Одна стрелка в уравнении реакции

Актуальные вопросы химической символики
статья (химия, 11 класс) по теме

В статье обсуждаются вопросы корректного использования химических символов и даны рекомендации по устранению ошибок, которые могут привести к снижению оценки ЕГЭ в части С.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Актуальные вопросы химической символики

В.О.Воробьев, методист ИМЦ, учитель химии ГБОУ СОШ №77

Для успешной сдачи ЕГЭ по химии учащимся необходимо выполнить задания всех частей (А, В и С), представленных в КИМах. Причем, в отличие от частей А и В, где необходимо отметить правильный ответ или привести последовательность цифр, часть С предполагает развернутые ответы на поставленные вопросы и проверяется экспертами.

Опыт работы автора в экспертной комиссии на протяжении нескольких лет говорит о том, что учащиеся зачастую либо не знают смысла химических символов и используют их формально, либо не придают значения правильности и точности их записи. В настоящей работе сделана попытка обобщения допускаемых ошибок и неточностей, а также даны рекомендации по использованию элементов химического языка, не допускающего двоякого толкования.

С помощью знаков и чисел показывают степени окисления и заряды ионов. Причем, для обозначения степени окисления знак ставят перед числом, а заряда иона — после числа. Например: SO 3 -2 – оксид серы (VI), в котором атомы кислорода проявляют степень окисления -2 ,а SO 3 2- — двузарядный сульфит-анион. Как видно, последовательность символов принципиально влияет на смысл приведенных записей.

Для различия единичных значений принята запись знаков и единицы для степеней окисления и только знаков для заряда ионов. Ag +1 – атом серебра, находящийся в степени окисления +1, а Ag + — однозарядный катион серебра; Cl -1 – атом хлора в степени окисления -1, а Cl — — однозарядный анион хлора. Попытка не следовать этому правилу приводит к абсурду: NO 3 -1 – несуществующее соединение азота и кислорода, в котором атомы кислорода проявляют степень окисления -1, тогда как NO 3 — — вполне корректная формула нитрат- аниона. Кроме того, символы 1- или 1+ в химической письменности вообще отсутствуют.

Степень окисления также может быть равна нулю, поэтому, например, запись С 0 вполне однозначна — в простых веществах или в формальдегиде степень окисления углерода действительно равна нулю. Попытка подобным образом показать отсутствие заряда у электронейтральной молекулы также приводит к абсурду: запись H 2 O 0 говорит о том, что в молекуле воды атом кислорода имеет степень окисления равную нулю, что, конечно же, не так.

В заданиях С1 в качестве окислителя нередко встречается перманганат калия KMnO 4 . При составлении уравнения электронного баланса запись

означает, что в перманганате калия марганец будто бы находится в состоянии семизарядного катиона, что, конечно, не так, тогда как запись

вполне корректна, ведь уравнения электронного баланса описывают изменения именно степеней окисления, а не зарядов ионов.

«Стрелка или равенство»

Согласно каноническому определению, химия – наука о веществах, их превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения. Состав веществ выражают химические формулы, превращение веществ – химические уравнения, включающие формулы и коэффициенты, а явления, сопровождающие превращения — термохимические уравнения. В связи с этим, при записи собственно уравнений между левой и правой частью ставят стрелку:

Если же указан тепловой эффект, необходим знак равенства, так как учтены не только материальные, но и энергетические изменения, происходящие в ходе процесса:

Иногда учащиеся составляют схему реакции, например:

в которую после расстановки коэффициентов добавляется символ.

2Al + 3S __→ Al 2 S 3

Такой символ не встречается в химической литературе и допускает двоякое толкование. Добавим лишь, что коэффициенты в уравнениях должны ставиться учащимися по умолчанию, а не по указанию учителя.

«Символы над стрелкой»

При записи уравнений многих реакций необходимо указывать наличие специальных условий их проведения – нагревания (t или Δ), давления (р), присутствия катализатора и т.п. При этом следует различать условия протекания и условия возникновения реакции. Так, например, для начала процесса горения угля действительно требуется нагревание, однако далее реакция протекает самопроизвольно, поэтому в присутствии над стрелкой обозначения нагревания нет необходимости. Наоборот, запись

указывает на эндотермичность процесса; запись же

СаСО 3 t → СаО + СО 2

вполне правомерна, т.к. разложение карбоната кальция процесс эндотермический.

«Стрелки вниз и вверх».

Если продукт реакции выпадает в осадок, это часто показывают направленной вниз стрелкой. При этом, как правило, проблем не бывает, если учащиеся ищут информацию в таблице растворимости. Другое дело, использование стрелки, направленной вверх, для обозначения факта выделения газообразного продукта.

Привычка всегда ставить этот знак после формулы водорода Н 2 ↑ может приводить к неточностям. К примеру, в уравнении реакции

2СН 4 t → С 2 Н 2 + 3Н 2 ↑

газообразное состояние водорода почему-то подчеркивается стрелкой, тогда как агрегатное состояние ацетилена остается загадкой. Подобные записи, конечно же, говорят о формальности химических знаний и формальном использовании химической символики.

В заключение отметим, что грамотное применение химических символов убережет учащихся от снижения оценки их письменной работы в части С при ее проверке экспертами.

Химические уравнения.

Химическое уравнение – это условное изображение химической реакции с помощью химических формул веществ, числовых коэффициентов и математических символов.

При записи химических уравнений должен строго соблюдаться закон сохранения массы: массы вступивших в реакцию веществ, равны массе продуктов реакции.

Химическая реакция – процесс, при котором вещества, обладающие определенным составом и свойствами, превращаются в другие вещества – с другим составом и свойствами. При этом в составе атомных ядер изменений не происходит.

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами – поглощением или выделением теплоты, изменениями агрегатного состояния и окраски веществ.

Пример составления химического уравнения:

слева 2 атома Fe – справа 1 атом Fe (множитель 2)

слева 3 атома O – справа 1 атом O (множитель 3)

Затем подбирается коэффициент для H₂O:

слева 2 атома H – справа 2 атома H (множитель 1), но т.к. справа 3 атома O, то множитель для H₂O получаем 3. Н в правой части уравнения имеет множитель 6, для равновесия Н, в левой части используем множитель 3.

Итоговое химическое уравнение:

Выпадение осадка в результате химической реакции обозначается в химическом уравнении стрелкой вниз ↓. Это означает, что соединение нерастворимо:

Выделение газа в результате химической реакции обозначается в химическом уравнении стрелкой вверх ↑.

Виды химических реакций.

Реакции соединения: хотя бы два элемента образуют один продукт:

Реакции разложения: вещество распадается на два или более простых элемента (соединения):

Реакция замещения: обязательно участвуют атомы какого-нибудь простого вещества, которые замещают атомы одного из элементов в сложном веществе:

Цинк заместил водород в его соединении с хлором (HCl). Водород при этом выделяется в виде газа.

Реакция обмена: реагенты и продукты реакции являются сложными веществами:

Одна стрелка в уравнении реакции

ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,

величайшие завоевания разума будут сделаны

именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)

Таблица
Менделеева

Универсальная таблица растворимости

Коллекция таблиц к урокам по химии

Составление уравнений химических реакций

Урок посвящен изучению алгоритма составления уравнения химической реакции. В ходе урока вы научитесь составлять схему и уравнение химической реакции, зная формулы исходных веществ и продуктов реакции.

I. Схема химической реакции

Сущ­ность хи­ми­че­ской ре­ак­ции с по­зи­ции атом­но-мо­ле­ку­ляр­ной тео­рии за­клю­ча­ет­ся в том, что про­дук­ты ре­ак­ции об­ра­зу­ют­ся из тех же ато­мов, ко­то­рые вхо­ди­ли в со­став ис­ход­ных ве­ществ.

При­мер 1. При раз­ло­же­нии воды об­ра­зу­ют­ся про­стые ве­ще­ства – во­до­род и кис­ло­род (Рис.1.).

Рис. 1. Раз­ло­же­ние воды под дей­ствие элек­три­че­ско­го тока

За­пи­шем фор­му­лу ис­ход­но­го ве­ще­ства воды слева, а фор­му­лы про­дук­тов ре­ак­ции — во­до­ро­да и кис­ло­ро­да – спра­ва. Между ними по­ста­вим стрел­ку:

Эта за­пись яв­ля­ет­ся схе­мой ре­ак­ции.

Схема ре­ак­ции по­ка­зы­ва­ет толь­ко со­став ис­ход­ных ве­ществ и про­дук­тов ре­ак­ции, но не может пол­но­стью от­ра­жать сущ­ность ре­ак­ции. В со­став мо­ле­ку­лы воды вхо­дит один атом кис­ло­ро­да, а в со­став про­сто­го ве­ще­ства кис­ло­ро­да вхо­дят два атома. Это зна­чит, что не вы­пол­ня­ет­ся закон со­хра­не­ния массы ве­ществ.

II. Химические уравнения реакций

Химическое уравнение – это условная запись химической реакции посредством химических формул и коэффициентов.

В результате химического взаимодействия серы и железа получено вещество – сульфид железа (II) – оно отличается от исходной смеси. Ни железо, ни сера не могут быть визуально обнаружены в нем. Невозможно их разделить и с помощью магнита. Произошло химическое превращение.

Запишем протекающую реакцию в виде уравнения химической реакции:

Рассмотрим еще один пример: 2Н2О = 2Н2 + О2

Чтобы не было про­ти­во­ре­чий с за­ко­ном со­хра­не­ния массы ве­ществ, нужно урав­нять число ато­мов каж­до­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та слева и спра­ва от стрел­ки.

Чтобы об­ра­зо­ва­лась одна мо­ле­ку­ла кис­ло­ро­да, в ре­ак­цию долж­ны всту­пить две мо­ле­ку­лы воды. По­ста­вив ко­эф­фи­ци­ент «2» перед фор­му­лой воды. Те­перь урав­ня­ем ко­ли­че­ство ато­мов во­до­ро­да, по­ста­вив ко­эф­фи­ци­ент «2» перед фор­му­лой Н2, вме­сто стрел­ки по­ста­вим знак ра­вен­ства:

Эта за­пись яв­ля­ет­ся урав­не­ни­ем хи­ми­че­ской ре­ак­ции. В от­ли­чие от схемы ре­ак­ции, урав­не­ние учи­ты­ва­ет, что число ато­мов каж­до­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та в ре­ак­ции не ме­ня­ет­ся.

Цифры, сто­я­щие перед фор­му­лой ве­ще­ства, на­зы­ва­ют­ся ко­эф­фи­ци­ен­та­ми. Ко­эф­фи­ци­ент по­ка­зы­ва­ет ко­ли­че­ство мо­ле­кул ве­ще­ства.

Про­чи­тать за­пи­сан­ное урав­не­ние можно так: «Из двух мо­ле­кул воды об­ра­зу­ет­ся две мо­ле­ку­лы во­до­ро­да и 1 мо­ле­ку­ла кис­ло­ро­да».

Составим уравнение химической реакции взаимодействия фосфора и кислорода

1. В левой части уравнения записываем химические формулы реагентов (веществ, вступающих в реакцию). Помните! Молекулы большинства простых газообразных веществ двухатомны – H₂; N₂; O₂; F₂; Cl₂; Br₂; I₂. Между реагентами ставим знак «+», а затем стрелку:

2. В правой части (после стрелки) пишем химическую формулу продукта (вещества, образующегося при взаимодействии). Помните! Химические формулы необходимо составлять, используя валентности атомов химических элементов:

3. Согласно закону сохранения массы веществ число атомов до и после реакции должно быть одинаковым. Это достигается путём расстановки коэффициентов перед химическими формулами реагентов и продуктов химической реакции.

• Вначале уравнивают число атомов, которых в реагирующих веществах (продуктах) содержится больше.
• В данном случае это атомы кислорода.
• Находим наименьшее общее кратное чисел атомов кислорода в левой и правой частях уравнения. Наименьшее кратное для атомов натрия –10: