Úvodní Chemie – Přednáška A Lab

předchozí kapitola zavedla použití symbolů prvků pro reprezentaci jednotlivých atomů., Když se atomy získat nebo ztratit elektrony, aby výnos ionty, nebo kombinovat s jinými atomy tvoří molekuly, jejich symboly jsou modifikovány nebo kombinovány pro vytvoření chemických vzorců, které vhodně reprezentují tyto druhy. Rozšíření této symboliky, představují obě identity a relativní množství látek chemickou (nebo fyzické) změna se týká psaní a vyvážení chemické rovnice. Zvažte jako příklad reakci mezi jednou molekulou metanu (CH4) a dvěma molekulami diatomického kyslíku (O2) na výrobu jedné molekuly oxidu uhličitého (CO2) a dvou molekul vody (H2O)., Chemická rovnice představující tento proces je uvedena v horní polovině obrázku 1, přičemž molekulární modely vyplňující prostor jsou uvedeny v dolní polovině obrázku.

Tento příklad ukazuje základní aspekty chemické rovnice:

1. látky prochází reakce, se nazývají reaktanty a jejich vzorce jsou umístěny na levé straně rovnice.
2. látky generované reakcí se nazývají produkty a jejich vzorce jsou umístěny na pravém pohledu rovnice.
3. Plus znaky ( + ) oddělují jednotlivé reakční a produktové vzorce a šipka (\rightarrow) odděluje reaktant a produkt (vlevo a vpravo) strany rovnice.,
4. relativní počty reaktantů a druhů produktů jsou reprezentovány koeficienty (čísla umístěná okamžitě vlevo od každého vzorce). Koeficient 1 je obvykle vynechán.

je běžnou praxí používat v chemické rovnici nejmenší možné koeficienty celého čísla, jak je tomu v tomto příkladu. Uvědomit si však, že tyto koeficienty představují relativní čísla reaktantů a produktů, a proto, mohou být správně interpretovány jako poměr. Metan a kyslík reagují na výtěžek oxidu uhličitého a vody v poměru 1: 2: 1: 2., Tento poměr je splněn, pokud jsou počty těchto molekul 1-2-1-2 nebo 2-4-2-4 nebo 3-6-3-6 a tak dále (Obrázek 2). Navíc, tyto koeficienty mohou být interpretovány s ohledem na množství (počet) jednotky, a tak tato rovnice může být správně číst v mnoha způsoby, včetně:

• Jedna molekula metanu a dvě molekuly kyslíku reagují na výnos jedna molekula oxidu uhličitého a dvou molekul vody.
• tucet molekul metanu a dvě desítky molekul kyslíku reagují na výtěžek jednoho tuctu molekul oxidu uhličitého a dvou desítek molekul vody.,
• jeden mol molekul metanu a 2 mol molekul kyslíku reagují na výtěžek 1 mol molekul oxidu uhličitého a 2 mol molekul vody.

vyvažovací rovnice

vyvážená chemická rovnice má stejný počet atomů pro každý prvek zapojený do reakce jsou zastoupeny na reaktantu a produktových stranách., To je požadavek, který rovnice musí splňovat, aby byla v souladu se zákonem zachování hmoty. To může být potvrzeno pouhým sečtením počtu atomů na obou stranách šipky a porovnáním těchto částek, aby se zajistilo, že jsou stejné. Všimněte si, že počet atomů pro daný prvek se vypočítá vynásobením koeficientu jakéhokoli vzorce obsahujícího tento prvek indexem prvku ve vzorci. Pokud se prvek objeví ve více než jednom vzorci na dané straně rovnice, musí být vypočítán počet atomů zastoupených v každém z nich a poté přidán dohromady., Například, jak produkt druhů v příkladu reakce, CO2 a H2O obsahují prvek kyslík, a tak počet atomů kyslíku na výrobku straně rovnice je

rovnice pro reakce mezi metanu a kyslíku se získá oxid uhličitý a vodu je potvrzen vyvážené za tento přístup, jak je znázorněno zde:

{\text{CH}}_{4}+2{\text{O}}_{2}\rightarrow{\text{CO}}_{2}+2{\text{H}}_{2}\text{O}

Element	Reaktanty	Produkty	Vyvážené?,
C	1 × 1 = 1	1 × 1 = 1	1 = 1, yes
H	4 × 1 = 4	2 × 2 = 4	4 = 4, yes
O	2 × 2 = 4	(1 × 2) + (2 × 1) = 4	4 = 4, yes

A balanced chemical equation often may be derived from a qualitative description of some chemical reaction by a fairly simple approach known as balancing by inspection., Zvažte jako příklad rozklad vody za účelem získání molekulárního vodíku a kyslíku. Tento proces představuje kvalitativně nevyvážená chemické rovnice:

{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(unbalanced)}

Porovnání počtu H a O atomů na obou stranách rovnice potvrzuje jeho nerovnováha:

Element	Reaktanty	Produkty	Vyvážené?,
H	1 × 2 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ano
O	1 × 1 = 1	1 × 2 = 2	1 ≠ 2, ne

počet H atomů v reaktantu a produktu stranách rovnice jsou stejné, ale čísla o atomy nejsou. Pro dosažení rovnováhy mohou být koeficienty rovnice podle potřeby změněny., Mějte samozřejmě na paměti, že vzorce subscripts definují částečně identitu látky, a proto je nelze změnit bez změny kvalitativního významu rovnice. Například změna vzorce reaktantu z H2O na H2O2 by přinesla rovnováhu v počtu atomů, ale zároveň mění identitu reaktantu (nyní je to peroxid vodíku a ne voda). Rovnováhy O atom lze dosáhnout změnou koeficientu pro H2O na 2.,

\mathbf{2}\text{H}_{2}\text{O}\rightarrow{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(unbalanced)}

Element	Reactants	Products	Balanced?,
H	2 × 2 = 4	1 × 2 = 2	4 ≠ 2, ne
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ano

H atom bilance byla rozrušená tím, že tato změna, ale to je snadno obnovena změnou koeficientu pro 2h produkt 2.,

2{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow\mathbf{2}{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}\text{(balanced)}

Element	Reactants	Products	Balanced?,r>	H	2 × 2 = 4	2 × 2 = 2	4 = 4, ano
O	2 × 1 = 2	1 × 2 = 2	2 = 2, ano

Tyto koeficienty výnos stejný počet obou H a O atomů v reaktantu a produktu stranách, a vyvážená rovnice je tedy:

2{\text{H}}_{2}\text{O}\rightarrow 2{\text{H}}_{2}+{\text{O}}_{2}

někdy je výhodné použít zlomků místo celých čísel jako meziprodukt koeficienty v procesu vyrovnávání chemických rovnic., Když rovnováhy je dosaženo, všechny rovnice koeficienty mohou pak vynásobí celé číslo převést frakční koeficienty celá čísla, aniž by narušil atom rovnováhu., \displaystyle\frac{7}{2} , je používán místo toho, aby výnos prozatímní vyváženou rovnici:

{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{6}+\frac{7}{2}{\text{O}}_{2}\rightarrow 3{\text{H}}_{2}\text{O}+2{\text{CO}}_{2}

konvenční vyváženou rovnici s celočíselnými-pouze koeficienty se odvodí násobením každého koeficientu 2:

2{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{6}+7{\text{O}}_{2}\rightarrow 6{\text{H}}_{2}\text{O}+4{\text{CO}}_{2}

a Konečně, s ohledem na vyvážený rovnic, připomeňme si, že úmluva určuje použití nejmenší celé číslo koeficienty., I když rovnice pro reakce mezi molekulárním dusíku a molekulární vodík k výrobě amoniaku je skutečně vyvážená,

3{\text{N}}_{2}+9{\text{H}}_{2}\rightarrow 6{\text{NH}}_{3}

koeficienty jsou nejmenší možná celá čísla představující relativní množství reaktantu a produktu molekuly., Dělící každý koeficient podle největší společný faktor, 3, dává přednost rovnice:

{\text{N}}_{2}+3{\text{H}}_{2}\rightarrow 2{\text{NH}}_{3}

Další Informace v Chemických Rovnic

skupenství reaktantů a produktů v chemických rovnic velmi často jsou označeny v závorkách zkratka následujícího vzorce. Běžné zkratky patří s pro pevné látky, l pro kapaliny, g pro plyny a aq pro látky rozpuštěné ve vodě (vodné roztoky, jak je představen v předchozí kapitole)., Tyto zápisy jsou ilustrovány na příkladu rovnice:

2\text{Na(}y\text{)}+2{\text{H}}_{2}\text{O(}l\text{)}\rightarrow 2\text{NaOH(}aq\text{)}+{\text{H}}_{2}\text{(}g\text{)}

Tato rovnice představuje reakce, která se odehrává, když se kovový sodík, který je umístěn ve vodě. Pevný sodík reaguje s kapalnou vodou za vzniku molekulárního vodíkového plynu a iontové sloučeniny hydroxidu sodného (pevné látky v čisté formě, ale snadno rozpuštěné ve vodě).,

zvláštní podmínky nezbytné pro reakci jsou někdy označeny napsáním slova nebo symbolu nad nebo pod šipkou rovnice. Například reakce prováděná zahříváním může být označena velkým řeckým písmenem delta (Δ) přes šipku.

{\text{CaCO}}_{3}\text{(}s\text{)}\stackrel{\Delta}{\rightarrow}\text{CaO(}s\text{)}+{\text{CO}}_{2}\text{(}g\text{)}

Další příklady těchto zvláštních podmínek se lze setkat podrobněji v dalších kapitolách.,

rovnice pro iontové reakce

vzhledem k množství vody na Zemi je důvodem, že ve vodných médiích dochází k mnoha chemickým reakcím. Když jsou ionty zapojeny do těchto reakcí, chemické rovnice mohou být psány s různými úrovněmi detailů odpovídajících jejich zamýšlenému použití. Pro ilustraci, zvažte reakci mezi iontové sloučeniny probíhá ve vodném roztoku., Když vodných roztoků CaCl2 a AgNO3 jsou smíšené, reakce probíhá výrobu vodných Ca(NO3)2 a pevného AgCl:

Tento vyvážený rovnice, odvozené v obvyklým způsobem, se nazývá molekulární rovnice, protože to není výslovně představují iontové druhy, které jsou přítomny v roztoku. Při iontové sloučeniny se rozpustí ve vodě, mohou disociovat na své ustavující ionty, které jsou následně rozptýleny homogenně po celé výsledné řešení (důkladné diskusi o tomto důležitém procesu je uveden v kapitole na řešení)., Iontové sloučeniny rozpuštěné ve vodě, jsou proto více realisticky reprezentován jako disociované ionty, v tomto případě:

na Rozdíl od těchto tří iontové sloučeniny, AgCl se nerozpouští ve vodě, do značné míry, jak znamenal jeho fyzický stav notace, s.

Výslovně zastupující všechny rozpuštěné ionty má za následek úplné iontové rovnice., V tomto konkrétním případě, vzorce pro rozpuštěné iontové sloučeniny jsou nahrazeny vzorce pro jejich disociované ionty:

Zkoumá tato rovnice ukazuje, že dvě chemické látky, které jsou přítomny v totožné podobě na obou stranách šipky, Ca2+(aq) a {\text{NE}}_{3}{}^{-}\text{(}aq\text{)}., ani chemicky ani fyzikálně měnit proces, a tak mohou být odstraněny z rovnice se získá více stručné zastoupení tzv. čisté iontové rovnice:

v Návaznosti na úmluvu pomocí nejmenší možná celá čísla jako koeficienty, tato rovnice je pak napsáno:

{\text{Cl}}^{\text{-}}\text{(}aq\text{)}+{\text{Ag}}^{+}\text{(}aq\text{)}\rightarrow\text{AgCl(}s\text{)}

Tento čistý iontové rovnice ukazuje, že pevný chlorid stříbrný může být vyrobeno z rozpuštěného chloridu sodného a stříbro(I) ionty, bez ohledu na zdroj těchto iontů., Tyto molekulární a kompletní iontové rovnice poskytují další informace, jmenovitě iontové sloučeniny používané jako zdroje Cl-a Ag+.

---