Страница 43 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

6. Химическое уравнение — это ________________________________________

6. Химическое уравнение — это условная запись химической реакции при помощи химических формул, математических знаков и коэффициентов, которая отражает качественный и количественный состав реагентов и продуктов в соответствии с законом сохранения массы.

Решение

Химическое уравнение является фундаментальным инструментом в химии для описания химических превращений. Оно несет в себе как качественную, так и количественную информацию о реакции.

Структура химического уравнения:

1. Реагенты: вещества, вступающие в реакцию. Их химические формулы записываются в левой части уравнения и соединяются знаком «+», если реагентов несколько.

2. Продукты: вещества, образующиеся в результате реакции. Их формулы записываются в правой части уравнения, также соединяясь знаком «+».

3. Знак реакции: левую и правую части разделяет стрелка (→), указывающая направление процесса. В термохимических уравнениях или для обозначения обратимой реакции могут использоваться другие знаки (=, ⇌).

4. Коэффициенты: числа перед химическими формулами, называемые стехиометрическими коэффициентами. Они показывают мольное соотношение участников реакции. Подбор коэффициентов (уравнивание реакции) необходим для соблюдения закона сохранения массы, который гласит, что масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ. Это означает, что число атомов каждого элемента должно быть одинаковым в обеих частях уравнения.

Дополнительная информация в уравнении:

Часто для более полного описания реакции в уравнении указывают:

- Агрегатное состояние веществ: (г) — газ, (ж) — жидкость, (т) или (s) — твердое вещество, (р-р) или (aq) — водный раствор.

- Условия протекания реакции, которые записываются над или под стрелкой: температура ($t°$), давление ($p$), катализатор (например, $K_2Cr_2O_7$), облучение светом ($h\nu$).

Пример:

Рассмотрим реакцию горения метана:

$CH_4(г) + 2O_2(г) \rightarrow CO_2(г) + 2H_2O(г)$

Из этого уравнения мы получаем следующую информацию:

- Качественная: метан ($CH_4$) реагирует с кислородом ($O_2$) с образованием углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$).

- Количественная: 1 моль метана реагирует с 2 молями кислорода, образуя 1 моль углекислого газа и 2 моля воды.

- Дополнительная: все участники реакции находятся в газообразном состоянии.

Ответ: Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью химических формул и стехиометрических коэффициентов, показывающая, какие вещества и в каких количественных соотношениях вступают в реакцию и образуются в ее результате в соответствии с законом сохранения массы.

7. Уравнение химической реакции несёт следующую информацию:

а)

б)

а) Качественную информацию. Уравнение показывает, какие именно вещества (исходные вещества или реагенты) вступают в химическую реакцию и какие новые вещества (продукты реакции) образуются в её результате. Химические формулы точно указывают качественный и количественный состав каждого участника реакции. Например, в уравнении реакции горения метана $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$ видно, что в реакцию вступают метан и кислород, а образуются углекислый газ и вода.

Ответ: качественный состав реагентов и продуктов реакции.

б) Количественную информацию. Коэффициенты, стоящие перед химическими формулами в уравнении (стехиометрические коэффициенты), показывают количественные соотношения, в которых вещества реагируют и образуются. Эти соотношения выражаются в молях. Например, в реакции $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$ 1 моль метана реагирует с 2 молями кислорода, при этом образуется 1 моль углекислого газа и 2 моля воды. Основываясь на этих мольных соотношениях и законе сохранения массы, можно проводить расчеты масс и объемов (для газов) всех участников реакции.

Ответ: количественные (мольные) соотношения реагентов и продуктов реакции.

8. На основе анализа уравнения $P_2O_5 + 3H_2O = 2H_3PO_4$ можно получить следующую информацию:

а) в реакцию вступают _________ и _________

б) в результате образуется _________

в) [ ] молекула $P_2O_5$ реагирует с [ ] молекулами $H_2O$, и образу-
ется [ ] молекулы $H_3PO_4$

Проанализируем данное химическое уравнение реакции: $P_2O_5 + 3H_2O = 2H_3PO_4$. Это уравнение описывает химическое взаимодействие веществ, и из него можно извлечь качественную и количественную информацию о процессе.

а) В реакцию вступают вещества, которые находятся в левой части уравнения (реагенты). В данном случае это оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) и вода ($H_2O$).
Ответ: в реакцию вступают оксид фосфора (V) и вода.

б) В результате реакции образуется вещество, которое находится в правой части уравнения (продукт). В данном случае это ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$).
Ответ: в результате образуется ортофосфорная кислота.

в) Количественные соотношения между реагентами и продуктами показывают стехиометрические коэффициенты — числа, стоящие перед формулами веществ в уравнении.
- Перед формулой оксида фосфора(V) ($P_2O_5$) коэффициент не указан, что подразумевает 1.
- Перед формулой воды ($H_2O$) стоит коэффициент 3.
- Перед формулой ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) стоит коэффициент 2.
Таким образом, уравнение показывает, что одна молекула $P_2O_5$ реагирует с тремя молекулами $H_2O$, и в результате этого образуются две молекулы $H_3PO_4$.
Ответ:1 молекула $P_2O_5$ реагирует с 3 молекулами $H_2O$, и образуется 2 молекулы $H_3PO_4$.

1. Составьте уравнения химических реакций на основе схем этих реакций.

а) $Al + O_2 \to Al_2O_3$

б) $SO_2 + O_2 \to SO_3$

в) $NO_2 + O_2 + H_2O \to HNO_3$

г) $Cu(NO_3)_2 \to CuO + NO_2 + O_2$

д) $Al(OH)_3 + H_2SO_4 \to Al_2(SO_4)_3 + H_2O$

е) $H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \to Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$

ж) $Fe(OH)_3 \to Fe_2O_3 + H_2O$

а) Исходная схема реакции: $Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$. Чтобы уравнять химическую реакцию, нужно добиться, чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения было одинаковым.
1. Сначала уравняем атомы алюминия ($Al$). В продуктах (справа) 2 атома $Al$, а в реагентах (слева) - 1. Поставим коэффициент 2 перед $Al$ слева: $2Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$.
2. Теперь уравняем атомы кислорода ($O$). Слева 2 атома $O$, справа - 3. Наименьшее общее кратное для 2 и 3 это 6. Чтобы получить 6 атомов кислорода с обеих сторон, ставим коэффициент 3 перед $O_2$ и 2 перед $Al_2O_3$: $2Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.
3. После этого количество атомов алюминия справа изменилось: $2 \times 2 = 4$. Чтобы уравнять, изменим коэффициент перед $Al$ слева на 4.
Итоговое сбалансированное уравнение: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.
Проверка: слева 4 атома $Al$ и $3 \times 2 = 6$ атомов $O$; справа $2 \times 2 = 4$ атома $Al$ и $2 \times 3 = 6$ атомов $O$. Количества атомов равны.

Ответ: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$

б) Исходная схема реакции: $SO_2 + O_2 \rightarrow SO_3$.
1. Атомы серы ($S$) уже сбалансированы (по 1 атому с каждой стороны).
2. Уравняем атомы кислорода ($O$). Слева $2+2=4$ атома, справа - 3. Чтобы получить четное число атомов кислорода справа, поставим коэффициент 2 перед $SO_3$: $SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$.
3. Теперь справа 2 атома серы. Чтобы уравнять, поставим коэффициент 2 перед $SO_2$ слева: $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$.
Проверка: слева 2 атома $S$ и $2 \times 2 + 2 = 6$ атомов $O$; справа 2 атома $S$ и $2 \times 3 = 6$ атомов $O$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$

в) Исходная схема реакции: $NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow HNO_3$.
1. Уравняем атомы водорода ($H$). Слева 2 атома $H$, справа - 1. Поставим коэффициент 2 перед $HNO_3$: $NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3$.
2. Теперь справа 2 атома азота ($N$), а слева 1. Поставим коэффициент 2 перед $NO_2$: $2NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3$.
3. Проверим кислород ($O$). Слева: $2 \times 2 + 2 + 1 = 7$ атомов. Справа: $2 \times 3 = 6$ атомов. Баланс не сошелся. Попробуем удвоить все коэффициенты, кроме $O_2$ и $H_2O$, и пересчитать. Поставим 4 перед $HNO_3$.
4. Уравняем азот ($N$) и водород ($H$). Чтобы получить 4 атома $N$ и 4 атома $H$ справа, нам нужно 4 молекулы $NO_2$ и 2 молекулы $H_2O$ слева: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$.
5. Проверим кислород ($O$). Слева: $4 \times 2 + 2 + 2 \times 1 = 8 + 2 + 2 = 12$ атомов. Справа: $4 \times 3 = 12$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

г) Исходная схема реакции: $Cu(NO_3)_2 \rightarrow CuO + NO_2 + O_2$.
1. В левой части 2 атома азота ($N$), в правой - 1. Поставим коэффициент 2 перед $NO_2$: $Cu(NO_3)_2 \rightarrow CuO + 2NO_2 + O_2$.
2. Проверим кислород ($O$). Слева: $3 \times 2 = 6$ атомов. Справа: $1 + 2 \times 2 + 2 = 7$ атомов. Не сбалансировано.
3. Попробуем поставить коэффициент 2 перед исходным веществом $Cu(NO_3)_2$. Теперь слева 2 атома меди ($Cu$), $2 \times 2 = 4$ атома азота ($N$) и $2 \times 3 \times 2 = 12$ атомов кислорода ($O$).
4. Уравняем медь и азот в правой части, поставив 2 перед $CuO$ и 4 перед $NO_2$: $2Cu(NO_3)_2 \rightarrow 2CuO + 4NO_2 + O_2$.
5. Проверим кислород ($O$) справа: $2 \times 1$ (в $CuO$) $+ 4 \times 2$ (в $NO_2$) $+ 2$ (в $O_2$) $= 2 + 8 + 2 = 12$ атомов. Слева также 12. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Cu(NO_3)_2 \rightarrow 2CuO + 4NO_2 + O_2$

д) Исходная схема реакции: $Al(OH)_3 + H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + H_2O$.
1. Уравняем атомы алюминия ($Al$). Справа 2 атома, значит, ставим 2 перед $Al(OH)_3$ слева: $2Al(OH)_3 + H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + H_2O$.
2. Уравняем сульфат-ионы ($SO_4$). Справа 3 группы $SO_4$, значит, ставим 3 перед $H_2SO_4$ слева: $2Al(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + H_2O$.
3. Посчитаем атомы водорода ($H$) слева: в $2Al(OH)_3$ их $2 \times 3 = 6$, в $3H_2SO_4$ их $3 \times 2 = 6$. Всего $6+6=12$. Чтобы получить 12 атомов водорода справа, ставим 6 перед $H_2O$.
Проверка кислорода ($O$), не входящего в $SO_4$: слева $2 \times 3 = 6$; справа $6 \times 1 = 6$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Al(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 6H_2O$

е) Исходная схема реакции: $H_3PO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$.
1. Уравняем атомы кальция ($Ca$). Справа 3 атома, ставим 3 перед $Ca(OH)_2$ слева: $H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$.
2. Уравняем фосфат-ионы ($PO_4$). Справа 2 группы $PO_4$, ставим 2 перед $H_3PO_4$ слева: $2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + H_2O$.
3. Посчитаем атомы водорода ($H$) слева: в $2H_3PO_4$ их $2 \times 3 = 6$, в $3Ca(OH)_2$ их $3 \times 2 = 6$. Всего $6+6=12$. Чтобы получить 12 атомов водорода справа, ставим 6 перед $H_2O$.
Проверка кислорода ($O$), не входящего в $PO_4$: слева в $3Ca(OH)_2$ их $3 \times 2 = 6$; справа в $6H_2O$ их $6 \times 1 = 6$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2H_3PO_4 + 3Ca(OH)_2 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 + 6H_2O$

ж) Исходная схема реакции: $Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + H_2O$.
1. Уравняем атомы железа ($Fe$). Справа 2 атома, ставим 2 перед $Fe(OH)_3$ слева: $2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + H_2O$.
2. Теперь слева $2 \times 3 = 6$ атомов водорода ($H$) и $2 \times 3 = 6$ атомов кислорода ($O$).
3. Чтобы уравнять водород, ставим 3 перед $H_2O$ справа. Теперь справа $3 \times 2 = 6$ атомов $H$.
4. Проверим кислород справа: в $Fe_2O_3$ 3 атома и в $3H_2O$ еще 3. Всего $3+3=6$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + 3H_2O$

2. Составьте уравнение химической реакции, если её схема

$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$

Данное уравнение показывает:

a) __________________

б) __________________

в) __________________

Решение:

Первым шагом необходимо составить полное уравнение химической реакции из предложенной схемы, расставив стехиометрические коэффициенты. Это нужно для соблюдения закона сохранения массы, согласно которому число атомов каждого элемента до реакции (в реагентах) должно быть равно числу атомов после реакции (в продуктах).

Исходная схема: $Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$.

1. Начнем с уравнивания атомов железа (Fe). В левой части уравнения в молекуле оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) их 2, а в правой части — всего 1. Чтобы уравнять, поставим коэффициент 2 перед железом (Fe) в продуктах:
$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe + H_2O$

2. Далее уравняем атомы кислорода (O). В левой части их 3, а в правой, в молекуле воды ($H_2O$), — 1. Поставим коэффициент 3 перед водой:
$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

3. Теперь уравняем атомы водорода (H). После второго шага в правой части их стало $3 \times 2 = 6$. В левой части их 2. Чтобы уравнять, поставим коэффициент 3 перед молекулой водорода ($H_2$):
$Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

4. Проведем финальную проверку количества атомов всех элементов:
Слева: Fe — 2; O — 3; H — 6.
Справа: Fe — 2; O — 3; H — 6.
Баланс достигнут. Итоговое уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$.

Теперь ответим на вторую часть вопроса: "Данное уравнение показывает:".

а) Уравнение реакции в первую очередь описывает качественный состав участников процесса. Оно показывает, какие именно вещества вступают в реакцию (реагенты) и какие вещества получаются в результате (продукты).
Ответ: Качественный состав реакции: оксид железа(III) и водород реагируют между собой, в результате чего образуются железо и вода.

б) Уравнение отражает количественные соотношения между реагентами и продуктами. Стехиометрические коэффициенты перед формулами веществ показывают их мольные (или молекулярные) соотношения.
Ответ: Количественные (мольные) соотношения участников реакции: 1 моль оксида железа(III) реагирует с 3 молями водорода с образованием 2 молей железа и 3 молей воды. Это соотношение можно записать как $n(Fe_2O_3) : n(H_2) : n(Fe) : n(H_2O) = 1 : 3 : 2 : 3$.

в) Уравнение позволяет классифицировать тип химической реакции. Так как простое вещество (водород $H_2$) реагирует со сложным веществом (оксид железа(III) $Fe_2O_3$), замещая в нём атомы одного из элементов (железа Fe), данная реакция относится к реакциям замещения. Кроме того, в ходе реакции происходит изменение степеней окисления элементов (железо восстанавливается с +3 до 0, а водород окисляется с 0 до +1), следовательно, это окислительно-восстановительная реакция.
Ответ: Тип химической реакции: по составу реагентов и продуктов — реакция замещения; по изменению степеней окисления — окислительно-восстановительная реакция.

3. Справедливость закона сохранения массы веществ в этой реакции подтверждается следующими расчетами:

$M_r(\text{Fe}_2\text{O}_3)$ = __________

$M_r(3\text{H}_2)$ = __________

сумма $M_r$ реагентов □□□

$M_r(2\text{Fe})$ = __________

$M_r(3\text{H}_2\text{O})$ = __________

сумма $M_r$ продуктов □□□

Дано:

Химическое уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$.

Относительные атомные массы элементов (округленные значения из Периодической таблицы Д.И. Менделеева):

$A_r(Fe) = 56$

$A_r(O) = 16$

$A_r(H) = 1$

Найти:

Рассчитать относительные массы ($M_r$) реагентов и продуктов, их суммы, и на основании этого подтвердить справедливость закона сохранения массы для данной реакции.

Решение:

Закон сохранения массы веществ гласит, что масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Для проверки этого закона рассчитаем сумму относительных масс реагентов и продуктов, учитывая стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

1. Расчет относительных масс реагентов (веществ в левой части уравнения):

$M_r(Fe_2O_3)$

Относительная молекулярная масса оксида железа(III) равна сумме относительных атомных масс двух атомов железа и трех атомов кислорода:

$M_r(Fe_2O_3) = 2 \cdot A_r(Fe) + 3 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160$.

$M_r(3H_2)$

Относительная масса трех молекул водорода. Масса одной молекулы водорода $H_2$ равна $2 \cdot A_r(H) = 2 \cdot 1 = 2$. Учитывая коэффициент 3, получаем:

$M_r(3H_2) = 3 \cdot M_r(H_2) = 3 \cdot 2 = 6$.

сумма $M_r$ реагентов

Сложим полученные значения:

$M_r(Fe_2O_3) + M_r(3H_2) = 160 + 6 = 166$.

2. Расчет относительных масс продуктов (веществ в правой части уравнения):

$M_r(2Fe)$

Относительная масса двух атомов железа. Умножим относительную атомную массу железа на коэффициент 2:

$M_r(2Fe) = 2 \cdot A_r(Fe) = 2 \cdot 56 = 112$.

$M_r(3H_2O)$

Относительная масса трех молекул воды. Масса одной молекулы воды $H_2O$ равна $2 \cdot A_r(H) + A_r(O) = 2 \cdot 1 + 16 = 18$. Учитывая коэффициент 3, получаем:

$M_r(3H_2O) = 3 \cdot M_r(H_2O) = 3 \cdot 18 = 54$.

сумма $M_r$ продуктов

Сложим полученные значения:

$M_r(2Fe) + M_r(3H_2O) = 112 + 54 = 166$.

Сравнивая результаты, мы видим, что сумма относительных масс реагентов (166) равна сумме относительных масс продуктов (166). Это доказывает справедливость закона сохранения массы веществ для данной химической реакции.

Ответ:

$M_r(Fe_2O_3)$ = 160

$M_r(3H_2)$ = 6

сумма $M_r$ реагентов = 166

$M_r(2Fe)$ = 112

$M_r(3H_2O)$ = 54

сумма $M_r$ продуктов = 166