Jak zbilansować równanie chemiczne?
Bilansowanie równania chemicznego oznacza upewnienie się, że po obu stronach strzałki jest taka sama liczba atomów każdego pierwiastka. Robi się to, wpisując całkowite współczynniki przed wzorami, nigdy zmieniając indeksy dolne. Na przykład wodór i tlen tworzą wodę w zbilansowanym równaniu 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
Dlaczego równania muszą się bilansować
Równanie chemiczne to krótki sposób opisania reakcji. Substancje wyjściowe, zwane substratami, zapisuje się po lewej, a nowe substancje, zwane produktami, po prawej. Strzałka oznacza „reagują, tworząc”.
W reakcji atomy nie powstają ani nie znikają; jedynie zamieniają się partnerami. To prawo zachowania masy, które francuski chemik Antoine Lavoisier wykazał dokładnymi doświadczeniami pod koniec XVIII wieku. Każdy atom po lewej stronie musi nadal być po prawej, więc liczba atomów każdego pierwiastka i całkowita masa pozostają takie same.
Złota zasada: zmieniaj współczynniki, nie indeksy
Współczynnik to liczba stojąca przed wzorem. Mówi, ile cząsteczek lub jednostek tej substancji bierze udział w reakcji, więc jego zmiana po prostu zmienia ilość substancji.
Zmiana indeksu dolnego jest zawsze niedozwolona, ponieważ zamienia substancję w coś innego. H₂O to woda, ale H₂O₂ to nadtlenek wodoru, zupełnie inna substancja chemiczna.
Metoda krok po kroku
Krok 1: zapisz poprawne wzory wszystkich substratów i produktów. Krok 2: policz atomy każdego pierwiastka po obu stronach. Krok 3: dodawaj współczynniki, bilansując po jednym pierwiastku. Zacznij od pierwiastka, który występuje tylko w jednej substancji po każdej stronie. Często pomaga zostawić na koniec pierwiastki w postaci wolnej, takie jak O₂ czy Fe, ponieważ zmiana ich współczynników nie zaburza żadnego innego pierwiastka. Krok 4: policz każdy pierwiastek jeszcze raz. Krok 5: upewnij się, że współczynniki są możliwie najmniejszymi liczbami całkowitymi.
Przykład 1: powstawanie wody
Zacznij od H₂ + O₂ → H₂O. Lewa strona ma 2 atomy H i 2 atomy O, ale prawa ma 2 H i tylko 1 O. Wstaw 2 przed H₂O, by mieć 2 atomy tlenu po prawej: H₂ + O₂ → 2H₂O.
Teraz prawa strona ma 4 H, a lewa tylko 2, więc wstaw 2 przed H₂: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Sprawdzenie: 4 H i 2 O po każdej stronie. Równanie jest zbilansowane.
Masy też się zgadzają. Dwa mole H₂ (4,032 g) plus jeden mol O₂ (31,998 g) dają 36,030 g, dokładnie tyle, ile wynosi masa dwóch moli H₂O (2 × 18,015 = 36,030 g).
Przykład 2: spalanie metanu
Metan, CH₄, jest głównym składnikiem gazu ziemnego. Gdy się pali, reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek węgla i wodę: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Węgiel jest już zbilansowany, po 1 atomie z każdej strony. Wodór nie: jest 4 po lewej i 2 po prawej, więc zapisz 2H₂O. Teraz policz tlen po prawej: 2 w CO₂ plus 2 w 2H₂O daje 4. Aby mieć 4 atomy tlenu po lewej, zapisz 2O₂. Zbilansowane równanie to CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, z 1 C, 4 H i 4 O po każdej stronie.
Przykład 3: rdzewienie żelaza
Żelazo reaguje z tlenem, tworząc tlenek żelaza(III): Fe + O₂ → Fe₂O₃. Prawdziwa rdza zawiera też wodę, ale to prostsze równanie pokazuje główną reakcję.
Oba substraty to tu pierwiastki w postaci wolnej, więc zacznij od trudniejszego, czyli tlenu: O₂ ma 2 atomy tlenu, a Fe₂O₃ ma 3. Najmniejsza liczba, przez którą dzielą się 2 i 3, to 6, więc zapisz 3O₂ (6 atomów tlenu) i 2Fe₂O₃ (6 atomów tlenu). Prawa strona ma teraz 2 × 2 = 4 atomy żelaza, więc zapisz 4Fe po lewej. Zbilansowane równanie to 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃, z 4 Fe i 6 O po każdej stronie.
Najważniejsze
- Zbilansowane równanie ma taką samą liczbę atomów każdego pierwiastka po obu stronach strzałki.
- Atomy są przegrupowywane, a nie tworzone ani niszczone, więc masa jest zachowana w każdej reakcji.
- Bilansuj równanie, zmieniając tylko współczynniki, ponieważ zmiana indeksu dolnego zmienia substancję.
- Bilansuj po jednym pierwiastku, zwykle zostawiając na koniec pierwiastki w postaci wolnej, takie jak O₂ i Fe, a potem policz wszystko jeszcze raz.
- Trzy zbilansowane przykłady: 2H₂ + O₂ → 2H₂O, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O i 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.
Sprawdź się
Trzy szybkie pytania z tej lekcji.
1. Co wolno zmieniać, gdy bilansujesz równanie chemiczne?
Pokaż odpowiedź
Współczynniki przed wzorami — Zmieniać można tylko współczynniki, ponieważ zmiana indeksu dolnego sprawiłaby, że powstałaby inna substancja.2. Jaki współczynnik stoi przed O₂ w uzgodnionym równaniu spalania metanu?
Pokaż odpowiedź
2 — Produkty zawierają 4 atomy tlenu (2 w CO₂ i 2 w 2H₂O), więc po lewej stronie potrzebne jest 2O₂.3. Ile atomów tlenu jest po każdej stronie równania 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃?