Зачем нужны стрелки 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:

Как составить уравнение химической реакции: пошаговая инструкция

Превращение одних веществ в другие — обычное явление, которое происходит в ходе химических реакций. Для того чтобы обозначить, как протекают такие процессы, используют специальную систему уравнений. Так, например, горение метана (мы можем наблюдать его каждый день, когда зажигаем газовую плиту) протекает по следующей схеме:

СН4 + 2О2 → СО2 + Н2О

Расшифровать уравнение реакции можно следующим образом. Две молекулы кислорода соединяются с молекулой метана и в результате формируют две молекулы воды и молекулу углекислого газа. Можно отметить, что во время протекания реакции связи между некоторыми атомами (например, водорода и углерода) разрываются. Вместо них появляются новые, благодаря которым и формируются углекислород и вода.

Особенности записи формул химических реакций

Уравнения химических реакций: способы решения заданий

Для удобства записи уравнения химических реакций делают предельно схематичными: их записывают только при помощи латинских букв и цифр. В левой части уравнения указываются реагенты (те вещества, которые взаимодействуют между собой), а в правой — так называемые продукты реакции (те вещества, которые формируются после завершения процесса). При записи уравнения важно помнить о двух правилах.

1. Атомы не исчезают никуда и не появляются из ниоткуда (соответственно, их число в обоих частях формулы должно быть одинаковым).
2. Общая масса реагентов не может отличаться от итоговой массы продуктов реакции (именно по этой причине записи протекания реакций называют уравнениями).

Какими бывают химические реакции

Выделяют четыре варианта взаимодействия химических веществ друг с другом.

Как расставить коэффициенты в химических уравнениях

Чтобы уравнение реакции было верным, крайне важно правильно расставить в нем коэффициенты. С помощью этих цифр указывается, какое число молекул необходимо для протекания реакции. Внешне коэффициент выглядит как число, поставленное перед формулой вещества (например, 2NaCl). Важно не перепутать их с индексами: последние как раз ставятся под символом химического элемента и указывают на количество атомов (например, H2).

Если вам требуется узнать, сколько атомов конкретного вещества участвует в реакции, следует индекс умножит на коэффициент. Например, при использовании двух молекул воды (2H₂O) речь идет о четырех атомах водорода и двух атомах кислорода. При решении уравнения реакции задача ученика — подобрать коэффициент и узнать, сколько молекул участвует в процессе.

Помочь разобраться в этом нелегком деле могут наши репетиторы по химии в Москве. Ведь, согласитесь, поспеть за школьной программой порой непросто и некоторые темы требуют более детального изучения, чем отведенные несколько школьных уроков.

Как составить уравнение химической реакции: пошаговая инструкция

1. Подготовьте схему реакции. Для этого потребуется выделить реагенты и продукты реакции. Например, для формирования оксида магния схема будет выглядеть так: Mg + O2 → MgO.
2. Расставьте коэффициенты. Из предыдущего примера видно, что в левой части уравнения представлено два атома кислорода, а в правой — только один. Поэтому в продукте реакции нужно увеличить количество молекул: Mg + O₂ → 2MgO. Теперь у нас есть равное количество атомов кислорода, а вот с магнием возникла проблема. Уравняем и его число: 2Mg + O₂ = 2MgO. Обратите внимание, что знак равно можно ставить только после того, как уравнение решено, до этого используется символ горизонтальной стрелки.

Уравнения химических реакций: способы решения заданий

В качестве завершающего примера предложим реакцию разложения нитрата калия. Он образует два вещества: кислород и нитрит калия. Схема реакции выглядит следующим образом: KNO₃ → KNO₂ + О₂. Если с атомами азота и калия все в порядке, то кислорода до момента начала реакции было три, а вот по завершении разложения стало уже четыре. Чтобы уравнять части поставим перед реагентом удвоенный коэффициент: 2KNO₃ → KNO₂ + О₂.

Теперь нужно разобраться с цифрами. До реакции мы имеем по два атома азота и калия и шест атомов кислорода. После же разложения атомов азота и калия по одному, а атомов кислорода всего четыре. Чтобы создать равенство, потребуется поставить удвоенный коэффициент перед нитритом калия в продуктах реакции: 2KNO₃ = 2KNO₂ + О₂. В итоге мы получили равное количество атомов в обеих частях: по два калия и азота и шесть кислорода. Важность уравнений состоит в том, что они не только дают определить, какие вещества получатся в ходе протекания реакции, но и позволяют понять количественное соотношение используемых реагентов.