Химическим уравнением можно назвать визуализацию химической реакции с помощью знаков математики и химических формул. Такое действие является отображением какой-либо реакции, в процессе которой появляются новые вещества.
Химические задания: виды
Химическое уравнение - это последовательность химических реакций. Они основываются на законе сохранения массы каких-либо веществ. Существует всего два вида реакций:
- Соединения - к ним относятся (происходит замена атомов сложных элементов атомами простых реагентов), обмена (замещение составными частями двух сложных веществ), нейтрализации (реакция кислот с основаниями, образование соли и воды).
- Разложения - образование двух и более сложных или простых веществ из одного сложного, но состав их более простой.
Химические реакции также можно разделить на типы: экзотермические (происходят с выделением теплоты) и эндотермические (поглощение теплоты).
Этот вопрос волнует многих учащихся. Мы предлегаем несколько простых советов, которые подскажут, как научиться решать химические уравнения:
- Желание понять и освоить. Нельзя отступать от своей цели.
- Теоретические знания. Без них невозможно составить даже элементарную формулу соединения.
- Правильность записи химической задачи - даже малейшая ошибка в условии сведет к нулю все ваши усилия в ее решении.
Желательно, чтобы сам процесс решения химических уравнений был для вас увлекательным. Тогда химические уравнения (как решать их и какие моменты нужно запомнить, мы разберем в этой статье) перестанут быть для вас проблемными.
Задачи, которые решаются с использованием уравнений химических реакций
К таким задачам относятся:
- Нахождение массы компонента по данной массе другого реагента.
- Задания по комбинации «масса-моль».
- Расчеты по комбинации «объем-моль».
- Примеры с применением термина «избыток».
- Расчеты с использованием реагентов, один из которых не лишен примесей.
- Задачи на распад результата реакции и на производственные потери.
- Задачи на поиск формулы.
- Задачи, в которых реагенты предоставлены в виде растворов.
- Задачи, содержащие смеси.
Каждый из этих видов задач включает в себя несколько подтипов, которые обычно подробно рассматриваются еще на первых школьных уроках химии.
Химические уравнения: как решать
Существует алгоритм, который помогает справиться с практически любым заданием из этой непростой науки. Чтобы понять, как правильно решать химические уравнения, нужно придерживаться определенной закономерности:
- При записи уравнения реакции не забывать расставлять коэффициенты.
- Определение способа, с помощью которого можно найти неизвестные данные.
- Правильность применения в выбранной формуле пропорций или использование понятия «количество вещества».
- Обратить внимание на единицы измерений.
В конце важно обязательно проверить задачу. В процессе решения вы могли допустить элементарную ошибку, которая повлияла на результат решения.
Основные правила составления химических уравнений
Если придерживаться правильной последовательности, то вопрос о том, что такое химические уравнения, как решать их, не будет вас волновать:
- Формулы веществ, которые вступают в реакцию (реагенты), записываются в левой части уравнения.
- Формулы веществ, которые образуются в результате реакции, записываются уже в правой части уравнения.
Составление уравнения реакции основывается на законе сохранения массы веществ. Следовательно, обе части уравнения должны быть равны, т. е. с одинаковым числом атомов. Достичь этого можно при условии правильной расстановки коэффициентов перед формулами веществ.
Расстановка коэффициентов в химическом уравнении
Алгоритм расстановки коэффициентов таков:
- Подсчет в левой и правой части уравнения атомов каждого элемента.
- Определение меняющегося количества атомов у элемента. Также нужно найти Н.О.К.
- Получение коэффициентов достигается путем деления Н.О.К. на индексы. Обязательно проставить данные цифры перед формулами.
- Следующим шагом является пересчет количества атомов. Иногда возникает необходимость в повторении действия.
Уравнивание частей химической реакции происходит с помощью коэффициентов. Расчет индексов производится через валентность.
Для успешного составления и решения химических уравнений необходимо учитывать физические свойства вещества, такие как объем, плотность, масса. Также нужно знать состояние реагирующей системы (концентрация, температура, давление), разбираться в единицах измерения данных величин.
Для понимания вопроса о том, что такое химические уравнения, как решать их, необходимо использование основных законов и понятий этой науки. Чтобы успешно вычислять подобные задачи, необходимо также вспомнить или освоить навыки математических операций, уметь совершать действия с числами. Надеемся, с нашими советами вам будет легче справляться с химическими уравнениями.
Часть I
1. Закон Ломоносова-Лавуазье – закон сохранения массы веществ:
2. Уравнения химической реакции – это условная запись химической реакции с помощью химических формул и математических знаков.
3. Химическое уравнение должно соответствовать закону сохранения массы веществ, что достигается расстановкой коэффициентов в уравнении реакции.
4. Что показывает химическое уравнение?
1) Какие вещества вступают в реакцию.
2) Какие вещества образуются в результате.
3) Количественные отношения веществ в реакции, т. е. количества реагирующих и образующихся веществ в реакции.
4) Тип химической реакции.
5. Правила расстановки коэффициентов в схеме химической реакции на примере взаимодействия гидроксида бария и фосфорной кислоты с образованием фосфата бария и воды.
а) Запишите схему реакции, т. е. формулы реагирующих и образующихся веществ:
б) начинайте уравнивать схему реакции с формулы соли (если она имеется). При этом помните, что несколько сложных ионов в составе основания или соли обозначаются скобками, а их число – индексами за скобками:
в) водород уравняйте в предпоследнюю очередь:
г) кислород уравняйте последним – это индикатор верной расстановки коэффициентов.
Перед формулой простого вещества возможна запись дробного коэффициента, после чего уравнение необходимо переписать с удвоенными коэффициентами.
Часть II
1. Составьте уравнения реакций, схемы которых:
2. Напишите уравнения химических реакций:
3. Установите соответствие между схемой и суммой коэффициентов в химической реакции.
4. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.
5. Что показывает уравнение следующей химической реакции:
1) Вступили в реакцию гидроксид меди и соляная кислота;
2) Образовались в результате реакции соль и вода;
3) Коэффициенты перед исходными веществами 1 и 2.
6. С помощью следующей схемы составьте уравнение химической реакции, используя удвоение дробного коэффициента:
7. Уравнение химической реакции:
4P+5O2=2P2O5
показывает количество вещества исходных веществ и продуктов, их массу или объём:
1) фосфора – 4 моль или 124 г;
2) оксида фосфора (V) – 2 моль, 284 г;
3) кислорода – 5 моль или 160 л.
Цель: научить учащихся составлять химические уравнения. Научить их уравнивать с помощью коэффициентов на основе знания закона сохранения массы вещества М.В. Ломоносова.
Задачи:
- Образовательные
:
- продолжить изучение физических и химических явлений с введением понятия «химическая реакция»,
- ввести понятие «химическое уравнение»;
- научить учащихся составлять химические уравнения, уравнивать уравнения с помощью коэффициентов.
- Развивающие
:
- продолжить развивать творческий потенциал личности учащихся через создание ситуации проблемного обучения, наблюдения, проведения опытов химических реакций.
- Воспитательная
:
- воспитать умение работать в команде, группе.
Оборудование: табличный материал, справочники, алгоритмы, набор заданий.
Д/О: «Горение бенгальских огней»:, спички, сухое горючее, железный лист/ ТБ при работе с огнём.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
Определение цели урока.
II. Повторение
1) На доске набор физических и химических явлений: испарение воды; фильтрование; ржавление; горение дров; скисание молока; таяние льда; извержение вулкана; растворение сахара в воде.
Задание :
Дать пояснение каждому явлению, назвать практическое применение данного явления в жизни человека.
2) Задание:
На доске нарисована капля воды. Создать полную схему превращения воды из одного агрегатного состояния в другое. Как называется данное явление в природе и каково его значение в жизни нашей планеты и всего живого?
III. Д/О «Горение бенгальских огней»
1. Что происходит с магнием, который составляет
основу бенгальского огня?
2. Что явилось основной причиной такого явления?
3. К какому типу относится данная химическая
реакция?
4. Попробуйте схематично изобразить химическую
реакцию, которую вы наблюдали в этом опыте.
– Предлагаю попробовать составить схему данной реакции:
Mg + воздух = другое вещество
– Как мы узнали, что получилось другое
вещество? (По признакам химической реакции:
изменение окраски, появление запаха.)
– Какой газ находится в воздухе, который
поддерживает горение? (Кислород – О)
IV. Новый материал
Химическую реакцию можно записывать с помощью
химического уравнения.
Можно вспомнить понятия «уравнение», которое
дается в математике. В чем суть самого уравнения?
Что-то уравнивают, какие-то части.
Попробуем дать определение «химического
уравнения», можно смотреть на схему и попытаться
дать определение:
Химическое уравнение – это условная запись
химической реакции с помощь химических знаков,
формул и коэффициентов.
Химические уравнения записываются на основе
Закона сохранения массы вещества, открытого
М.В.Ломоносовым в 1756 году, который гласит (учебник
стр. 96): «Масса веществ, вступивших в реакцию,
равна массе веществ, получившихся в результате
её».
– Надо научиться уравнивать химические
уравнения с помощью коэффициентов.
– Для того чтобы хорошо научиться составлять
химические уравнения, нам необходимо вспомнить:
– Что такое коэффициент?
– Что такое индекс?
Не забываем алгоритм «Составление химических
формул».
Предлагаю пошаговый алгоритм составления химического уравнения:
V. Составления химического уравнения
1. Записываю в левой части уравнение вступающие в реакцию вещества: Al + O 2
2. Ставлю знак «=» и записываю образующиеся вещества в правой части уравнения – продукты реакции: Al + O 2 = Al 2 O 3
3. Уравнивать начинаю с того химического элемента, которого больше или с кислорода, затем составляю конструкцию:
Al + O 2 = Al 2 O 3
2 /6 3
вступило кислорода «2», а получилось «3», их число не равно.
4. Ищу НОК (наименьшее общее кратное) двух цифр «2» и «3» – это «6»
5. Делю НОК «6» на число «2» и «3»и выставляю в качестве коэффициентов перед формулами.
Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
6 = 6
6. Начинаю уравнивать следующие химические элементы – Al, рассуждаю так же. Вступило Al «1», а получилось «4», ищу НОК
Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
1 /4 4
4 = 4
4 Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
Коэффициент «1» в уравнениях не пишется, но учитывается при составлении уравнения.
7. Читаю всю запись химического уравнения.
Такое долгое рассуждение позволяет быстро научиться уравнивать в химических уравнениях, учитывая, что правильное составление уравнений реакций для химии имеет большое значение: решение задач, написание химических реакций.
VI. Задание на закрепление
Фосфор + кислород = оксид фосфора (V)
Серная кислота + алюминий = сульфат алюминия +
водород
Вода = водород + кислород
– Работает на доске один сильный ученик.
Zn + O 2 = ZnO;
H 2 + O 2 = H 2 O;
Ba + O 2 = BaO;
S + O 2 = SO 2 ;
Na + O 2 = Na 2 O 2 ;
Fe + O 2 = Fe 3 O 4
– Расставить коэффициенты в уравнениях химических реакций.
Химические уравнения отличаются по типам, но это мы рассмотрим на следующем уроке.
VII. Подведение итогов урока
Вывод. Выставление оценок.
VIII. Домашнее задание: § 27, упр. 2, с. 100.
Дополнительный материал: Р.т.с. 90-91, упражнение 2 – индивидуально.
Калькулятор ниже предназначен для уравнивания химических реакций.
Как известно, существует несколько методов уравнивания химических реакций:
- Метод подбора коэффициентов
- Математический метод
- Метод Гарсиа
- Метод электронного баланса
- Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций)
Последние два применяются для окислительно-восстановительных реакций
Данный калькулятор использует математический метод - как правило, в случае сложных химических уравнений он достаточно трудоемок для ручных вычислений, но зато прекрасно работает, если все за вас рассчитывает компьютер.
Математический метод основан на законе сохранения массы. Закон сохранения массы гласит, что количество вещества каждого элемента до реакции равняется количеству вещества каждого элемента после реакции. Таким образом, левая и правая части химического уравнения должны иметь одинаковое количество атомов того или иного элемента. Это дает возможность балансировать уравнения любых реакций (в том числе и окислительно-восстановительных). Для этого необходимо записать уравнение реакции в общем виде, на основе материального баланса (равенства масс определенного химического элемента в исходных и полученных веществах) составить систему математических уравнений и решить ее.
Рассмотрим этот метод на примере:
Пусть дана химическая реакция:
Обозначим неизвестные коэффициенты:
Составим уравнения числа атомов каждого элемента, участвующего в химической реакции:
Для Fe:
Для Cl:
Для Na:
Для P:
Для O:
Запишем их в виде общей системы:
В данном случае имеем пять уравнений для четырех неизвестных, причем пятое можно получить умножением четвертого на четыре, так что его можно смело отбросить.
Перепишем эту систему линейных алгебраических уравнений в виде матрицы:
Эту систему можно решить методом Гаусса. Собственно, не всегда будет так везти, что число уравнений будет совпадать с числом неизвестных. Однако прелесть метода Гаусса в том, что он как раз и позволяет решать системы с любым числом уравнений и неизвестных. Специально для этого был написан калькулятор Решение системы линейных уравнений методом Гаусса с нахождением общего решения , который и используется при уравнивании химических реакций.
То есть калькулятор ниже разбирает формулу реакции, составляет СЛАУ и передает калькулятору по ссылке выше, решающему СЛАУ методом Гаусса. Решение потом используется для отображения сбалансированного уравнения.
Химические элементы следует писать так, как они написаны в таблице Менделеева, т. е. учитывать большие и маленькие буквы (Na3PO4 - правильно, na3po4 - неправильно).
