Индекс описывает состав, коэффициент задаёт количество
В формуле Al2O3 индексы показывают соотношение атомов алюминия и кислорода в веществе: два к трём. Изменение индекса меняет состав записанного вещества, поэтому так нельзя уравнивать реакцию. Коэффициент перед формулой относится к ней целиком. Запись 2Al2O3 содержит в условном подсчёте четыре атома алюминия и шесть атомов кислорода. Для ионного кристаллического вещества корректно говорить о формульных единицах, а не обязательно об отдельных молекулах. Этот язык помогает не путать строение вещества со способом количественной записи.
Баланс проверяют для каждого элемента
Уравнение имеет вид 4Al + 3O2 → 2Al2O3. Слева четыре атома алюминия и шесть атомов кислорода; справа столько же. Проверять нужно каждый элемент, а не общее число написанных символов или веществ. Если умножить все коэффициенты на одно число, соотношение сохранится, но обычно используют наименьшие целые значения. Сам по себе правильный баланс не сообщает скорость реакции, условия её протекания или фактический выход продукта. Он задаёт количественное соотношение для рассматриваемого превращения.
Сначала моли, затем граммы
Коэффициенты позволяют читать соотношение количеств вещества: четыре моля алюминия соответствуют трём молям кислорода и двум молям оксида. Это не соотношение масс 4:3:2. Для перехода к массе нужна молярная масса. В учебном расчёте примем округлённые значения: алюминий 27 граммов на моль, кислород O2 — 32, оксид Al2O3 — 102. Тогда 10,8 грамма алюминия составляют 0,4 моля. По уравнению им соответствуют 0,3 моля кислорода и 0,2 моля оксида, то есть 9,6 и 20,4 грамма соответственно.
Допущения определяют смысл ответа
Последний расчёт предполагает полное превращение алюминия, достаточное количество кислорода и отсутствие посторонних примесей. Если условие задачи задаёт недостаток одного реагента, массу смеси или выход продукта, решение потребуется уточнить. Полезная проверка в нашем примере: 10,8 плюс 9,6 равно 20,4 грамма. Массы согласуются с сохранением вещества. Если ответ получился меньше массы одного полностью вошедшего в продукт реагента, стоит вернуться к единицам и коэффициентам. Такая проверка не заменяет решение, но помогает обнаружить грубую ошибку.
Попробуйте на практике
Решите на бумаге задачу: какое количество и масса оксида алюминия соответствуют полному превращению 5,4 грамма алюминия при достаточном кислороде?
- Запишите уравнение 4Al + 3O2 → 2Al2O3 и проверьте число атомов каждого элемента слева и справа.
- Используя молярную массу алюминия 27 граммов на моль, переведите 5,4 грамма в количество вещества. Сохраните единицы в записи.
- По соотношению коэффициентов определите количество оксида. Объясните, почему оно вдвое меньше количества алюминия.
- Переведите найденное количество оксида в массу с помощью молярной массы 102 грамма на моль. Отдельно определите количество и массу израсходованного кислорода.
- Проверьте сумму масс реагентов и продукта. Затем перечислите допущения, без которых полученный ответ нельзя автоматически переносить на другую задачу.
Как проверить результат. Получены 0,2 моля алюминия, 0,1 моля оксида массой 10,2 грамма и 0,15 моля кислорода массой 4,8 грамма. Проверка: 5,4 + 4,8 = 10,2 грамма.
Частые вопросы
Почему нельзя просто умножить массу алюминия на коэффициент перед продуктом?
Коэффициенты связывают количества вещества, а молярные массы различаются. Сначала массу переводят в моли, применяют соотношение и только затем возвращаются к граммам.
Если уравнение уравнено, означает ли это, что реакция обязательно пройдёт полностью?
Нет. Баланс атомов не задаёт условия, скорость и степень превращения. Полнота реакции в учебной задаче должна следовать из её условия или принятого допущения.
Самостоятельный разбор темы. Содержание конкретной обучающей программы здесь не представлено.