معادله واکنش شیمیایی - این ثبت واکنش با فرمولهای مواد است که در آن تعداد اتمهای هر عنصر در سمت چپ و راست برابر است. برای اینکه طرح کلی به معادله تبدیل شود، ضرایب قبل از فرمولها قرار داده میشوند: این قانون پایستگی جرم را ایجاب میکند. در اینجا تفاوت طرح کلی با معادله، الگوریتم گام به گام تنظیم (فلز → نافلز → هیدروژن → اکسیژن)، جدول انواع واکنشها، اشتباهات رایج و یک تمرینکننده تعاملی که بلافاصله موضوع را تثبیت میکند، توضیح داده شده است.
طرح کلی واکنش و معادله واکنش: تفاوت چیست
وقتی آهن در اکسیژن میسوزد و اکسید آهن (III) تولید میشود، ثبت اول به این صورت است: در سمت چپ فرمولهای مواد اولیه، در سمت راست - فرمولهای محصولات، و بین آنها یک فلش. این طرح کلی واکنش است.
طرح کلی هنوز معادله نیست. این نشان میدهد که چه چیزی به چه چیزی تبدیل میشود، اما نمیگوید که چه مقدار از هر ماده استفاده میشود: تعداد اتمهای آهن و اکسیژن در سمت چپ و راست متفاوت است. طبق قانون پایستگی جرم، این امکانپذیر نیست.
ثبت زمانی به معادله واکنش تبدیل میشود که ضرایب - اعدادی که تعداد اتمهای هر عنصر را برابر میکنند - قبل از فرمولها قرار داده شوند. دو ثبت از یک واکنش را مقایسه کنید.
| اتم | سمت چپ | سمت راست |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 1 | 2 |
| $\mathrm{O}$ | 2 | 3 |
| اتم | سمت چپ | سمت راست |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 4 | 4 |
| $\mathrm{O}$ | 6 | 6 |
قانون پایستگی جرم: چرا به ضرایب نیاز داریم
قانون پایستگی جرم مواد توسط ام. وی. لومونوسف (1748) فرمولبندی شد و بعداً به طور مستقل توسط آ. لاووازیه تأیید شد: جرم موادی که وارد واکنش میشوند برابر با جرم موادی است که به دست میآیند.
دلیل ساده است: در واکنش شیمیایی، اتمها ناپدید نمیشوند و از هیچ به وجود نمیآیند. پیوندهای قدیمی شکسته میشوند، پیوندهای جدید تشکیل میشوند و خود اتمها فقط بازآرایی میشوند. هر تعداد اتم آهن قبل از واکنش وجود داشته، همان تعداد نیز بعد از آن باقی میماند - فقط اکنون آنها بخشی از ماده دیگری هستند.
از این رو، الزام اصلی برای معادله این است: تعداد اتمهای هر عنصر در سمت چپ باید برابر با تعداد اتمهای آن عنصر در سمت راست باشد. تنها راه قانونی برای دستیابی به این هدف، انتخاب ضرایب مناسب است.
ضریب قبل از فرمول قرار میگیرد و تمام اتمهای آن را ضرب میکند، از جمله اتمهای داخل پرانتز. به عنوان مثال، ثبت \(\mathrm{3Ca(OH)_2}\) به معنای سه واحد فرمولی هیدروکسید کلسیم است: تعداد اتمهای \(\mathrm{Ca}\) - 3، تعداد اتمهای \(\mathrm{O}\) - 6، تعداد اتمهای \(\mathrm{H}\) - 6. ضریب 1 نوشته نمیشود، اما در نظر گرفته میشود.
چگونه ضرایب را در معادله واکنش تنظیم کنیم: الگوریتم
تنظیم ضرایب - یک انتخاب تصادفی نیست، بلکه یک فرآیند کوتاه است. ترتیب در آن مهم است: ابتدا عناصری که دقیقاً در یک ماده در سمت چپ و یک ماده در سمت راست یافت میشوند، موازنه میشوند و تنها پس از آن هیدروژن و اکسیژن - آنها معمولاً بلافاصله در چندین ماده توزیع میشوند و آخرین مورد تنظیم میشوند.
ترتیب مدرسه با زنجیرهای به خاطر سپرده میشود: فلز → نافلز → هیدروژن → اکسیژن. شش مرحله الگوریتم - در زیر.
اگر در هر مرحله یک ضریب کسری به دست آمد (به عنوان مثال، 3/2 قبل از مولکول دو اتمی گاز)، این یک اشتباه یا بنبست نیست: تنظیم را تا انتها ادامه دهید، و سپس تمام ضرایب را بلافاصله در 2 ضرب کنید - کسرها ناپدید میشوند، تعادل حفظ میشود.
در کلاسهای بالاتر، برای واکنشهای اکسیداسیون-کاهش، یک روش قدرتمندتر اضافه میشود - روش موازنه الکترونی. این بر اساس پتانسیل اکسیداسیون استوار است، اما واکنشهای تبادل و ترکیب همچنان با همین الگوریتم ساده موازنه میشوند.
چرا نمیتوان اندیسها را در فرمولهای مواد تغییر داد
این اولین اشتباه دانشآموزان کلاس هشتم است. در طرح کلی \(\mathrm{Na + Cl_2 \rightarrow NaCl}\)، کلر برابر نیست: در سمت چپ 2 اتم، در سمت راست 1. وسوسه زیاد است - یک اندیس اضافه کنید و \(\mathrm{NaCl_2}\) را به دست آورید. اتمها به طور رسمی برابر میشوند، اما ماده ثبت شده وجود ندارد: کلرید سدیم ترکیب \(\mathrm{NaCl}\) را دارد و هیچ ترکیب دیگری.
اندیس بخشی از فرمول است. این توسط ترکیب ماده، یعنی ظرفیت و پتانسیل اکسیداسیون عناصر تعیین میشود و نمیتوان آن را به دلخواه تغییر داد. با تغییر اندیس، خود ماده را تغییر میدهید: \(\mathrm{H_2O}\) - آب، و \(\mathrm{H_2O_2}\) - پراکسید هیدروژن، یک ترکیب کاملاً متفاوت با خواص متفاوت.
ضریب - یک ضرب کننده قبل از فرمول است. این فقط تعداد ذرات را نشان میدهد، نه ترکیب آنها را، بنابراین فقط با ضرایب مجاز به موازنه کردن هستید.
پاسخ صحیح برای طرح کلی بالا: \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\). سدیم 2 و 2، کلر 2 و 2، فرمولها دست نخورده باقی ماندهاند.
انواع واکنشهای شیمیایی
معادلات بر اساس تعداد موادی که وارد واکنش میشوند و تعداد موادی که به دست میآیند طبقهبندی میشوند. در مدرسه ابتدایی، چهار نوع تشخیص داده میشود: ترکیب، تجزیه، جانشینی و تبادل.
تعیین نوع قبل از تنظیم ضرایب مفید است: این نشان میدهد که چه موادی در سمت راست ظاهر میشوند و چه تعداد از آنها وجود خواهد داشت، و بنابراین به جلوگیری از اشتباه در خود طرح کلی کمک میکند.
| نوع واکنش | الگوی کلی و مثال |
|---|---|
| ترکیب | $\mathrm{A + B \rightarrow AB}$$\mathrm{4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$ |
| تجزیه | $\mathrm{AB \rightarrow A + B}$$\mathrm{2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2}$ |
| جانشینی | $\mathrm{A + BC \rightarrow AC + B}$$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$ |
| تبادل | $\mathrm{AB + CD \rightarrow AD + CB}$$\mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}$ |
مجموع ضرایب در معادله واکنش شیمیایی
در آزمونها و تکالیف، اغلب کل معادله پرسیده نمیشود، بلکه مجموع ضرایب پرسیده میشود - این یک راه سریع برای بررسی صحت تنظیم معادله است. محاسبه آن ساده است: تمام ضرایب سمت چپ و راست را جمع کنید.
برای معادله \(\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}\)، مجموع برابر است با 4 + 3 + 2 = 9.
سه جایی که اغلب امتیاز از دست میرود:
- واحد نامرئی نیز شمرده میشود. در معادله \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\)، هر سه ضریب برابر با 1 هستند، بنابراین مجموع برابر با 3 است.
- اندیسها در مجموع وارد نمیشوند - فقط اعداد قبل از فرمولها جمع میشوند.
- ضرایب باید کوچکترین اعداد صحیح باشند. ثبت \(\mathrm{4Na + 2Cl_2 \rightarrow 4NaCl}\) از نظر اتمی صحیح است، اما تمام اعداد بر 2 تقسیم میشوند، بنابراین به 2، 1، 2 کاهش مییابد - و مجموع صحیح 5 است، نه 10.
محاسبات بر اساس معادلات واکنشهای شیمیایی: ضرایب یعنی مول
ضرایب فقط برای موازنه اتمها لازم نیستند. آنها نسبت مقادیر مواد (بر حسب مول) را که مواد در آن واکنش میدهند و تولید میشوند، نشان میدهند. این همان پلی به سوی مسائل محاسباتی است.
معادله \(\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}\) به این صورت خوانده میشود: 1 مول نیتروژن با 3 مول هیدروژن واکنش میدهد و 2 مول آمونیاک تولید میکند. نسبت 1 : 3 : 2 در هر مقداری از ماده حفظ میشود.
از این رو، طرح کلی معمول محاسبه بر اساس معادله: جرم یا حجم داده شده را به مقدار ماده تبدیل کنید، مقدار ماده مورد نظر را بر اساس ضرایب پیدا کنید و به جرم یا حجم بازگردید. خود مسائل محاسباتی - موضوع بزرگ جداگانهای هستند، اما همیشه از اینجا شروع میشوند: با ضرایب نادرست تنظیم شده، هر محاسبهای از این قبیل پاسخ نادرستی خواهد داد.
مثالهایی از تنظیم ضرایب
مثال 1. سوختن متان
مسئله: ضرایب را در طرح کلی \(\mathrm{CH_4 + O_2}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{CO_2 + H_2O}\) تنظیم کنید.
مرحله 1-2. اتمها را میشماریم. در سمت چپ: کربن 1، هیدروژن 4، اکسیژن 2. در سمت راست: کربن 1، هیدروژن 2، اکسیژن 2 + 1 = 3.
مرحله 3. فلزی در طرح کلی وجود ندارد - بلافاصله به نافلز میرویم.
مرحله 4. کربن: 1 در سمت چپ و 1 در سمت راست، در حال حاضر برابر است.
مرحله 5. هیدروژن: در سمت چپ 4، در سمت راست 2 - ضریب 2 را قبل از آب قرار میدهیم، تعداد هیدروژن در سمت راست 4 میشود. حالا اکسیژن: در سمت راست 2 (در \(\mathrm{CO_2}\)) + 2 (در دو \(\mathrm{H_2O}\)) = 4 اتم، در سمت چپ 2 - ضریب 2 را قبل از \(\mathrm{O_2}\) قرار میدهیم.
مرحله 6. کسری وجود ندارد. بررسی: کربن 1 و 1، هیدروژن 4 و 4، اکسیژن 4 و 4.
پاسخ: \(\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}\)، مجموع ضرایب 1 + 2 + 1 + 2 = 6.
مثال 2. آلومینیوم و اسید سولفوریک
مسئله: ضرایب را در طرح کلی \(\mathrm{Al + H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + H_2}\) تنظیم کنید.
مرحله 3. با فلز شروع میکنیم. آلومینیوم در سمت چپ 1، در سمت راست 2 - ضریب 2 را قبل از \(\mathrm{Al}\) قرار میدهیم.
مرحله 4. گروه اسیدی \(\mathrm{SO_4}\) را به راحتی میتوان به عنوان یک بلوک کامل در نظر گرفت: در سمت راست 3 تا، در سمت چپ 1 - ضریب 3 را قبل از \(\mathrm{H_2SO_4}\) قرار میدهیم.
مرحله 5. هیدروژن: در سمت چپ 3 · 2 = 6 اتم شد، بنابراین در سمت راست به 3 مولکول \(\mathrm{H_2}\) نیاز است. اکسیژن را آخرین بار بررسی میکنیم: در سمت چپ 3 · 4 = 12، در سمت راست 3 · 4 = 12.
مرحله 6. بررسی همه عناصر: آلومینیوم 2 و 2، گوگرد 3 و 3، اکسیژن 12 و 12، هیدروژن 6 و 6.
پاسخ: \(\mathrm{2Al + 3H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}\)، مجموع ضرایب 2 + 3 + 1 + 3 = 9.
مثال 3. وقتی کسر ظاهر میشود
مسئله: ضرایب را در طرح کلی \(\mathrm{Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\) تنظیم کنید.
مرحله 3. فلز: آهن در هر دو طرف یک اتم - فعلاً برابر است.
مرحله 4. کلر: در سمت چپ اتمها جفتی هستند، در سمت راست 3 تا. برای به دست آوردن 3 اتم، قبل از \(\mathrm{Cl_2}\) به ضریب 3/2 نیاز است - \(\mathrm{Fe + 1{,}5Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\) به دست میآید. اتمها برابر شدند، اما گذاشتن ضریب کسری در پاسخ معمول نیست.
مرحله 6. تمام ضرایب را در 2 ضرب میکنیم: آهن 1 · 2 = 2، کلر 1.5 · 2 = 3، محصول 1 · 2 = 2.
بررسی: آهن 2 و 2، کلر 6 و 6.
پاسخ: \(\mathrm{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}\)، مجموع ضرایب 2 + 3 + 2 = 7.
اشتباهات رایج هنگام تنظیم ضرایب
-
«موازنه کردم» با تغییر فرمول ماده: برای برابر کردن اتمها در طرح کلی سوختن هیدروژن، اندیس اضافه میشود و به جای آب، پراکسید هیدروژن به دست میآید.
\(\mathrm{H_2O_2}\) ماده دیگری است و واکنش متفاوتی رخ میداد. اندیسها غیرقابل تغییر هستند، توسط ترکیب ماده تعیین میشوند. پاسخ صحیح فقط با ضرایب به دست میآید: \(\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}\).
-
ضریب در داخل فرمول قرار داده میشود: $\mathrm{Na2Cl}$ به جای $\mathrm{2NaCl}$ نوشته میشود.
ضریب فقط قبل از کل فرمول قرار میگیرد و به کل ماده مربوط میشود. عدد داخل فرمول - این یک اندیس است، یعنی ترکیب دیگری. اگر قبل از فرمول چیزی نوشته نشده باشد، ضریب برابر با 1 است.
-
فراموش میشود که ضریب تمام اتمهای فرمول را ضرب میکند: در ثبت $\mathrm{2H_2SO_4}$، 2 اتم هیدروژن شمرده میشود.
باید هر اندیس را ضرب کرد: در \(\mathrm{2H_2SO_4}\)، تعداد اتمهای هیدروژن 2 · 2 = 4، گوگرد 2 · 1 = 2، اکسیژن 2 · 4 = 8. همین امر در مورد پرانتزها نیز صدق میکند: در \(\mathrm{2Ca(NO_3)_2}\)، نیتروژن 2 · 2 = 4، اکسیژن 2 · 6 = 12.
-
شروع به موازنه با اکسیژن یا هیدروژن میکنند.
اکسیژن و هیدروژن بلافاصله در چندین ماده وارد میشوند، بنابراین ضرایب آنها پس از هر مرحله بعدی تغییر میکند. ترتیب فلز → نافلز → هیدروژن → اکسیژن باعث صرفهجویی در زمان میشود: در پایان فقط یک عنصر باقی میماند که باید تنظیم شود.
-
با دیدن ضریب کسری، موازنه را رها میکنند یا کسر را در پاسخ باقی میگذارند.
کسر یک نتیجه میانی عادی است. موازنه را تا انتها ادامه دهید، و سپس تمام ضرایب معادله را در مخرج کسر، معمولاً در 2، ضرب کنید. تعادل اتمها در این صورت مختل نمیشود، اما اعداد صحیح خواهند شد.
-
مجموع ضرایب را با نادیده گرفتن واحدهای نامرئی محاسبه میکنند.
ضریب 1 نوشته نمیشود، اما در مجموع شرکت میکند. در معادله \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\)، مجموع برابر است با 2 + 1 + 2 = 5، نه 4.
-
بررسی نهایی را انجام نمیدهند و معادلهای را که هر عنصر آن برابر نشده است، تحویل میدهند.
آخرین مرحله الگوریتم اجباری است: تمام عناصر را به ترتیب طی کنید و تعداد اتمها را در سمت چپ و راست مقایسه کنید. اشتباه اغلب در اکسیژن پنهان است، زیرا آخرین مورد شمرده میشود.
سوالات و پاسخها
تفاوت طرح کلی واکنش با معادله واکنش چیست؟
طرح کلی واکنش فقط نشان میدهد که چه موادی وارد واکنش میشوند و چه موادی به دست میآیند: فرمولها در سمت چپ، فرمولها در سمت راست، و بین آنها یک فلش. زمانی به معادله تبدیل میشود که ضرایب تنظیم شوند، زمانی که تعداد اتمهای هر عنصر در سمت چپ برابر با تعداد اتمها در سمت راست باشد. به زبان سادهتر، طرح کلی به سوال «چه چیزی به چه چیزی تبدیل میشود» پاسخ میدهد، و معادله همچنین به سوال «چه مقدار» پاسخ میدهد.
ضریب در معادله واکنش چیست و چه تفاوتی با اندیس دارد؟
ضریب عددی قبل از فرمول ماده است، تعداد ذرات را نشان میدهد و تمام اتمهای فرمول، از جمله اتمهای داخل پرانتز را ضرب میکند. اندیس عدد کوچکی در پایین سمت راست داخل فرمول است، که ترکیب خود ماده را نشان میدهد. هنگام موازنه، ضرایب انتخاب میشوند، اما اندیسها را نمیتوان تغییر داد: با تغییر اندیس، ماده دیگری و واکنش دیگری به دست میآورید.
چگونه مجموع ضرایب را در معادله واکنش شیمیایی پیدا کنیم؟
ابتدا ضرایب را به درستی تنظیم کنید، و سپس تمام اعداد قبل از فرمولها را در سمت چپ و راست جمع کنید. ضریب 1 نوشته نمیشود، اما در مجموع در نظر گرفته میشود. اندیسها در مجموع وارد نمیشوند. و ضرایب باید کوچکترین اعداد صحیح باشند: اگر همه آنها بر یک مقسومعلیه مشترک تقسیم شوند، معادله باید ساده شود، در غیر این صورت مجموع بیش از حد برآورد میشود.
از کدام عنصر باید شروع به تنظیم ضرایب کرد؟
از عنصری که دقیقاً در یک ماده در سمت چپ و در یک ماده در سمت راست یافت میشود. در عمل، این ترتیب فلز → نافلز (به جز هیدروژن و اکسیژن) → هیدروژن → اکسیژن است. اکسیژن و هیدروژن را برای پایان کار میگذارند، زیرا بلافاصله در چندین ماده وارد میشوند و با ضرایب از قبل یافت شده تطبیق داده میشوند.
آیا میتوان ضرایب کسری قرار داد؟
در محاسبات میانی - بله، این یک روش راحت است: قبل از مولکول دو اتمی گاز اغلب 3/2 یا 5/2 به دست میآید. اما در پاسخ نهایی، ضرایب باید صحیح باشند، بنابراین در پایان تمام ضرایب معادله در مخرج کسر، معمولاً در 2، ضرب میشوند. تعادل اتمها در این صورت حفظ میشود.
چه نوع واکنشهای شیمیایی وجود دارد؟
بر اساس تعداد و ترکیب مواد اولیه و محصولات، چهار نوع اصلی وجود دارد: ترکیب (از چند ماده یک ماده به دست میآید)، تجزیه (از یک ماده چند ماده به دست میآید)، جانشینی (یک ماده ساده، عنصری را از یک ماده پیچیده بیرون میراند) و تبادل (دو ماده پیچیده اجزای خود را مبادله میکنند). به طور جداگانه، واکنشها به اکسیداسیون-کاهش و واکنشهایی که بدون تغییر پتانسیل اکسیداسیون رخ میدهند، و همچنین به گرمازا و گرماگیر تقسیم میشوند.
چگونه بر اساس معادله واکنش شیمیایی محاسبه انجام دهیم؟
ضرایب معادله، نسبت مقادیر مواد را بر حسب مول تعیین میکنند. ترتیب به این صورت است: معادله را بنویسید و ضرایب را تنظیم کنید، جرم یا حجم معلوم را به مقدار ماده تبدیل کنید، مقدار ماده مورد نظر را بر اساس نسبت ضرایب پیدا کنید و سپس آن را دوباره به جرم یا حجم تبدیل کنید. اگر ضرایب به درستی تنظیم نشده باشند، کل محاسبه اشتباه خواهد بود.
چرا در معادله علامت مساوی و در طرح کلی فلش قرار داده میشود؟
فلش به معنای «تبدیل میشود به» است و اجازه میدهد که اتمها هنوز موازنه نشده باشند. علامت مساوی میگوید که هر دو طرف واقعاً از نظر تعداد اتمهای هر عنصر برابر هستند، یعنی قانون پایستگی جرم رعایت شده است، بنابراین مساوی فقط پس از تنظیم ضرایب قرار داده میشود. در عمل مدرسه، فلش اغلب در معادله نهایی نیز باقی میماند - این اشتباه نیست، اگر تعادل برقرار شده باشد.
