В химических реакциях действуют следующие законы сохранения:

Закон сохранения массы: массу веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции. Это означает, что наиболее важный аспект составления стехиометрического уравнения — обеспечить равенство количества атомов каждого элемента с обеих сторон реакции.

Закон сохранения энергии: энергия не создается и не уничтожается, она может только преобразовываться. В химических реакциях происходит обмен энергией, но общее количество энергии остается постоянным.

Закон сохранения заряда: общий заряд до реакции равен общему заряду после неё. Это особенно важно при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Применение законов сохранения для составления стехиометрических уравнений

Запишите начальные вещества и продукты реакции: начните с идентификации всех реагентов и продуктов реакции, используя их химические формулы.

Определите количество атомов каждого элемента: подсчитайте количество атомов для каждого элемента в реагентах и продуктах.

Сбалансируйте уравнение: изменяйте коэффициенты перед химическими формулами так, чтобы количество атомов каждого элемента с обеих сторон уравнения было одинаковым. Никогда не изменяйте индексы в химических формулах.

Проверьте баланс: после внесения изменений убедитесь, что число атомов каждого элемента и заряд (если применимо) сохраняется.

Пример многоступенчатой реакции

Рассмотрим, к примеру, сгорание метана:

[ \text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} ]

Подсчитываем количество атомов:

Слева: 1 C, 4 H, 2 OСправа: 1 C (в CO₂), 2 H (в H₂O), 3 O (1 в CO₂ и 2 в H₂O)

Уравниваем количество атомов, подбирая коэффициенты. Сначала сбалансируем углерод и водород:

[ \text{CH}_4 + 2 \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2 \text{H}_2\text{O} ]

Проверяем:
С: 1 (слева) = 1 (справа)H: 4 (слева) = 4 (справа)O: 4 (слева, 2*2) = 4 (справа, 2 из CO₂ + 2 из H₂O)

Итоговое уравнение:

[ \text{CH}_4 + 2 \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2 \text{H}_2\text{O} ]

Это уравнение соблюдает все законы сохранения и полностью отражает состав реакций.