Химические реакции: закон сохранения массы, уравнения, типы реакций и расчёты
Уравнение реакции — это запись закона сохранения массы, из которой считают массы и объёмы через количество вещества.
Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Причина — атомы при реакции не исчезают и не появляются, меняются только связи между ними. Поэтому число атомов каждого элемента слева и справа от стрелки должно быть одинаковым, и уравнивают его коэффициентами.
Схема: Fe + Cl2 → FeCl3. Справа 3 атома Cl, слева 2 — НОК(2; 3) = 6, ставим 3Cl2 слева и 2FeCl3 справа; тогда справа 2 атома Fe, ставим 2Fe слева. Итог: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3; Fe 2 = 2, Cl 6 = 6. Ещё пример: 2H2 + O2 → 2H2O; Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O.
Четыре типа реакций
| Тип | Схема | Пример уравнения | Признак |
|---|---|---|---|
| Соединения | A + B → AB | CaO + H2O → Ca(OH)2 | из нескольких веществ одно |
| Разложения | AB → A + B | 2KClO3 → 2KCl + 3O2 | из одного вещества несколько |
| Замещения | A + BC → AC + B | Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 | простое вытесняет элемент из сложного |
| Обмена | AB + CD → AD + CB | NaOH + HCl → NaCl + H2O | вещества обмениваются частями |
m(исходных веществ) = m(продуктов). Для реакции 4Al + 3O2 → 2Al2O3: m(Al) + m(O2) = m(Al2O3). Если m(Al) = 5,4 г и m(O2) = 4,8 г, то m(Al2O3) = 5,4 г + 4,8 г = 10,2 г.
n(вещества 1) / коэффициент 1 = n(вещества 2) / коэффициент 2. Отсюда n(2) = n(1) · (коэффициент 2 / коэффициент 1). Далее m = n · M (г) и V = n · 22,4 (л).
Дано: m(Al) = 5,4 г, реакция с кислородом. Найти: V(O2) при н. у. и m(Al2O3). Решение: уравнение 4Al + 3O2 → 2Al2O3; M(Al) = 27 г/моль, M(Al2O3) = 2 · 27 + 3 · 16 = 102 г/моль; n(Al) = 5,4 г : 27 г/моль = 0,2 моль; n(O2) = 0,2 моль · 3/4 = 0,15 моль; V(O2) = 0,15 моль · 22,4 л/моль = 3,36 л; n(Al2O3) = 0,2 моль · 2/4 = 0,1 моль; m(Al2O3) = 0,1 моль · 102 г/моль = 10,2 г. Проверка по закону сохранения массы: m(O2) = 0,15 моль · 32 г/моль = 4,8 г, тогда 5,4 г + 4,8 г = 10,2 г — сходится. Ответ: V(O2) = 3,36 л; m(Al2O3) = 10,2 г.
Запись Al + O2 → AlO3 неверна: формулу изменили под баланс. Уравнивать можно только коэффициентами: 4Al + 3O2 → 2Al2O3. Вторая ошибка — составление пропорции по массам вместо количеств вещества: коэффициенты в уравнении относятся к молям, поэтому сначала m → n, затем пропорция, и только потом обратно n → m или n → V.
- ✓Формулирую закон сохранения массы и объясняю его через атомы
- ✓Расставляю коэффициенты и пересчитываю атомы каждого элемента слева и справа
- ✓Определяю тип реакции: соединения, разложения, замещения или обмена
- ✓Решаю задачу по уравнению по цепочке m → n → пропорция → n → m или V
- ✓Проверяю ответ по балансу масс исходных веществ и продуктов