Химиялық реакция теңдеуі — бұл заттардың формулаларымен реакцияны жазу, онда әр элементтің атомдарының саны сол жақта да, оң жақта да бірдей. Схема теңдеуге айналуы үшін формулалардың алдына коэффициенттер қойылады: бұл массаның сақталу заңымен талап етіледі. Мұнда схема мен теңдеудің айырмашылығы, коэффициенттерді қоюдың қадамдық алгоритмі (металл → бейметалл → сутек → оттек), реакция типтерінің кестесі, жиі кездесетін қателер және тақырыпты бірден бекітуге болатын интерактивті тренажер қарастырылған.
Реакция сызбасы және реакция теңдеуі: айырмашылығы неде
Темір оттегінде жанып, темір(III) оксидін түзіп жатқанда, бірінші жазба былай көрінеді: сол жақта бастапқы заттардың формулалары, оң жақта — өнімдердің формулалары, арасында — жебе. Бұл — реакция сызбасы.
Схема әлі теңдеу болып табылмайды. Онда не неге айналатыны айтылады, бірақ қанша алынатыны айтылмайды: темір және оттек атомдарының саны сол және оң жақта әртүрлі. Массаның сақталу заңы бойынша бұлай болуы мүмкін емес.
Жазу теңдеуі реакция болып, формулалардың алдына коэффициенттер — атомдар санын теңестіретін сандар қойылғанда ғана саналады. Бір реакцияның екі жазбасын салыстырыңыз.
| Атом | Сол жақта | Оң жақта |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 1 | 2 |
| $\mathrm{O}$ | 2 | 3 |
| Атом | Сол жақта | Оң жақта |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 4 | 4 |
| $\mathrm{O}$ | 6 | 6 |
Массаның сақталу заңы: коэффициенттер не үшін қажет
Заттардың массасының сақталу заңын М. В. Ломоносов (1748) тұжырымдаған, кейін А. Лавуазье тәуелсіз растаған: реакцияға түскен заттардың массасы, түзілген заттардың массасына тең.
Себебі қарапайым: химиялық реакция кезінде атомдар жоғалып та, пайда болып та жатпайды. Ескі байланыстар үзіледі, жаңалары түзіледі, ал атомдар тек қайта топтасады. Реакцияға дейін темір атомдары қанша болса, содан кейін де сонша қалады — тек енді олар басқа заттың құрамына кіреді.
Сол себепті теңдеуге басты талап: әр элементтің атомдарының саны сол жақта осы элементтің атомдарының санына тең болуы керек. Мұны іске асырудың жалғыз заңды жолы — коэффициенттерді таңдау.
Коэффициент формуланың алдына қойылады және ондағы барлық атомдарды, жақша ішіндегі атомдарды қоса есептегенде, көбейтеді. Мысалы, \(\mathrm{3Ca(OH)_2}\) жазбасы кальций гидроксидінің үш формулалық бірлігін білдіреді: \(\mathrm{Ca}\) атомдары — 3, \(\mathrm{O}\) атомдары — 6, \(\mathrm{H}\) атомдары — 6. Коэффициент 1 жазылмайды, бірақ ол бар деп есептеледі.
Реакция теңдеуіндегі коэффициенттерді қалай қоюға болады: алгоритм
Коэффициенттерді қою — бұл кездейсоқ таңдау емес, қысқаша процедура. Ондағы реттілік маңызды: алдымен бір затта сол жақта және бір затта оң жақта кездесетін элементтерді теңестіреді, тек содан кейін сутек пен оттекті — олар әдетте бірнеше затқа бөлінген және соңғы болып реттеледі.
Мектептегі реттілік тізбек бойынша есте сақталады: металл → бейметалл → сутек → оттек. Алгоритмнің алты қадамы — төменде.
Егер қандай да бір қадамда бөлшек коэффициент шықса (мысалы, газдың екіатомды молекуласының алдында 3/2), бұл қателік те, тұйық та емес: теңестіруді аяғына дейін жеткізіңіз, содан кейін барлық коэффициенттерді бірден 2-ге көбейтіңіз — бөлшектер жоғалады, тепе-теңдік сақталады.
Жоғары сыныптарда тотығу-тотықсыздану реакциялары үшін қуатты әдіс — электрондық баланс әдісі қосылады. Ол тотығу дәрежесі негізінде жұмыс істейді, бірақ алмасу және қосылу реакциялары әлі де осы қарапайым алгоритммен теңестіріледі.
Неліктен заттардың формулаларындағы индекстерді өзгертуге болмайды
Бұл сегізінші сынып оқушыларының бірінші қателігі. \(\mathrm{Na + Cl_2 \rightarrow NaCl}\) сызбасында хлор теңеспейді: сол жақта 2 атом, оң жақта 1. Зейін қоюға болады — индекс қосып \(\mathrm{NaCl_2}\) алу. Атомдар формальды түрде теңеседі, бірақ жазылған зат бар болмайды: натрий хлоридінің құрамы \(\mathrm{NaCl\), басқа ешқандай емес.
Индекс — бұл формуланың бөлігі. Ол заттың құрамымен, яғни элементтердің валенттілігімен және тотығу дәрежесімен анықталады және оны өз қалауыңыз бойынша таңдауға болмайды. Индексті өзгерту арқылы сіз заттың өзін өзгертесіз: \(\mathrm{H_2O}\) — су, ал \(\mathrm{H_2O_2}\) — сутек пероксиді, басқа қасиеттері бар мүлдем басқа қосылыс.
Коэффициент — бұл формуланың алдындағы көбейткіш. Ол тек бөлшектердің санын білдіреді, ал олардың құрамын емес, сондықтан тек коэффициенттермен теңестіруге рұқсат етіледі.
Жоғарыдағы сызба үшін дұрыс жауап: \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\). Натрий 2 және 2, хлор 2 және 2, формулалар өзгертілмеген.
Химиялық реакция типтері
Теңдеулер реакцияға қанша зат түсетініне және қанша түзілетініне қарай жіктеледі. Негізгі мектепте төрт тип бөлінеді: қосылу, ыдырау, алмасу және алмастыру.
Типті анықтау коэффициенттерді қою алдында пайдалы: ол оң жақта қандай заттар болатынын және олардың қанша болатынын көрсетеді, демек, сызбаның өзінде қателеспеуге көмектеседі.
| Реакция типі | Жалпы сызба және мысал |
|---|---|
| Қосылу | $\mathrm{A + B \rightarrow AB}$$\mathrm{4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$ |
| Ыдырау | $\mathrm{AB \rightarrow A + B}$$\mathrm{2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2}$ |
| Алмастыру | $\mathrm{A + BC \rightarrow AC + B}$$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$ |
| Алмасу | $\mathrm{AB + CD \rightarrow AD + CB}$$\mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}$ |
Химиялық реакция теңдеуіндегі коэффициенттердің қосындысы
Тесттер мен бақылау жұмыстарында жиі бүкіл теңдеуді емес, коэффициенттердің қосындысын сұрайды — бұл оның дұрыс құрылғанын тексерудің жылдам әдісі. Оны есептеу оңай: сол және оң жақтағы барлық коэффициенттерді қосады.
\(\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}\) теңдеуі үшін қосынды 4 + 3 + 2 = 9 құрайды.
Балл жоғалтатын үш орын:
- көрінбейтін бірлік те есептеледі. \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\) теңдеуінде үш коэффициент те 1-ге тең, сондықтан қосынды 3 құрайды;
- индекстер қосындыға кірмейді — тек формулалардың алдындағы сандар қосылады;
- коэффициенттер ең кіші бүтін болуы керек. \(\mathrm{4Na + 2Cl_2 \rightarrow 4NaCl}\) жазбасы атомдар бойынша дұрыс, бірақ барлық сандар 2-ге бөлінеді, сондықтан оны 2, 1, 2-ге қысқартады — және дұрыс қосынды 5 болады, 10 емес.
Химиялық реакция теңдеулері бойынша есептеулер: коэффициенттер — бұл мольдер
Коэффициенттер тек атомдардың тепе-теңдігі үшін ғана қажет емес. Олар заттардың реакцияға түсетін және түзілетін мөлшерлерінің қатынасын (мольмен) көрсетеді. Бұл есептеу есептеріне көпір болып табылады.
\(\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}\) теңдеуі былай оқылады: 1 моль азот 3 моль сутекпен реакцияға түсіп, 2 моль аммиак береді. 1 : 3 : 2 қатынасы кез келген зат мөлшерінде сақталады.
Сол себепті теңдеу бойынша есептеудің әдеттегі сызбасы: берілген массаны немесе көлемді зат мөлшеріне айналдыру, коэффициенттер бойынша ізделінді зат мөлшерін табу және массаға немесе көлемге қайта оралу. Есептеу есептерінің өзі — бөлек үлкен тақырып, бірақ ол әрқашан осы жерден басталады: дұрыс емес қойылған коэффициенттер кезінде мұндай есептеудің кез келгені қате нәтиже береді.
Коэффициенттерді қою мысалдары
1-мысал. Метанның жануы
Тапсырма: \(\mathrm{CH_4 + O_2}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{CO_2 + H_2O}\) сызбасына коэффициенттерді қойыңыз.
1–2-қадамдар. Атомдарды санаймыз. Сол жақта: көміртегі 1, сутек 4, оттек 2. Оң жақта: көміртегі 1, сутек 2, оттек 2 + 1 = 3.
3-қадам. Сызбада металл жоқ — бейметаллға өтеміз.
4-қадам. Көміртегі: сол жақта 1 және оң жақта 1, әлдеқашан теңескен.
5-қадам. Сутек: сол жақта 4, оң жақта 2 — судың алдына 2 коэффициентін қоямыз, оң жақта сутек 4 болады. Енді оттек: оң жақта 2 (\(\mathrm{CO_2}\)-да) + 2 (екі \(\mathrm{H_2O}\)-да) = 4 атом, сол жақта 2 — \(\mathrm{O_2}\)-ның алдына 2 коэффициентін қоямыз.
6-қадам. Бөлшектер жоқ. Тексеру: көміртегі 1 және 1, сутек 4 және 4, оттек 4 және 4.
Жауап: \(\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}\), коэффициенттердің қосындысы 1 + 2 + 1 + 2 = 6.
2-мысал. Алюминий және күкірт қышқылы
Тапсырма: \(\mathrm{Al + H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + H_2}\) сызбасына коэффициенттерді қойыңыз.
3-қадам. Металдан бастаймыз. Сол жақта алюминий 1, оң жақта 2 — 2 алдына \(\mathrm{Al}\) қоямыз.
4-қадам. \(\mathrm{SO_4}\) қышқыл қалдығын тұтас блок ретінде есептеу ыңғайлы: оң жақта оның 3, сол жақта 1 — 3 алдына \(\mathrm{H_2SO_4}\) қоямыз.
5-қадам. Сутек: сол жақта 3 · 2 = 6 атом болды, демек оң жақта 3 \(\mathrm{H_2}\) молекуласы қажет. Оттекті соңғы болып тексереміз: сол жақта 3 · 4 = 12, оң жақта 3 · 4 = 12.
6-қадам. Барлық элементтер бойынша тексеру: алюминий 2 және 2, күкірт 3 және 3, оттек 12 және 12, сутек 6 және 6.
Жауап: \(\mathrm{2Al + 3H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}\), коэффициенттердің қосындысы 2 + 3 + 1 + 3 = 9.
3-мысал. Бөлшек пайда болғанда
Тапсырма: \(\mathrm{Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\) сызбасына коэффициенттерді қойыңыз.
3-қадам. Металл: темір сол жақта және оң жақта бір атомнан — әзірге теңеседі.
4-қадам. Хлор: сол жақта атомдар жұппен келеді, оң жақта олар 3. 3 атом алу үшін, \(\mathrm{Cl_2}\)-ның алдына 3/2 коэффициенті қажет — \(\mathrm{Fe + 1{,}5Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\) шығады. Атомдар теңесті, бірақ бөлшек коэффициентті жауапта қалдыру әдетке жатпайды.
6-қадам. Барлық коэффициенттерді 2-ге көбейтеміз: темір 1 · 2 = 2, хлор 1,5 · 2 = 3, өнім 1 · 2 = 2.
Тексеру: темір 2 және 2, хлор 6 және 6.
Жауап: \(\mathrm{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}\), коэффициенттердің қосындысы 2 + 3 + 2 = 7.
Коэффициенттерді қою кезіндегі жиі кездесетін қателер
-
«Теңестірдім» деп заттың формуласын өзгерткен: сутектің жану сызбасындағы атомдарды теңестіру үшін индекс қосып, судың орнына сутек пероксидін алған.
\(\mathrm{H_2O_2}\) — бұл басқа зат, ал реакция басқаша болар еді. Индекстер тиіспейді, оларды заттың құрамы анықтайды. Дұрыс жауап тек коэффициенттер арқылы жетеді: \(\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}\).
-
Коэффициентті формуланың ішіне қояды: $\mathrm{Na2Cl}$ деп жазады $\mathrm{2NaCl}$ орнына.
Коэффициент тек тұтас формуланың алдында тұрады және бүкіл затқа қатысты. Формула ішіндегі сан — бұл индекс, яғни басқа құрам. Егер формуланың алдында ештеңе жазылмаса, коэффициент 1-ге тең.
-
Формуланың барлық атомдарын коэффициент көбейтілетінін ұмытады: $\mathrm{2H_2SO_4}$ жазбасында 2 сутек атомын есептейді.
Әр индексті көбейту қажет: \(\mathrm{2H_2SO_4}\)-да сутек 2 · 2 = 4 атом, күкірт 2 · 1 = 2, оттек 2 · 4 = 8. Жақша ішіндегілер де солай: \(\mathrm{2Ca(NO_3)_2}\)-да азот 2 · 2 = 4, оттек 2 · 6 = 12.
-
Оттек немесе сутектен теңестіруді бастайды.
Оттек пен сутек бірден бірнеше затқа кіреді, сондықтан олардың коэффициенттері әр келесі қадамнан кейін бұзылып отырады. Металл → бейметалл → сутек → оттек реттілігі уақытты үнемдейді: соңына қарай тек бір элементті реттеу қалады.
-
Бөлшек коэффициентті көргенде теңестіруді тастайды немесе жауапта бөлшекті қалдырады.
Бөлшек — бұл аралық нәтиже. Теңестіруді аяғына дейін жеткізіңіз, содан кейін барлық коэффициенттерді бөлшектің бөліміне (әдетте 2-ге) көбейтіңіз. Атомдар тепе-теңдігі бұзылмайды, ал сандар бүтін болады.
-
Коэффициенттердің қосындысын есептегенде көрінбейтін бірліктерді өткізіп алады.
Коэффициент 1 жазылмайды, бірақ қосындыға қатысады. \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\) теңдеуінде қосынды 2 + 1 + 2 = 5 құрайды, 4 емес.
-
Қорытынды тексеруді жасамайды және әр элемент теңеспеген теңдеуді тапсырады.
Алгоритмнің соңғы қадамы міндетті: барлық элементтерді ретімен өтіп, сол және оң жақтағы атомдар санын салыстырыңыз. Қателік көбінесе оттектің есебінен болады, себебі оны соңғы болып санайды.
Сұрақтар мен жауаптар
Реакция сызбасы реакция теңдеуінен қалай ерекшеленеді?
Реакция сызбасы тек реакцияға қандай заттар түсетінін және қандай заттар түзілетінін көрсетеді: сол жақта формулалар, оң жақта формулалар, арасында — жебе. Ол коэффициенттер қойылғаннан кейін, әр элементтің атомдарының саны сол жақта оң жақтағы санына тең болғанда теңдеуге айналады. Қарапайым сөзбен айтқанда, сызба «не неге айналады» деген сұраққа жауап береді, ал теңдеу «қанша» деген сұраққа да жауап береді.
Реакция теңдеуіндегі коэффициент дегеніміз не және ол индексіден қалай ерекшеленеді?
Коэффициент — бұл заттың формуласының алдындағы сан, ол бөлшектердің санын көрсетеді және формуланың барлық атомдарын, жақша ішіндегі атомдарды қоса есептегенде, көбейтеді. Индекс — бұл формула ішіндегі төменгі оң жақтағы кішкентай сан, ол заттың құрамын көрсетеді. Теңестіру кезінде коэффициенттер таңдалады, ал индекстерді өзгертуге болмайды: индексді өзгертсең, басқа затты және басқа реакцияны аласыз.
Химиялық реакция теңдеуіндегі коэффициенттердің қосындысын қалай табуға болады?
Алдымен коэффициенттерді дұрыс қойыңыз, содан кейін сол және оң жақтағы барлық формулалардың алдындағы сандарды қосыңыз. Коэффициент 1 жазылмайды, бірақ қосындыға кіреді. Индекстер қосындыға кірмейді. Және коэффициенттер ең кіші бүтін сандар болуы керек: егер олардың барлығы жалпы көбейткішке бөлінсе, теңдеуді қысқарту қажет, әйтпесе қосынды жоғары болып шығады.
Коэффициенттерді қоюды қандай элементтен бастау керек?
Сол жақта бір затта және оң жақта бір затта кездесетін элементтен. Тәжірибеде бұл металл → бейметалл (сутек пен оттектен басқа) → сутек → оттек реттілігі. Оттек пен сутекті соңғыға қалдырады, себебі олар бірден бірнеше затқа кіреді және бұрын табылған коэффициенттерге сәйкес реттеледі.
Бөлшек коэффициенттерді қоюға бола ма?
Аралық есептеулерде — иә, бұл ыңғайлы әдіс: екіатомды газ молекуласының алдында жиі 3/2 немесе 5/2 шығады. Бірақ соңғы жауапта коэффициенттер бүтін болуы керек, сондықтан соңында теңдеудің барлық коэффициенттерін бөлшектің бөліміне, әдетте 2-ге көбейтеді. Атомдар тепе-теңдігі бұзылмайды, ал сандар бүтін болады.
Химиялық реакциялардың қандай типтері бар?
Бастапқы заттар мен өнімдердің саны мен құрамы бойынша негізгі төрт тип бөлінеді: қосылу (бірнеше заттан біреуі түзіледі), ыдырау (бір заттан бірнешеуі түзіледі), алмастыру (жай зат күрделі заттан элементті ығыстырады) және алмасу (екі күрделі зат құрамдас бөліктерімен алмасады). Жеке алғанда реакциялар тотығу-тотықсыздану және тотығу дәрежелері өзгермей жүретін реакцияларға, сондай-ақ экзотермиялық және эндотермиялық реакцияларға бөлінеді.
Химиялық реакция теңдеуі бойынша есептеуді қалай жасауға болады?
Теңдеу коэффициенттері зат мөлшерлерінің қатынасын мольмен анықтайды. Реттілік былай: теңдеуді жазып, коэффициенттерді қою, белгілі массаны немесе көлемді зат мөлшеріне айналдыру, коэффициенттер қатынасы бойынша ізделінді зат мөлшерін табу, содан кейін оны массаға немесе көлемге қайта айналдыру. Егер коэффициенттер дұрыс қойылмаса, бүкіл есептеу қате болады.
Неліктен теңдеуде теңдік белгісі, ал сызбада — жебе қойылады?
Жебе «айналады» дегенді білдіреді және атомдар әлі теңеспегенін білдіреді. Теңдік белгісі екі жақтың да әр элементтің атомдары саны бойынша тең екенін, яғни массаның сақталу заңы орындалғанын көрсетеді, сондықтан теңдік тек коэффициенттер қойылғаннан кейін қойылады. Мектеп тәжірибесінде жебе дайын теңдеуде де жиі қалдырылады — егер тепе-теңдік сақталса, бұл қателік емес.
