Persamaan tindak balas kimia ialah perwakilan tindak balas menggunakan formula bahan, di mana bilangan atom bagi setiap unsur adalah sama di sebelah kiri dan kanan. Untuk menukar skema kepada persamaan, pekali diletakkan di hadapan formula: ini diperlukan oleh hukum pemuliharaan jisim. Di sini diterangkan perbezaan antara skema dan persamaan, algoritma langkah demi langkah untuk mengimbangi (logam → bukan logam → hidrogen → oksigen), jadual jenis tindak balas, kesilapan biasa dan simulator interaktif untuk mengukuhkan topik ini.
Skema Tindak Balas dan Persamaan Tindak Balas: Apa Perbezaannya
Apabila besi terbakar dalam oksigen dan menghasilkan ferum(III) oksida, perwakilan pertama kelihatan seperti ini: di sebelah kiri ialah formula bahan tindak balas, di sebelah kanan ialah formula produk, dan di antara keduanya ialah anak panah. Ini ialah skema tindak balas.
Skema belum lagi menjadi persamaan. Ia menyatakan apa yang bertukar menjadi apa, tetapi tidak menyatakan berapa banyak yang diambil: bilangan atom besi dan oksigen di sebelah kiri dan kanan tidak sama. Menurut hukum pemuliharaan jisim, ini tidak boleh berlaku.
Perwakilan menjadi persamaan tindak balas apabila pekali diletakkan di hadapan formula - nombor yang mengimbangi bilangan atom bagi setiap unsur. Bandingkan kedua-dua perwakilan bagi tindak balas yang sama.
| Atom | Kiri | Kanan |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 1 | 2 |
| $\mathrm{O}$ | 2 | 3 |
| Atom | Kiri | Kanan |
|---|---|---|
| $\mathrm{Fe}$ | 4 | 4 |
| $\mathrm{O}$ | 6 | 6 |
Hukum Pemuliharaan Jisim: Mengapa Pekali Diperlukan
Hukum pemuliharaan jisim bahan dirumuskan oleh M. V. Lomonosov (1748), dan kemudiannya disahkan secara bebas oleh A. Lavoisier: jisim bahan yang bertindak balas adalah sama dengan jisim bahan yang dihasilkan.
Sebabnya mudah: semasa tindak balas kimia, atom tidak hilang atau muncul entah dari mana. Ikatan lama putus, ikatan baru terbentuk, dan atom hanya menyusun semula. Berapa banyak atom besi ada sebelum tindak balas, sebanyak itulah yang tinggal selepasnya - hanya sahaja kini ia menjadi sebahagian daripada bahan yang berbeza.
Oleh itu, keperluan utama untuk persamaan: bilangan atom bagi setiap unsur di sebelah kiri mesti sama dengan bilangan atom unsur tersebut di sebelah kanan. Satu-satunya cara yang sah untuk mencapainya ialah dengan mencari pekali.
Pekali diletakkan di hadapan formula dan mendarab semua atom di dalamnya, termasuk atom di dalam kurungan. Contohnya, perwakilan \(\mathrm{3Ca(OH)_2}\) bermaksud tiga unit formula kalsium hidroksida: 3 atom \(\mathrm{Ca}\), 6 atom \(\mathrm{O}\), 6 atom \(\mathrm{H}\). Pekali 1 tidak ditulis, tetapi ia tersirat.
Cara Mengimbangi Pekali dalam Persamaan Tindak Balas: Algoritma
Mengimbangi pekali bukanlah satu proses tekaan, tetapi satu prosedur ringkas. Urutannya penting: pertama, imbangkan unsur yang muncul tepat dalam satu bahan di sebelah kiri dan satu di sebelah kanan, dan hanya kemudian hidrogen dan oksigen - ia biasanya diedarkan ke beberapa bahan dan diselaraskan terakhir.
Urutan sekolah boleh diingat melalui rantai: logam → bukan logam → hidrogen → oksigen. Enam langkah algoritma - di bawah.
Jika pada mana-mana langkah pekali pecahan muncul (contohnya, 3/2 di hadapan molekul gas dwiatom), ini bukan kesilapan atau jalan buntu: selesaikan pengimbangan sehingga akhir, kemudian darab semua pekali dengan 2 - pecahan akan hilang, keseimbangan akan dikekalkan.
Dalam tingkatan yang lebih tinggi, kaedah yang lebih berkuasa - kaedah keseimbangan elektron - ditambah untuk tindak balas redoks. Ia bergantung pada tahap pengoksidaan, tetapi tindak balas pelarasan dan gabungan masih diimbangi menggunakan algoritma ringkas ini.
Mengapa Anda Tidak Boleh Mengubah Indeks dalam Formula Bahan
Ini adalah kesilapan nombor satu bagi pelajar tingkatan 8. Dalam skema \(\mathrm{Na + Cl_2 \rightarrow NaCl}\), klorin tidak seimbang: 2 atom di sebelah kiri, 1 di sebelah kanan. Godaan adalah besar - untuk menambah indeks dan mendapatkan \(\mathrm{NaCl_2}\). Atom secara formal akan seimbang, tetapi bahan yang ditulis tidak wujud: natrium klorida mempunyai komposisi \(\mathrm{NaCl}\), dan tiada yang lain.
Indeks ialah sebahagian daripada formula. Ia ditentukan oleh komposisi bahan, iaitu valensi dan tahap pengoksidaan unsur, dan anda tidak boleh memilihnya sesuka hati. Dengan menukar indeks, anda menukar bahan itu sendiri: \(\mathrm{H_2O}\) ialah air, dan \(\mathrm{H_2O_2}\) ialah hidrogen peroksida, sebatian yang sama sekali berbeza dengan sifat yang berbeza.
Pekali ialah pembiak di hadapan formula. Ia hanya menunjukkan kuantiti zarah, bukan komposisinya, jadi pengimbangan hanya dibenarkan menggunakan pekali.
Jawapan yang betul untuk skema di atas ialah: \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\). Natrium 2 dan 2, klorin 2 dan 2, formula tidak diubah.
Jenis Tindak Balas Kimia
Persamaan dikelaskan mengikut bilangan bahan yang bertindak balas dan bilangan yang dihasilkan. Dalam sekolah rendah, empat jenis utama dikenal pasti: gabungan, penguraian, penggantian, dan pelarasan.
Menentukan jenis sebelum mengimbangi pekali adalah berguna: ia menunjukkan bahan mana yang akan berada di sebelah kanan dan berapa banyak daripadanya, dan oleh itu, membantu mengelakkan kesilapan dalam skema itu sendiri.
| Jenis Tindak Balas | Skema Umum dan Contoh |
|---|---|
| Gabungan | $\mathrm{A + B \rightarrow AB}$$\mathrm{4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5}$ |
| Penguraian | $\mathrm{AB \rightarrow A + B}$$\mathrm{2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2}$ |
| Penggantian | $\mathrm{A + BC \rightarrow AC + B}$$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$ |
| Pelarasan | $\mathrm{AB + CD \rightarrow AD + CB}$$\mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}$ |
Jumlah Pekali dalam Persamaan Tindak Balas Kimia
Dalam ujian dan kuiz, soalan sering ditanya bukan tentang keseluruhan persamaan, tetapi tentang jumlah pekali - ini adalah cara cepat untuk menyemak sama ada ia telah disusun dengan betul. Ia dikira dengan mudah: jumlahkan semua pekali di sebelah kiri dan kanan.
Untuk persamaan \(\mathrm{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}\), jumlahnya ialah 4 + 3 + 2 = 9.
Tiga tempat di mana mata paling kerap hilang:
- satu yang tidak kelihatan juga dikira. Dalam persamaan \(\mathrm{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}\), ketiga-tiga pekali ialah 1, jadi jumlahnya ialah 3;
- indeks tidak termasuk dalam jumlah - hanya nombor di hadapan formula yang dijumlahkan;
- pekali mesti integer terkecil. Perwakilan \(\mathrm{4Na + 2Cl_2 \rightarrow 4NaCl}\) adalah betul dari segi atom, tetapi semua nombor boleh dibahagi dengan 2, jadi ia dipendekkan kepada 2, 1, 2 - dan jumlah yang betul ialah 5, bukan 10.
Pengiraan Berdasarkan Persamaan Tindak Balas Kimia: Pekali Adalah Mol
Pekali bukan sahaja diperlukan untuk mengimbangi atom. Ia menunjukkan nisbah kuantiti bahan (dalam mol) di mana bahan bertindak balas dan dihasilkan. Ini adalah jambatan kepada masalah pengiraan.
Persamaan \(\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3}\) dibaca seperti ini: 1 mol nitrogen bertindak balas dengan 3 mol hidrogen dan menghasilkan 2 mol ammonia. Nisbah 1 : 3 : 2 dikekalkan untuk sebarang kuantiti bahan.
Dari sini, skema pengiraan biasa berdasarkan persamaan: tukar jisim atau isipadu yang diberikan kepada kuantiti bahan, cari kuantiti bahan yang dicari mengikut pekali, dan kembali kepada jisim atau isipadu. Masalah pengiraan itu sendiri sudah merupakan topik besar yang berasingan, tetapi ia sentiasa bermula di sini: dengan pekali yang salah, mana-mana pengiraan sedemikian akan memberikan jawapan yang salah.
Contoh Mengimbangi Pekali
Contoh 1. Pembakaran Metana
Tugasan: imbangkan pekali dalam skema \(\mathrm{CH_4 + O_2}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{CO_2 + H_2O}\).
Langkah 1–2. Kira atom. Di sebelah kiri: 1 karbon, 4 hidrogen, 2 oksigen. Di sebelah kanan: 1 karbon, 2 hidrogen, 2 + 1 = 3 oksigen.
Langkah 3. Tiada logam dalam skema - teruskan ke bukan logam.
Langkah 4. Karbon: 1 di sebelah kiri dan 1 di sebelah kanan, sudah seimbang.
Langkah 5. Hidrogen: 4 di sebelah kiri, 2 di sebelah kanan - letakkan pekali 2 di hadapan air, menjadikan hidrogen di sebelah kanan 4. Sekarang oksigen: di sebelah kanan 2 (dalam \(\mathrm{CO_2}\)) + 2 (dalam dua \(\mathrm{H_2O}\)) = 4 atom, di sebelah kiri 2 - letakkan 2 di hadapan \(\mathrm{O_2}\).
Langkah 6. Tiada pecahan. Semakan: karbon 1 dan 1, hidrogen 4 dan 4, oksigen 4 dan 4.
Jawapan: \(\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}\), jumlah pekali 1 + 2 + 1 + 2 = 6.
Contoh 2. Aluminium dan Asid Sulfirik
Tugasan: imbangkan pekali dalam skema \(\mathrm{Al + H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + H_2}\).
Langkah 3. Mulakan dengan logam. Aluminium di sebelah kiri 1, di sebelah kanan 2 - letakkan 2 di hadapan \(\mathrm{Al}\).
Langkah 4. Kumpulan asid \(\mathrm{SO_4}\) lebih baik dikira sebagai satu unit: 3 di sebelah kanan, 1 di sebelah kiri - letakkan 3 di hadapan \(\mathrm{H_2SO_4}\).
Langkah 5. Hidrogen: di sebelah kiri menjadi 3 · 2 = 6 atom, jadi 3 molekul \(\mathrm{H_2}\) diperlukan di sebelah kanan. Semak oksigen terakhir: di sebelah kiri 3 · 4 = 12, di sebelah kanan 3 · 4 = 12.
Langkah 6. Semakan semua unsur: aluminium 2 dan 2, sulfur 3 dan 3, oksigen 12 dan 12, hidrogen 6 dan 6.
Jawapan: \(\mathrm{2Al + 3H_2SO_4}\) \(\rightarrow\) \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 3H_2}\), jumlah pekali 2 + 3 + 1 + 3 = 9.
Contoh 3. Apabila Pecahan Muncul
Tugasan: imbangkan pekali dalam skema \(\mathrm{Fe + Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\).
Langkah 3. Logam: satu atom besi di sebelah kiri dan kanan - seimbang buat masa ini.
Langkah 4. Klorin: di sebelah kiri atom datang berpasangan, di sebelah kanan ada 3. Untuk mendapatkan 3 atom, pekali 3/2 diperlukan di hadapan \(\mathrm{Cl_2}\) - menghasilkan \(\mathrm{Fe + 1{,}5Cl_2 \rightarrow FeCl_3}\). Atom seimbang, tetapi pekali pecahan tidak biasa ditinggalkan dalam jawapan.
Langkah 6. Darabkan semua pekali dengan 2: besi 1 · 2 = 2, klorin 1.5 · 2 = 3, produk 1 · 2 = 2.
Semakan: besi 2 dan 2, klorin 6 dan 6.
Jawapan: \(\mathrm{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}\), jumlah pekali 2 + 3 + 2 = 7.
Kesilapan Biasa dalam Mengimbangi Pekali
-
"Mengimbangi" dengan mengubah formula bahan: untuk menyeimbangkan atom dalam skema pembakaran hidrogen, indeks ditambah dan hidrogen peroksida dihasilkan bukannya air.
\(\mathrm{H_2O_2}\) ialah bahan yang berbeza, dan tindak balas akan menjadi berbeza. Indeks tidak boleh diusik, ia ditentukan oleh komposisi bahan. Jawapan yang betul hanya dicapai dengan pekali: \(\mathrm{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}\).
-
Pekali diletakkan di dalam formula: menulis $\mathrm{Na2Cl}$ bukannya $\mathrm{2NaCl}$.
Pekali hanya diletakkan di hadapan keseluruhan formula dan merujuk kepada keseluruhan bahan. Nombor di dalam formula ialah indeks, iaitu komposisi yang berbeza. Jika tiada apa yang ditulis di hadapan formula, pekali ialah 1.
-
Lupa bahawa pekali mendarab semua atom dalam formula: dalam perwakilan $\mathrm{2H_2SO_4}$, 2 atom hidrogen dikira.
Anda perlu mendarab setiap indeks: dalam \(\mathrm{2H_2SO_4}\), hidrogen ialah 2 · 2 = 4 atom, sulfur ialah 2 · 1 = 2, oksigen ialah 2 · 4 = 8. Perkara yang sama berlaku untuk kurungan: dalam \(\mathrm{2Ca(NO_3)_2}\), nitrogen ialah 2 · 2 = 4, oksigen ialah 2 · 6 = 12.
-
Memulakan pengimbangan dengan oksigen atau hidrogen.
Oksigen dan hidrogen masuk ke dalam beberapa bahan sekaligus, jadi pekali mereka akan terganggu selepas setiap langkah seterusnya. Urutan logam → bukan logam → hidrogen → oksigen menjimatkan masa: pada akhir, hanya satu unsur yang perlu diselaraskan.
-
Berhenti mengimbangi apabila melihat pekali pecahan, atau meninggalkan pecahan dalam jawapan.
Pecahan ialah hasil perantaraan yang normal. Selesaikan pengimbangan sehingga akhir, kemudian darab semua pekali dengan penyebut, biasanya 2. Keseimbangan atom tidak akan terganggu, dan nombor akan menjadi integer.
-
Mengira jumlah pekali, melangkau satu yang tidak kelihatan.
Pekali 1 tidak ditulis, tetapi ia mengambil bahagian dalam jumlah. Dalam persamaan \(\mathrm{2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl}\), jumlahnya ialah 2 + 1 + 2 = 5, bukan 4.
-
Tidak membuat semakan akhir dan menyerahkan persamaan di mana tidak setiap unsur seimbang.
Langkah terakhir algoritma adalah wajib: semak semua unsur secara berturut-turut dan bandingkan bilangan atom di sebelah kiri dan kanan. Kesilapan selalunya tersembunyi dalam oksigen, kerana ia dikira terakhir.
Soalan dan Jawapan
Apakah perbezaan antara skema tindak balas dan persamaan tindak balas?
Skema tindak balas hanya menunjukkan bahan mana yang bertindak balas dan mana yang dihasilkan: formula di sebelah kiri, formula di sebelah kanan, dan anak panah di antaranya. Ia menjadi persamaan selepas pekali diimbangi, apabila bilangan atom bagi setiap unsur di sebelah kiri sama dengan bilangan atom di sebelah kanan. Secara ringkas, skema menjawab soalan 'apa bertukar menjadi apa', manakala persamaan juga menjawab soalan 'berapa banyak'.
Apakah pekali dalam persamaan tindak balas dan bagaimana ia berbeza daripada indeks?
Pekali ialah nombor di hadapan formula bahan, ia menunjukkan kuantiti zarah dan mendarab semua atom dalam formula, termasuk atom dalam kurungan. Indeks ialah nombor kecil di bahagian bawah kanan di dalam formula, ia menunjukkan komposisi bahan itu sendiri. Pekali dipilih semasa mengimbangi, dan indeks tidak boleh diubah: dengan menukar indeks, anda akan mendapat bahan yang berbeza dan tindak balas yang berbeza.
Bagaimana untuk mencari jumlah pekali dalam persamaan tindak balas kimia?
Pertama, imbangkan pekali dengan betul, kemudian jumlahkan semua nombor di hadapan formula di sebelah kiri dan kanan. Pekali 1 tidak ditulis, tetapi ia diambil kira dalam jumlah. Indeks tidak termasuk dalam jumlah. Dan pekali mesti menjadi integer terkecil: jika semuanya boleh dibahagi dengan pembiak sepunya, persamaan perlu dipendekkan, jika tidak, jumlahnya akan menjadi terlalu tinggi.
Dari unsur manakah perlu bermula mengimbangi pekali?
Dari unsur yang muncul tepat dalam satu bahan di sebelah kiri dan satu di sebelah kanan. Dalam amalan, ia adalah urutan logam → bukan logam (selain hidrogen dan oksigen) → hidrogen → oksigen. Oksigen dan hidrogen ditinggalkan untuk akhir kerana ia masuk ke dalam beberapa bahan sekaligus dan diselaraskan dengan pekali yang telah ditemui.
Bolehkah pekali pecahan diletakkan?
Dalam pengiraan perantaraan - ya, ia adalah kaedah yang mudah: di hadapan molekul gas dwiatom, selalunya muncul 3/2 atau 5/2. Tetapi dalam jawapan akhir, pekali mesti integer, jadi pada akhir semua pekali persamaan didarab dengan penyebut pecahan, biasanya 2. Keseimbangan atom tidak akan terganggu oleh ini.
Apakah jenis tindak balas kimia yang ada?
Mengikut bilangan dan komposisi bahan tindak balas dan produk, empat jenis utama dikenal pasti: gabungan (daripada beberapa bahan menghasilkan satu), penguraian (daripada satu bahan menghasilkan beberapa), penggantian (bahan ringkas menggantikan unsur daripada bahan kompleks) dan pelarasan (dua bahan kompleks bertukar bahagian). Secara berasingan, tindak balas dibahagikan kepada redoks dan tindak balas yang berlaku tanpa perubahan tahap pengoksidaan, serta eksotermik dan endotermik.
Bagaimana untuk melakukan pengiraan berdasarkan persamaan tindak balas kimia?
Pekali persamaan menentukan nisbah kuantiti bahan dalam mol. Urutannya adalah seperti berikut: tulis persamaan dan imbangkan pekali, tukar jisim atau isipadu yang diketahui kepada kuantiti bahan, cari kuantiti bahan yang dicari mengikut nisbah pekali, dan kemudian tukarkannya kembali kepada jisim atau isipadu. Jika pekali tidak diimbangi dengan betul, keseluruhan pengiraan akan salah.
Mengapa tanda sama dengan digunakan dalam persamaan, dan anak panah dalam skema?
Anak panah bermaksud 'bertukar menjadi' dan membenarkan atom belum seimbang. Tanda sama dengan menunjukkan bahawa kedua-dua belah adalah sama dari segi bilangan atom setiap unsur, iaitu hukum pemuliharaan jisim dipatuhi, jadi tanda sama dengan hanya diletakkan selepas pekali diimbangi. Dalam amalan sekolah, anak panah sering ditinggalkan dalam persamaan yang siap - ini bukan kesilapan jika keseimbangan telah dicapai.
