Расставление коэффициентов в химических уравнениях. Алгоритм расстановки коэффициентов в уравнениях овр

Легко ли расставлять коэффициенты в химических уравнениях?

Вот мои дети и доросли до химии (я классный руководитель в 8 «Б» классе). Химию чаще всего ребятам ставят на первом уроке , а в четверг у меня нет первого урока, и я попросился на урок к Валентине Ивановне «на детей посмотреть» и проверить дневники. Тема меня увлекла, в школе я любил химию, и дневники я не проверил. В очередной раз я убедился , что учащиеся чаще всего испытывают затруднения из-за того, что не видят межпредметных связей. На этом уроке химии учащиеся должны были составить химические уравнения, зная валентность химических веществ. И многие учащиеся испытали затруднения при определении числовых коэффициентов. Следующий урок химии в субботу мы с Валентиной Ивановной провели вместе.

Упражнение 1.

Запишите в виде химических уравнений следующие предложения:

А) «При обжиге карбоната кальция образуются оксид кальция и оксид углерода (IV)»; б) «При взаимодействии оксида фосфора (V) с водой получается фосфорная кислота».

Решение:

А) CaCO 3 = CaO + CO 2 - реакция эндотермическая. С этим заданием затруднений не оказалось, так как не нужно было подыскивать числовые коэффициенты. Изначально в левой и правой частях равенства по одному атому кальция по одному атому углерода и по три атома кислорода.

Б) P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4 - реакция экзотермическая. Со вторым уравнение возникли проблемы , без числовых коэффициентов не получилось верное равенство: P 2 O 5 + H 2 O → H 3 PO 4 . Очевидно , что для составления верного равенства нужно подбирать числовые коэффициенты. Если подбирать, то можно начать с фосфора: слева два атома, а справа – один, поэтому перед формулой азотной кислоты поставим числовой множитель, равный двум и тогда получим: P 2 O 5 + H 2 O → 2H 3 PO 4 . Но теперь осталось уравнять число атомов кислорода и водорода: водорода слева два атома , а справа - шесть атомов, поэтому перед формулой воды поставим числовой коэффициент, равный трём и тогда получим: P 2 O 5 + 3H 2 O → 2H 3 PO 4 . Теперь легко убедиться, что в каждой из частей уравнения равные количества и атомов фосфора и атомов водорода и атомов кислорода , следовательно, мы получили верное уравнение химической реакции: P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4 .

Второй способ: алгебраический. Предположим, что в уравнении поставили три коэффициента а, в, с , что получилось верное уравнение химической реакции: а P 2 O 5 + в H 2 O = с H 3 PO 4 . Так как в уравнении используются атомы трёх видов, то составим систему из трёх линейных уравнений с тремя неизвестными а, в и с .

Вещества, которые использовались в химической реакции: Р – фосфор; О 2 – кислород ; P 2 O 5 – оксид фосфора (V).

В) Fe 2 (SO 4) 3 + KOH → Fe(OH) 3 + K 2 SO 4 .

Решение : ) Fe 2 (SO 4) 3 + 6KOH = 2Fe(OH) 3 + 3K 2 SO 4 . Решали подбором: уравняли число атомов железа (2); уравняли число атомов серы (3); уравняли число атомов калия (6); уравняли число атомов кислорода.

Вещества, которые использовались в химической реакции: Fe 2 (SO 4) 3 – сульфат железа (III); KOH – гидроксид калия; Fe(OH) 3 – гидроксид железа (III); K 2 SO 4 – сульфат калия.

Г) CuOH → Cu 2 O + H 2 O.

Решение: 2CuOH = Cu 2 O + H 2 O. Задачу по определению числовых коэффициентов решали , составляя систему уравнений:

Вещества, которые использовались в химической реакции: CuOH – гидроксид меди (I); Cu 2 O – оксид меди (I); H 2 O – вода.

Д) CS 2 + O 2 → CO 2 + SO 2 .

Решение : CS 2 + 3O 2 = CO 2 + 2SO 2 . Решали подбором коэффициентов: уравняли число атомов серы (2); уравняли число атомов кислорода (3).

Вещества, которые использовались в химической реакции: CS 2 – сульфид серы (IV); O 2 –
Вещества, которые использовались в химической реакции: FeS 2 – колчедан; O 2 – кислород; Fe 2 O 3 – оксид железа (III); SO 2 - оксид серы (IV).
Упражнение 3.

(Было предложено для решения как самостоятельная работа).

Условие:

Запишите уравнения химических реакций по следующим схемам:

А) фосфорная кислота + гидроксид натрия → фосфат натрия + вода;

Б) оксид натрия + вода → гидроксид натрия;

В) оксид железа (II) + алюминий → оксид алюминия + железо;

Г) гидроксид меди (II)→ оксид меди (II) + вода.

Ответ:

А) 2H 3 PO 4 + 6NaOH = 2Na 3 PO 4 + 6H 2 O;

Б) Na 2 O + H 2 O = 2NaOH;

В) 3FeO + 2Al = Al 2 O 3 + 3Fe;

Г) Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.

За 10 минут 85% учащихся справились с заданием на «отлично», что приятно удивило Валентину Ивановну.

Уравнением реакции в химии называется запись химического процесса с помощью химических формул и математических знаков.

Такая запись является схемой химической реакции. Когда возникает знак «=», то это называется «уравнение». Попробуем его решить .

Пример разбора простых реакций

В кальции один атом, так как коэффициент не стоит. Индекс здесь тоже не написан, значит, единица. С правой стороны уравнения Са тоже один. По кальцию нам не надо работать.

Смотрим следующий элемент - кислород. Индекс 2 говорит о том, что здесь 2 иона кислорода. С правой стороны нет индексов, то есть одна частица кислорода, а с левой – 2 частицы. Что мы делаем? Никаких дополнительных индексов или исправлений в химическую формулу вносить нельзя, так как она написана правильно.

Коэффициенты – это то, что написано перед наименьшей частью. Они имеют право меняться. Для удобства саму формулу не переписываем. С правой части один умножаем на 2, чтобы получить и там 2 иона кислорода.

После того как мы поставили коэффициент, получилось 2 атома кальция. С левой стороны только один. Значит, теперь перед кальцием мы должны поставить 2.

Теперь проверяем итог. Если количество атомов элементов равно с обеих сторон, то можем поставить знак «равно».

Другой наглядный пример: два водорода слева, и после стрелочки у нас тоже два водорода.

Два кислорода до стрелочки, а после стрелочки индексов нет, значит, один.
Слева больше, а справа меньше.
Ставим коэффициент 2 перед водой.

Умножили всю формулу на 2, и теперь у нас изменилось количество водорода. Умножаем индекс на коэффициент, и получается 4. А с левой стороны осталось два атома водорода. И чтобы получить 4, мы должны водород умножить на два.

Вот тот случай, когда элемент в одной и в другой формуле с одной стороны, до стрелочки.

Один ион серы слева, и один ион - справа. Две частицы кислорода, плюс еще две частицы кислорода. Значит, что с левой стороны 4 кислорода. Справа же находится 3 кислорода. То есть с одной стороны получается четное число атомов, а с другой – нечетное. Если же мы умножим нечетное в два раза, то получим четное число. Доводим сначала до четного значения. Для этого умножаем на два всю формулу после стрелочки. После умножения получаем шесть ионов кислорода, да еще и 2 атома серы. Слева же имеем одну микрочастицу серы. Теперь уравняем ее. Ставим слева уравнения перед серой 2.

Уравняли .

Сложные реакции

Этот пример более сложный, так как здесь больше элементов вещества.

Это называется реакцией нейтрализации. Что здесь нужно уравнивать в первую очередь:

С левой стороны один атом натрия.
С правой стороны индекс говорит о том, что здесь 2 натрия.

Напрашивается вывод, что надо умножить всю формулу на два.

Теперь смотрим, сколько серы. С левой и правой стороны по одной. Обращаем внимание на кислород. С левой стороны мы имеем 6 атомов кислорода. С другой стороны – 5 . Меньше справа, больше слева. Нечетное количество надо довести до четного значения. Для этого формулу воды умножаем на 2, то есть из одного атома кислорода делаем 2.

Теперь с правой стороны уже 6 атомов кислорода. С левой стороны также 6 атомов. Проверяем водород. Два атома водорода и еще 2 атома водорода. То есть будет четыре атома водорода с левой стороны. И с другой стороны также четыре атома водорода. Все элементы уравнены. Ставим знак «равно».

Следующий пример.

Здесь пример интересен тем, что появились скобки. Они говорят о том, что если множитель стоит за скобкой, то каждый элемент, стоящий в скобках, умножается на него. Начать необходимо с азота, так как его меньше, чем кислорода и водорода. Слева азот один, а справа, с учетом скобок, его два.

Справа два атома водорода, а нужно четыре. Мы выходим из положения, просто умножая воду на два, в результате чего получили четыре водорода. Отлично, водород уравняли. Остался кислород. До реакции присутствует 8 атомов, после – тоже 8.

Отлично, все элементы уравнены, можем ставить «равно».

Последний пример .

На очереди у нас барий. Он уравнен, его трогать не нужно. До реакции присутствует два хлора, после нее – всего один. Что же нужно сделать? Поставить 2 перед хлором после реакции.

Теперь за счет коэффициента, который только что поставлен, после реакции получилось два натрия, и до реакции тоже два. Отлично, все остальное уравнено.

Также уравнивать реакции можно методом электронного баланса. Этот метод имеет ряд правил, по которым его можно осуществлять. Следующим действием мы должны расставить степени окисления всех элементов в каждом веществе для того, чтобы понять где произошло окисление, а где восстановление.

Существует несколько методов определения коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Мы используем метод электронного баланса, при котором составление полного уравнения ОВР проводится в следующей последовательности:

1. Составляют схему реакции, указав вещества, вступившие в реакцию, и вещества, получившиеся в результате реакции, например:

2. Определяют степень окисления атомов и пишут ее знак и величину над символами элементов, отмечая элементы, степень окисления которых изменилась:

3. Записывают электронные уравнения реакций окисления и восстановления, определяют число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем, и затем уравнивают их, умножая на соответствующие коэффициенты:

4. Полученные коэффициенты, отвечающие электронному балансу, переносят в основное уравнение:

5.Уравнивают число атомов и ионов, не меняющих степени окисления (в последовательности: металлы, неметаллы, водород):

6.Проверяют правильность подбора коэффициентов по числу атомов кислорода в левой и правой части уравнения реакции – они должны быть равны (в этом уравнении 24 = 18 + 2 + 4, 24 = 24).

Рассмотрим более сложный пример:

Определим степени окисления атомов в молекулах:

Составим электронные уравнения реакций окисления и восстановления и уравняем число отданных и принятых электронов:

Перенесем коэффициенты в основное уравнение:

Уравняем число атомов, не меняющих степень окисления:

Подсчитав число атомов кислорода в правой и левой части уравнения, убедимся, что коэффициенты подобраны правильно.

Важнейшие окислители и восстановители

Окислительно-восстановительные свойства элементов зависят от строения электронной оболочки атомов и определяются их положением в периодической системе Менделеева.

Металлы, имея на внешнем энергетическом уровне 1-3 электрона, легко их отдают и проявляют только восстановительные свойства. Неметаллы (элементы IV-VII групп) могут как отдавать, так и принимать электроны, поэтому они могут проявлять и восстановительные и окислительные свойства. В периодах с увеличением порядкового номера элемента восстановительные свойства простых веществ ослабевают, а окислительные усиливаются. В группах с повышением порядкового номера восстановительные свойства усиливаются, а окислительные ослабевают. Таким образом, из простых веществ лучшими восстановителями являются щелочные металлы, алюминий, водород, углерод; лучшими окислителями являются галогены и кислород .

Окислительно-восстановительные свойства сложных веществ зависят от степени окисления атомов, входящих в их состав. Вещества, содержащие атомы с низшей степенью окисления, проявляют восстановительные свойства . Важнейшими восстановителями являются оксид углерода
, сероводород
, сульфат железа(II)
.Вещества, в состав которых входят атомы с высшей степенью окисления, проявляют окислительные свойства . Важнейшими окислителями являются перманганат калия
, дихромат калия
, пероксид водорода
, азотная кислота
, концентрированная серная кислота
.

Вещества, содержащие атомы с промежуточной степенью окисления, могут вести себя как окислители или восстановители в зависимости от свойств веществ, с которыми они взаимодействуют, и условий протекания реакции. Так в реакции с
сернистая кислота проявляет восстановительные свойства:

а при взаимодействии с сероводородом является окислителем:

Кроме того, для таких веществ возможны реакции самоокисления-самовосстановления, протекающие с одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента, например:

Сила многих окислителей и восстановителей зависит от рН среды. Например,
в щелочной среде восстанавливается до
, в нейтральной до
, в присутствии серной кислоты - до
.

Сегодня мы поговорим о том, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях. Данный вопрос интересует не только старшеклассников общеобразовательных учреждений, но и ребят, которые только знакомятся с основными элементами сложной и интересной науки. Если на первом этапе понять, в будущем проблем с решением задач не появится. Давайте разбираться с самого начала.

Что такое уравнение

Под ним принято подразумевать условную запись химической реакции, протекающей между выбранными реагентами. Для такого процесса используют индексы, коэффициенты, формулы.

Алгоритм составления

Как оформить химические уравнения? Примеры любых взаимодействий можно написать, суммируя исходные соединения. Знак равенства свидетельствует о том, что между реагирующими веществами протекает взаимодействие. Далее составляется формула продуктов по валентности (степени окисления).

Как записать реакцию

Например, если нужно записать химические уравнения, подтверждающие свойства метана, выбираем следующие варианты:

галогенирование (радикальное взаимодействие с элементом VIIA периодической таблицы Д. И. Менделеева);
горение в кислороде воздуха.

Для первого случая в левой части пишем исходные вещества, в правой - полученные продукты. После проверки числа атомов каждого химического элемента получаем конечную запись происходящего процесса. При горении метана в кислороде воздуха происходит экзотермический процесс, в результате которого образуется углекислый газ и водяной пар.

Для того чтобы правильно поставить коэффициенты в химических уравнениях, используется закон сохранения массы веществ. Начинаем процесс уравнивания с определения количества атомов углерода. Далее проводим расчеты для водорода и только после этого проверяем количество кислорода.

ОВР

Сложные химические уравнения можно уравнять, вооружившись методом электронного баланса или полуреакций. Предлагаем последовательность действий, предназначенную для расстановки коэффициентов в реакциях следующих типов:

разложения;
замещения.

Сначала важно расставить у каждого элемента в соединении степени окисления. При их расстановке необходимо учитывать некоторые правила:

У простого вещества она равна нулю.
В бинарном соединении их сумма равна 0.
В соединении из трех и более элементов у первого проявляется положительная величина, у крайнего иона - отрицательное значение степени окисления. Центральный элемент высчитывают математическим путем, учитывая, что в сумме должен быть 0.

Далее выбирают те атомы либо ионы, у которых изменился показатель степени окисления. Знаками «плюс» и «минус» показывают количество электронов (принятых, отданных). Далее между ними определяется наименьшее кратное. При делении НОК на эти цифры получают числа. Данный алгоритм и будет ответом на вопрос о том, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях.

Первый пример

Допустим, дано задание: «Расставьте коэффициенты в реакции, дополните пропуски, определите окислитель и восстановитель». Такие примеры предлагаются выпускникам школы, которые выбрали химию в качестве ЕГЭ.

KMnO 4 + H 2 SO 4 + KBr = MnSO 4 + Br 2 +…+…

Попробуем понять, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях, предлагаемых будущим инженерам и медикам. После расстановки степеней окисления у элементов в исходных веществах и имеющихся продуктах получаем, что в качестве окислителя выступает ион марганца, а восстановительные свойства демонстрирует бромид-ион.

Делаем вывод о том, что пропущенные вещества не участвуют в окислительно-восстановительном процессе. Одним из недостающих продуктов является вода, а вторым станет сульфат калия. После составления электронного баланса завершающим этапом станет постановка коэффициентов в уравнении.

Второй пример

Приведем еще один пример, чтобы понять, как расставлять коэффициенты в химических уравнениях окислительно-восстановительного вида.

Допустим, дана следующая схема:

P + HNO 3 = NO 2 + … + …

Фосфор, который по условию является простым веществом, проявляет восстановительные свойства, повышая степень окисления до +5. Поэтому одним из пропущенных веществ будет фосфорная кислота H 3 PO 4. ОВР предполагает наличие восстановителя, которым будет выступать азот. Он переходит в оксид азота (4), образуя NO 2

Для того чтобы поставить в этой реакции коэффициенты, составим электронный баланс.

P 0 отдает 5e = P +5

N +5 принимает e = N +4

Учитывая, что перед азотной кислотой и оксидом азота (4) должен стоять коэффициент 5, получаем готовую реакцию:

P + 5HNO 3 =5NO 2 + H 2 O + H 3 PO 4

Стереохимические коэффициенты в химии позволяют решать разнообразные расчетные задачи.

Третий пример

Учитывая, что расстановка коэффициентов вызывает у многих старшеклассников затруднения, необходимо отрабатывать последовательность действий на конкретных примерах. Предлагаем еще один пример задания, выполнение которого предполагает владение методикой расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительной реакции.

H 2 S + HMnO 4 = S + MnO 2 +…

Особенность предложенного задания в том, что необходимо дополнить пропущенный продукт реакции и только после этого можно переходить к постановке коэффициентов.

После расстановки степеней окисления у каждого элемента в соединениях можно сделать вывод, что окислительные свойства проявляет марганец, понижающий валентность. Восстановительную способность в предложенной реакции демонстрирует сера, восстанавливаясь до простого вещества. После составления электронного баланса нам останется только расставить коэффициенты в предлагаемую схему процесса. И дело сделано.

Четвертый пример

Химическое уравнение называют полным процессом в том случае, когда в нем в полном объеме соблюдается закон сохранения массы веществ. Как проверить эту закономерность? Количество атомов одного вида, которые вступили в реакцию, должно соответствовать их числу в продуктах взаимодействия. Только в этом случае можно будет вести речь о полноценности записанного химического взаимодействия, возможности его применения для проведения вычислений, решения расчетных задач разного уровня сложности. Приведем вариант задания, предполагающего расстановку в реакции недостающих стереохимических коэффициентов:

Si + …+ HF = H 2 SiF 6 + NO +…

Сложность задания в том, что пропущены и исходные вещества, и продукты взаимодействия. После постановки всех элементов степеней окисления видим, что восстановительные свойства проявляет в предлагаемом задании атом кремния. Среди продуктов реакции присутствует азот (II), одним из исходных соединений является азотная кислота. Логическим путем определяем, что недостающим продуктом реакции является вода. Завершающим этапом будет расстановка полученных стереохимических коэффициентов в реакцию.

3Si + 4HNO 3 + 18HF = 3H 2 SiF 6 + 4NO + 8 H 2 O

Пример задачи на уравнение

Нужно определить объем 10 % раствора хлороводорода, плотность которого составляет 1,05 г/мл, необходимый для полной нейтрализации гидроксида кальция, образующегося в процессе гидролиза его карбида. Известно, что газ, выделяющийся в ходе гидролиза, занимает объем 8,96 л (н. у.) Для того чтобы справиться с поставленным заданием, необходимо сначала составить уравнение процесса гидролиза карбида кальция:

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

Гидроксид кальция вступает во взаимодействие с хлороводородом, происходит полная нейтрализация:

Ca (OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O

Вычисляем массу кислоты, которая потребуется для данного процесса. Определяем объем раствора хлороводорода. Все расчеты по задаче проводятся с учетом стереохимических коэффициентов, что подтверждает их важность.

В заключение

Анализ результатов единого государственного экзамена по химии свидетельствует о том, что задания, связанные с постановкой стереохимических коэффициентов в уравнениях, составление электронного баланса, определение окислителя и восстановителя вызывают серьезные затруднения у современных выпускников общеобразовательных школ. К сожалению, степень самостоятельности современных выпускников практически минимальна, поэтому отработку теоретической базы, предложенной педагогом, старшеклассники не проводят.

Среди типичных ошибок, которые допускают школьники, расставляя коэффициенты в реакциях разного типа, много математических погрешностей. Например, не все умеют находить наименьшее общее кратное, правильно делить и умножать числа. Причина подобного явления в уменьшении количества часов, выделяемых в образовательных школах на изучение данной темы. При базовой программе по химии у педагогов нет возможности отрабатывать со своими школьниками вопросы, касающиеся составления электронного баланса в окислительно-восстановительном процессе.

РАССТАНОВКА КОЭФФИЦИЭНТОВ

Число атомов одного элемента в левой части уравнения должно быть равно числу атомов этого элемента в правой части уравнения.

Задание 1 (для групп). Определите число атомов каждого химического элемента, участвующего в реакции.

1. Вычислите число атомов:

а) водорода: 8NH3, NaOH, 6NaOH, 2NaOH, НзРО4, 2H2SO4, 3H2S04, 8H2SO4;

6) кислорода : C02, 3C02, 2C02, 6CO, H2SO4, 5H2SO4, 4H2S04, HN03.

2. Вычислите число атомов: а) водорода:

1) NaOH + HCl 2)CH4+H20 3)2Na+H2

б) кислорода:

1) 2СО + 02 2) С02 + 2Н.О. 3)4NO2 + 2H2O + O2

Алгоритм расстановки коэффициентов в уравнениях химических реакций

А1 + О2→ А12О3

А1-1 атом А1-2

О-2 атома О-3

2. Среди элементов с разным числом атомов в левой и правой частях схемы выбрать тот, число атомов которого больше

О-2 атома слева

О-3 атома справа

3. Найти наименьшее общее кратное (НОК) числа атомов этого элемента в левой части уравнения и числа атомов этого элемента в правой части уравнения

НОК = 6

4. Разделить НОК на число атомов этого элемента в левой части уравнения, получить коэффициент для левой части уравнения

6:2 = 3

Аl + ЗО 2 →Аl 2 О 3

5. Разделить НОК на число атомов этого элемента в правой части уравнения, получить коэффициент для правой части уравнения

6:3 = 2

А1+ О 2 →2А1 2 О3

6. Если выставленный коэффициент изменил число атомов еще какого-либо элемента, то действия 3, 4, 5 повторить еще раз.

А1 + ЗО 2 → →2А1 2 О 3

А1 -1 атом А1 - 4

НОК = 4

4:1=4 4:4=1

4А1 + ЗО 2 → →2А1 2 О 3

. Первичная проверка усвоения знаний(8-10 мин .).

В левой части схемы два атома кислорода, а в правой - один. Число атомов нужно выровнять с помощью коэффициентов.

1)2Mg+O 2 →2MgO

2) СаСО 3 + 2HCl→ СаСl 2 + Н 2 О + СО 2

Задание 2 Расставьте коэффициенты в уравнениях химических реакций (обратите внимание, что коэффициент изменяет число атомов только одного элемента ):

1. Fe 2 O 3 + А l → А l 2 О 3 + Fe; Mg + N 2 → Mg 3 N 2 ;