написать конспект
Сверь числа и знаки с фото.
§ 10. ХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ
Если символы химических элементов — это буквы «химического алфавита», а химические формулы — «химические слова», что выступает в роли «химических предложений»?
[Рисунок: в колбе с кислородом горит внесённый ложечкой красный фосфор, яркое пламя, обильный белый дым] Рис. 38. Горение фосфора
Подожжём в ложечке для сжигания веществ немного красного фосфора и внесём его в колбу с кислородом (рис. 38). Отметим признаки протекающей химической реакции: фосфор горит ярким пламенем с образованием обильного белого дыма. Когда белый дым заполнит колбу, вынем ложечку с продолжающим гореть фосфором из колбы и погасим его струёй воды. В колбу нальём немного воды, закроем колбу пробкой и будем взбалтывать до тех пор, пока дым не растворится. Затем добавим в получившийся раствор немного раствора фиолетового лакмуса и увидим ещё один признак химической реакции — раствор лакмуса окрасится в красный цвет. Вы прочитали словесное описание двух химических процессов: горения фосфора и взаимодействия продукта реакции с водой.
Опишем эти процессы с помощью химических формул и математических знаков, т. е. составим «химические предложения».
Запишем исходные вещества, или реагенты, с помощью химических формул, учитывая, что химический знак фосфора является одновременно и формулой простого вещества, а в состав молекулы кислорода (именно эта составная часть воздуха взаимодействует с фосфором) входят два атома. Между формулами исходных веществ ставится знак «+»:
\(\mathrm{P} + \mathrm{O_2} \rightarrow\) фосфор кислород
После стрелки запишем формулу продукта реакции — его называют фосфорным ангидридом, и в состав его молекулы входят 2 атома фосфора и 5 атомов кислорода. В результате получится следующая запись:
\(\mathrm{P} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{P_2O_5}\) фосфор кислород фосфорный ангидрид
Полученную запись называют схемой химической реакции.
Аналогично составим схему второй химической реакции. Запишем химические формулы реагентов, зная их состав:
\(\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{H_2O} \rightarrow\) фосфорный ангидрид вода
Запишем формулу продукта реакции, учитывая, что им является фосфорная кислота, в состав которой входят три атома водорода, один атом фосфора и четыре атома кислорода:
\(\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_3PO_4}\) фосфорный ангидрид вода фосфорная кислота
Мы записали схему второй химической реакции. Почему эта схема химической реакции, а не её уравнение? Потому что химические уравнения должны соответствовать основному закону химии — закону сохранения массы веществ. Он был открыт независимо друг от друга двумя выдающимися химиками: русским М. В. Ломоносовым и французом Антуаном Лавуазье.
[Портрет: Антуан Лоран Лавуазье] Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794)
[Рамка] Масса веществ, вступивших в химическую реакцию (реагентов), равна массе веществ, получившихся в результате её (продуктов реакции).
Уравняем число атомов фосфора в левой и правой частях схемы, соответствующей первой реакции:
\(\mathrm{P} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{P_2O_5}\)
Для этого перед формулой фосфора запишем коэффициент 2:
\(\mathrm{2P} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{P_2O_5}\)
Число атомов фосфора в левой и правой частях схемы реакции равно. Однако атомов кислорода в левой части схемы 2, а в правой — 5. Найдём наименьшее общее кратное для этих чисел. Оно равно 10. Разделим это число на 2 и 5 и запишем коэффициенты соответственно перед формулами кислорода и фосфорного ангидрида \(\mathrm{P_2O_5}\):
\(\mathrm{2P} + \mathrm{5O_2} \rightarrow \mathrm{2P_2O_5}\)
Число атомов кислорода в левой и правой частях схемы реакции стало одинаковым, но нарушилось равенство для атомов фосфора: в левой части схемы 2 атома фосфора, а в правой — 4. Заменим коэффициент 2 в схеме реакции на коэффициент 4 и получим химическое уравнение, в котором стрелку заменим на знак равенства:
\(\mathrm{4P} + \mathrm{5O_2} = \mathrm{2P_2O_5}\)
Расставим коэффициенты в схеме реакции между фосфорным ангидридом и водой. В результате должно получиться следующее химическое уравнение:
\(\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{3H_2O} = \mathrm{2H_3PO_4}\)
[Рамка] Химическим уравнением называют условную запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков.
Убедимся в справедливости закона сохранения массы веществ с помощью химического эксперимента.
Лабораторный опыт 8 На электронные весы поставьте химический стакан, налейте в него 3—4 мл раствора едкого натра NaOH и добавьте 1—2 капли фенолфталеина. Что наблюдается? Рядом на весы поставьте стакан с раствором серной кислоты \(\mathrm{H_2SO_4}\). Запишите показания весов. Добавьте из второго стакана в первый раствор кислоты до исчезновения окраски. Поставьте стакан с оставшейся кислотой на весы. Запишите показания весов. Какой вывод можно сделать из проведённого опыта? Запишите схему, а затем уравнение химической реакции, зная, что продуктами реакции являются сульфат натрия \(\mathrm{Na_2SO_4}\) и вода \(\mathrm{H_2O}\).
Лабораторный опыт 9 На электронные весы поставьте химический стакан, налейте в него 3—4 мл раствора сульфата железа(III) \(\mathrm{Fe_2(SO_4)_3}\). Рядом на весы поставьте стакан с 4—6 мл раствора едкого натра NaOH. Запишите показания весов. Слейте два раствора в один стакан. Что наблюдаете? Пустой стакан оставьте на весах. Запишите показания весов. Какой вывод следует из проделанного опыта? Запишите схему, а затем уравнение химической реакции, зная, что продуктами реакции являются сульфат натрия \(\mathrm{Na_2SO_4}\) и гидроксид железа(III) \(\mathrm{Fe(OH)_3}\), который выпадет в осадок. В уравнении рядом с формулой нерастворимого вещества нарисуйте стрелку, направленную вниз.
Чтобы записать уравнения проведённых химических реакций, используем коэффициенты и в случае равенства числа атомов элементов, образующих реагенты и продукты реакции, заменим стрелку на знак «равно».
Обобщим информацию. Химическое уравнение показывает: • какие вещества вступают в химическую реакцию и какие вещества образуются в её результате; • число молекул (формульных единиц) реагентов и число молекул (формульных единиц) продуктов реакции; • тип химической реакции (о типах химических реакций вы узнаете на следующем уроке).
[Рамка] Схема химической реакции. Закон сохранения массы веществ. Химическое уравнение. Составление химических уравнений. Информация, которую несёт химическое уравнение
Проверьте свои знания
- Что представляет собой химическое уравнение? Какому основному закону химии оно должно соответствовать?
- Укажите коэффициенты перед формулами фосфора и кислорода в уравнении реакции между этими веществами.
- Перечислите, какую информацию несёт уравнение химической реакции.
Краткий ответ — готовый конспект § 10 «Химические уравнения»
1. От схемы к уравнению. Запись реагентов и продуктов через стрелку — это схема реакции: \(\mathrm{P} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{P_2O_5}\) (фосфор + кислород → фосфорный ангидрид); \(\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_3PO_4}\) (фосфорный ангидрид + вода → фосфорная кислота). Признаки реакций в опыте: фосфор горит ярким пламенем с обильным белым дымом; лакмус в полученном растворе краснеет (образовалась кислота).
2. Закон сохранения массы веществ (открыт независимо М. В. Ломоносовым и А. Лавуазье): масса реагентов равна массе продуктов реакции. Значит, в записи реакции число атомов каждого элемента слева и справа должно быть одинаковым.
3. Химическое уравнение — условная запись реакции с помощью химических формул и математических знаков; когда число атомов уравнено, стрелку заменяют знаком «=».
4. Коэффициент — цифра перед формулой; она относится ко всей формуле. Индексы в формуле менять нельзя: это будет уже другое вещество.
5. Алгоритм расстановки коэффициентов:
- записать схему реакции;
- уравнивать элементы по одному, кислород (и водород) проверять последними;
- для элемента, у которого число атомов не совпадает, найти наименьшее общее кратное (НОК) и разделить его на числа атомов слева и справа — это и есть коэффициенты;
- пересчитать все элементы и поставить «=».
6. Примеры из параграфа: \[ \mathrm{4P} + \mathrm{5O_2} = \mathrm{2P_2O_5} \] \[ \mathrm{P_2O_5} + \mathrm{3H_2O} = \mathrm{2H_3PO_4} \]
7. Что показывает уравнение: какие вещества вступают в реакцию и какие образуются; число молекул (формульных единиц) реагентов и продуктов; тип реакции.
8. Опыты 8 и 9 подтверждают закон сохранения массы: показания весов до и после сливания растворов не меняются. \(\mathrm{2NaOH} + \mathrm{H_2SO_4} = \mathrm{Na_2SO_4} + \mathrm{2H_2O}\); \(\mathrm{Fe_2(SO_4)_3} + \mathrm{6NaOH} = \mathrm{3Na_2SO_4} + \mathrm{2Fe(OH)_3}\!\downarrow\).
Как это устроено (чтобы сделать похожее самому)
Смотри на первое уравнение: слева кислорода 2 атома, справа 5. НОК для 2 и 5 равно 10; \(10:2 = 5\) — коэффициент перед \(\mathrm{O_2}\), \(10:5 = 2\) — перед \(\mathrm{P_2O_5}\). Получаем \(\mathrm{2P} + \mathrm{5O_2} \rightarrow \mathrm{2P_2O_5}\). Но теперь фосфора справа \(2\cdot2 = 4\), а слева 2 — коэффициент перед \(\mathrm{P}\) заменяем на 4.
Проверка \(\mathrm{4P} + \mathrm{5O_2} = \mathrm{2P_2O_5}\): фосфор \(4 = 2\cdot2\); кислород \(5\cdot2 = 10 = 2\cdot5\). Для второго: \(\mathrm{P_2O_5} + \mathrm{3H_2O} = \mathrm{2H_3PO_4}\) — фосфор \(2 = 2\), водород \(3\cdot2 = 6 = 2\cdot3\), кислород \(5+3 = 8 = 2\cdot4\). Всё сходится.
Главный принцип: уравнение — это «весы», где атомы не исчезают и не появляются, поэтому мы подбираем только коэффициенты, никогда не трогая индексы.
