Хімічні рівняння. Закон збереження маси в хімічних реакціях.

Яку якісну та кількісну інформацію відображають хімічні формули (за § 8).

Закон збереження маси

Усі хімічні перетворення описують за допомогою хімічних формул і рівнянь реакцій.

Процес горіння вугілля можна описати такою схемою:

У лівій частині схеми один атом Карбону й одна молекула кисню, що складається з двох атомів Оксигену. У правій частині рівняння одна молекула вуглекислого газу, що складається з одного атома Карбону та двох атомів Оксигену.

Кількість атомів кожного хімічного елемента в обох частинах рівняння однакове, тому стрілку можна замінити на знак «дорівнює»:

С + О₂ = СО₂

Цей схематичний запис називають хімічним рівнянням.

Хімічне рівняння є відображенням закону збереження маси речовин у хімічних реакціях.

Чи може під час реакції змінюватися маса реакційної суміші?

Маса реагентів дорівнює масі продуктів реакції.

Унаслідок хімічних реакцій одні речовини перетворюються на інші: атоми або йони початкових речовин не зникають, не з’являються нізвідки й не перетворюються з одного хімічного елемента на атоми іншого, а лише перегруповуються, утворюючи нові речовини. Сьогодні це твердження здається очевидним, проте в XVII столітті спостереження деяких науковців суперечили йому.

Спирт під час горіння поступово втрачає масу і, врешті-решт, зникає. У багатті згоряють дрова, перетворюючись на купку попелу. Якщо залізну пластинку залишити на повітрі, вона іржавітиме, а її маса збільшиться.

Під час горіння свічки відбувається хімічна реакція з утворенням вуглекислого газу та води (водяної пари). Продукти реакції — безбарвні газуваті речовини, і тому здається, що речовина свічки зникає.

Складання хімічних рівнянь

Хімічні рівняння складають з урахуванням закону збереження маси.

Приклад 1. Розгляньмо реакцію утворення метану СН₄ — основного компоненту природного газу. Метан складається з атомів Карбону та Гідрогену. Отже, для його одержання необхідні прості речовини, одна з яких утворена атомами Карбону (вугілля С), а інша — атомами Гідрогену (водень Н₂).

У лівій частині записуємо формули реагентів С і Н₂, а в правій — продукту реакції СН₄:

С + Н₂ → СН₄

Цей запис ще не є рівнянням реакції — це схема реакції. У лівій і правій частинах не однакова кількість атомів Гідрогену: у лівій — два (у складі молекули водню), а в правій — чотири (у складі молекули метану). Це суперечить закону збереження маси.

Щоб схема реакції стала хімічним рівнянням, необхідно дібрати коефіцієнти — числа перед хімічними формулами речовин, які позначають кількість молекул (атомів чи інших частинок) речовини. Коефіцієнти мають бути такими, щоб кількість атомів кожного хімічного елемента в обох частинах рівняння була однаковою.

У нашому прикладі перед формулою водню в лівій частині рівняння необхідно поставити коефіцієнт 2:

С + 2Н₂ → СН₄

Тепер в обох частинах рівняння кількість атомів Гідрогену та Карбону однакова. Якщо кількість атомів кожного елемента однакова в лівій і правій частинах, то ставлять знак «дорівнює»:

С + 2Н₂ = СН₄

Приклад 2. Розгляньмо реакцію горіння метану. Горіння — це взаємодія речовин із киснем О₂. Під час горіння метану утворюються вуглекислий газ СО₂ і вода Н₂О.

• Запишемо схему реакції:

• Поставимо коефіцієнт 2 перед формулою води, щоб кількість атомів Гідрогену в лівій і правій частинах схеми була однакова:

• Отже, у лівій частині рівняння перед формулою кисню треба поставити коефіцієнт 2:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Добираючи коефіцієнти в рівнянні реакції, слід пам’ятати такі правила:

• коефіцієнт позначає кількість молекул, окремих атомів або формульних одиниць у рівнянні реакції;

• коефіцієнт ставлять лише перед хімічною формулою;

• коефіцієнт стосується всіх атомів, із яких складається молекула, перед якою він стоїть, наприклад: запис 2Н₂О означає дві молекули води, у яких міститься 4 атоми Гідрогену (по два в кожній молекулі) та 2 атоми Оксигену (по одному в кожній молекулі);

• коефіцієнт 1, як і індекс 1, не записують;

• індекс показує кількість атомів елемента (або груп атомів) у складі молекули, а коефіцієнт — кількість окремих атомів чи молекул.

Записи 4Н і 2Н₂ нерівнозначні. Хоча ними позначено однакову кількість атомів Гідрогену, проте перший запис означає чотири окремі атоми Гідрогену, а другий — дві молекули водню.

При взаємодії 16 г водню (H₂) з киснем ($O_2)$ утворилось 72 г води ($H_2O$). Скільки грамів води утвориться при реакції 8 г водню з надлишком кисню?

Виконати тест! Успіху!