Глава I.10 Химические уравнения

Подожжём в ложечке для сжигания веществ немного красного фосфора и внесём его в колбу с кислородом (рис. 38). Отметим признаки протекающей химической реакции: фосфор горит ярким пламенем с образованием обильного белого дыма. Когда белый дым заполнит колбу, вынем ложечку с продолжающим гореть фосфором из колбы и погасим его струёй воды. В колбу нальём немного воды, закроем колбу пробкой и будем взбалтывать до тех пор, пока дым не растворится. Затем добавим в получившийся раствор немного раствора фиолетового лакмуса и увидим ещё один признак химической реакции – раствор лакмуса окрасится в красный цвет. Вы прочитали словесное описание двух химических процессов: горения фосфора и взаимодействия продукта реакции с водой.

Опишем эти процессы с помощью химических формул и математических знаков, т. е. составим «химические предложения».

Запишем исходные вещества, или реагенты, с помощью химических формул, учитывая, что химический знак фосфора является одновременно и формулой простого вещества, а в состав молекулы кислорода (именно эта составная часть воздуха взаимодействует с фосфором) входят два атома. Между формулами исходных веществ ставится знак «+»:

$\begin{array}{c}\mathrm{Р}\\ \mathrm{фосфор}\end{array}\begin{array}{c}+\\ \end{array}\begin{array}{c}{\mathrm{О}}_2\\ \mathrm{кислород}\end{array}\begin{array}{c}\to \\ \end{array}$

После стрелки запишем формулу продукта реакции – его называют фосфорным ангидридом, и в состав его молекулы входят 2 атома фосфора и 5 атомов кислорода. В результате получится следующая запись:

  $\begin{array}{c}{\mathrm{Р}}_{}\\ \mathrm{фосфор}\\ \end{array}\begin{array}{c}+\\ \\ \end{array}\begin{array}{c}{\mathrm{О}}_2\\ \mathrm{кислород}\\ \end{array}\begin{array}{c}\to \\ \\ \end{array}\begin{array}{c}{\mathrm{Р}}_2{\mathrm{О}}_5\\ \mathrm{фосфорный}\\ \mathrm{ангидрид}\end{array}$

Полученную запись называют схемой химической реакции.

Аналогично составим схему второй химической реакции.

Запишем химические формулы реагентов, зная их состав:

                 _{$\begin{array}{c}{\mathrm{Р}}_{2 }{\mathrm{О}}_5\\ \mathrm{фосфорный}\\ \mathrm{ангидрид}\end{array} \begin{array}{ccc}{+}_{}& {\mathrm{Н}}_2\mathrm{О}& \to \\ & \mathrm{вода}& \\ & & \end{array}$}

Запишем формулу продукта реакции, учитывая, что им является фосфорная кислота, в состав которой входят три атома водорода, один атом фосфора и четыре атома кислорода:

$\begin{array}{c}{\mathrm{Р}}_2{\mathrm{О}}_5\\ \mathrm{фосфорный}\\ \mathrm{ангидрид}\end{array}\begin{array}{c}+\\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{\mathrm{Н}}_2\mathrm{О}\\ \mathrm{вода}\\ \end{array} \begin{array}{c}\to \\ \\ \end{array} \begin{array}{c}{\mathrm{Н}}_3{\mathrm{РО}}_4\\ \mathrm{фосфорная}\\ \mathrm{кислота}\end{array}$ 

Мы записали схему второй химической реакции. Почему это схема химической реакции, а не её уравнение? Потому что химические уравнения должны соответствовать основному закону химии – закону сохранения массы веществ. Он был открыт независимо друг от друга двумя выдающимися химиками: русским М. В. Ломоносовым и французом Антуаном Лавуазье.

Уравняем число атомов фосфора в левой и правой частях схемы, соответствующей первой реакции:

Р + О₂ → Р₂О₅

Для этого перед формулой фосфора запишем коэффициент 2:

2Р + О₂ → Р₂О₅

Число атомов фосфора в левой и правой частях схемы реакции равно. Однако атомов кислорода в левой части схемы 2, а в правой – 5. Найдём наименьшее общее кратное для этих чисел. Оно равно 10. Разделим это число на 2 и 5 и запишем коэффициенты соответственно перед формулами кислорода и фосфорного ангидрида P₂O₅:

2Р + О₂ → 2Р₂О₅

Число атомов кислорода в левой и правой частях схемы реакции стало одинаковым, но нарушилось равенство для атомов фосфора: в левой части схемы 2 атома фосфора, а в правой – 4. Заменим коэффициент 2 в схеме реакции на коэффициент 4 и получим химическое уравнение, в котором стрелку заменим на знак равенства:

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅

Расставим коэффициенты в схеме реакции между фосфорным ангидридом и водой.

В результате должно получиться следующее химическое уравнение:

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄

Убедимся в справедливости закона сохранения массы веществ с помощью химического эксперимента.

Чтобы записать уравнения проведённых химических реакций, используем коэффициенты и в случае равенства числа атомов элементов, образующих реагенты и продукты реакции, заменим стрелку на знак «равно».

Обобщим информацию. Химическое уравнение показывает:

• какие вещества вступают в химическую реакцию и какие вещества образуются в её результате;
• число молекул (формульных единиц) реагентов и число молекул (формульных единиц) продуктов реакции;
• тип химической реакции (о типах химических реакций вы узнаете на следующем уроке).

11. В 1673 г. один из выдающихся английских учёных нагрел на воздухе при высокой температуре некоторые металлы и после их охлаждения обнаружил, что масса металлов увеличилась. Кто этот учёный? Как бы вы предложили изменить условия опыта, чтобы доказать справедливость закона сохранения массы?
12. Подготовьте сообщение о развитии «химической письменности».