Химия составление химических уравнений. Как составляются уравнения химических реакций? Инструкция по составлению уравнения

Глава 2. Основы химического языка и первоначальные сведения о классификации индивидуальных химических веществ (продолжение)
2.4. Схемы и уравнения химических реакций

При химических реакциях одни вещества превращаются в другие. Вспомним известную нам реакцию серы с кислородом. И в ней из одних веществ (исходных веществ или реагентов ) образуются другие (конечные вещества или продукты реакции ).

Для записи и передачи информации о химических реакциях используются схемы и уравнения реакций .

Схема реакции показывает, какие вещества вступают в реакцию и какие образуются в результате реакции. И в схемах, и в уравнениях реакций вещества обозначаются их формулами.

Схема горения серы записывается так: S 8 + O 2 SO 2 .

Это означает, что при взаимодействии серы с кислородом протекает химическая реакция, в результате которой образуется диоксид серы (сернистый газ). Все вещества здесь молекулярные, поэтому при записи схемы использованы молекулярные формулы этих веществ. То же относится и к схеме другой реакции – реакции горения белого фосфора:

P 4 + O 2 P 4 O 10 .

При нагревании до 900 o С карбоната кальция (мела, известняка) протекает химическая реакция: карбонат кальция превращается в оксид кальция (негашеную известь) и диоксид углерода (углекислый газ) по схеме:

CaCO 3 CaO + CO 2 .

Для указания на то, что процесс происходит при нагревании, схему (и уравнение) обычно дополняют знаком " t" , а то, что углекислый газ при этом улетучивается, обозначают стрелкой, направленной вверх:

CaCO 3 CaO + CO 2 .

Карбонат кальция и оксид кальция – вещества немолекулярные, поэтому в схеме использованы их простейшие формулы, отражающие состав их формульных единиц. Для молекулярного вещества – углекислого газа – использована молекулярная формула.

Рассмотрим схему реакции, протекающей при взаимодействия пентахлорида фосфора с водой: PCl 5 +H 2 O H 3 PO 4 + HCl.
Из схемы видно, что при этом образуется фосфорная кислота и хлороводород.

Иногда для передачи информации о химической реакции бывает достаточно и краткой схемы этой реакции, например:

S 8 SO 2 ; P 4 P 4 O 10 ; CaCO 3 CaO.

Естественно, что краткой схеме может соответствовать и несколько разных реакций.

Для любой химической реакции справедлив один из важнейших законов химии:
При протекании химических реакций атомы не появляются, не исчезают и не превращаются друг в друга.

При записи уравнений химических реакций, кроме формул веществ, используются коэффициенты. Как и в алгебре, коэффициент "1" в уравнении химической реакции не ставится, но подразумевается. Рассмотренные нами реакции описываются следующими уравнениями:

1S 8 + 8O 2 = 8SO 2 , или S 8 + 8O 2 = 8SO 2 ;
1P 4 + 5O 2 = 1P 4 O 10 , или P 4 + 5O 2 = P 4 O 10 ;
1CaCO 3 = 1CaO + 1CO 2 , или CaCO 3 = CaO + CO 2 ;
1PCl 5 + 4H 2 O = 1H 3 PO 4 + 5HCl, или PCI 5 + 4H 2 O = H 3 PO 4 + 5HCI.

Знак равенства между правой и левой частью уравнения означает, что число атомов каждого элемента, входящих в состав исходных веществ, равно числу атомов этого элемента, входящих в продукты реакциии .

Коэффициенты в уравнении химической реакции показывают отношение между числом реагирующих и числом образующихся молекул (для немолекулярных веществ – числом формульных единиц) соответствующих веществ. Так, для реакции, протекающей при взаимодействии пентахлорида фосфора с водой

и так далее (всего 6 пропорций).Обычно отдельный коэффициент в уравнении реакции не имеет никакого смысла, но в некоторых случаях может означать число молекул или формульных единиц данного вещества.Примеры информации, даваемой схемами и уравнениями реакций.
1-й пример. Реакция горения метана в кислороде (или на воздухе):
СН 4 + O 2 CO 2 + H 2 O (схема),
СН 4 + 2O 2 = CO 2 + 2Н 2 О (уравнение).

Схема химической реакции показывает, что (1) в реакции, протекающей между метаном и кислородом, образуются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции добавляет, что (2) число молекул метана, вступившего в реакцию, относится к числу молекул вступившего в реакцию кислорода, как 1 к 2, и так далее, то есть:

Кроме того, уравнение показывает, что одна молекула метана реагирует с двумя молекулами кислорода, при этом образуется одна молекула углекислого газа и две молекулы воды.

2-й пример. Восстановление железа водородом из его оксида:
Fe 2 O 3 + H 2 Fe + H 2 O (схема),
Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 О (уравнение).

Схема химической реакции показывает, что (1) при взаимодействии оксида железа(Fe 2 O 3) с водородом (которое происходит при нагревании) образуются железо и вода.

Уравнение добавляет к этому, что (2) число формульных единиц оксида железа, вступившего в реакцию, относится к числу вступивших в реакцию молекул водорода, как 1 к 3, и так далее. То есть:

Кроме того уравнение показывает, что одна формульная единица оксида железа реагирует с тремя молекулами водорода, при этом образуется два атома железа и три молекулы воды.

Как вы узнаете в дальнейшем, уравнения реакций дают нам и другую количественную информацию.

Карбонат кальция – CaCO 3 . Бесцветное немолекулярное вещество, нерастворимое в воде. Такие широко известные горные породы, как мрамор и известняк, состоят в основном из карбоната кальция. Мел, которым вы пишете на доске, – тоже карбонат кальция: многие морские организмы (радиолярии и др.) строят свои панцири из этого вещества; за длительное время на дне океана формируются залежи мела, представляющего собой огромные слои спрессованных панцирей этих организмов.
Карбонат кальция не обладает способностью плавиться – при нагревании он разлагается. Горные породы, образуемые карбонатом кальция, используются в строительстве в качестве отделочных материалов, строительного камня, а также для производства негашеной извести (CaO). В металлургии карбонат кальция в виде известняка добавляют в руду для лучшего образования шлаков.

РЕАГЕНТЫ, ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ, СХЕМЫ И УРАВНЕНИЯ РЕАКЦИЙ, КОЭФФИЦИЕНТЫ В УРАВНЕНИЯХ РЕАКЦИЙ

1.Запишите уравнения, соответствующие следующим схемам реакций:
а) Na+ Cl 2 NaCl; б) CuO + Al Al 2 O 3 + Сu;
в) N 2 O N 2 + O 2 ; г)NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 O.
2.Какую информацию передают составленными вами уравнениями реакций (среди приведенных веществ молекулярными являются Cl 2 , N 2 О, N 2 , O 2 , H 2 SO 4 и H 2 O; остальные – немолекулярные).

2.5. Первоначальные сведения о классификации чистых химических веществ

Вы уже познакомились в той или иной степени примерно с пятьюдесятью индивидуальными (чистыми) химическими веществами. Всего же науке известно несколько миллионов таких веществ. Чтобы не утонуть в этом " море" веществ, их необходимо систематизировать и прежде всего классифицировать – классифицировать более подробно, чем мы делали это в параграфе 1.4 (рис. 1.3).
Вещества отличаются друг от друга своими свойствами, а свойства веществ определяются составом и строением. Поэтому важнейшие признаки, по которым классифицируют вещества – состав, строение и свойства.
По составу, а точнее, по числу входящих в их состав элементов, вещества делятся на простые и сложные (это вы уже знаете). Сложных веществ в сотни тысяч раз больше, чем простых, поэтому среди них выделяют бинарные вещества (бинарные соединения).

Схема этой классификации приведена на рисунке 2.1.
Признаком, по которому проводят дальнейшую классификацию веществ, являются их свойства.
Начнем с простых веществ.
По физическим свойствам простые вещества делятся на металлы и неметаллы .
Характерные физические свойства металлов:
1) высокая электропроводность (способность хорошо проводить электрический ток),
2) высокая теплопроводность (способность хорошо проводить теплоту),
3) высокая пластичность (ковкость, изгибаемость, вытягиваемость).

Кроме того все металлы обладают " металлическим" блеском. Но следует помнить, что таким блеском обладают не только металлы, но и часть неметаллов, и даже некоторые сложные вещества. Блестит кристаллический кремний, одна из полиморфных модификаций мышьяка, теллур, а это всё – неметаллы. Из сложных веществ – пирит FeS 2 , халькопирит CuFeS 2 и некоторые другие.

Основой систематизации химических элементов, простых веществ и соединений служит ЕСТЕСТВЕННАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, открытая в 1869 году выдающимся русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834 –1907) и названная им " периодической системой" . Усовершенствованная многими поколениями ученых, эта система продолжает называться " периодической" , хотя это и не совсем правильно. Графически система химических элементов выражается в виде таблицы элементов (рис. 2.2); со строением этой таблицы вы подробно познакомитесь, изучая главу 6. Пока же посмотрим, где в таблице элементов расположены элементы, образующие неметаллы , а где – элементы, образующие металлы . Оказывается, элементы, образующие неметаллы, группируются в правом верхнем углу таблицы элементов. Все остальные элементы – элементы, образующие металлы. Причину этого вы узнаете, изучив строение атомов и химические связи.

При комнатной температуре металлы – твердые вещества (исключение – ртуть, ее температура плавления – 39 o С).
В отличие от металлов, неметаллы не обладают каким-либо определенным набором характерных физических характеристик. Даже агрегатное состояние у них может быть разным. При комнатной температуре газообразныдвенадцать простых веществ (Н 2 , Не, N 2 , O 2 , O 3 , F 2 , Nе, Cl 2 , Аr, Кr, Хе, Rn), жидкость одна (Br 2), а твердых веществ – более десяти (В, С (алмаз) , С (графит) , Si, P 4 , S 8 , As, Se, Те, I 2 и др.). По своим химическим свойствам большинство металлов сильно отличается от большинства неметаллов, но резкой границы между ними нет.
Многие простые вещества при определенных условиях могут вступать в реакции друг с другом, например:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O; 2Na + Cl 2 = 2NaCl; 2Ca + O 2 = 2CaO.

В результате таких реакций образуются бинарные соединения.

В принципе, в состав бинарного соединения могут входить любые элементы (кроме гелия и неона). Но часто один из этих элементов – кислород, водород или один из галогенов (фтор, хлор, бром или йод). Такие вещества называются кислородными соединениями , водородными соединениями или галогенидами . Примеры бинарных соединений: CaO, Al 2 O 3 , КН, HCl, АlI 3 , СаС 2 .

Примеры кислородных соединений: H 2 O (вода), H 2 O 2 (пероксид водорода), Na 2 O (оксид натрия), Na 2 O 2 (пероксид натрия), СО 2 (диоксид углерода), OF 2 (фторид кислорода). Большинство кислородных соединений является оксидами . Чем оксиды отличаются от остальных кислородных соединений, вы узнаете позже.
Примеры оксидов:
Li 2 O – оксид лития, CO 2 – диоксид углерода, CaO – оксид кальция, SiO 2 – диоксид кремния, Al 2 O 3 – оксид алюминия, Н 2 О – вода,
MnO 2 – диоксид марганца, SO 3 –триоксид серы.

Примеры водородных соединений: NаН – гидрид натрия, H 2 O – вода, КН – гидрид калия, НСl – хлороводород, СаH 2 – гидрид кальция,
NH 3 – аммиак, BaH 2 – гидрид бария, CH 4 – метан.

Примеры галогенидов: CaF 2 – фторид кальция, BF 3 – трифторид бора, NaCl – хлорид натрия,PCl 5 – пентахлорид фосфора, КВr – бромид калия, НВr – бромоводород, AlI 3 – йодид алюминия, HI – йодоводород.
Примеры названий бинарных соединений приведены в таблице 6.

Таблица 6. Примеры названий бинарных соединений.

Обратите внимание, что все эти названия содержат суффикс -ид . Таким способом можно назвать любое бинарное соединение, кроме бинарных соединений элементов, образующих металлы (интерметаллических соединений ). Вместе с тем, некоторые бинарные соединения имеют свои традиционные названия (вода, аммиак, хлороводород, метан и некоторые другие).

Среди бинарных соединений на Земле чаще всего встречаются оксиды. Это вызвано тем, что каждый второй атом в земной коре (в атмосфере, гидросфере и литосфере) – атом кислорода. А среди оксидов самое распространенное вещество – вода. Одна из причин этого в том, что водород – также один из самых распространенных элементов в земной коре.

Теперь – о более сложных соединениях. Пусть в состав соединения входят три элемента. Таких соединений очень много. Какие из них наиболее важные? Конечно, кислородсодержащие соединения. И прежде всего, те, в состав которых входит водород. Важность этих соединений вызвана еще и тем, что в результате химических реакций между оксидами и водой получаются как раз такие вещества, например:

СаО + H 2 O = Ca(OH) 2 ; P 4 O 10 + 6H 2 O = 4H 3 PO 4 ;
Li 2 O + H 2 O = 2LiOH; SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 .

Образующиеся в результате этих реакций вещества называются гидроксидами . Название происходит от сочетания слов " гидрат оксида" , то есть соединение оксида с водой.

Существует много гидроксидов, в том числе и такие, которые не образуются при непосредственном взаимодействии оксида с водой, например: H 2 SiO 3 , Al(OH) 3 , Cu(OH) 2 и другие. Эти вещества тоже называются гидроксидами потому, что при нагревании они разлагаются на оксид и воду.

Вообще-то почти все гидроксиды при нагревании разлагаются, образуя соответствующий оксид и воду, например:
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O при 100 o С;
Сa(OH) 2 = CaO +H 2 O при 500 o С;
H 2 SO 4 = SO 3 + H 2 O при 450 o С;
2Аl(ОН) 3 = Al 2 O 3 + 3H 2 O при 200 o С;
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O ниже 100 o С.
Но такие гидроксиды, как, например, NaОН и КОН, не разлагаются даже при нагревании до 1500 o С.

Примеры названий некоторых гидроксидов приведены в таблице 7 .

	Название		Название
NаОН	Гидроксид натрия	H 2 SO 4	Серная кислота
КОН	Гидроксид калия	H 2 SO 3	Сернистая кислота
Ca(OH) 2	Гидроксид кальция	HNO 3	Азотная кислота
Ba(OH) 2	Гидроксид бария	HNO 2	Азотистая кислота
Аl(ОН) 3	Гидроксид алюминия	H 3 PO 4	Фосфорная кислота
Cu(OH) 2	Гидроксид меди	H 2 CO 3	Угольная кислота
Zn(OH) 2	Гидроксид цинка	H 2 SiO 3	Кремниевая кислота

Обратите внимание, что в левой половине таблицы собраны гидроксиды элементов, образующих металлы (название начинается со слова " гидроксид "), а в правой – гидроксиды элементов, образующих неметаллы (название содержит слово " кислота "). Разная форма названий связана с тем, что эти гидроксиды очен ь сильно отличаются по своим химическим свойствам. Например, их растворы по-разному изменяют окраску веществ, называемых индикаторами (точнее, кислотно -основными индикаторами ). Такими веществами-индикаторами являются красители, содержащиеся в чернике, малине, черной смородине, краснокочанной капусте и даже в чае. В лаборатории в качестве индикаторов обычно используют лакмус (природный краситель), метилоранж и фенолфталеин (оба синтетические). Так, лакмус в растворах, содержащих кислоты, окрашивается в красный цвет, а в растворах, содержащих растворимые гидроксиды металлов (щелочи ) – в синий. Цвета других индикаторов приведены в приложении 3. Кислоты имеют кислый вкус, но пробовать их нельзя ни в коем случае, так как большинство из них ядовиты, или обладают обжигающим действием.

Из гидроксидов, приведенных в таблице 6, щелочами являются NaOH, КОН и Ba(OH) 2 . Малорастворимый Са(ОН) 2 тоже меняет окраску индикаторов. Из приведенных в этой же таблице кислот не меняет окраску индикаторов только кремниевая кислота, в частности потому, что она, в отличие от остальных кислот, нерастворима в воде.

Между собой кислоты, как правило, не реагируют, а с гидроксидами металлов вступают в реакции, например:
H 2 SO 4 + 2КОН = К 2 SО 4 + H 2 О;
2HNO 3 + Ва(ОН) 2 = Ва(NO 3) 2 + 2H 2 O;
Н 3 РО 4 + 3NаОН = Nа 3 РО 4 + 3Н 2 О.

Кроме воды продуктами этих реакций являются соли – сложные вещества еще одного важнейшего класса. В результате реакции ни кислоты, ни щелочи в растворе не остается, и раствор становится нейтральным , поэтому такие реакции называют реакциями нейтрализации .

Обратите внимание на суффиксы в названиях солей, приведенных в таблице 8.

Таблица 8.Соли и их названия

	Название		Название
К 2 SO 3	Сульфит калия	Na 2 CO 3	Карбонат натрия
CaSO 4	Сульфат кальция	МgСО 3	Карбонат магния
Al 2 (SO 4) 3	Сульфат алюминия	K 2 SiO 3	Силикат калия
Ba(NO 2) 2	Нитрит бария	K 3 PO 4	Фосфат калия
Ba(NO 3) 2	Нитрат бария	Ca 3 (PO 4) 2	Фосфат кал ьция

Некоторые гидроксиды из всех остальных гидроксидов реагируют только с кислотами. Такие гидроксиды называются основаниями. Те же гидроксиды, которые реагируют и с кислотами, и с ос нованиями (щелочами), называются амфотерными гидроксидами. Основаниям соответствуют основные оксиды , кислотам – кислотные оксиды, а амфотерным гидроксидам – амфотерные оксиды. Примеры различных по своему химическому поведению оксидов приведены в таблице 9.

Таблица 9.Примеры основных, амфотерных и кислотных оксидов, а также соответствующие им гидроксидов.

Основные		Амфотерные		Кислотные
	Гидроксиды		Гидроксиды		Гидроксиды

*)Приведена идеализированная формула гидроксида
**)Существует только в водном растворе

Соли образуются не только при реакциях кислот с основаниями, но и при взаимодействии металлов с кислотами:
Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2 O,
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 ,
а также при взаимодействии основных оксидов с кислотными оксидами Li 2 O + CO 2 = Li 2 СО 3 ,
основных оксидов с кислотами FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + Н 2 О
и кислотных оксидов с основаниями SO 2 + 2NаОН = Na 2 SO 3 + H 2 O.
В аналогичные реакции вступают также амфотерные оксиды и гидроксиды.
А теперь вернемся к знакомому вам делению веществ на молекулярные и немолекулярные, то есть к классификации их по типу строения. Как распределяются молекулярные и немолекулярные вещества по различным классам сложных веществ, показано в таблице 10.

Таблица 10. Тип строения некоторых сложных веществ

Класс соединений	Молекулярное строение	Немолекулярное строение
Основные и амфотерные оксиды
Кислотные оксиды	CO 2 , N 2 O 3 , N 2 O 5 , P 4 O 10 , SO 2 , SO 3	B 2 O 3 , SiO 2 , CrO 3
Основные и амфотерные гидроксиды
Кислотные гидроксиды (кислоты)	H 3 BO 3 , H 2 CO 3 , HNO 2 , HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 3 , H 2 SO 4
	CH 4 , NH 3 , H 2 O, H 2 S, HF, HCl
Галогениды	BF 3 , SiCl 4 , CBr 4 , C 2 I 6 , NCl 3	NaF, КС1, СаBr 2 , MgI 2 , BaF 2

Как видите, химические вещества – очень разные, разные по составу, по своим физическим характеристикам, разные по химическим свойствам. Но ответить на вопросы, почему данное вещество имеет такой состав, почему оно обладает такими характеристиками, почему оно реагирует именно с этими веществами и как оно с ними реагирует, вы пока не можете. Вспомните, что свойства вещества определяются его составом и строением. Поэтому для ответа на эти вопросы нужно прежде всего изучить, как вещества устроены, то есть – строение вещества.

Диоксид углерода – CO 2 , или углекислый газ. Молекулярное вещество, кислотный оксид. Несмотря на то, что его объемная доля в земной атмосфере всего 0,03 – 0,04 %, углекислый газ – один из существеннейших компонентов воздуха, и его роль в нашей жизни трудно переоценить. Он непосредственно участвует в двух важнейших природных процессах: дыхании и фотосинтезе. Например, за один час взрослый человек выдыхает около 20 литров углекислого газа. Повышение его содержания губительно для человека и животных: при объемной доле 0,2 – 0,15 % человек теряет сознание. Атмосферный СО 2 предохраняет нашу планету от переохлаждения, так как способен удерживать тепловое излучение, исходящее от поверхности Земли, но его избыток может вызвать так называемый " парниковый эффект" . Твердый СО 2 – " сухой лед" – используется для охлаждения: например, куски льда у продавщицы мороженого есть не что иное, как " сухой лед"

Оксид кальция – CaO , или негашеная (жженая) известь – основный оксид белого цвета, гигроскопичен (поглощает влагу). Это вещество энергично реагирует с водой, образуя "гашеную известь" – гидроксид кальция. Получают этот оксид обжигом различных горных пород, образованных карбонатом кальция, отсюда и название "жженая известь". При попадании на кожу вызывает ожоги. Особенно опасно попадание его в глаза.

Гидроксид кальция – Ca(OH) 2 , или гашеная известь, – основание белого цвета, малорастворимое в воде. Получают его так называемым гашением – добавлением воды к оксиду кальция. В реакции выделяется так много тепла, что реакционная смесь вскипает. Гашеную известь используют в строительстве как связующий материал и как сырье для изготовления белого силикатного кирпича, а также в производстве минеральных удобрений.

ЕСТЕСТВЕННАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, МЕТАЛЛЫ, НЕМЕТАЛЛЫ, БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ВОДОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ГАЛОГЕНИДЫ, ГИДРИДЫ, ОКСИДЫ, ГИДРОКСИДЫ, КИСЛОТЫ, ОСНОВАНИЯ, СОЛИ, ЩЕЛОЧИ, АМФОТЕРНЫЕ ГИДРОКСИДЫ, ИНДИКАТОРЫ, РЕАКЦИЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ, ОСНОВНЫЕ ОКСИДЫ, КИСЛОТНЫЕ ОКСИДЫ, АМФОТЕРНЫЕ ОКСИДЫ а) Fe(OH) 2 ; б) Pb(OH) 2 ; в) Fe(ОН) 3 ; г) Сr(ОН) 3 .

7.Составьте уравнения реакций по следующим схемам реакций:
Li 2 O + P 4 O 1 0 Li 3 PO 4 ; MnSO 4 + NаОН M n(OH) 2 + Na 2 SO 4 ;
Fe 3 O 4 + Al Al 2 O 3 + Fe; La 2 (SO 4) 3 + KOH La(OH) 3 + K 2 SO 4 ;
Fe 2 O 3 + Mg MgO + Fe; Ag NO 3 + NaO H Ag 2 O +NaNO 3 + H 2 O.
К каким классам относятся исходные и конечные вещества этих реакций?

1. Взаимодействие растворов кислот и оснований с индикаторами.
2. Химические свойства кислот и оснований.
3. Химические свойства металлов.
4. Химические свойства оксидов.

Для описания протекающих химических реакций составляются уравнения химических реакций. В них слева от знака равенства (или стрелки →) записываются формулы реагентов (веществ, вступающих в реакцию), а справа - продукты реакции (вещества, которые получились после химической реакции). Поскольку говорится об уравнении, то количество атомов в левой части уравнения должно быть равным тому, что есть в правом. Поэтому после составления схемы химической реакции (записи реагентов и продуктов) производят подстановку коэффициентов, чтобы уравнять количество атомов.

Коэффициенты представляют собой числа перед формулами веществ, указывающие на число молекул, которые вступают в реакцию.

Например, пусть в химической реакции газ водород (H 2) реагирует с газом кислородом (O 2). В результате образуется вода (H 2 O). Схема реакции будет выглядеть так:

H 2 + O 2 → H 2 O

Слева находится по два атома водорода и кислорода, а справа два атома водорода и только один кислорода. Предположим, что в результате реакции на одну молекулу водорода и одну кислорода образуется две молекулы воды:

H 2 + O 2 → 2H 2 O

Теперь количество атомов кислорода до и после реакции уравнено. Однако водорода до реакции в два раза меньше, чем после. Следует сделать вывод, что для образования двух молекул воды надо две молекулы водорода и одну кислорода. Тогда получится такая схема реакции:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

Здесь количество атомов разных химических элементов одинаково до и после реакции. Значит, это уже не просто схема реакции, а уравнение реакции . В уравнениях реакций часто стрелку заменяют на знак равенства, чтобы подчеркнуть что, число атомов разных химических элементов уравнено:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Рассмотрим такую реакцию:

NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + H 2 O

После реакции образовался фосфат, в который входит три атома натрия. Уравняем количество натрия до реакции:

3NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + H 2 O

Количество водорода до реакции шесть атомов (три в гидроксиде натрия и три в фосфорной кислоте). После реакции - только два атома водорода. Разделив шесть на два, получим три. Значит, перед водой надо поставить число три:

3NaOH + H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 + 3H 2 O

Количество атомов кислорода до реакции и после совпадает, значит дальнейший расчет коэффициентов можно не делать.

Класс: 8

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока: помочь обучающимся сформировать знания о химическом уравнении как об условной записи химической реакции с помощью химических формул.

Задачи:

Образовательные:

систематизировать ранее изученный материал;
обучать умению составлять уравнения химических реакций.

Воспитательные:

воспитывать коммуникативные навыки (работа в паре, умение слушать и слышать).

Развивающие:

развивать учебно-организационные умения, направленные на выполнение поставленной задачи;
развивать аналитические навыки мышления.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, оценочные листы, карта рефлексии, “набор химических знаков”, тетрадь с печатной основой, реактивы: гидроксид натрия, хлорид железа(III), спиртовка, держатель, спички, лист ватмана, разноцветные химические знаки.

Презентация урока (приложение 3)

Структура урока.

І. Организационный момент.
ІІ. Актуализация знаний и умений.
ІІІ. Мотивация и целеполагание.
ІV. Изучение нового материала:
4.1 реакция горения алюминия в кислороде;
4.2 реакция разложения гидроксида железа (III);
4.3 алгоритм расстановки коэффициентов;
4.4 минута релаксации;
4.5 расставь коэффициенты;
V. Закрепление полученных знаний.
VІ. Подведение итогов урока и выставление оценок.
VІІ. Домашнее задание.
VІІІ. Заключительное слово учителя.

Ход урока

Химическая натура сложной частицы
определяется натурой элементарных
составных частей,
количеством их и
химическим строением.
Д.И.Менделеев

Учитель. Здравствуйте, ребята. Садитесь.
Обратите внимание: у вас на столе лежит тетрадь с печатной основой (Приложение 2), в которой вы сегодня будете работать, и оценочный лист, в нем вы будете фиксировать свои достижения, подпишите его.

Актуализация знаний и умений.

Учитель. Мы с вами познакомились с физическими и химическими явлениями, химическими реакциями и признаками их протекания. Изучили закон сохранения массы веществ.
Давайте проверим ваши знания. Я предлагаю вам открыть тетради с печатной основой и выполнить задание 1. На выполнение задания вам дается 5 минут.

Тест по теме “Физические и химические явления. Закон сохранения массы веществ”.

1.Чем химические реакции отличаются от физических явлений?

Изменение формы, агрегатного состояния вещества.
Образование новых веществ.
Изменение местоположения.

2. Каковы признаки химической реакции?

Образование осадка, изменение цвета, выделение газа.

Намагничивание, испарение, колебание.

Рост и развитие, движение, размножение.

3. В соответствии с каким законом составляются уравнения химических реакций?

Закон постоянства состава вещества.
Закон сохранения массы вещества.
Периодический закон.
Закон динамики.
Закон всемирного тяготения.

4. Закон сохранения массы вещества открыл:

Д.И. Менделеев.
Ч. Дарвин.
М.В. Ломоносов.
И. Ньютон.
А.И. Бутлеров.

5. Химическим уравнением называют:

Условную запись химической реакции.

Условную запись состава вещества.

Запись условия химической задачи.

Учитель. Вы выполнили работу. Я предлагаю вам осуществить ее проверку. Поменяйтесь тетрадями и осуществите взаимопроверку. Внимание на экран. За каждый правильный ответ – 1 балл. Общее количество баллов занесите в оценочные листы.

Мотивация и целеполагание.

Учитель. Используя эти знания, мы сегодня будем составлять уравнения химических реакций, раскрывая проблему “Является ли закон сохранения массы веществ основой для составления уравнений химических реакций”

Изучение нового материала.

Учитель. Мы привыкли считать, что уравнение-это математический пример, где есть неизвестное, и это неизвестное нужно вычислить. А вот в химических уравнениях обычно ничего неизвестного не бывает: в них просто записывается все формулами: какие вещества вступают в реакцию и какие получаются в ходе этой реакции. Посмотрим опыт.

(Реакция соединения серы и железа.) Приложение 3

Учитель. С точки зрения массы веществ, уравнение реакции соединения железа и серы понимается следующим образом

Железо + сера → сульфид железа (II) (задание 2 тпо)

Но в химии слова отражаются химическими знаками. Запишите это уравнение химическими символами.

Fe + S → FeS

(Один ученик пишет на доске, остальные в ТПО.)

Учитель. Теперь прочитайте.
Обучающиеся. Молекула железа взаимодействует с молекулой серы, получается одна молекула сульфида железа (II).
Учитель. В данной реакции мы видим, что количество исходных веществ равно количеству веществ в продукте реакции.
Всегда надо помнить, что при составлении уравнений реакций ни один атом не должен потеряться или неожиданно появиться. Поэтому иногда, записав все формулы в уравнении реакции, приходиться уравнивать число атомов в каждой части уравнения – расставлять коэффициенты. Посмотрим еще один опыт

(Горение алюминия в кислороде.) Приложение 4

Учитель. Запишем уравнение химической реакции (задание 3 в ТПО)

Al + O 2 → Al +3 O -2

Чтобы записать правильно формулу оксида, вспомним что

Обучающиеся. Кислород в оксидах имеет степень окисления -2, алюминий – химический элемент с постоянной степенью окисления +3. НОК = 6

Al + O 2 → Al 2 O 3

Учитель. Мы видим, что в реакцию вступает 1 атом алюминия, образуется два атома алюминия. Вступает два атома кислорода, образуется три атома кислорода.
Просто и красиво, но неуважительно по отношению к закону сохранения массы веществ – она разная до и после реакции.
Поэтому нам необходимо расставить коэффициенты в данном уравнении химической реакции. Для этого найдем НОК для кислорода.

Обучающиеся. НОК = 6

Учитель. Перед формулами кислорода и оксида алюминия ставим коэффициенты, чтобы число атомов кислорода слева и справа было равно 6.

Al + 3 O 2 → 2 Al 2 O 3

Учитель. Теперь получаем, что в результате реакции образуется четыре атома алюминия. Следовательно, перед атомом алюминия в левой части ставим коэффициент 4

Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3

Еще раз пересчитаем все атомы до реакции и после нее. Ставим равно.

4Al + 3O 2 _ = 2 Al 2 O 3

Учитель. Рассмотрим еще один пример

(Учитель демонстрирует опыт по разложению гидроксида железа (III).)

Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + H 2 O

Учитель. Расставим коэффициенты. В реакцию вступает 1 атом железа, образуется два атома железа. Следовательно, перед формулой гидроксида железа (3) ставим коэффициент 2.

Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + H 2 O

Учитель. Получаем, что в реакцию вступает 6 атомов водорода (2х3), образуется 2 атома водорода.

Обучающиеся. НОК =6. 6/2 = 3. Следовательно, у формулы воды ставим коэффициент 3

2Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + 3 H 2 O

Учитель. Считаем кислород.

Обучающиеся. Слева – 2х3 =6; справа – 3+3 = 6

Обучающиеся. Количество атомов кислорода,вступивших в реакцию, равно количеству атомов кислорода, образовавшихся в ходе реакции. Можно ставить равно.

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 +3 H 2 O

Учитель. Теперь давайте обобщим все сказанное ранее и познакомимся с алгоритмом расстановки коэффициентов в уравнениях химических реакций.

Подсчитать количество атомов каждого элемента в правой и левой части уравнения химической реакции.

Определить, у какого элемента количество атомов меняется, найти НОК.

Разделить НОК на индексы – получить коэффициенты. Поставить их перед формулами.

Пересчитать количество атомов, при необходимости действие повторить.

Последним проверить количество атомов кислорода.

Учитель. Вы хорошо потрудились и, наверное, устали. Я предлагаю вам расслабиться, закрыть глаза и вспомнить какие-либо приятные моменты жизни. У каждого из вас они разные. Теперь откройте глаза и сделайте круговые движения ими сначала по часовой стрелке, затем – против. Теперь интенсивно подвигайте глазами по горизонтали: направо – налево, и вертикали: вверх – вниз.
А сейчас активизируем мыслительную деятельность и помассируем мочки ушей.

Учитель. Продолжаем работу.
В тетрадях с печатной основой выполним задание 5. Работать вы будете в парах. Вам необходимо расставить коэффициенты в уравнених химических реакций. На выполнение задания дается 10 минут.

P + Cl 2 →PCl 5
Na + S → Na 2 S
HCl + Mg →MgCl 2 + H 2
N 2 + H 2 →NH 3
H 2 O → H 2 + O 2

Учитель. Проверим выполнение задания (учитель опрашивает и выводит на слайд правильные ответы) . За каждый правильно поставленный коэффициент – 1 балл.
С заданием вы справились. Молодцы!

Учитель. Теперь давайте вернемся к нашей проблемы.
Ребята, как вы считаете, является ли закон сохранения массы веществ основой для составления уравнений химических реакций.

Обучающиеся. Да, в ходе урока мы доказали, что закон сохранения массы веществ – основа для составления уравнений химических реакций.

Закрепление знаний.

Учитель. Все основные вопросы мы изучили. Теперь выполним небольшой тест, который позволит увидеть, как вы освоили тему. Вы должны на него отвечать только “да” или “нет”. На работу дается 3 минуты.

Утверждения.

В реакции Ca + Cl 2 → CaCl 2 коэффициенты не нужны. (Да)
В реакции Zn + HCl → ZnCl 2 + H 2 коэффициент у цинка 2. (Нет)
В реакции Ca + O 2 → CaO коэффициент у оксида кальция 2. (Да)
В реакции CH 4 → C + H 2 коэффициенты не нужны. (Нет)
В реакции CuO + H 2 → Cu + H 2 O коэффициент у меди 2. (Нет)
В реакции C + O 2 → CO коэффициент 2 надо поставить и у оксида углерода (II) , и у углерода. (Да)
В реакции CuCl 2 + Fe → Cu + FeCl 2 коэффициенты не нужны. (Да)

Учитель. Проверим выполнение работы. За каждый правильный ответ – 1 балл.

Итог урока.

Учитель. Вы справились хорошо с заданием. Сейчас подсчитайте общее количество набранных баллов за урок и поставьте себе оценку согласно рейтингу, который вы видите на экране. Сдайте мне оценочные листы для выставления вашей оценки в журнал.

Домашнее задание.

Учитель. Наш урок подошел к концу, в ходе которого мы смогли доказать, что закон сохранения массы веществ является основой для составления уравнений реакций, и научились составлять уравнения химических реакций. И, как финальная точка, запишите домашнее задание

§ 27, упр. 1 – для тех, кто получил оценку “3”
упр. 2– для тех, кто получил оценку “4”
упр. 3 – для тех, кто получил оценку “5”

Заключительное слово учителя.

Учитель. Я благодарю вас за урок. Но прежде чем вы покинете кабинет, обратите внимание на таблицу (учитель показывает на лист ватмана с изображением таблицы и разноцветными химическими знаками). Вы видите химические знаки разного цвета. Каждый цвет символизирует ваше настроение.. Я предлагаю вам составить свою таблицу химических элементов (она будет отличаться от ПСХЭ Д.И.Менделеева) – таблицу настроения урока. Для этого вы должны подойти к нотному листу, взять один химический элемент, согласно той характеристике, которую вы видите на экране, и прикрепить в ячейку таблицы. Я сделаю это первой, показав вам свою комфортность от работы с вами.

F Мне было на уроке комфортно, я получил ответ на все интересующие меня вопросы.

F На уроке я достиг цели наполовину.
F Мне на уроке было скучно, я ничего не узнал нового .

Основным предметом постижения в химии являются реакции между разными химическими элементами и веществами. Большое осознавание обоснованностей взаимодействия веществ и процессов в химических реакциях дает вероятность руководить ими и применять в своих целях. Химическое уравнение – это метод выражения химической реакции, в котором записаны формулы начальных веществ и продуктов, показатели, показывающие число молекул всякого вещества. Химические реакции делятся на реакции соединения, замещения, разложения и обмена. Также среди них дозволено выделить окислительно-восстановительные, ионные, обратимые и необратимые, экзогенные и т.п.

Инструкция

1. Определите какие вещества взаимодействуют друг с ином в вашей реакции. Запишите их в левой части уравнения. Для примера, разглядите химическую реакцию между алюминием и серной кислотой. Расположите реагенты слева: Al+H2SO4Далее ставьте знак «равно», как и в математическом уравнении. В химии вы можете встретить стрелку, указывающую направо, либо же две противоположно направленные стрелки, «знак обратимости».В итоге взаимодействия металла с кислотой образуются соль и водород. Продукты реакции запишите позже знака равенства, справа.Al+H2SO4=Al2(SO4)3+H2Получилась схема реакции.

2. Дабы составить химическое уравнение, вам нужно обнаружить показатели. В левой части ранее полученной схемы в состав серной кислоты входят атомы водорода, серы и кислорода в соотношении 2:1:4, в правой части содержится 3 атома серы и 12 атомов кислорода в составе соли и 2 атома водорода в молекуле газа Н2. В левой части отношение этих 3 элементов равно 2:3:12.

3. Дабы уравнять число атомов серы и кислорода в составе сульфата алюминия(III), поставьте в левой части уравнения перед кислотой показатель 3. Сейчас в левой части шесть атомов водорода. Дабы уравнять число элементов водорода, поставьте показатель 3 перед ним в правой части. Сейчас соотношение атомов в обоих частях равно 2:1:6.

4. Осталось уравнять число алюминия. Потому что в составе соли содержится два атома металла, поставьте показатель 2 перед алюминием в левой части схемы.В итоге вы получите уравнение реакции данной схемы.2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2

Реакцией именуется перевоплощение одних химических веществ в другие. А формула их записи с подмогой особых символов и есть уравнение этой реакции. Существуют разные типы химических взаимодействий, но правило записи их формул идентичен.

Вам понадобится

периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Инструкция

1. В левой части уравнения записываются начальные вещества, которые вступают в реакцию. Они и именуются реагентами. Запись производится с подмогой особых символов, которыми обозначается всякое вещество. Между веществами-реагентами ставится знак «плюс».

2. В правой части уравнения записывается формула полученного одного либо нескольких веществ, которые именуются продуктами реакции. Между левой и правой частями уравнения взамен знака равенства ставится стрелка, которая указывает направление реакции.

3. Позже записи формул реагентов и продуктов реакции нужно расставить показатели уравнения реакции. Это делается для того, дабы, согласно закону сохранения массы вещества, число атомов одного и того же элемента в левой и правой частях уравнения оставалось идентичным.

4. Дабы верно расставить показатели, нужно разглядеть всякое из веществ, вступающих в реакцию. Для этого берется один из элементов и сопоставляется число его атомов слева и справа. Если оно различное, то необходимо обнаружить число, кратное числам, обозначающим число атомов данного вещества в левой и правой частях. После этого это число делится на число атомов вещества в соответствующей части уравнения, и получается показатель для всякой из его частей.

5. От того что показатель ставится перед формулой и относится ко каждом веществам в нее входящим, то дальнейшим шагом будет сравнение полученных данные с числом иного вещества, водящего в состав формулы. Это осуществляется по такой же схеме как и с первым элементом и с учетом теснее имеющегося показателя для каждой формулы.

6. Позже того как разобраны все элементы формулы, проводится окончательная проверка соответствия левой и правой частей. Тогда уравнение реакции дозволено считать законченным.

Видео по теме

Обратите внимание!
В уравнениях химических реакций невозможно переставлять местами левую и правую части. В отвратном случае получится схема вовсе иного процесса.

Полезный совет
Число атомов как отдельных веществ-реагентов так и веществ, входящих в состав продуктов реакции, определяется при помощи периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева

Как неудивительна природа для человека: зимой она окутывает землю снежным пуховым одеялом, весной – раскрывает, будто хлопья поп корна, все живое, летом – буйствует буйством красок, осенью поджигает рыжим огнем растения… И только если вдуматься и присмотреться, дозволено увидеть, что стоят за всеми этими столь привычными изменениями трудные физические процессы и ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. А дабы изучать все живое, нужно уметь решать химические уравнения. Основным требованием при уравнивании химических уравнений – познание закона сохранения числа вещества: 1)число вещества до реакции равно числу вещества позже реакции; 2)всеобщее число вещества до реакции равно всеобщему числу вещества позже реакции.

Инструкция

1. Дабы уравнять химический “пример” нужно исполнить несколько шагов.Записать уравнение реакции в всеобщем виде. Для этого неведомые показатели перед формулами веществ обозначить буквами латинского алфавита (х, y, z, t и тд). Пускай требуется уравнять реакцию соединения водорода и кислорода, в итоге которой получится вода. Перед молекулами водорода, кислорода и воды поставить латинские буквы (x,y,z) – показатели.

2. Для всякого элемента на основе физического равновесия составить математические уравнения и получить систему уравнений. В указанном примере для водорода слева взять 2х, потому что у него есть индекс “2”, справа – 2z, чай у него тоже есть индекс “2”., получается 2x=2z, отсель, x=z. Для кислорода слева взять 2y, потому что есть индекс “2”, справа – z, чай индекса нет, значит он равен единице, которую принято не писать. Получается, 2y=z, и z=0,5y.

Обратите внимание!
Если в уравнении участвует большее число химических элементов, то задание не усложняется а возрастает в объеме, чего не стоит пугаться.

Полезный совет
Дозволено уравнивать реакции и при помощи теории вероятности, применяя валентности химических элементов.

Совет 4: Как составить окислительно-восстановительную реакцию

Окислительно-восстановительные реакции – это реакции с изменением степеней окисления. Зачастую бывает так, что даны начальные вещества и нужно написать продукты их взаимодействия. Изредка одно и то же вещество может в различных средах давать разные финальные продукты.

Инструкция

1. В зависимости не только от среды протекания реакции, а также от степени окисления вещество ведет себя по-различному. Вещество в своей высшей степени окисления неизменно является окислителем, в низшей – восстановителем. Дабы сделать кислую среду традиционно применяют серную кислоту (H2SO4), реже – азотную(HNO3) и соляную(HCl). При необходимости сотворить щелочную среду применяем гидроксид натрия(NaOH) и гидроксид калия(KOH). Дальше разглядим некоторые примеры веществ.

2. Ион MnO4(-1). В кислой среде превращается в Mn(+2), бесцветный раствор. Если среда нейтральная, то образуется MnO2, выпадает бурый осадок. В щелочной среде получаем MnO4(+2), раствор зеленого цвета.

3. Пероксид водорода(H2O2). Если он является окислителем, т.е. принимает электроны, то в нейтральной и щелочной средах превращается по схеме: H2O2 + 2e = 2OH(-1). В кислой среде получим: H2O2 + 2H(+1) + 2e = 2H2O.При условии, что пероксид водорода восстановитель, т.е. отдает электроны, в кислой среде образуется O2, в щелочной – O2 + H2O. Если H2O2 попадает в среду с крепким окислителем, сам он будет являться восстановителем.

4. Ион Cr2O7 является окислителем, в кислой среде он превращается в 2Cr(+3), которые имеют зеленый цвет. Из иона Cr(+3) в присутствии гидроксид-ионов, т.е. в щелочной среде образуется CrO4(-2) желтого цвета.

5. Приведем пример составления реакции.KI + KMnO4 + H2SO4 -В данной реакции Mn находится в своей высшей степени окисления, т.е является окислителем, принимая электроны. Среда кислая, на это нам показывает серная кислота(H2SO4).Восстановителем тут является I(-1), он отдает электроны, повышая при этом свою степень окисления. Записываем продукты реакции: KI + KMnO4 + H2SO4 – MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O. Расставляем показатели способом электронного равновесия либо способом полуреакции, получаем: 10KI + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O.

Видео по теме

Обратите внимание!
Не забывайте расставлять показатели в реакциях!

Химические реакции – это взаимодействие веществ, сопровождаемое изменением их состава. Иными словами, вещества, вступающие в реакцию, не соответствуют веществам, получающимся в итоге реакции. С сходственными взаимодействиями человек сталкивается ежечасно, ежеминутно. Чай процессы, происходящие в его организме (дыхание, синтез белков, пищеварение и т.д.) – это тоже химические реакции.

Инструкция

1. Любая химическая реакция должна быть записана верно. Одно из основных требований – дабы число атомов всего элемента веществ, находящихся в левой части реакции (их называют «начальные вещества»), соответствовало числу атомов того же элемента в веществах правой части (их называют – «продукты реакции»). Иными словами, запись реакции должна быть уравненной.

2. Разглядим определенный пример. Что происходит, когда на кухне зажигают газовую конфорку? Природный газ вступает в реакцию с кислородом воздуха. Эта реакция окисления настоль экзотермическая, то есть сопровождаемая выделением тепла, что появляется пламя. С поддержкой которого вы либо готовите пищу, либо разогреваете теснее приготовленную.

3. Для облегчения допустите, что природный газ состоит только из одного его компонента – метана, имеющего формулу СН4. Потому что же составить и уравнять эту реакцию?

4. При сгорании углеродсодержащего топлива, то есть при окислении углерода кислородом образуется углекислый газ. Вам знаменита его формула: СО2. А что образуется при окислении содержащегося в метане водорода кислородом? Безусловно, вода в виде пара. Уж ее-то формулу знает назубок даже самый дальний от химии человек: Н2О.

5. Выходит, запишите в левой части реакции начальные вещества: СН4 + О2.В правой, соответственно, будут продукты реакции: СО2 + Н2О.

6. Заблаговременная запись этой химической реакции будет дальнейшей: СН4 + О2 = СО2 + Н2О.

7. Уравняйте вышенаписанную реакцию, то есть добейтесь выполнения основного правила: число атомов всего элемента в левой и правой частях химической реакции должно быть идентичным.

8. Вы видите, что число атомов углерода совпадает, а число атомов кислорода и водорода различное. В левой части 4 атома водорода, а в правой – только 2. Следственно поставьте перед формулой воды показатель 2. Получите: СН4 + О2 = СО2 + 2Н2О.

9. Атомы углерода и водорода уравнены, сейчас осталось сделать то же самое с кислородом. В левой части атомов кислорода 2, а в правой – 4. Поставив перед молекулой кислорода показатель 2, получите итоговую запись реакции окисления метана: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

Уравнение реакции – условная запись химического процесса, при котором одни вещества превращаются в другие с изменением свойств. Для записи химических реакций применяют формулы веществ и умения о химических свойствах соединений.

Инструкция

1. Верно напишите формулы, в соответствии с их наименованиями. Скажем, оксид алюминия Al?O?, индекс 3 от алюминия (соответствует его степени окисления в этом соединении) поставьте вблизи кислорода, а индекс 2 (степень окисления кислорода) вблизи алюминия. Если степень окисления +1 либо -1, то индекс не ставится. К примеру, вам необходимо записать формулу нитрата аммония. Нитрат – кислотный остаток азотной кислоты (-NO?, с.о. -1), аммоний (-NH?, с.о. +1). Таким образом формула нитрата аммония – NH? NO?. Изредка степень окисления указывается в наименовании соединения. Оксид серы (VI) – SO?, оксид кремния (II) SiO. Некоторые примитивные вещества (газы) записываются с индексом 2: Cl?, J?, F?, O?, H? и т.д.

2. Нужно знать, какие вещества вступают в реакцию. Видимые знаки реакции: выделение газа, метаморфоза окраски и выпадение осадка. Дюже зачастую реакции проходят без видимых изменений. Пример 1: реакция нейтрализацииH?SO? + 2 NaOH ? Na?SO? + 2 H?OГидроксид натрия реагирует с серной кислотой с образованием растворимой соли сульфата натрия и воды. Ион натрия отщепляется и соединяется с кислотным остатком, замещая водород. Реакция проходит без внешних знаков. Пример 2: йодоформная проба С?H?OH + 4 J? + 6 NaOH?CHJ?? + 5 NaJ + HCOONa + 5 H?OРеакция идет в несколько этапов. Финальный итог – выпадение кристаллов йодоформа желтого цвета (добротная реакция на спирты). Пример 3: Zn + K?SO? ? Реакция немыслима, т.к. в ряду напряжений металлов цинк стоит позже калия и не может вытеснять его из соединений.

3. Закон сохранения массы гласит: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ. Грамотная запись химической реакции – половина фурора. Нужно расставить показатели. Начните уравнивать с тех соединений, в формулах которых присутствуют крупные индексы. K?Cr?O? + 14 HCl ? 2 CrCl? + 2 KCl + 3 Cl?? + 7 H?O Расставлять показатели начните с бихромата калия, т.к. в его формуле содержится крупнейший индекс (7). Такая точность в записи реакций нужна для расчета массы, объема, концентрации, выделившейся энергии и других величин. Будьте внимательны. Запомните особенно зачастую встречающиеся формулы кислот и оснований, а также кислотные остатки.

Совет 7: Как определить окислительно-восстановительные уравнения

Химическая реакция – это процесс перевоплощения веществ, происходящий с изменением их состава. Те вещества, которые вступают в реакцию, именуются начальными, а те, которые образуются в итоге этого процесса – продуктами. Бывает так, что в ходе химической реакции элементы, входящие в состав начальных веществ, изменяют свою степень окисления. То есть они могут принять чужие электроны и отдать свои. И в том, и в ином случае меняется их заряд. Такие реакции именуются окислительно-восстановительными.

Инструкция

1. Запишите точное уравнение химической реакции, которую вы рассматриваете. Посмотрите, какие элементы входят в состав начальных веществ, и каковы степени окисления этих элементов. Позже этого сравните эти показатели со степенями окисления тех же элементов в правой части реакции.

2. Если степень окисления изменилась, эта реакция является окислительно-восстановительной. Если же степени окисления всех элементов остались бывшими – нет.

3. Вот, скажем, обширно вестимая добротная реакция выявления сульфат-иона SO4 ^2-. Ее суть в том, что сернокислая соль бария, которая имеет формулу BaSO4, фактически нерастворима в воде. При образовании она мигом выпадает в виде плотного тяжелого белого осадка. Запишите какое-нибудь уравнение сходственной реакции, скажем, BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl.

4. Выходит, из реакции вы видите, что помимо осадка сульфата бария образовался хлорид натрия. Является ли эта реакция окислительно-восстановительной? Нет, не является, от того что ни один элемент, входящий в состав начальных веществ, не изменил свою степень окисления. И в левой, и в правой части химического уравнения барий имеет степень окисления +2, хлор -1, натрий +1, сера +6, кислород -2.

5. А вот реакция Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2. Является ли она окислительно-восстановительной? Элементы начальных веществ: цинк (Zn), водород (Н) и хлор (Сl). Посмотрите, каковы их степени окисления? У цинка она равна 0 как в любом простом веществе, у водорода +1, у хлора -1. А каковы степени окисления этих же элементов в правой части реакции? У хлора она осталась непоколебимой, то есть равной -1. Но у цинка стала равной +2, а у водорода – 0 (от того что водород выделился в виде простого вещества – газа). Следственно, эта реакция является окислительно-восстановительной.

Видео по теме

Каноническое уравнение эллипса составляется их тех соображений, что сумма расстояний от какой-нибудь точки эллипса до 2-х его фокусов неизменно непрерывна. Фиксируя это значение и двигая точку по эллипсу, дозволено определить уравнение эллипса.

Вам понадобится

Лист бумаги, шариковая ручка.

Инструкция

1. Задайте на плоскости две фиксированные точки F1 и F2. Расстояние между точками пускай будет равно какому-то фиксированному значению F1F2= 2с.

2. Нарисуйте на листе бумаги прямую, являющуюся координатной прямой оси абсцисс, и изобразите точки F2 и F1. Данные точки представляют собой фокусы эллипса. Расстояние от всей точки фокуса до начала координат должно быть равно одному и тому же значению, равному c.

3. Нарисуйте ось ординат, образовав таким образом декартовую систему координат, и напишите основное уравнение, задающее эллипс: F1M + F2M = 2a. Точка М обозначает нынешнюю точку эллипса.

4. Определите величину отрезков F1M и F2M с подмогой теоремы Пифагора. Имейте в виду, что точка М имеет нынешние координаты (x,y) касательно начала координат, а касательно, скажем, точки F1 точка M имеет координаты (x+c, y), то есть «иксовая» координата приобретает сдвиг. Таким образом, в выражении теоремы Пифагора одно из слагаемых должно быть равно квадрату величины (x+c), либо величины (x-c).

5. Подставьте выражения для модулей векторов F1M и F2M в основное соотношение эллипса и возведите обе части уравнения в квадрат, заблаговременно переместив один из квадратных корней в правую часть уравнения и раскрыв скобки. Позже сокращения идентичных членов, поделите полученное соотношение на 4a и вновь возведите во вторую степень.

6. Приведите сходственные члены и соберите слагаемые с одним и тем же множителем квадрата «иксовой» переменной. Вынесите за скобку квадрат «иксовой» переменной.

7. Обозначьте за квадрат некоторой величины (скажем, b) разность квадратов величин a и с и поделите полученное выражение на квадрат этой новой величины. Таким образом, вы получили каноническое уравнение эллипса, в левой части которого сумма квадратов координат, деленных на величины осей, а в левой – единица.

Полезный совет
Для того дабы проверить выполнение задания, вы можете воспользоваться законом сохранения массы.

9.1. Какие бывают химические реакции

Вспомним, что химическими реакциями мы называем любые химические явления природы. При химической реакции происходит разрыв одних и образование других химических связей. В результате реакции из одних химических веществ получаются другие вещества (см. гл. 1).

Выполняя домашнее задание к § 2.5, вы познакомились с традиционным выделением из всего множества химических превращений реакций четырех основных типов, тогда же вы предложили и их названия: реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Примеры реакций соединения:

C + O 2 = CO 2 ; (1)
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3 ; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3 . (3)

Примеры реакций разложения:

2Ag 2 O 4Ag + O 2 ; (4)
CaCO 3 CaO + CO 2 ; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O . (6)

Примеры реакций замещения:

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu ; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2 ; (8)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 . (9)

Реакции обмена – химические реакции, в которых исходные вещества как бы обмениваются своими составными частями.

Примеры реакций обмена:

Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 = KCl + HNO 2 ; (11)
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3 . (12)

Традиционная классификация химических реакций не охватывает все их разнообразие – кроме реакций четырех основных типов существует еще и множество более сложных реакций.
Выделение двух других типов химических реакций основано на участии в них двух важнейших нехимических частиц: электрона и протона.
При протекании некоторых реакций происходит полная или частичная передача электронов от одних атомов к другим. При этом степени окисления атомов элементов, входящих в состав исходных веществ, изменяются; из приведенных примеров это реакции 1, 4, 6, 7 и 8. Эти реакции называются окислительно-восстановительными .

В другой группе реакций от одной реагирующей частицы к другой переходит ион водорода (Н +), то есть протон. Такие реакции называют кислотно-основными реакциями или реакциями с передачей протона .

Среди приведенных примеров такими реакциями являются реакции 3, 10 и 11. По аналогии с этими реакциями окислительно-восстановительные реакции иногда называют реакциями с передачей электрона . С ОВР вы познакомитесь в § 2, а с КОР – в следующих главах.

РЕАКЦИИ СОЕДИНЕНИЯ, РЕАКЦИИ РАЗЛОЖЕНИЯ, РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ, РЕАКЦИИ ОБМЕНА, ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ, КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ.
Составьте уравнения реакций, соответствующих следующим схемам:
а) HgO Hg + O 2 (t ); б) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3 ; в) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O (t );
г) Al + I 2 AlI 3 ; д) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; е) Mg + H 3 PO 4 Мg 3 (PO 4) 2 + H 2 ;
ж) Al + O 2 Al 2 O 3 (t ); и) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl (t ); к) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
л) Fe + Cl 2 FeCl 3 (t ); м) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O (t ); н) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Укажите традиционный тип реакции. Отметьте окислительно-восстановительные и кислотно-основные реакции. В окислительно-восстановительных реакциях укажите, атомы каких элементов меняют свои степени окисления.

9.2. Окислительно-восстановительные реакции

Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию, протекающую в доменных печах при промышленном получении железа (точнее, чугуна) из железной руды:

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 .

Определим степени окисления атомов, входящих в состав как исходных веществ, так и продуктов реакции


Fe 2 O 3	+		=	2Fe	+

Как видите, степень окисления атомов углерода в результате реакции увеличилась, степень окисления атомов железа уменьшилась, а степень окисления атомов кислорода осталась неизменной. Следовательно, атомы углерода в этой реакции подверглись окислению, то есть потеряли электроны (окислились ), а атомы железа – восстановлению, то есть присоединили электроны (восстановились ) (см. § 7.16). Для характеристики ОВР используют понятия окислитель и восстановитель .

Таким образом, в нашей реакции атомами-окислителями являются атомы железа, а атомами-восстановителями – атомы углерода.

В нашей реакции веществом-окислителем является оксид железа(III), а веществом-восстановителем – оксид углерода(II).
В тех случаях, когда атомы-окислители и атомы-восстановители входят в состав одного и того же вещества (пример: реакция 6 из предыдущего параграфа), понятия " вещество-окислитель" и " вещество-восстановитель" не используются.
Таким образом, типичными окислителями являются вещества, в состав которых входят атомы, склонные присоединять электроны (полностью или частично), понижая свою степень окисления. Из простых веществ это прежде всего галогены и кислород, в меньшей степени сера и азот. Из сложных веществ – вещества, в состав которых входят атомы в высших степенях окисления, не склонные в этих степенях окисления образовывать простые ионы: HNO 3 (N +V), KMnO 4 (Mn +VII), CrO 3 (Cr +VI), KClO 3 (Cl +V), KClO 4 (Cl +VII) и др.
Типичными восстановителями являются вещества, в состав которых входят атомы, склонные полностью или частично отдавать электроны, повышая свою степень окисления. Из простых веществ это водород, щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий. Из сложных веществ – H 2 S и сульфиды (S –II), SO 2 и сульфиты (S +IV), йодиды (I –I), CO (C +II), NH 3 (N –III) и др.
В общем случае почти все сложные и многие простые вещества могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2 – сильный восстановитель);
SO 2 + C = S + CO 2 (t) (SO 2 – слабый окислитель);
C + O 2 = CO 2 (t) (C – восстановитель);
C + 2Ca = Ca 2 C (t) (С – окислитель).
Вернемся к реакции, разобранной нами в начале этого параграфа.


Fe 2 O 3	+		=	2Fe	+

Обратите внимание, что в результате реакции атомы-окислители (Fe +III) превратились в атомы-восстановители (Fe 0), а атомы-восстановители (C +II) превратились в атомы-окислители (C +IV). Но CO 2 в любых условиях очень слабый окислитель, а железо, хоть и является восстановителем, но в данных условиях значительно более слабым, чем CO. Поэтому продукты реакции не реагируют друг с другом, и обратная реакция не протекает. Приведенный пример является иллюстрацией общего принципа, определяющего направление протекания ОВР:

Окислительно-восстановительные реакции протекают в направлении образования более слабого окислителя и более слабого восстановителя.

Окислительно-восстановительные свойства веществ можно сравнивать только в одинаковых условиях. В некоторых случаях это сравнение может быть проведено количественно.
Выполняя домашнее задание к первому параграфу этой главы, вы убедились, что подобрать коэффициенты в некоторых уравнениях реакций (особенно ОВР) довольно сложно. Для упрощения этой задачи в случае окислительно-восстановительных реакций используют следующие два метода:
а) метод электронного баланса и
б) метод электронно-ионного баланса .
Метод электронного баланса вы изучите сейчас, а метод электронно-ионного баланса обычно изучается в высших учебных заведениях.
Оба эти метода основаны на том, что электроны в химических реакциях никуда не исчезают и ниоткуда не появляются, то есть число принятых атомами электронов равно числу электронов, отданных другими атомами.
Число отданных и принятых электронов в методе электронного баланса определяется по изменению степени окисления атомов. При использовании этого метода необходимо знать состав как исходных веществ, так и продуктов реакции.
Рассмотрим применение метода электронного баланса на примерах.

Пример 1. Составим уравнение реакции железа с хлором. Известно, что продуктом такой реакции является хлорид железа(III). Запишем схему реакции:

Fe + Cl 2 FeCl 3 .

Определим степени окисления атомов всех элементов, входящих в состав веществ, участвующих в реакции:

Атомы железа отдают электроны, а молекулы хлора их принимают. Выразим эти процессы электронными уравнениями :
Fe – 3e – = Fe +III ,
Cl 2 + 2e – = 2Cl –I .

Чтобы число отданных электронов было равно числу принятых, надо первое электронное уравнение умножить на два, а второе – на три:

Fe – 3e – = Fe +III ,
Cl 2 + 2e – = 2Cl –I

2Fe – 6e – = 2Fe +III ,
3Cl 2 + 6e – = 6Cl –I .

Введя коэффициенты 2 и 3 в схему реакции, получаем уравнение реакции:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 .

Пример 2. Составим уравнение реакции горения белого фосфора в избытке хлора. Известно, что в этих условиях образуется хлорид фосфора(V):

				+V –I
P 4	+	Cl 2		PCl 5 .

Молекулы белого фосфора отдают электроны (окисляются), а молекулы хлора их принимают (восстанавливаются):

P 4 – 20e – = 4P +V
Cl 2 + 2e – = 2Cl –I

1
10

2
20

P 4 – 20e – = 4P +V
Cl 2 + 2e – = 2Cl –I

P 4 – 20e – = 4P +V
10Cl 2 + 20e – = 20Cl –I

Полученные первоначально множители (2 и 20) имели общий делитель, на который (как будущие коэффициенты в уравнении реакции) и были разделены. Уравнение реакции:

P 4 + 10Cl 2 = 4PCl 5 .

Пример 3. Составим уравнение реакции, протекающей при обжиге сульфида железа(II) в кислороде.

Схема реакции:

				+III –II		+IV –II
	+	O 2			+

В этом случае окисляются и атомы железа(II), и атомы серы(– II). В состав сульфида железа(II) атомы этих элементов входят в отношении 1:1 (см. индексы в простейшей формуле).
Электронный баланс:

4	Fe +II – e – = Fe +III S –II – 6e – = S +IV	Всего отдают 7е –
7	O 2 + 4e – = 2O –II

Уравнение реакции: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 .

Пример 4 . Составим уравнение реакции, протекающей при обжиге дисульфида железа(II) (пирита) в кислороде.

Схема реакции:

				+III –II		+IV –II
	+	O 2			+

Как и в предыдущем примере, здесь тоже окисляются и атомы железа(II), и атомы серы, но со степенью окисления – I. В состав пирита атомы этих элементов входят в отношении 1:2 (см. индексы в простейшей формуле). Именно в этом отношении атомы железа и серы вступают в реакцию, что и учитывается при составлении электронного баланса:

	Fe +III – e – = Fe +III 2S –I – 10e – = 2S +IV	Всего отдают 11е –
	O 2 + 4e – = 2O –II

Уравнение реакции: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 .

Встречаются и более сложные случаи ОВР, с некоторыми из них вы познакомитесь, выполняя домашнее задание.

АТОМ-ОКИСЛИТЕЛЬ, АТОМ-ВОССТАНОВИТЕЛЬ, ВЕЩЕСТВО-ОКИСЛИТЕЛЬ, ВЕЩЕСТВО-ВОССТАНОВИТЕЛЬ, МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА, ЭЛЕКТРОННЫЕ УРАВНЕНИЯ.
1.Составьте электронный баланс к каждому уравнению ОВР, приведенному в тексте § 1 этой главы.
2.Составьте уравнения ОВР, обнаруженных вами при выполнении задания к § 1 этой главы. На этот раз для расстановки коэффициентов используйте метод электронного баланса. 3.Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, соответствующие следующим схемам: а) Na + I 2 NaI;
б) Na + O 2 Na 2 O 2 ;
в) Na 2 O 2 + Na Na 2 O;
г) Al + Br 2 AlBr 3 ;
д) Fe + O 2 Fe 3 O 4 (t );
е) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O (t );
ж) FeO + O 2 Fe 2 O 3 (t );
и) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 (t );
к) Cr + O 2 Cr 2 O 3 (t );
л) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 (t );
м) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
н) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O (t );
п) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 (t )
р) PbO 2 + CO Pb + CO 2 (t );
с) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 (t );
т) CuS + O 2 Cu 2 O +SO 2 (t );
у) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O (t ).

9.3. Экзотермические реакции. Энтальпия

Почему происходят химические реакции?
Для ответа на этот вопрос вспомним, почему отдельные атомы объединяются в молекулы, почему из изолированных ионов образуется ионный кристалл, почему при образовании электронной оболочки атома действует принцип наименьшей энергии. Ответ на все эти вопросы один и тот же: потому, что это энергетически выгодно. Это значит, что при протекании таких процессов выделяется энергия. Казалось бы, что и химические реакции должны протекать по этой же причине. Действительно, можно провести множество реакций, при протекании которых выделяется энергия. Энергия выделяется, как правило, в виде теплоты.

Если при экзотермической реакции теплота не успевает отводиться, то реакционная система нагревается.
Например, в реакции горения метана

СН 4(г) + 2О 2(г) = СО 2(г) + 2Н 2 О (г)

выделяется столько теплоты, что метан используется как топливо.
Тот факт, что в этой реакции выделяется теплота, можно отразить в уравнении реакции:

СН 4(г) + 2О 2(г) = СО 2(г) + 2Н 2 О (г) + Q.

Это так называемое термохимическое уравнение . Здесь символ "+Q " означает, что при сжигании метана выделяется теплота. Эта теплота называется тепловым эффектом реакции .
Откуда же берется выделяющаяся теплота?
Вы знаете, что при химических реакциях рвутся и образуются химические связи. В данном случае рвутся связи между атомами углерода и водорода в молекулах СН 4 , а также между атомами кислорода в молекулах О 2 . При этом образуются новые связи: между атомами углерода и кислорода в молекулах СО 2 и между атомами кислорода и водорода в молекулах Н 2 О. Для разрыва связей нужно затратить энергию (см. "энергия связи" , "энергия атомизации"), а при образовании связей энергия выделяется. Очевидно, что, если "новые" связи более прочные, чем "старые" , то энергии выделится больше, чем поглотится. Разность между выделившейся и поглощенной энергией и составляет тепловой эффект реакции.
Тепловой эффект (количество теплоты) измеряется в килоджоулях, например:

2Н 2(г) + О 2(г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж.

Такая запись означает, что 484 килоджоуля теплоты выделится, если два моля водорода прореагируют с одним молем кислорода и при этом образуется два моля газообразной воды (водяного пара).

Таким образом, в термохимических уравнениях коэффициенты численно равны количествам вещества реагентов и продуктов реакции .

От чего зависит тепловой эффект каждой конкретной реакции?
Тепловой эффект реакции зависит
а) от агрегатных состояний исходных веществ и продуктов реакции,
б) от температуры и
в) от того, происходит ли химическое превращение при постоянном объеме или при постоянном давлении.
Зависимость теплового эффекта реакции от агрегатного состояния веществ связана с тем, что процессы перехода из одного агрегатного состояния в другое (как и некоторые другие физические процессы) сопровождаются выделением или поглощением теплоты. Это также может быть выражено термохимическим уравнением. Пример – термохимическое уравнение конденсации водяного пара:

Н 2 О (г) = Н 2 О (ж) + Q.

В термохимических уравнениях, а при необходимости и в обычных химических уравнениях, агрегатные состояния веществ указываются с помощью буквенных индексов:
(г) – газ,
(ж) – жидкость,
(т) или (кр) – твердое или кристаллическое вещество.
Зависимость теплового эффекта от температуры связана с различиями в теплоемкостях исходных веществ и продуктов реакции.
Так как в результате экзотермической реакции при постоянном давлении всегда увеличивается объем системы, то часть энергии уходит на совершение работы по увеличению объема, и выделяющаяся теплота будет меньше, чем в случае протекания той же реакции при постоянном объеме.
Тепловые эффекты реакций обычно рассчитывают для реакций, протекающих при постоянном объеме при 25 ° С и обозначают символом Q o .
Если энергия выделяется только в виде теплоты, а химическая реакция протекает при постоянном объеме, то тепловой эффект реакции (Q V ) равен изменению внутренней энергии (D U ) веществ-участников реакции, но с противоположным знаком:

Q V = – U .

Под внутренней энергией тела понимают суммарную энергию межмолекулярных взаимодействий, химических связей, энергию ионизации всех электронов, энергию связей нуклонов в ядрах и все прочие известные и неизвестные виды энергии, " запасенные" этим телом. Знак " – " обусловлен тем, что при выделении теплоты внутренняя энергия уменьшается. То есть

U = – Q V .

Если же реакция протекает при постоянном давлении, то объем системы может изменяться. На совершение работы по увеличению объема также уходит часть внутренней энергии. В этом случае

U = – (Q P + A ) = –(Q P + P V ),

где Q p – тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении. Отсюда

Q P = – U – P V .

Величина, равная U + P V получила название изменение энтальпии и обозначается D H .

H = U + P V .

Следовательно

Q P = – H .

Таким образом, при выделении теплоты энтальпия системы уменьшается. Отсюда старое название этой величины: " теплосодержание" .
В отличие от теплового эффекта, изменение энтальпии характеризует реакцию независимо от того, протекает она при постоянном объеме или постоянном давлении. Термохимические уравнения, записанные с использованием изменения энтальпии, называются термохимическими уравнениями в термодинамической форме . При этом приводится значение изменения энтальпии в стандартных условиях (25 °С, 101,3 кПа), обозначаемое H о . Например:
2Н 2(г) + О 2(г) = 2Н 2 О (г) H о = – 484 кДж;
CaO (кр) + H 2 O (ж) = Сa(OH) 2(кр) H о = – 65 кДж.

Зависимость количества теплоты, выделяющейся в реакции (Q ) от теплового эффекта реакции (Q o) и количества вещества (n Б) одного из участников реакции (вещества Б – исходного вещества или продукта реакции) выражается уравнением:

Здесь Б – количество вещества Б, задаваемое коэффициентом перед формулой вещества Б в термохимическом уравнении.

Задача

Определите количество вещества водорода, сгоревшего в кислороде, если при этом выделилось 1694 кДж теплоты.

Решение

2Н 2(г) + О 2(г) = 2Н 2 О (г) + 484 кДж.

Q = 1694 кДж, 6.Тепловой эффект реакции взаимодействия кристаллического алюминия с газообразным хлором равен 1408 кДж. Запишите термохимическое уравнение этой реакции и определите массу алюминия, необходимого для получения 2816 кДж теплоты с использованием этой реакции.
7.Определите количество теплоты, выделяющейся при сгорании на воздухе 1 кг угля, содержащего 90 % графита, если тепловой эффект реакции горения графита в кислороде равна 394 кДж.

9.4. Эндотермические реакции. Энтропия

Кроме экзотермических реакций возможны реакции, при протекании которых теплота поглощается, и, если ее не подводить, то реакционная система охлаждается. Такие реакции называют эндотермическими .

Тепловой эффект таких реакций отрицательный. Например:
CaCO 3(кр) = CaO (кр) +CO 2(г) – Q,
2HgO (кр) = 2Hg (ж) + O 2(г) – Q,
2AgBr (кр) = 2Ag (кр) + Br 2(г) – Q.

Таким образом, энергия, выделяющаяся при образовании связей в продуктах этих и им подобных реакций, меньше, чем энергия, необходимая для разрыва связей в исходных веществах.
Что же является причиной протекания таких реакций, ведь энергетически они невыгодны?
Раз такие реакции возможны, значит существует какой-то неизвестный нам фактор, являющийся причиной их протекания. Попробуем его обнаружить.

Возьмем две колбы и заполним одну из них азотом (бесцветный газ), а другую – диоксидом азота (бурый газ) так, чтобы и давление, и температура в колбах были одинаковыми. Известно, что эти вещества между собой не вступают в химическую реакцию. Герметично соединим колбы горлышками и установим их вертикально, так, чтобы колба с более тяжелым диоксидом азота была внизу (рис. 9.1). Через некоторое время мы увидим, что бурый диоксид азота постепенно распространяется в верхнюю колбу, а бесцветный азот проникает в нижнюю. В результате газы смешиваются, и окраска содержимого колб становится одинаковой.
Что же заставляет газы смешиваться?
Хаотическое тепловое движение молекул.
Приведенный опыт показывает, что самопроизвольно, без какого бы то ни было нашего (внешнего) воздействия может протекать процесс, тепловой эффект которого равен нулю. А он действительно равен нулю, потому что химического взаимодействия в данном случае нет (химические связи не рвутся и не образуются), а межмолекулярное взаимодействие в газах ничтожно и практически одинаково.
Наблюдаемое явление представляет собой частный случай проявления всеобщего закона Природы, в соответствии с которым системы, состоящие из большого числа частиц, всегда стремятся к наибольшей неупорядоченности.
Мерой такой неупорядоченности служит физическая величина, называемая энтропией .

Таким образом,

чем БОЛЬШЕ ПОРЯДКА – тем МЕНЬШЕ ЭНТРОПИЯ,
чем МЕНЬШЕ ПОРЯДКА – тем БОЛЬШЕ ЭНТРОПИЯ.

Уравнения связи между энтропией (S ) и другими величинами изучаются в курсах физики и физической химии. Единица измерений энтропии [S ] = 1 Дж/К.
Энтропия возрастает при нагревании вещества и уменьшается при его охлаждении. Особенно сильно она возрастает при переходе вещества из твердого в жидкое и из жидкого в газообразное состояние.
Что же произошло в нашем опыте?
При смешении двух разных газов степень неупорядоченности возросла. Следовательно, возросла энтропия системы. При нулевом тепловом эффекте это и послужило причиной самопроизвольного протекания процесса.
Если теперь мы захотим разделить смешавшиеся газы, то нам придется совершить работу, то есть затратить для этого энергию. Самопроизвольно (за счет теплового движения) смешавшиеся газы никогда не разделятся!
Итак, мы с вами обнаружили два фактора, определяющих возможность протекания многих процессов, в том числе и химических реакций:
1) стремление системы к минимуму энергии (энергетический фактор ) и
2) стремление системы к максимуму энтропии (энтропийный фактор ).
Посмотрим теперь, как влияют на возможность протекания химических реакций различные комбинации этих двух факторов.
1. Если в результате предполагаемой реакции энергия продуктов реакции оказывается меньше, чем энергия исходных веществ, а энтропия больше (" под гору к большему беспорядку"), то такая реакция может протекать и будет экзотермической.
2. Если в результате предполагаемой реакции энергия продуктов реакции оказывается больше, чем энергия исходных веществ, а энтропия меньше (" в гору к большему порядку"), то такая реакция не идет.
3. Если в предполагаемой реакции энергетический и энтропийный факторы действуют в разные стороны (" под гору, но к большему порядку" или " в гору, но к большему беспорядку"), то без специальных расчетов сказать что-либо о возможности протекания такой реакции нельзя (" кто перетянет"). Подумайте, к какому из этих случаев относятся эндотермические реакции.
Возможность протекания химической реакции можно оценить, рассчитав изменение в ходе реакции физической величины, зависящей как от изменения энтальпии, так и от изменения энтропии в этой реакции. Такая физическая величина называется энергией Гиббса (в честь американского физикохимика XIX в. Джозайя Уилларда Гиббса).

G = H – T S

Условие самопроизвольного протекания реакции:

G < 0.

При низких температурах фактором, определяющим возможность протекания реакции в большей степени является энергетический фактор, а при высокой – энтропийный. Из приведенного уравнения, в частности, видно, почему не протекающие при комнатной температуре реакции разложения (энтропия увеличивается) начинают идти при повышенной температуре.

ЭНДОТЕРМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ, ЭНТРОПИЯ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКТОР, ЭНТРОПИЙНЫЙ ФАКТОР, ЭНЕРГИЯ ГИББСА.
1.Приведите примеры известных вам эндотермических процессов.
2.Почему энтропия кристалла хлорида натрия меньше, чем энтропия расплава, полученного из этого кристалла?
3.Тепловой эффект реакции восстановления меди из ее оксида углем

2CuO (кр) + C (графит) = 2Cu (кр) + CO 2(г)

составляет –46 кДж. Запишите термохимическое уравнение и рассчитайте, какую энергию нужно затратить для получения 1 кг меди по такой реакции.
4.При прокаливании карбоната кальция было затрачено 300 кДж теплоты. При этом по реакции

CaCO 3(кр) = CaO (кр) + CO 2(г) – 179кДж

образовалось 24,6 л углекислого газа. Определите, какое количество теплоты было израсходовано бесполезно. Сколько граммов оксида кальция при этом образовалось?
5.При прокаливании нитрата магния образуется оксид магния, газообразный диоксид азота и кислород. Тепловой эффект реакции равен –510 кДж. Составьте термохимическое уравнение и определите, какое количество теплоты поглотилось, если выделилось 4,48 л кислорода. Какова масса разложившегося нитрата магния?