8 класс Химия Первоначальные химические понятия Вещества и химические реакции

Химические уравнения

Содержание

Горение газа в кухонной плите можно описать короткой химической записью: она показывает, какие вещества взаимодействуют и что получается. В этом уроке разберем устройство такой записи и научимся подбирать коэффициенты, сохраняя состав веществ и число атомов.

Схема химической реакции

При химической реакции исходные вещества — реагенты — превращаются в другие вещества — продукты реакции. Чтобы записать превращение, нужно знать формулы тех и других.

Рассмотрим образование воды: водород $H_2$ взаимодействует с кислородом $O_2$, образуется вода $H_2O$. Реагенты записываем слева, продукт — справа.

$$H_2+O_2\rightarrow H_2O$$

Полученную запись называют схемой химической реакции. Она показывает участников и направление превращения. Число атомов слева и справа пока может не совпадать.

Знак $+$ отделяет формулы разных веществ в одной части записи. Стрелка $\rightarrow$ направлена от реагентов к продуктам. Она не означает перемещение вещества из одного сосуда в другой.

Формула сообщает состав вещества. Например, индекс $2$ в $H_2$ означает, что молекула состоит из двух атомов водорода. В $H_2O$ есть два атома водорода и один атом кислорода: отсутствие индекса после $O$ означает $1$.

{"questions":[{"instruction":"Железо $Fe$ взаимодействует с кислородом $O_2$. Получается оксид железа(III) $Fe_2O_3$. Распределите вещества по группам.","content":"[[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Реагенты","Продукты реакции"],"items":[["$Fe$","$O_2$"],["$Fe_2O_3$"]]}},"explanation":"Железо и кислород вступают во взаимодействие. Оксид железа образуется в результате и относится к продуктам.","hints":["Отделите вещества, которые взаимодействуют, от того, что получается.","Слово «получается» указывает на продукт описанной реакции."]},{"instruction":"Магний $Mg$ взаимодействует с бромоводородной кислотой $HBr$. Образуются бромид магния $MgBr_2$ и водород $H_2$. Какая схема передает это описание?","content":"[[choice-2]]","widgets":{"choice-2":{"type":"choice","options":["$MgBr_2+H_2\\rightarrow Mg+HBr$","$Mg+H_2\\rightarrow MgBr_2+HBr$","$Mg+HBr\\rightarrow MgBr_2+H_2$","$Mg+MgBr_2\\rightarrow HBr+H_2$"],"answer":[2]}},"explanation":"Перед стрелкой должны находиться магний и бромоводородная кислота, после нее — бромид магния и водород. Коэффициенты в этой схеме еще не подобраны.","hints":["Найдите обе формулы исходных веществ в описании.","Проверьте стороны стрелки: слева должны быть все реагенты, справа — все продукты."]},{"instruction":"Ученик видит запись $Al+Cl_2\\rightarrow AlCl_3$. Какие два вывода можно сделать до подбора коэффициентов? Выберите два ответа.","content":"[[choice-3]]","widgets":{"choice-3":{"type":"choice","options":["Хлорид алюминия $AlCl_3$ вступает в реакцию как исходное вещество.","Алюминий $Al$ и хлор $Cl_2$ относятся к реагентам.","Знак $+$ означает, что алюминий превращается в хлор.","Хлорид алюминия $AlCl_3$ является продуктом."],"answer":[1,3]}},"explanation":"Положение формул показывает роли веществ: алюминий и хлор находятся слева от стрелки, хлорид алюминия — справа.","hints":["Читайте направление превращения от левой части к правой.","Не путайте математический знак между веществами одной части со знаком между реагентами и продуктом."]}],"mix":1}

Закон сохранения массы веществ

Представьте две башни из кубиков. Если перестроить их в пирамиду, ее форма изменится, но сами кубики не исчезнут и не появятся из ниоткуда. Точно так же и при химической реакции: атомы просто перегруппируются, создавая совершенно новые вещества.

Закон сохранения массы веществ

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию (реагентов), равна массе веществ, получившихся в результате ее (продуктов реакции).

Чтобы проверить запись реакции, нужно правильно сосчитать атомы. Индекс стоит справа внизу после символа элемента или скобок. Он задает состав вещества. Коэффициент стоит перед всей формулой и умножает число всех атомов, учитываемых по ней.

В записи $3H_2O$ коэффициент $3$ относится и к водороду, и к кислороду. Получается $3\cdot2=6$ атомов водорода и $3\cdot1=3$ атома кислорода.

Запись	Атомы водорода	Атомы кислорода
$H_2O$	$2$	$1$
$3H_2O$	$6$	$3$
$H_2O_2$	$2$	$2$

Формулы $H_2O$ и $H_2O_2$ обозначают разные вещества. Замена индекса меняет состав, а увеличение коэффициента перед $H_2O$ сохраняет состав воды.

Правило

При уравнивании реакции изменяют коэффициенты перед формулами. Заданные формулы реагентов и продуктов сохраняют.

Если перед формулой нет числа, коэффициент равен $1$. Это не означает отсутствия вещества. Индекс и коэффициент действуют независимо: сначала читают состав по формуле, затем умножают его на коэффициент.

{"questions":[{"instruction":"Сколько атомов водорода и кислорода учитывается в записи $4H_2O$?","content":"[[choice-7]]","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":["Водорода — $4$, кислорода — $2$","Водорода — $8$, кислорода — $4$","Водорода — $8$, кислорода — $1$","Водорода — $2$, кислорода — $4$"],"answer":[1]}},"explanation":"Коэффициент действует на всю формулу: водорода $4\\cdot2=8$, кислорода $4\\cdot1=4$.","hints":["Определите число атомов каждого элемента в одной молекуле воды.","Умножьте оба результата на число перед всей формулой."]},{"instruction":"В реакции должны образоваться молекулы воды $H_2O$. Ученик заменил продукт на $H_2O_2$, чтобы добавить кислород в правую часть. Что произошло?","content":"[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["Он изменил число молекул воды, сохранив ее состав.","Он записал тот же продукт с сокращенным коэффициентом.","Он заменил воду другим веществом, поэтому не сохранил условие реакции.","Он показал, что коэффициент действует только на кислород."],"answer":[2]}},"explanation":"Изменение индекса превратило формулу воды в формулу другого вещества. Согласовывать число атомов нужно коэффициентами.","hints":["Сравните положение измененного числа с положением коэффициента.","Проверьте, осталось ли прежним соотношение атомов внутри одной формулы продукта."]},{"instruction":"Распределите изменения записи по группам","content":"[[grouper-9]]","widgets":{"grouper-9":{"type":"grouper","labels":["Меняется коэффициент","Меняется индекс"],"items":[["Вместо $2CO_2$ записали $5CO_2$.","Вместо $O_2$ записали $3O_2$."],["Вместо $CO_2$ записали $CO$.","Вместо $H_2O$ записали $H_2O_2$."]]}},"explanation":"Число перед всей формулой меняет количество учитываемых частиц. Изменение числа атомов внутри формулы меняет состав вещества.","hints":["Найдите, где именно изменилось число: перед формулой или внутри нее.","Отсутствие индекса после символа означает один атом этого элемента."]}],"mix":1}

Сохранение числа атомов

Вернемся к схеме образования воды $H_2+O_2\rightarrow H_2O$. Слева учтены $2$ атома водорода и $2$ атома кислорода. Справа — $2$ атома водорода и $1$ атом кислорода. Запись не согласована.

Поставим коэффициент $2$ перед водой: справа появятся $4$ атома водорода и $2$ атома кислорода. Кислород совпал, но теперь слева не хватает водорода. Коэффициент $2$ перед $H_2$ согласует и его.

$$2H_2+O_2=2H_2O$$

Элемент	Число атомов слева	Число атомов справа
Водород $H$	$2\cdot2=4$	$2\cdot2=4$
Кислород $O$	$1\cdot2=2$	$2\cdot1=2$

Определение

Химическим уравнением называют условную запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков.

В химическом уравнении число атомов каждого элемента слева и справа должно совпадать. Такое согласование с помощью коэффициентов называют уравниванием. Оно позволяет записать реакцию в соответствии с законом сохранения массы веществ.

Обычно для согласованного уравнения используют знак =, а для промежуточной схемы —
→ . При этом знак равенства не делает реагенты и продукты одним веществом. Проверка числа атомов важнее внешнего вида знака: стрелка тоже может стоять в согласованной записи.

Нельзя ограничиться общим числом атомов. Если количество атомов одного элемента увеличилось, а другого уменьшилось, их суммы могут случайно совпасть. При обычной химической реакции один элемент не заменяется другим.

{"questions":[{"instruction":"Водород $H_2$ взаимодействует с бромом $Br_2$, образуется бромоводород $HBr$. Какая запись согласована по числу атомов и сохраняет заданные формулы?","content":"[[choice-10]]","widgets":{"choice-10":{"type":"choice","options":["$H_2+Br_2=HBr$","$H_2+Br=2HBr$","$H_2+Br_2=2HBr$","$2H_2+Br_2=2HBr$"],"answer":[2]}},"explanation":"В записи $H_2+Br_2=2HBr$ с каждой стороны по два атома водорода и брома. Все заданные формулы сохранены.","hints":["Сначала исключите запись, в которой изменена формула брома.","Затем отдельно сравните водород и бром в обеих частях каждого оставшегося варианта."]},{"instruction":"В записи $H_2+Cl_2=HCl$ слева всего $4$ атома, справа — $2$. Ученик предлагает считать общую сумму атомов. Какие два действия нужны для надежной проверки?","content":"[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["Заменить индекс в молекуле хлора, если он мешает.","Сосчитать атомы водорода и хлора отдельно.","Считать знак $=$ доказательством того, что проверка уже выполнена.","Учитывать коэффициент перед всей формулой."],"answer":[1,3]}},"explanation":"Проверяют число атомов каждого элемента с учетом коэффициентов. Сам знак равенства не подтверждает согласованность.","hints":["В реакции должны сохраняться атомы именно тех элементов, которые входят в вещества.","Число перед формулой влияет на все элементы, а не только на первый символ."]},{"instruction":"Записано $2Al+3Cl_2\\rightarrow2AlCl_3$. Какое суждение подтверждается подсчетом атомов?","content":"[[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["Запись не согласована, потому что в ней стоит стрелка.","Число атомов алюминия совпадает, а число атомов хлора различается.","С каждой стороны по $2$ атома алюминия и $6$ атомов хлора; запись согласована.","Слева и справа должны совпадать только суммы коэффициентов."],"answer":[2]}},"explanation":"Слева алюминия $2$, хлора $3\\cdot2=6$. Справа алюминия $2\\cdot1=2$, хлора $2\\cdot3=6$. Стрелка не мешает записи быть согласованной.","hints":["Проверьте каждый элемент независимо от знака между частями записи.","Умножьте индексы продукта на число перед его формулой."]}],"mix":1}

Смысл коэффициентов

В уравнении $2H_2+O_2=2H_2O$ на каждые $2$ молекулы водорода приходится $1$ молекула кислорода и получается $2$ молекулы воды. Коэффициенты задают соотношение числа частиц: $2:1:2$. Они не сообщают, что в реальном сосуде находится всего несколько молекул.

Если в условной модели число молекул водорода увеличить вдвое, числа молекул остальных участников тоже нужно увеличить вдвое: $4:2:4$. Соотношение сохраняется.

Коэффициенты не являются массами в граммах: молекулы разных веществ имеют разную массу. Они также не задают продолжительность реакции.

Правило

При химической реакции сохраняется число атомов каждого элемента. Общее число молекул может изменяться.

В модели образования воды слева $2+1=3$ молекулы, справа $2$. Молекулы перестроились, но число атомов водорода и кислорода сохранилось.

{"questions":[{"instruction":"Для записи $H_2+Cl_2=2HCl$ в модели взяли $4$ молекулы водорода и достаточно хлора. Весь водород вступил в реакцию. Сколько молекул хлороводорода образуется?","content":"[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["$2$","$4$","$6$","$8$"],"answer":[3]}},"explanation":"На одну молекулу водорода приходится две молекулы продукта. Поэтому из $4$ молекул водорода получается $4\\cdot2=8$ молекул хлороводорода.","hints":["Прочитайте соотношение коэффициента водорода и коэффициента продукта.","Увеличьте оба числа в одинаковое число раз."]},{"instruction":"Ученик читает запись $2CO+O_2=2CO_2$. Какие два утверждения следуют из коэффициентов? Выберите два ответа.","content":"[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["В модели на две молекулы оксида углерода приходится одна молекула кислорода.","В реакцию обязательно взяли $2\\,\\text{г}$ оксида углерода и $1\\,\\text{г}$ кислорода.","На две молекулы исходного оксида приходится две молекулы углекислого газа.","Реакция обязательно заканчивается за $2\\,\\text{с}$."],"answer":[0,2]}},"explanation":"Соотношение числа молекул составляет $2:1:2$. Масса конкретного образца и время реакции коэффициентами не заданы.","hints":["Отделите соотношение частиц от измерений конкретного образца.","Коэффициент относится к формуле вещества, а не к единице массы или времени."]},{"instruction":"Распределите сведения о записи $3N_2$ по группам","content":"[[grouper-15]]","widgets":{"grouper-15":{"type":"grouper","labels":["Состав одной молекулы","Число учитываемых молекул"],"items":[["В каждой молекуле азота два атома азота."],["В записи учтены три молекулы азота."]]}},"explanation":"Индекс $2$ показывает состав молекулы азота. Коэффициент $3$ показывает число молекул, учитываемых в записи.","hints":["Сначала прочитайте формулу без числа перед ней.","Затем определите, что изменяет число, стоящее перед всей формулой."]}],"mix":1}

Подбор коэффициентов

Рассмотрим горение красного фосфора в кислороде. Образуется оксид, называемый фосфорным ангидридом.

Что такое фосфорный ангидрид?

Пусть вас не пугает это сложное слово. Приставка «ан-» означает «без», а корень «гидр» — «вода». То есть ангидрид — это буквально «обезвоженный» порошок. Его используют на заводах как супер-осушитель. Например, им убирают малейшие следы воды из газов, чтобы трубы на Севере не покрывались внутри льдом, а лекарства на фармацевтических фабриках не портились от сырости.

Используем запись фосфора $P$ и формулу продукта $P_2O_5$, показывающую соотношение элементов.

$$P+O_2\rightarrow P_2O_5$$

Удобно начать с кислорода: в $O_2$ его $2$ атома, в $P_2O_5$ — $5$. Найдем наименьшее число, которое делится и на $2$, и на $5$: это $10$. Такое число называют наименьшим общим кратным, сокращенно НОК.

Для $10$ атомов кислорода слева нужен коэффициент $10:2=5$ перед $O_2$, справа — $10:5=2$ перед $P_2O_5$. Теперь справа $2\cdot2=4$ атома фосфора, поэтому перед $P$ ставим $4$.

$$4P+5O_2=2P_2O_5$$

Проверка: фосфора с каждой стороны $4$ атома, кислорода — $10$. Коэффициент перед продуктом изменил число атомов обоих элементов, поэтому после подбора кислорода понадобилась повторная проверка фосфора.

В обычной учебной записи используют наименьшие положительные целые коэффициенты. Числа должны согласовывать все элементы; формулы при этом остаются прежними.

Алгоритм

Запишите данные формулы реагентов и продуктов по разные стороны стрелки.
Сосчитайте атомы каждого элемента слева и справа.
Подберите коэффициенты перед формулами, согласуя число атомов.
Повторно проверьте каждый элемент с учетом всех коэффициентов.

Подбор часто требует возвращения к уже проверенному элементу. Не существует требования всегда начинать с одного и того же символа: важно в конце проверить всю запись.

{"questions":[{"instruction":"Для схемы $Fe+O_2\\rightarrow Fe_2O_3$ выберите наименьшие положительные целые коэффициенты в порядке формул","content":"[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["$2;\\;3;\\;1$","$4;\\;3;\\;2$","$2;\\;1;\\;1$","$4;\\;2;\\;2$"],"answer":[1]}},"explanation":"Для кислорода НОК чисел $2$ и $3$ равен $6$: перед $O_2$ ставят $3$, перед $Fe_2O_3$ — $2$. В двух единицах продукта четыре атома железа, поэтому перед $Fe$ нужен коэффициент $4$.","hints":["Согласуйте кислород с помощью числа, кратного его количеству в обеих формулах.","После этого снова сосчитайте железо в продукте."]},{"instruction":"Алюминий $Al$ и сера $S$ образуют сульфид алюминия $Al_2S_3$. Какая запись соответствует описанию и согласована наименьшими положительными целыми коэффициентами?","content":"[[choice-17]]","widgets":{"choice-17":{"type":"choice","options":["$Al+3S=Al_2S_3$","$2Al+S=Al_2S_3$","$2Al+3S=Al_2S_3$","$2Al+3S=2Al_2S_3$"],"answer":[2]}},"explanation":"В одной формульной единице продукта два атома алюминия и три атома серы. Именно столько атомов нужно учесть в левой части.","hints":["Сначала прочитайте состав продукта при коэффициенте один.","Сопоставьте его с числом атомов каждого исходного элемента."]},{"instruction":"Расположите этапы составления и проверки записи в рабочем порядке","content":"[[sorter-18]]","widgets":{"sorter-18":{"type":"sorter","items":["Записать известные формулы исходных веществ и продуктов.","Сравнить число атомов каждого элемента в обеих частях схемы.","Подобрать коэффициенты перед формулами.","Проверить число атомов каждого элемента с учетом полученных коэффициентов."]}},"explanation":"Сначала нужны формулы участников, затем первоначальное сравнение атомов. После подбора коэффициентов выполняют повторную проверку всей записи.","hints":["Подбор чисел невозможен, пока не записаны формулы.","Проверка с учетом полученных коэффициентов завершает этот порядок действий."]}],"mix":1}

Атомы в нескольких веществах

Фосфорный ангидрид $P_2O_5$ взаимодействует с водой $H_2O$, образуется фосфорная кислота $H_3PO_4$. Все участники известны, поэтому можно составить схему.

$$P_2O_5+H_2O\rightarrow H_3PO_4$$

Слева два атома фосфора, поэтому перед кислотой поставим $2$. В правой части получится $2\cdot3=6$ атомов водорода. Для них слева нужны три молекулы воды.

$$P_2O_5+3H_2O=2H_3PO_4$$

Кислород входит в оба реагента. Слева его $5+3\cdot1=8$ атомов, справа — $2\cdot4=8$. Все элементы согласованы.

Правило

Если элемент входит в несколько веществ одной части уравнения, складывайте число его атомов во всех этих веществах, учитывая коэффициенты.

Тот же способ нужен, когда кислород или водород присутствует сразу в двух продуктах. Нельзя проверять только одну удобную формулу и пропускать остальные.

Еще один пример: гидроксид натрия $NaOH$ взаимодействует с серной кислотой $H_2SO_4$, образуются сульфат натрия $Na_2SO_4$ и вода $H_2O$. При проверке этой записи водород и кислород тоже нужно учитывать в нескольких веществах.

{"questions":[{"instruction":"По схеме $Fe_2O_3+H_2\\rightarrow Fe+H_2O$ выберите наименьшие положительные целые коэффициенты в порядке формул","content":"[[choice-19]]","widgets":{"choice-19":{"type":"choice","options":["$1;\\;1;\\;2;\\;1$","$1;\\;3;\\;1;\\;3$","$2;\\;3;\\;2;\\;3$","$1;\\;3;\\;2;\\;3$"],"answer":[3]}},"explanation":"Уравнение $Fe_2O_3+3H_2=2Fe+3H_2O$ сохраняет два атома железа, три атома кислорода и шесть атомов водорода с каждой стороны.","hints":["Согласуйте железо, затем учтите кислород в воде.","Проверьте, сколько атомов водорода приходится на получившееся число молекул воды."]},{"instruction":"Для схемы $NaOH+H_2SO_4\\rightarrow Na_2SO_4+H_2O$ выберите согласованное уравнение с наименьшими положительными целыми коэффициентами","content":"[[choice-20]]","widgets":{"choice-20":{"type":"choice","options":["$2NaOH+H_2SO_4=Na_2SO_4+2H_2O$","$NaOH+H_2SO_4=Na_2SO_4+H_2O$","$2NaOH+H_2SO_4=Na_2SO_4+H_2O$","$NaOH+2H_2SO_4=Na_2SO_4+2H_2O$"],"answer":[0]}},"explanation":"С каждой стороны по два атома натрия, одному атому серы, четыре атома водорода и шесть атомов кислорода. Водород и кислород учитываются во всех формулах своей части.","hints":["Начните с натрия в формуле продукта.","После изменения коэффициента сложите водород и кислород в обоих реагентах и проверьте продукты."]},{"instruction":"Дано уравнение $2K+2H_2O=2KOH+H_2$. Какое выражение считает все атомы водорода в правой части?","content":"[[choice-21]]","widgets":{"choice-21":{"type":"choice","options":["$2\\cdot1=2$","$1\\cdot2=2$","$2\\cdot1+1\\cdot2=4$","$2\\cdot2+1\\cdot2=6$"],"answer":[2]}},"explanation":"Водород есть в обоих продуктах: в $2KOH$ два атома, в $H_2$ еще два. Всего $4$.","hints":["Найдите все формулы справа, в которые входит водород.","Сначала учтите коэффициент каждой формулы, затем сложите полученные вклады."]}],"mix":1}

Проверка уравнения

Совпадение атомов — необходимая проверка, но в обычной записи выбирают еще и наименьшие целые коэффициенты. Например, $4H_2+2O_2=4H_2O$ согласовано по атомам. Все коэффициенты можно разделить на $2$, сохранив то же соотношение: получится $2H_2+O_2=2H_2O$.

Сокращают все коэффициенты одновременно, включая подразумеваемые единицы. Индексы внутри формул не сокращают. Если среди коэффициентов есть $1$, общего целого делителя больше $1$ у них уже нет.

Проверяйте три вещи:

Сохранены ли заданные формулы?
Совпало ли число атомов каждого элемента?
Нельзя ли сократить все коэффициенты на один общий делитель?

{"questions":[{"instruction":"Запись $4Al+6Cl_2=4AlCl_3$ согласована по атомам. Какие коэффициенты дадут ту же реакцию в наименьшем целом соотношении?","content":"[[choice-22]]","widgets":{"choice-22":{"type":"choice","options":["$4;\\;3;\\;4$","$2;\\;3;\\;2$","$2;\\;6;\\;2$","$1;\\;3;\\;1$"],"answer":[1]}},"explanation":"Все исходные коэффициенты делятся на $2$. После одновременного сокращения получается $2Al+3Cl_2=2AlCl_3$.","hints":["Найдите целое число больше единицы, на которое делится каждый коэффициент.","Сокращение должно одинаково затронуть всю последовательность чисел."]},{"instruction":"В уравнении $2CO+O_2=2CO_2$ сумма коэффициентов слева равна $3$, справа — $2$. Ученик считает это ошибкой. Как оценить его вывод?","content":"[[choice-23]]","widgets":{"choice-23":{"type":"choice","options":["Он прав: сумма коэффициентов должна быть одинаковой.","Нужно изменить формулу кислорода на $O$, чтобы уменьшить сумму.","Уравнение согласовано: с каждой стороны два атома углерода и четыре атома кислорода.","Нужно удалить один атом углерода из продуктов."],"answer":[2]}},"explanation":"Сохраняются атомы каждого элемента, а не сумма коэффициентов. Углерода с каждой стороны $2$, кислорода — $4$.","hints":["Коэффициенты могут считать разное число молекул до и после превращения.","Выполните проверку отдельно для углерода и кислорода."]},{"instruction":"Оцените записи только по числу атомов каждого элемента. Распределите их по группам.","content":"[[grouper-24]]","widgets":{"grouper-24":{"type":"grouper","labels":["Атомы согласованы","Нужен подбор коэффициентов"],"items":[["$2Al+3S=Al_2S_3$","$4H_2+2O_2=4H_2O$"],["$Al+S=Al_2S_3$","$H_2+O_2=2H_2O$"]]}},"explanation":"Записи $2Al+3S=Al_2S_3$ и $4H_2+2O_2=4H_2O$ сохраняют число атомов каждого элемента. Запись образования воды с коэффициентами $4:2:4$ можно сократить, но по атомам она уже верна. В $Al+S=Al_2S_3$ не хватает атомов алюминия и серы слева; в $H_2+O_2=2H_2O$ — атомов водорода слева.","hints":["Считайте атомы, а не количество формул.","В этом задании наименьшие коэффициенты не являются отдельным условием: проверяется только сохранение атомов."]}],"mix":1}

Формулы со скобками

Скобки объединяют группу атомов. Индекс после скобок относится к каждому элементу внутри группы. В формуле нитрата кальция $Ca(NO_3)_2$ один атом кальция и две группы $NO_3$. Поэтому азота $1\cdot2=2$ атома, кислорода — $3\cdot2=6$.

Коэффициент перед такой формулой действует и на атом перед скобками, и на всю группу. В $2Ca(NO_3)_2$ кальция $2$, азота $2\cdot2=4$, кислорода $2\cdot3\cdot2=12$ атомов.

В записи $2Fe(OH)_3$ железа $2\cdot1=2$ атома. Кислорода и водорода по $2\cdot3=6$: индекс $3$ относится к обоим элементам в скобках.

Порядок подсчета один: прочитайте состав группы, учтите индекс за скобками, затем коэффициент всей формулы. Если тот же элемент есть в другой формуле этой части уравнения, после подсчета сложите вклады.

{"questions":[{"instruction":"Сколько атомов кислорода и водорода учитывается в записи $3Mg(OH)_2$?","content":"[[choice-25]]","widgets":{"choice-25":{"type":"choice","options":["Кислорода — $3$, водорода — $2$","Кислорода — $6$, водорода — $6$","Кислорода — $6$, водорода — $2$","Кислорода — $2$, водорода — $3$"],"answer":[1]}},"explanation":"В каждой группе $OH$ по одному атому обоих элементов. Индекс $2$ и коэффициент $3$ дают $3\\cdot2=6$ атомов кислорода и столько же водорода.","hints":["Определите, к каким элементам относится число после скобок.","Затем умножьте состав одной формулы на коэффициент перед ней."]},{"instruction":"Для записи $2Al(OH)_3$ ученик насчитал $2$ атома алюминия, $6$ атомов кислорода и $3$ атома водорода. Что нужно исправить?","content":"[[choice-26]]","widgets":{"choice-26":{"type":"choice","options":["Алюминия должно быть $1$, потому что после символа нет индекса.","Кислорода должно быть $3$, потому что коэффициент действует только на алюминий.","Водорода должно быть $6$: на него действуют и индекс группы, и коэффициент.","Нужно заменить индекс группы на $6$."],"answer":[2]}},"explanation":"Водород, как и кислород, находится внутри группы $OH$. Его число равно $2\\cdot3=6$, а формулу менять не нужно.","hints":["Индекс группы относится ко всем символам внутри скобок.","Число перед формулой умножает и тот элемент, который стоит последним."]},{"instruction":"Для схемы $AgNO_3+CaCl_2\\rightarrow AgCl+Ca(NO_3)_2$ выберите наименьшие положительные целые коэффициенты в порядке формул","content":"[[choice-27]]","widgets":{"choice-27":{"type":"choice","options":["$1;\\;1;\\;1;\\;1$","$2;\\;2;\\;2;\\;1$","$1;\\;2;\\;2;\\;1$","$2;\\;1;\\;2;\\;1$"],"answer":[3]}},"explanation":"Уравнение $2AgNO_3+CaCl_2=2AgCl+Ca(NO_3)_2$ сохраняет два атома серебра, один кальция, два хлора, два азота и шесть кислорода с каждой стороны.","hints":["Начните с двух атомов хлора в реагенте и согласуйте серебро в продукте.","Прочитайте группу в нитрате кальция и сравните азот и кислород в обеих частях."]}],"mix":1}

Газ и осадок

В уравнении можно отметить, что один из продуктов выделяется как газ или выпадает в осадок. Осадок — твердый малорастворимый продукт, который появляется в растворе. Эти сведения берут из описания реакции.

Знак после формулы	Значение
$\uparrow$	Выделяется газ
$\downarrow$	Образуется осадок

При взаимодействии магния с бромоводородной кислотой выделяется водород. После его формулы ставим стрелку вверх.

$$Mg+2HBr=MgBr_2+H_2\uparrow$$

При взаимодействии растворов нитрата серебра и хлорида кальция образуется осадок хлорида серебра. Стрелка вниз относится именно к этому продукту.

$$2AgNO_3+CaCl_2=2AgCl\downarrow+Ca(NO_3)_2$$

Знаки $\uparrow$ и $\downarrow$ не заменяют коэффициенты и не меняют число атомов. Они не показывают температуру или скорость реакции. Не путайте их со стрелкой $\rightarrow$, которая разделяет реагенты и продукты в схеме.

{"questions":[{"instruction":"Распределите обозначения продуктов по группам","content":"[[grouper-28]]","widgets":{"grouper-28":{"type":"grouper","labels":["Выделяется газ","Образуется осадок"],"items":[["$H_2\\uparrow$","$CO_2\\uparrow$"],["$AgCl\\downarrow$","$BaSO_4\\downarrow$"]]}},"explanation":"Стрелка вверх отмечает газообразный продукт, стрелка вниз — осадок. Классификация в этом задании определяется знаком после формулы.","hints":["Смотрите на знак непосредственно после каждой формулы.","Для чтения уже поставленного знака не нужно угадывать свойства вещества по названию."]},{"instruction":"В записи $2K+2H_2O=2KOH+H_2\\uparrow$ что обозначает стрелка после $H_2$?","content":"[[choice-29]]","widgets":{"choice-29":{"type":"choice","options":["Водород вступает в реакцию как исходное вещество.","Водород выделяется как газ.","Температура водорода повышается.","Коэффициент перед водородом равен $2$."],"answer":[1]}},"explanation":"Стрелка вверх показывает выделение газа. Коэффициент перед $H_2$ в этой записи равен $1$ и не меняется из-за стрелки.","hints":["Отделите знак после формулы от числа перед ней.","Роль вещества определяется его стороной в уравнении, а стрелка после формулы отмечает наблюдаемый результат."]},{"instruction":"В описании реакции образовался осадок $BaSO_4$, а другая реакция дала газ $CO_2$. Выберите два подходящих обозначения.","content":"[[choice-30]]","widgets":{"choice-30":{"type":"choice","options":["$BaSO_4\\uparrow$","$CO_2\\uparrow$","$BaSO_4\\downarrow$","$CO_2\\downarrow$"],"answer":[1,2]}},"explanation":"Осадок отмечают стрелкой вниз, газ — стрелкой вверх. Формулы продуктов при этом сохраняются.","hints":["Сопоставьте каждый продукт с указанным в условии наблюдением.","Выберите знак для каждого признака независимо."]}],"mix":1}

Химическое уравнение и описание процесса

Вернемся к газовой плите. В состав природного газа входит метан $CH_4$. При его полном сгорании он взаимодействует с кислородом $O_2$, образуя углекислый газ $CO_2$ и воду $H_2O$. Эти данные позволяют записать схему.

$$CH_4+O_2\rightarrow CO_2+H_2O$$

Оставим коэффициент $1$ перед метаном. В нем один атом углерода, поэтому перед $CO_2$ тоже нужен $1$. Четыре атома водорода требуют коэффициента $2$ перед водой. В обоих продуктах вместе $2+2\cdot1=4$ атома кислорода, значит, перед $O_2$ ставим $2$.

$$CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O$$

Уравнение показывает вещества и соотношение частиц $1:2:1:2$.

По одной записи нельзя установить время сгорания или массу конкретного образца. Для этого нужны дополнительные данные. Уравнение сообщает соотношение участников, а не все условия реального процесса.

{"questions":[{"instruction":"Для записи $CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O$ выберите три утверждения, которые можно подтвердить","content":"[[choice-31]]","widgets":{"choice-31":{"type":"choice","options":["Кислород является реагентом.","Каждая взятая порция метана имеет массу $1\\,\\text{г}$.","Углекислый газ является продуктом.","В модели на одну молекулу метана приходится две молекулы кислорода."],"answer":[0,2,3]}},"explanation":"Стороны уравнения показывают роли веществ, а коэффициенты — соотношение числа молекул. Масса взятой порции не указана.","hints":["Сначала прочитайте участников слева и справа.","Затем различите коэффициент перед формулой и измеренную массу образца."]},{"instruction":"В модели полного сгорания метана по уравнению $CH_4+2O_2=CO_2+2H_2O$ прореагировали $5$ молекул метана. Сколько молекул кислорода израсходовано?","content":"[[choice-32]]","widgets":{"choice-32":{"type":"choice","options":["$2$","$5$","$10$","$20$"],"answer":[2]}},"explanation":"На одну молекулу метана требуется две молекулы кислорода. На пять молекул метана нужно $5\\cdot2=10$ молекул кислорода.","hints":["Найдите соотношение метана и кислорода по коэффициентам.","Измените число молекул кислорода во столько же раз, во сколько увеличили число молекул метана."]},{"instruction":"Известны только формулы исходных веществ, но нет сведений о продуктах неизвестной реакции. Можно ли получить ее уравнение одним подбором коэффициентов?","content":"[[choice-33]]","widgets":{"choice-33":{"type":"choice","options":["Да: любое совпадение атомов доказывает, какие продукты образуются.","Да: продуктом всегда станет вещество из одного элемента.","Нет: сначала нужны сведения о том, какие вещества образуются.","Да: одинаковые записи исходных веществ слева и справа всегда показывают реакцию."],"answer":[2]}},"explanation":"Подбор коэффициентов согласует уже известные формулы участников. Он не устанавливает неизвестные продукты сам по себе.","hints":["Вспомните, что должно быть известно до записи схемы.","Сохранение атомов проверяет запись, но не заменяет описание химического превращения."]}],"mix":1}

При разборе новой записи действуйте по порядку:

определите роли веществ
сохраните их формулы
учтите коэффициенты
проверьте атомы каждого элемента

{"questions":[{"instruction":"По записи $Fe_2O_3+2Al=Al_2O_3+2Fe$ распределите вещества по группам","content":"[[grouper-34]]","widgets":{"grouper-34":{"type":"grouper","labels":["Реагенты","Продукты реакции"],"items":[["$Fe_2O_3$","$Al$"],["$Al_2O_3$","$Fe$"]]}},"explanation":"Оксид железа и алюминий находятся в левой части, оксид алюминия и железо — в правой. Числа перед формулами не меняют роль вещества.","hints":["Определяйте роль по стороне уравнения.","Не объединяйте простое вещество железо и его оксид: это разные участники."]},{"instruction":"Известна схема $CuSO_4+KOH\\rightarrow Cu(OH)_2+K_2SO_4$. Выберите согласованную запись с наименьшими положительными целыми коэффициентами.","content":"[[choice-35]]","widgets":{"choice-35":{"type":"choice","options":["$CuSO_4+KOH=Cu(OH)_2+K_2SO_4$","$CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2+K_2SO_4$","$2CuSO_4+KOH=Cu(OH)_2+K_2SO_4$","$CuSO_4+2KOH=2Cu(OH)_2+K_2SO_4$"],"answer":[1]}},"explanation":"В записи $CuSO_4+2KOH=Cu(OH)_2+K_2SO_4$ с каждой стороны по одному атому меди и серы, два атома калия и водорода, шесть атомов кислорода.","hints":["Сравните число атомов калия, затем проверьте группу $OH$.","Сложите кислород во всех веществах каждой части и не забудьте повторно проверить медь и серу."]}],"mix":1}

Итоги

Схема химической реакции показывает формулы реагентов и продуктов. Чтобы получить согласованное уравнение, подбирают коэффициенты и проверяют число атомов каждого элемента. Заданные формулы при этом сохраняются.

Индекс определяет состав вещества, коэффициент действует на всю формулу. Индекс после скобок относится ко всей группе. Если элемент входит в несколько веществ одной части, число его атомов складывают.

Коэффициенты задают соотношение числа молекул. Число молекул может изменяться, но атомы каждого элемента и общая масса всех участвующих веществ сохраняются.

Часто задаваемые вопросы

Почему нельзя заменить индекс вместо подбора коэффициента?

Индекс меняет состав вещества. Коэффициент оставляет формулу прежней и меняет число учитываемых частиц. При уравнивании нужно сохранить заданные реагенты и продукты.

Почему число молекул слева и справа может различаться?

В ходе реакции атомы соединяются по-новому. Сохраняются атомы каждого элемента, а не прежнее число молекул. Поэтому равенство сумм коэффициентов не требуется.

Награды за урок

Следующий урок

Типы химических реакций

Перейти к уроку