Балансирование химических реакций с примерами
Балансирование химических реакций с примерами Теорема о сохранении массы:
В химической реакции масса сохраняется, она не теряется и не создается. Таким образом,
- Количество атомов элементов сохраняется. Другими словами, сумма атомов в части реагентов равна сумме атомов продуктов.
- Масса элементов сохраняется. Массы реагентов равны массам продуктов.
- Заряды элементов / соединений сохраняются. Суммарные заряды реагентов равны суммарным расходам продуктов.
- В химической реакции число молекул не всегда сохраняется. Например;
H2 + Cl2 → 2HCl
В этой реакции; 1 молекула H2 и молекула 1Cl2 реагируют и образуется 2 молекулы HCl. Таким образом, количество молекул сохраняется. С другой стороны,
2H2 + O2→ 2H2O
В этой реакции 2 молекулы H2 реагируют с 1 молекулой O2 и образуется 2 молекулы H2O. Таким образом, количество молекул не сохраняется.
Пример: 4 г вещества A реагирует с 2,5 г вещества B и получается 1,4 л газа C и 3,5 г D. Найти молярную массу C.
Решение:
В химических реакциях масса всегда сохраняется. Так;
Aмасса + Bмасса = Cмасса + Dмасса
4 + 2,5 = Cмасса+ 3,5
Cмасса=3 g
В стандартных условиях 1 моль газа составляет 22,4 литра, количество молей С;
nC= 1,4 / 22,4 = 1 / 16 молей
1/16 моль C составляет 3 г
1 моль C X г
___________________
X=48 g
Молярная масса С = 48 г
Уравновешивая химические уравнения, вы должны уравновесить H и O после уравновешивания других элементов.
Вы можете умножить коэффициенты реакции на доли как 3/2.
Пример: баланс по химическому уравнению.
C3H4 + O2→ CO2 + H2O
Реактивы:
3 атома углерода, 4 атома водорода, 2 атома кислорода
Продукты:
1 атом С, 3 атома О, 2 атома Н,
Чтобы уравновесить реакцию, мы умножаем CO2 на 3, и реакция становится;
C3H4 + O2→ 3CO2 + H2O
Теперь у нас есть 4 атома H в реагентах и 2 атома H в продуктах, поэтому мы умножаем H2O на 2, и реакция становится;
C3H4 + O2 → 3CO2 + 2H2O
Теперь у нас есть 2 атома O в реагентах и 6 + 2 = 8 атомов кислорода в продуктах, чтобы сбалансировать O, мы умножаем O2 в реагентах на 4.
C3H4+ 4O2 → 3CO2 + 2H2O
Теперь наша реакция сбалансирована.
Балансирование окислительно-восстановительных реакций:
При балансировке окислительно-восстановительных реакций, вы должны сбалансировать количество атомов и зарядов веществ в реакции. Таким образом, вы должны знать степени окисления атомов элементов. Мы приводим некоторые примеры и пытаемся объяснить эту тему на них.
Пример: баланс следующей реакции;
HNO3 + H2S → NO + H2O + S
Решение:
Сначала мы запишем степень окисления всех элементов;
H+N+5O3-2 + H+2S-2 → N+2O-2+ H+2O-2 + S0
Затем мы записываем половинные реакции, которые показывают окисление и восстановление (перенос электронов) элементов.
Сокращение: N+5 +3e- → N+2
Окисление: S-2 → S0 + 2e-
Чтобы сбалансировать число полученных и потерянных электронов, мы умножаем реакцию восстановления на 2 и реакцию окисления на 3.
Чтобы сбалансировать число атомов N в обеих сторонах, мы добавляем 2 перед молекулами, включая N, и чтобы сбалансировать количество атомов S, мы пишем 3 перед всеми веществами, включая S. Теперь реакция становится;
2HNO3 + 3H2S → 2NO + H2O + 3S
Теперь мы уравновешиваем число атомов Н с обеих сторон, в левой части 8 атомов Н, а в правой части 2 атома. Если мы умножим H2O на продукты, мы уравновесим число атомов H в реакции. Конечная реакция становится;
2HNO3+ 3H2S → 2NO + 4H2O + 3S
Вы можете проверить количество O с обеих сторон, оно также сбалансировано. У нас 6 атомов кислорода в левой части и 6 атомов в правой части.
Быть осторожен!
Для уравновешивания (+) заряда в ионных реакциях, происходящих в кислой среде, добавляют H+, а для уравновешивания числа атомов Н и О добавляют H2O.
Пример: балансировка следующей реакции в кислой среде;
ClO3- + Cr+3 → ClO2 + Cr2O7-2
Мы пишем состояния окисления всех элементов, будьте осторожны, не путайте заряд ионов и состояния окисления элементов.
Cl+5O-23- + Cr+3 → Cl+4O-22 + Cr+62O-27-2
Окисление и восстановление половинных реакций;
Сокращение: Cl+5 + e- → Cl+4
Окисление: Cr+3 → Cr+6 + 3e-
Чтобы сбалансировать число электронов в обеих сторонах, мы умножаем половину реакции восстановления на 6 и реакцию половины окисления на 2. Теперь реакция становится;
6ClO3-+2Cr+3→ 6ClO2 + Cr2O7-2
Мы рассчитываем электрические заряды обеих сторон и балансируем их.
Левая сторона: ClO3-: 6x (заряд иона = -1) = - 6 Cr+3: 2x(+3)=+6
-6+6=0
Общий электрический заряд в левой части равен нулю.
Правая сторона: Cr2O7-2 : -2
Общий заряд -2, балансируя электрический заряд мы добавляем ионы H + в кислые среды. Таким образом, мы добавляем ион 2H+ в правую сторону реакции и делаем реакцию сбалансированной.
6ClO3- +2Cr+3 → 6ClO2 + Cr2O7-2 + 2H+
Теперь мы должны сбалансировать количество атомов H в обеих сторонах реакции. В левой стороне атома Н нет, но в правой стороне есть 2Н-атома. Чтобы уравновесить реакцию, мы добавляем 1 молекулу H2O к левой стороне реакции и уравновешиваем ее. Окончательная сбалансированная реакция есть;
6ClO3- +2Cr+3 + H2O → 6ClO2 + Cr2O7-2 + 2H+
Быть осторожен!
Для уравновешивания (-) заряда в ионных реакциях, происходящих в основной среде, добавляют OH-, а для уравновешивания числа атомов Н и О добавляют И OH-.
Пример: балансировка следующей реакции в основной среде;
Br2→ Br- +BrO3-
Мы пишем состояния окисления всех элементов, будьте осторожны, не путайте заряд ионов и состояния окисления элементов.
Br20 → Br- +Br+5O-23-
Окисление и восстановление половинных реакций;
Сокращение: Br0 + e- → Br-1
Окисление: Br0 → Br+5 + 5e-
Чтобы уравновесить число электронов в обеих сторонах, мы умножаем половину реакции восстановления на 5 и половину реакции окисления на 1. Чтобы уравновесить число Br с обеих сторон, мы добавляем 3 перед Br2 в реагентах. Теперь реакция становится;
3Br2 → 5Br- +BrO3-
Мы рассчитываем электрические заряды обеих сторон и балансируем их.
Левая сторона: Br2: 0
Общий электрический заряд в левой части равен нулю.
Правая сторона: 5Br- +BrO3-: -5+(-1)=-6
Полный заряд равен -6, уравновешивая электрический заряд, мы добавляем ионы ОН- в левую сторону в основных средах. Таким образом, мы добавляем 6OH-ион в левую сторону реакции и делаем реакцию сбалансированной.
3Br2 +6OH- → 5Br- + BrO3-
Теперь мы должны сбалансировать количество атомов H в обеих сторонах реакции. В правой части нет атома Н, но в левой части находятся атомы 6Н. Чтобы уравновесить реакцию, мы добавляем 3 молекулы H2O к правой стороне реакции и уравновешиваем ее. Окончательная сбалансированная реакция есть;
3Br2 +6OH- → 5Br- + BrO3- + 3H2O
Теперь все заряды и количество атомов сбалансированы.