Přípravný kurz k přijímacím zkouškám. Obecná a anorganická chemie. RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D. Ústav chemie materiálů Fakulta chemická VUT v Brně

Přípravný Přípravný kurz kurz kk přijímacím přijímacím zkouškám zkouškám Obecná Obecná aa anorganická anorganická chemie chemie RNDr. RNDr. Lukáš Lukáš Richtera, Richtera,Ph.D. Ph.D. Ústav Ústav chemie chemie materiálů materiálů Fakulta Fakulta chemická chemická VUT VUT vv Brně Brně část část II. II. -- 9. 9. 3. 3. 2013 2013

Chemické rovnice Jak by bylo možné chemické reakce popisovat? Podle toho, co vidíme vizuálně: reakcí bezbarvého plynu se žlutozeleným plynem vzniká bezbarvý plyn ...nic nám to neřekne, takových reakcí může být víc

Jednoduše např. pomocí hmotností nebo objemů látek, které spolu zreagují: 2 g vodíku se 71 g chloru vytvoří 73 g chlorovodíku z litru plynného vodíku a z litru plynného chloru vzniknou dva litry chlorovodíku ...není to špatné a mnohdy by to i stačilo, ale praktické to není

Nebo pomocí atomových a molárních hmotností: 2 × 1,00794 + 2 × 35,453 = 2 × 36,46094 ...tak je to lepší, ale kdo by si chtěl takovou rovnici pamatovat a jak poznat, co je co?

Z praktických důvodů se však vžil zápis pomocí chemických vzorců: H2 + Cl2 2 HCl ...pod symboly prvků a sloučenin máme čísla jako v předchozím případě, ale lépe se to pamatuje

Chemické rovnice Co je to tedy chemická rovnice? Chemická rovnice je zápis chemického děje (reakce) pomocí chemických symbolů. Tento zápis je často velmi zjednodušený a nemusí nic vypovídat o průběhu reakce. Ve skutečnosti chemická rovnice není nic jiného, než rovnice matematická.

např.: 2 S + 3 O2

2 SO3

+

Což by bylo možné zapsat např. i jako: ¼ S8 + 3 O2 nebo 3 S8 + 36 O2

⅔ (SO3)3 8 (SO3)3

Chemické rovnice Jak můžeme chápat chemickou rovnici? Chemickou rovnici můžema chápat jako rovnici matematickou. Symbol rovnosti v matematické rovnici "=" v chemické rovnici reprezentuje šipka "

Proto se levá i pravá strana chemické rovnice musí rovnat ▪ symboly prvků a sloučenin reprezentují atomové a molární hmotnosti (tj. čísla) ▪ koeficienty reprezentují celistvé násobky atomových a molárních hmotností (tj. čísla) ▪ koeficienty zároveň reprezentují i násobky počtů částic nebo molů (tj. čísla) Levá strana rovnice reprezentuje stav před reakcí a látky, které se nacházejí na levé straně rovnice, tj. látky, které vstupují do reakce, nazýváme jako reaktanty Pravá strana rovnice představuje stav systému po reakci a látky, které během reakce vznikly nazýváme produkty Někdy reakce neproběhne zcela a z určitého pohledu významný podíl reaktantů zůstane nezměněn. Takovou reakci označujeme jako rovnovážnou a místo jednoduché šipky používáme šipku dvojitou:

"

Chemické rovnice Způsoby zápisu chemických rovnic chemické rovnice běžně zapisujeme v tzv. stechiometrickém stavu, např.: 2 FeCl3 + 3 H2S

Fe2S3 + 6 HCl

někdy je vhodné využít tzv. stavového zápisu, např.: 2 FeCl3 (aq) + 3 H2S (g)

Fe2S3 (s) + 6 HCl (aq)

často se využívá praktický zkrácený iontový zápis, např.: -

2 FeIII + 3 S II

Značení skupenského stavu:

(s) - solidus - pevný (l) - liquidus - kapalný (g) - gaseus - plynný (aq) - aqua - vodný roztok (solv) - roztok obecně

Fe2S3

nebo: -

-

IO3 + Cl2 + 6 OH

-

-

IO65 + 2 Cl + 3 H2O

tento způsob zápisu má význam především u rovnic oxidačně redukčních nebo srážecích

Chemické rovnice Rozdělení chemických rovnic (s ohledem na vyčíslování koeficientů) ▪ rovnice při nichž nedochází ke změnám oxidačních čísel běžně např. rovnice srážecí reakce nebo podvojné záměny

Pb(NO3)2 + 2 KI

PbI2 + 2 KNO3

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel běžně např. reakce kovu s kyselinou, slučování prvků apod.

4 Fe + 3 O2

2 Fe2O3

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel - rovnice iontové běžně oxidačně-redukční rovnice -

IO3 + Cl2 + 6 OH

-

-

-

IO65 + 2 Cl + 3 H2O

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel - rovnice disproporcionační zjednodušeně lze říci, že prvek se zároveň oxiduje i redukuje

Br2 + KOH

KBr + KBrO3 + H2O

▪ rovnice při nichž dochází ke změnám oxidačních čísel - rovnice synproporcionační je vlastně opakem dispoporcionace, ze dvou oxidačních stavů prvků vzniká jeden oxidační stav

2 H2S + SO2

3 S + 2 H2 O

Chemické rovnice Způsoby vyčíslování chemických rovnic ▪ metoda zkusmo (metoda pokus-omyl) za metodu v pravém slova smyslu označit nelze, do jisté míry však může obsahovat prvky metody řešení úvahou u jednoduchých rovnic poměrně rychlá, u složitějších značně nespolehlivá v testu či písemné práci nemusí být uznána jako regulérní řešení

▪ řešení úvahou na první pohled připomíná metodu zkusmo, má však svá pravidla a nejedná se o chaotický postup může být velice rychlá i u poměrně složitých rovnic, předpokládá solidní matematický aparát a zkušenosti v testu či písemné práci nemusí být rovněž uznána jako regulérní řešení (špatně se dokládá způsob řešení)

▪ řešení pomocí soustavy lineárních rovnic (algebraické řešení) většinou poměrně zdlouhavý postup, výhodou je možnost rychlého určení koeficientů pomocí počítače používá se především u složitějších rovnic bez oxidačně-redukčních změn (lze však použít i na ně) nepoužívá se u rovnic v iontovém tvar (ale použít jde)

▪ metoda rovnosti vyměňovaných elektronů - RVE (oxidačně-redukční polorovnice) ve většině případů poskytuje spolehlivě a dostatečně rychle řešení, vyžaduje schopnost určení oxidačních čísel

situace se komplikuje v případě disproporcionace nebo synproporcionace (lze však použít i v tomto případě) nelze použít pro rovnice bez oxidačně-redukčních změn

Vyčíslování chemických rovnic H2

+

Cl2

HCl


+

Cl2

2 HCl


+

O2

H2O


+

O2

2 H2O

Vyčíslování chemických rovnic 2 H2

+

O2

2 H2O


+

N2

NH3


+

N2

2 NH3

Vyčíslování chemických rovnic 3 H2

+

N2

2 NH3

Řešení chemických rovnic úvahou Pravidla 1. nalezneme takový typ atomu(ů), který(é) je(jsou) na každé straně pouze v jedné sloučenině

2. pokud je takových typů atomů více, vybereme ten(ty), který(é) jsou pouze ve sloučenině, nikoliv v prvku 3. pokud stále nemáme vybraný jediný typ atomu, upřednostníme ten typ, který je ve sloučenině s více atomy nebo alespoň s více různými typy atomů 4. vyčíslíme rovnici podle vybraného typu atomu 5. pokračujeme ve vyčíslování rovnice podle ostatních atomů obsažených ve sloučenině vybraného typu 6. provedeme kontrolu !!!

Řešení chemických rovnic úvahou Vyčíslete: BaCl2 + K3PO4 1.

Ba3(PO4)2 + KCl

nalezneme takový typ atomu(ů), který(é) je(jsou) na každé straně pouze v jedné sloučenině

zde tuto podmínku splňují všechny atomy 2.

pokud je takových typů atomů více, vybereme ten(ty), který(é) jsou pouze ve sloučenině, nikoliv v prvku

zde tuto podmínku splňují všechny atomy 3.

pokud stále nemáme vybraný jediný typ atomu, upřednostníme ten typ, který je ve sloučenině s více atomy nebo alespoň s více různými typy atomů

zde tuto podmínku splňují atomy Ba, P a O, můžeme si tedy vybrat 4.

vyčíslíme rovnici podle vybraného typu atomu

začneme vyčíslováním např. podle kyslíku: BaCl2 + 2 K3PO4 5.

Ba3(PO4)2 + KCl

pokračujeme ve vyčíslování rovnice podle ostatních atomů obsažených ve sloučenině vybraného typu

BaCl2 + 2 K3PO4 3 BaCl2 + 2 K3PO4

Ba3(PO4)2 + 6 KCl Ba3(PO4)2 + 6 KCl

Řešení chemických rovnic úvahou Vyčíslete: P2I4 + P4 + H2O

PH4I + H3PO4

1.

nalezneme takový typ atomu(ů), který(é) je(jsou) na každé straně pouze v jedné sloučenině zde tuto podmínku splňují atomy I a O

2.

pokud je takových typů atomů více, vybereme ten(ty), který(é) jsou pouze ve sloučenině, nikoliv v prvku zde tuto podmínku splňují oba vybrané atomy I i O

3.

pokud stále nemáme vybraný jediný typ atomu, upřednostníme ten typ, který je ve sloučenině s více atomy nebo alespoň s více různými typy atomů zde tuto podmínku splňuje atom O

4.

vyčíslíme rovnici podle vybraného typu atomu

P2I4 + P4 + 4 H2O 5.

PH4I + H3PO4

pokračujeme ve vyčíslování rovnice podle ostatních atomů obsažených ve sloučenině vybraného typu

P2I4 + P4 + 4 H2O 5/16 P2I4 + P4 + 4 H2O 5/16 P2I4 + 13/32 P4 + 4 H2O 10 P2I4 + 13 P4 + 128 H2O

5/4 PH4I + H3PO4 5/4 PH4I + H3PO4 5/4 PH4I + H3PO4 40 PH4I + 32 H3PO4

(H: 8 - 3 / 4) (I: 5/4 / 4) (P: 5/4+1 - 10/16 / 4)

Řešení chemických rovnic pomocí soustavy lineárních rovnic Pravidla 1. každé sloučenině v chemické rovnici přiřadíme proměnnou (a, b, c...) 2. pro každý atom (nebo skupinu, která se nemění) napíšeme rovnici 3. zvolíme si libovolně (avšak s ohledem na zjednodušení výpočtu) jednu proměnnou a položíme ji rovnu jedné (nebo jinému číslu) 4. vhodnou kombinací se vyhneme řešení soustav rovnic s větším počtem než 2 5. výsledné zjištěné koeficienty vydělíme (vynásobíme) stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla 6. provedeme kontrolu !!!

Řešení chemických rovnic pomocí soustavy lineárních rovnic Vyčíslete: BaCl2 + K3PO4 1.

každé sloučenině v chemické rovnici přiřadíme proměnnou (a, b, c...)

a BaCl2 + b K3PO4 2.

c Ba3(PO4)2 + d KCl

pro každý atom (nebo skupinu, která se nemění) napíšeme rovnici

Ba: a = 3c Cl: 2a = d 3.

Ba3(PO4)2 + KCl

K: 3b = d P: b = 2c

O: 4b = 8c

zvolíme si libovolně (avšak s ohledem na zjednodušení výpočtu) jednu proměnnou a položíme ji rovnu jedné (nebo jinému číslu)

zvolme např. a = 1 4.

vhodnou kombinací se vyhneme řešení soustav rovnic s větším počtem než 2

pokud a = 1, potom c = 1/3, d = 2, b = 2/3 5.

výsledné zjištěné koeficienty vydělíme (vynásobíme) stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

tedy: 1 BaCl2 + 2/3 K3PO4 po vynásobení třemi: 3 BaCl2 + 2 K3PO4 6.

provedeme kontrolu !!!

1/3 Ba3(PO4)2 + 2 KCl

Ba3(PO4)2 + 6 KCl

Řešení chemických rovnic pomocí soustavy lineárních rovnic Vyčíslete: P2I4 + P4 + H2O 1.

každé sloučenině v chemické rovnici přiřadíme proměnnou (a, b, c...)

a P2I4 + b P4 + c H2O 2.

d PH4I + e H3PO4

pro každý atom (nebo skupinu, která se nemění) napíšeme rovnici

P: 2a + 4b = d + e I: 4a = d 3.

PH4I + H3PO4

H: 2c = 4d + 3e O: c = 4e

zvolíme si libovolně (avšak s ohledem na zjednodušení výpočtu) jednu proměnnou a položíme ji rovnu jedné (nebo jinému číslu)

zvolme např. e = 1 4.

vhodnou kombinací se vyhneme řešení soustav rovnic s větším počtem než 2

pokud e = 1, potom c = 4, d = (8 - 3)/4 = 5/4, a = (5/4)/4 = 5/16, b = (5/4 + 1 - 10/16)/4 = (20/16 + 16/16 - 10/16)/4 = (26/16)/4 = 26/64 = 13/32 5.

výsledné zjištěné koeficienty vydělíme (vynásobíme) stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

5/16 P2I4 + 13/32 P4 + 4 H2O 10 P2I4 + 13 P4 + 128 H2O 6.


5/4 PH4I + H3PO4 40 PH4I + 32 H3PO4

Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů Pravidla 1. určíme prvky, které mění své oxidační číslo 2. sestavíme dílčí rovnice vystihující oxidaci a redukci (je vhodné respektovat počet atomů ve vzorci) 3. použijeme křížové pravidlo 4. získané koeficienty napíšeme před vzorce látek, z nichž se vycházelo 5. provede se bilance zbývajících prvků 6. výsledné zjištěné koeficienty případně vydělíme stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla 7. provedeme kontrolu !!!

8. u rovnic v iontovém tvaru je nutné zkontrolovat, zda je na obou stranách rovnice stejný součet nábojů

Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů Vyčíslete: Cr2O3 + KNO3 + KOH 1.

K2CrO4 + KNO2 + H2O

určíme prvky, které mění své oxidační číslo

oxidační číslo mění Cr a N 2. 3.

sestavíme dílčí rovnice vystihující oxidaci a redukci (je vhodné respektovat počet atomů ve vzorci) použijeme křížové pravidlo

2 CrIII NV 4.

N

2 CrVI

III

6 2

2 K2CrO4 + 3 KNO2 + H2O 2 K2CrO4 + 3 KNO2 + 2 H2O

výsledné zjištěné koeficienty případně vydělíme stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

rovnice je již ve správném tvaru Cr2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH 7.

(redukce)

provede se bilance zbývajících prvků

1 Cr2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH 6.

(oxidace)

získané koeficienty napíšeme před vzorce látek, z nichž se vycházelo

1 Cr2O3 + 3 KNO3 + KOH 5.

2 tj. 1 6 tj. 3


2 K2CrO4 + 3 KNO2 + 2 H2O

Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů Vyčíslete: Pb + HNO3 1.

Pb(NO3)2 + NO + H2O


NO)

oxidační číslo mění Pb a N (pozor, N jen z části: HNO3 2. 3.


Pb0 NV 4.

PbII NII

2 3

3 Pb(NO3)2 + 2 NO + H2O

(HNO3 !!!)

3 Pb(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O


rovnice je již ve správném tvaru 3 Pb + 8 HNO3 7.

(redukce)


3 Pb + 8 HNO3 6.

(oxidace)


3 Pb + HNO3 5.

3 2


3 Pb(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů Vyčíslete: As2S3 + HNO3 + H2O 1.

H3AsO4 + H2SO4 + NO


oxidační číslo mění As, S a N 2. 3.


2 AsIII 3 S-II NV 4.

N

2 AsV 3 SVI

II

4 24 3

(oxidace) (redukce)

6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO 6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO


rovnice je již ve správném tvaru 3 As2S3 + 28 HNO3 + 4 H2O 7.

3 28


3 As2S3 + 28 HNO3 + 4 H2O 6.

28 3


3 As2S3 + 28 HNO3 + H2O 5.

(oxidace)


6 H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28 NO

Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů Vyčíslete: Br2 + KOH 1.

KBr + KBrO3 + H2O


oxidační číslo mění pouze Br (disproporcionace) 2. 3.


Br0 Br0 4.

BrV Br-I

5 1

5 KBr + 1 KBrO3 + H2O 5 KBr + 1 KBrO3 + 3 H2O


rovnice je již ve správném tvaru 3 Br2 + 6 KOH 7.

(redukce)


3 Br2 + 6 KOH 6.

(oxidace)


3 Br2 + KOH 5.

1 5


5 KBr + KBrO3 + 3 H2O

Řešení rovnic metodou rovnosti vyměňovaných elektronů Vyčíslete: H2S + SO2 1.

S + H2O


oxidační číslo mění pouze S (synproporcionace) 2. 3.


S-II SIV 4.

S0 S0

2 4

4 tj. 2 2 tj. 1


2 H2S + 1 SO2 6.

3 S + H2O

3 S + 2 H2O


rovnice je již ve správném tvaru 2 H2S + SO2 7.

(redukce)


2 H2S + 1 SO2 5.

(oxidace)


3 S + 2 H2O

Řešení rovnic v iontovém tvaru (metoda RVE) Vyčíslete: -

IO3 + Cl2 + OH 1.

-

-

-

IO65 + Cl + H2O


oxidační číslo mění I a Cl 2. 3.


IV 2 Cl0 4.

IVII

2 2

2 Cl

-I

2 tj. 1 2 tj. 1

-

-

-

-

-

-

1 IO65 + 2 Cl + H2O

-

1 IO65 + 2 Cl + 3 H2O


rovnice je již ve správném tvaru IO3 + Cl2 + 6 OH 7.

-

provede se bilance zbývajících prvků (i s ohledem na náboje !!!)

1 IO3 + 1 Cl2 + 6 OH 6.

(redukce)


1 IO3 + 1 Cl2 + OH 5.

(oxidace)


-

-

IO65 + 2 Cl + 3 H2O

Řešení rovnic v iontovém tvaru (metoda RVE) Vyčíslete: 2-

+

-

MnO4 + H3O 1.

MnO4 + MnO2 + H2O


oxidační číslo mění pouze Mn (disproporcionace) 2. 3.


MnVI MnVI 4.

MnVII MnIV

1 2

2 1

2-

+

2-

+

-

2 MnO4 + 1 MnO2 + 6 H2O

výsledné zjištěné proměnné případně vydělíme stejným číslem tak, aby jsme získali co nejmenší celá čísla

rovnice je již ve správném tvaru 2+ 3 MnO4 + 4 H3O 7.

-

2 MnO4 + 1 MnO2 + H2O

provede se bilance zbývajících prvků (i s ohledem na náboje !!!)

3 MnO4 + 4 H3O 6.

(redukce)


3 MnO4 + H3O 5.

(oxidace)


-

2 MnO4 + MnO2 + 6 H2O

Chemické rovnice k procvičení - zadání Doplňte případné chybějící vzorce a určete stechiometrické koeficienty ..... + H2SO4

Na2SO4 + HCl

Pb + HNO3 (konc.) Fe + .....

Pb(NO3)2 + NO2 + H2O

FeCl2 + H2

Cu + HNO3 (zřeď.) ..... + H2SO4

Cu(NO3)2 + NO + H2O Na2SO4 + H2

C2H2O4 + KMnO4 + H2SO4 FeSO4 + KMnO4 + H2SO4

KI + H2SO4 ..... + H2O ..... + MnO2 CaO + .....

CO2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

I2 + K2SO4 + H2S + H2O Ca(OH)2 + H2 Br2 + MnBr2 + H2O CaCl2 + H2O

H2SO4 + .....

Br2 + SO2 + H2O

MnO2 + HCl

..... + Cl2 + H2O

..... + HCl

PbCl2 + Cl2 + H2O

Chemické rovnice k procvičení - zadání Určete stechiometrické koeficienty -

+

MnO4 + H2O2 + H3O -

2-

+

Cl + Cr2O7 + H3O Fe

2+

2-

-

+

2-

+

-

BrO3 + F2 + OH

-

2+

+ O2 + H2O

Cl2 + Cr

+ Cr2O7 + H3O

IO3 + SO3 + H3O

Mn

Fe

3+

3+

+ H2O

+ Cr

3+

-

+ H2O

I2 + SO42 + H2O -

-

BrO4 + F + H2O

Chemické rovnice k procvičení - řešení

2 NaCl + H2SO4

Na2SO4 + 2 HCl

Pb + 4 HNO3 (konc.) Fe + 2 HCl

FeCl2 + H2

3 Cu + 8 HNO3 (zřeď.) 2 Na + H2SO4

Pb(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O Na2SO4 + H2

5 C2H2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4

10 CO2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O

10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4

5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O

8 KI + 5 H2SO4

4 I2 + 4 K2SO4 + H2S + 4 H2O

CaH2 + 2 H2O

Ca(OH)2 + 2 H2

4 HBr + MnO2

Br2 + MnBr2 + 2 H2O

CaO + 2 HCl

CaCl2 + H2O

H2SO4 + 2 HBr

Br2 + SO2 + 2 H2O

MnO2 + 4 HCl

MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

PbO2 + 4 HCl

PbCl2 + Cl2 + 2 H2O

Chemické rovnice k procvičení - řešení

-

+

2 MnO4 + 5 H2O2 + 6 H3O -

2-

2 Mn

+

2+ -

2-

3 Cl2 + 2 Cr +

+ Cr2O7 + 14 H3O 2-

6 Fe

+

-

-

3+

+ 21 H2O 3+

+ 2 Cr -

+ 21 H2O

I2 + 5 SO42 + 3 H2O

2 IO3 + 5 SO3 + 2 H3O BrO3 + F2 + 2 OH

+ 5 O2 + 14 H2O 3+

6 Cl + Cr2O7 + 14 H3O 6 Fe

2+

-

-

BrO4 + 2 F + H2O

Zdroj na internetu k procvičování Rovnice k procvičování http://www.fch.vutbr.cz/home/richtera/equation.html

Přípravný kurz k přijímacím zkouškám. Obecná a anorganická chemie. RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D. Ústav chemie materiálů Fakulta chemická VUT v Brně

Recommend Documents