 = 1,19 %.

15. В воде массой 40 г растворили железный купорос FeSO 4 7H 2 O массой 3,5 г. Определите массовую долю сульфата железа (II) в полученном растворе.

Дано : m(H 2 O)=40 г; m(FeSO 4 7H 2 O)=3,5 г.

Найти : ω(FeSO 4) =?

Решение : найдем массу FeSO 4 содержащегося в FeSO 4 7H 2 O. Для этого рассчитаем количество вещества FeSO 4 7H 2 O.

ν(FeSO 4 7H 2 O)=m(FeSO 4 7H 2 O)/М(FeSO 4 7H 2 O)=3,5/278=0,0125моль

Из формулы железного купороса следует, что ν(FeSO 4)= ν(FeSO 4 7H 2 O)=0,0125 моль. Рассчитаем массу FeSO 4:

m(FeSO 4) = ν(FeSO 4) М(FeSO 4) = 0,0125 152 = 1,91 г.

Учитывая, что масса раствора складывается из массы железного купороса (3,5 г) и массы воды (40 г), рассчитаем массовую долю сульфата железа в растворе.

ω(FeSO 4) =m(FeSO 4)/m=1,91 /43,5 = 0,044 =4,4 %.

Задачи для самостоятельного решения

1. На 50 г йодистого метила в гексане подействовали металлическим натрием, при этом выделилось 1,12 л газа, измеренного при нормальных условиях. Определите массовую долю йодистого метила в растворе. Ответ : 28,4%.
2. Некоторый спирт подвергли окислению, при этом образовалась одноосновная карбоновая кислота. При сжигании 13,2 г этой кислоты получили углекислый газ, для полной нейтрализации которого потребовалось 192 мл раствора КОН с массовой долей 28%. Плотность раствора КОН равна 1,25 г/мл. Определите формулу спирта. Ответ : бутанол.
3. Газ, полученный при взаимодействии 9,52 г меди с 50 мл 81 % раствора азотной кислоты, плотностью 1,45 г/мл, пропустили через 150 мл 20 % раствора NaOH плотностью 1,22 г/мл. Определите массовые доли растворенных веществ. Ответ : 12,5% NaOH; 6,48% NaNO 3 ; 5,26% NaNO 2 .
4. Определите объем выделившихся газов при взрыве 10 г нитроглицерина. Ответ : 7,15 л.
5. Образец органического вещества массой 4,3 г сожгли в кислороде. Продуктами реакции являются оксид углерода (IV) объемом 6,72 л (нормальные условия) и вода массой 6,3 г. Плотность паров исходного вещества по водороду равна 43. Определите формулу вещества. Ответ : С 6 Н 14 .