Баланс химических реакций
Химический закон сохранения масс гласит: "Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции".
Это значит, что количество атомов, содержащихся в реагентах, до реакции и после - одинаково.
Любая химическая реакция описывается химическим уравнением. Количество каждого химического элемента в обеих частях уравнения должно быть одинаковым - уравнение должно быть сбалансированным.
В результате взаимодействия газообразного азота и водорода получается аммиак:
N2 (г) + H2 (г) → NH3 (г)
Уравнение показывает какие вещества участвуют в реакции и какое вещество получается, но уравнение не дает ответ на вопрос о необходимом количестве реагентов для получения аммиака. Чтобы провести баланс масс, необходимо, чтобы количество одноименных атомов в левой и правой частях уравнения было одинаково. Делается это с помощью простановки коэффициентов перед компонентами уравнения. Например:
- молекула воды Н2О содержит один атом кислорода и два атома водорода;
- молекула воды с катионом 2- 2Н2О содержит 2 атома кислорода и 4 атома водорода, и т.д.
Вернемся к формуле получения аммиака:
N2 (г) + H2 (г) → NH3 (г)
Нетрудно заметить, что в левой части находится два атома азота и два атома водорода. В правой части - один атом азота и три атома водорода. Чтобы сбалансировать это уравнение, необходимо его правую часть умножить на 2. После этого в левой части поставить коэффициент 3 для водорода:
N2 (г) + 3H2 (г) → 2NH3 (г)
Теперь уравнение сбалансировано: в левой части два атома азота и шесть атомов водорода, и в правой части такое же количество атомов азота и водорода.
Разберём ещё один пример.
Дана следующая схема химической реакции:
Al+HCl → AlCl3+H2
С алюминием полный порядок - в левой и правой части схемы стоит по одному атому этого металла.
С водородом и хлором прдиётся поработать, поскольку, в левой части схемы стоит по одному атому, а в правой - 3 атома хлора и два водорода. В получившимся отношении 1:2:3 наименьшим общим кратным будет число 6.
Делим 6:1=6; 6:2=3; 6:3=2, и дописываем получившиеся коэффициенты:
Al+6HCl → 2AlCl3+3H2
Теперь у нас получился "непорядочек" с алюминием, которого в правой части стало 2 атома, а в левой - остался один. Не беда, ничего не мешает нам уравнять кол-во этого металла в левой и правой частях, дописав слева 2:
2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2
Теперь полный порядок, о чем свидетельствует замена стрелки на знак равенства.
Следует помнить, что стехиометрические коэффициенты в химическом уравнении (не путать с индексами) показывают не только число молекул, но и число молей, как исходных веществ, так и продуктов их реакции.
Вышеприведенное уравнение показывает, что в результате взаимодействия двух молей алюминия и шести молей хлороводорода образуются два моля хлорида алюминия и три моля водорода. В этом можно убедиться "воочию", если посчитать молярные массы.
2M(Al)+6M(HCl) = 2·27 + 6·36,5 = 273 2M(AlCl3)+3M(H2) = 2·133,5+3·2 = 273
