- Steps
- Skriv den ubalancerede ligning
- Gennemgå støkiometriske koefficienter og underskrifter
- Afbalancere atomerne først i den mindste andel
- Balance med oxygenatomer
- Til sidst afbalancerer hydrogenatomer
- eksempler
- Øvelser
- Øvelse 1
- Øvelser 2
- Øvelse 3
- Øvelse 4
- Referencer
Den trial and error afbalancering består af en trial and error metoden, som søger at sikre, at bevarelsen af stof er opfyldt i et reaktionsskema for en given reaktion; det vil sige for at udligne antallet af atomer i reaktanterne og produkterne. Således forsvinder de ikke eller skaber atomer ud af tynd luft.
Afhængig af hastigheden er dette normalt en underholdende operation, der styrker forståelsen om støkiometriske koefficienter og underskrifter. Selvom det måske ikke ser ud som det, involverer prøve og fejl at mestre mange koncepter, der næsten ubevidst anvendes til dem, der kæmper for kemi.
At afbalancere en kemisk ligning ved forsøg og fejl er som at forsøge at udjævne en vippel i luften. Billede af michael maggiore fra Pixabay
Afbalancering ligner således den indsats, der ville blive gjort for at udjævne en vippe (eller vippe), på en sådan måde, at ingen af endene falder til den ene side, mens den anden stiger. En skala illustrerer dette også perfekt.
Som du har erfaring, kan denne balancering endda gøres mentalt, så længe den kemiske ligning ikke er for kompliceret. En dårlig sving ødelægger fortolkningen af en reaktion fuldstændigt, så det er vigtigt at gøre det roligt for at undgå spisefejl.
Steps
Skriv den ubalancerede ligning
Uanset hvad der kræves balance, skal du altid starte med den ubalancerede ligning. Ligeledes er det vigtigt at være klar over dens elementer. Antag følgende kemiske ligning:
A + B → 3C + D
Hvor arterne A, B, C og D er molekylære. Denne ligning kan ikke afbalanceres, fordi den ikke fortæller os noget om dens atomer. Atomerne er afbalancerede, ikke molekylerne.
Både A, B og D har en støkiometrisk koefficient på 1, mens C på 3. Dette betyder, at 1 molekyle eller mol A reagerer med et molekyle eller mol B for at fremstille 3 molekyler eller mol C og et molekyle eller mol af D. Når vi viser atomer, introducerer vi de støkiometriske underskrifter.
Gennemgå støkiometriske koefficienter og underskrifter
Antag nu følgende ligning:
CH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O
Støkiometriske underskrifter fortæller os, hvor mange atomer i hvert element udgør et molekyle, og de genkendes, fordi de er de mindste tal på højre side af et atom. For eksempel CH 4 har et carbonatom (selvom 1 ikke er angivet) og fire hydrogenatomer.
Afbalancere atomerne først i den mindste andel
Ifølge den ubalancerede ligningen ovenfor, carbon er mindre atom: det er en del af en enkelt reaktant (CH 4) og en enkelt produkt (CO 2). Hvis du ser på det, er der et C-atom på både reaktanter og produktsiden.
Balance med oxygenatomer
CH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O
2 O 3 O
Vi kan ikke ændre underskrifterne, men kun de støkiometriske koefficienter for at afbalancere en ligning. Der er flere oxygener på højre side, så vi prøver at tilføje en koefficient til O 2:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + H 2 O
4 eller 3
Vi ønsker ikke at påvirke koefficienten af CO 2, fordi det vil skabe ubalance C-atomerne vi derefter ændre koefficienten H. 2 O:
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
4 eller 4
Til sidst afbalancerer hydrogenatomer
Når vi har afbalanceret oxygenatomer, balanserer vi endelig brintatomerne. Flere gange er disse i sig selv afbalanceret til slut.
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
4H 4H
Og så er ligningen blevet afbalanceret af prøve og fejl. Rækkefølgen af disse trin er ikke altid opfyldt.
eksempler
Afbalancerede ligninger vises nedenfor for at kontrollere, at antallet af dets atomer er lige på begge sider af pilen:
SO 2 + 2H 2 → S + 2H 2 O
P 4 + 6F 2 → 4PF 3
2HCl → H 2 + Cl 2
C + O 2 → CO 2
Øvelser
Nogle foreslåede øvelser vil blive løst nedenfor. I nogle af dem ses det, at det undertiden er praktisk at bryde rækkefølgen af trinene og balansere mindretidsatomet sidst.
Øvelse 1
Balance efter forsøg og fejling af følgende kemiske ligning:
SO 3 → SO 2 + O 2
1S 1S
3 eller 4
Det er vigtigt at understrege, at koefficienterne multiplicerer underskrifterne for at give os det samlede antal atomer for et element. For eksempel giver 6N 2 os i alt 12 N atomer.
Svovl i begyndelsen er allerede afbalanceret, så vi fortsætter med ilt:
3 O 4 O
Vi er tvunget til at ændre koefficienten til SO 3 for at afbalancere oksygener på venstre side:
2SO 3 → SO 2 + O 2
6 O 4 O
2S S
Nu er vi interesseret i at afbalancere svovlatomerne først inden iltatomerne:
2SO 3 → 2SO 2 + O 2
2S 2S
6 ELLER 6O
Bemærk, at oxygenatomerne blev efterladt afbalanceret af sig selv i sidste ende.
Øvelser 2
Balance efter forsøg og fejling af følgende kemiske ligning:
CH 4 + H 2 O → CO + H 2
Carboner og oxygener er allerede afbalanceret, ikke på samme måde som hydrogenerne:
6H 2H
Alt hvad vi skal gøre er at ændre H 2- koefficienten for at have flere hydrogener til højre:
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2
6H 6H
Og ligningen er fuldstændigt afbalanceret.
Øvelse 3
Balance efter forsøg og fejling af følgende kemiske ligning:
C 2 H 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O
Vi begynder at balancere kulstof igen:
C 2 H 4 + O 2 → 2CO 2 + H 2 O
2C 2C
2O 5O
4H 2H
Bemærk, at det denne gang er lettere at afbalancere hydrogener først end oxygene:
C 2 H 4 + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
4H 4H
2O 6O
Nu ændrer vi koefficienten for O 2 for at afbalancere oksygener:
C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
6O 6O
Og ligningen er allerede afbalanceret.
Øvelse 4
Endelig vil en udfordrende ligning blive afbalanceret af prøve og fejl:
N 2 + H 2 O → NH 3 + NO
Kvælstof og ilt er allerede afbalanceret, men ikke hydrogener:
2H 3H
Lad os prøve at ændre koefficienten af H 2 O og NH 3:
N 2 + 3H 2 O → 2NH 3 + NO
6H 6H
3O O
2N 3N
Efter prøve og fejl varierer vi koefficienten for NO:
N 2 + 3H 2 O → 2NH 3 + 3NO
6H 6H
3O 3O
2N 5N
Og nu er nitrogenerne ubalanceret. Her er det praktisk at foretage en pludselig ændring: quintuple koefficienten for N 2:
5N 2 + 3H 2 O → 2NH 3 + 3NO
10 N 5N
6H 6H
3O 3O
Således er det fortsat for os at spille med koefficienterne af NH 3 og NO på en sådan måde, at de tilføjer 10 nitrogener og afbalancere oxygen- og hydrogenatomer på samme tid. Lad os prøve denne score:
5N 2 + 3H 2 O → 5NH 3 + 5NO
10 N 10 N
6H 15H
3O 5O
Hydrogenerne ser imidlertid meget ubalanceret ud. Lad os derfor variere koefficienterne igen:
5N 2 + 3H 2 O → 4NH 3 + 6NO
10 N 10N
6H 12H
3O 6O
Bemærk, at venstre side nu har to gange ilt og brint. På dette tidspunkt, er det nok at fordoble koefficienten H 2 O:
5N 2 + 6H 2 O → 4NH 3 + 6NO
10 N 10N
12H 12H
6O 6O
Og ligningen er endelig afbalanceret.
Referencer
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
- Organisk kemi. (Sf). Afbalancering af kemiske ligninger efter forsøg og fejl - Løst øvelser. Gendannes fra: quimica-organica.com
- Nissa Garcia. (2020). Afbalanceret kemisk ligning: Definition og eksempler. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com
- Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (21. oktober 2019). Sådan afbalanceres kemiske ligninger. Gendannes fra: thoughtco.com
- Studievejledning. (11. maj 2019). Forsøgsafbalancering af kemiske reaktioner. Løst øvelser. Gendannes fra: quimicaencasa.com
- University of Colorado Boulder. (2019). Afvejning af kemiske ligninger. Gendannes fra: phet.colorado.edu