balansera kemiska ekvationer
anta att du skulle skriva ett ord ekvation för att bygga den ideala skinka smörgås (se figur nedan). Kanske kan du komma med det här:
\
reaktanterna är” delarna ” eller ingredienserna i skinksmörgåsen medan själva smörgåsen är produkten. Det saknas något i din ekvation. Det finns ingen indikation på hur många av varje ”reaktant” som krävs för att göra ”produkten”. För en sak skulle du säkert behöva två skivor bröd för att göra en konventionell smörgås.
låt oss säga att den perfekta skinksmörgåsen \(\left( \ce{HS} \right)\) består av 2 skivor skinka \(\left( \ce{h} \right)\), en skiva ost \(\left( \ce{c} \right)\), 1 skiva tomat \(\left( \ce{t} \right)\), 5 pickles \(\left( \text{p} \right)\) och 2 skivor bröd \(\vänster( \ce{b} \höger)\). Redovisning av siffrorna för varje reaktant, liksom att ersätta symboler för ord, skulle din ekvation bli:
\
Detta visar nu de korrekta mängderna av reaktanterna. Som en sista förbättring kommer vi att ändra produktens ”formel”. Eftersom den sista smörgåsen innehåller alla reaktanter som gick in i den, bör dess formel återspegla det.
\
prenumerationen efter varje symbol i produkten står för numret på den specifika reaktanten som finns på ekvationens reaktantsida: 2 för \(\ce{H}\), 1 för \(\ce{C}\), etc.
eftersom ekvationen nu visar lika många av varje sandwichdel på båda sidor av ekvationen, säger vi att ekvationen är balanserad. Kemiska ekvationer måste också balanseras på ett liknande sätt. En balanserad ekvation är en kemisk ekvation där massan bevaras och det finns lika många atomer av varje element på båda sidor av ekvationen.
vi kan skriva en kemisk ekvation för reaktionen av kol med vätgas för att bilda metan \(\vänster( \ce{CH_4} \höger)\).
\
för att kunna skriva en korrekt ekvation måste du först skriva rätt skelettekvation med rätt kemiska formler. Minns att väte är en diatomisk molekyl och så skrivs som \(\ce{H_2}\). När vi räknar antalet atomer av båda elementen, som visas under ekvationen ser vi att ekvationen inte är balanserad. Det finns bara 2 atomer av väte på reaktantsidan av ekvationen, medan det finns 4 atomer av väte på produktsidan. Detta bryter mot lagen om bevarande av massa, som säger att massa måste bevaras i någon kemisk reaktion eller fysisk process. Ett annat vanligt sätt att uttrycka lagen om bevarande av massa är att materia inte kan skapas eller förstöras.
John Daltons atomteori uppgav att kemiska reaktioner är separationer, kombinationer eller omarrangemang av atomer. Atomer själva kan inte skapas eller förstöras. Daltons teori förklarar lagen om bevarande av massa och processen att balansera en ekvation säkerställer att lagen följs. Vi kan balansera ovanstående ekvation genom att lägga till en koefficient på 2 Framför formeln för väte.
\
en koefficient är ett litet heltal placerat framför en formel i en ekvation för att balansera den. 2 framför \(\ce{H_2}\) betyder att det finns totalt \(2 \gånger 2 = 4\) atomer av väte som reaktanter. Visuellt ser reaktionen ut som:
i den balanserade ekvationen finns en kolatom och fyra väteatomer på båda sidor av pilen. Nedan följer riktlinjer för att skriva och balansera kemiska ekvationer.
- Bestäm rätt kemiska formler för varje reaktant och produkt.
- skriv skelettekvationen genom att placera reaktanten / reaktanterna på vänster sida av avkastningstecknet \(\left (\rightarrow \right)\) och produkten / produkterna på höger sida. Om det finns mer än en reaktant eller produkt, separera med plustecken.
- räkna antalet atomer av varje element som visas som en reaktant och som en produkt. Om en polyatomisk jon är oförändrad på båda sidor av ekvationen, räkna den som en enhet.
- balansera varje element en i taget genom att placera koefficienter framför formeln. Ingen koefficient skrivs för en 1. Det är bäst att börja med att balansera element som bara visas i en formel på varje sida av ekvationen. Du kan bara balansera ekvationer genom att använda koefficienter, ändra aldrig prenumerationerna i en kemisk formel.
- kontrollera varje atom eller polyatomisk jon för att vara säker på att de är lika på båda sidor av ekvationen.
- se till att alla koefficienter är i lägsta möjliga förhållande. Om nödvändigt, minska till det lägsta förhållandet.
exempel \(\PageIndex{1}\)
vattenlösningar av bly (II) nitrat och natriumklorid blandas. Reaktionsprodukterna är en vattenlösning av natriumnitrat och en fast fällning av bly (II) klorid. Skriv den kemiska ekvationen för denna reaktion.
lösning
Steg 1: Planera problemet.
Följ stegen för att skriva och balansera en kemisk ekvation.
Steg 2: Lösa.
skriv skelettekvationen med rätt formler.
\
räkna antalet för varje atom eller polyatomisk jon på båda sidor av ekvationen (se tabell nedan).
nitratjonerna och kloratomerna är obalanserade. Börja med att placera en 2 framför \(\ce{NaCl}\). Detta ökar antalet reaktanter till 2\ (\ce{Na}\) atomer och 2\ (\ce{Cl}\) atomer. Placera sedan en 2 framför \(\ce{NaNO_3}\). Resultatet är:
\
den nya räkningen för varje atom och polyatomisk jon blir (Se tabell nedan).
steg 3: Tänk på ditt resultat.
ekvationen är nu balanserad eftersom det finns lika många atomer av varje element på båda sidor av ekvationen.
räkna antalet av varje atom eller polyatomisk jon på båda sidor av ekvationen.
reaktanter | produkter |
---|---|
1 \(\ce {Pb}\) atom | 1 \(\ce {Pb}\) atom |
2 \(\ce{NO_3^-}\) | 1 \(\ce{NO_3^-}\) |
2 \(\ce {Na}\) atomer | 2 \(\ce {Na}\) atomer |
2 \(\ce {Cl}\) atomer | 1 \(\ce {Cl}\) atom |
den nya räkningen för varje atom och polyatomisk jon blir:
reaktanter | produkter |
---|---|
1 \(\ce {Pb}\) atom | 1 \(\ce {Pb}\) atom |
2 \(\ce{NO_3^-}\) | 2 \(\ce{NO_3^-}\) |
2 \(\ce {Na}\) atomer | 2 \(\ce {Na}\) atomer |
2 \(\ce {Cl}\) atomer | 2 \(\ce {Cl}\) atomer |
vissa ekvationer ger en utmaning att balansera när ett eller flera av elementen inte kan balanseras helt enkelt genom att använda en koefficient. Aluminium reagerar med syrgas för att bilda aluminiumoxid enligt ekvationen:
\
eftersom det finns två syreatomer på reaktantsidan och 3 syreatomer på produktsidan, kommer ingen enda heltalskoefficient att balansera syreatomerna. Hitta den lägsta gemensamma multipeln av 2 och 3, vilket är 6. Att placera en 3 framför \(\ce{O_2}\) och en 2 framför \(\ce{Al_2O_3}\) kommer att resultera i 6 syreatomer på båda sidor. Avsluta genom att balansera aluminium med en 4.
\
ekvationen är balanserad med 4\ (\ce{Al}\) atomer och 6\ (\ce{O}\) atomer på varje sida.
slutligen kommer vi att återgå till ekvationen från tidigare där metan reagerades med syre för att bilda koldioxid och vatten.
\
elementet syre visas på två olika ställen på produktsidan av ekvationen, så du bör inte börja med att försöka balansera syret. Balansera istället kolet och väte först. Kolet är redan balanserat, men väte balanseras genom att placera en 2 Framför vattnet.
\
räkna nu det totala antalet syreatomer på produktsidan: två från \(\ce{CO_2}\) och två från 2 \(\ce{H_2O}\) för att ge totalt fyra. Placera en 2 framför \(\ce{O_2}\).
\
att balansera svåra ekvationer kan vara en trial-and-error-process och är en färdighet som kräver övning. Om du upptäcker att en viss strategi med en tuff ekvation inte fungerar, börja om och balansera ett annat element först. Persistens leder dig till rätt balanserad ekvation.