Хімія. Повторне видання. 7 клас. Григорович

§ 16. Хімічні рівняння. Закон збереження маси в хімічних реакціях

Пригадайте

Яку якісну та кількісну інформацію відображають хімічні формули (за § 8).

Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо

У пляшку налийте оцет об'ємом близько 50 мл.

У повітряну кульку насипте 2 чайні ложки харчової соди (близько 5 г). Прикріпіть повітряну кульку до отвору пляшки так, щоб сода не потрапила в середину пляшки. Зважте отриманий «пристрій». Після цього висипте соду з повітряної кульки в пляшку та спостерігайте за змінами. Після закінчення реакції ще раз зважте «пристрій».

Сформулюйте гіпотезу, яка пояснить спостереження та результати вимірювання. Спрогнозуйте, чи зміняться результати дослідження, якщо соду засипати без використання повітряної кульки, безпосередньо в пляшку.

rnk.com.ua/107453

Закон збереження маси

Усі хімічні перетворення описують за допомогою хімічних формул і рівнянь реакцій.

Процес горіння вугілля можна описати такою схемою:

У лівій частині схеми один атом Карбону й одна молекула кисню, що складається з двох атомів Оксигену. У правій частині рівняння одна молекула вуглекислого газу, що складається з одного атома Карбону та двох атомів Оксигену.

Кількість атомів кожного хімічного елемента в обох частинах рівняння однакове, тому стрілку можна замінити на знак «дорівнює»:

С + О₂ = СО₂

Цей схематичний запис називають хімічним рівнянням.

Поміркуйте

Чи може під час реакції змінюватися маса реакційної суміші?

Хімічне рівняння є відображенням закону збереження маси речовин у хімічних реакціях.

Маса реагентів дорівнює масі продуктів реакції.

Унаслідок хімічних реакцій одні речовини перетворюються на інші: атоми або йони початкових речовин не зникають, не з’являються нізвідки й не перетворюються з одного хімічного елемента на атоми іншого, а лише перегруповуються, утворюючи нові речовини. Сьогодні це твердження здається очевидним, проте в XVII столітті спостереження деяких науковців суперечили йому.

Спирт під час горіння поступово втрачає масу і, врешті-решт, зникає. У багатті згоряють дрова, перетворюючись на купку попелу. Якщо залізну пластинку залишити на повітрі, вона іржавітиме, а її маса збільшиться.

Поміркуйте

Чому під час цих хімічних процесів відбулися зміни маси?

Пояснення результатів спостережень отримали лише після експериментів із ретельним зважуванням початкових речовин і продуктів реакцій.

Під час горіння свічки відбувається хімічна реакція з утворенням вуглекислого газу та води (водяної пари). Продукти реакції — безбарвні газуваті речовини, і тому здається, що речовина свічки зникає.

Поміркуйте

Запропонуйте експеримент, яким можна довести, що під час горіння свічки виконується закон збереження маси.

Під час іржавіння заліза атоми Феруму, з яких утворене залізо, реагують із киснем та водою, що містяться в повітрі. Унаслідок цієї взаємодії утворюється іржа, маса якої більша, ніж маса заліза, яке прореагувало, тому здається, що речовина виникає нізвідки.

Мал. 16.1. Прожарювання металу в закритій колбі. Після закінчення реакції місце кисню, що витратився на реакцію, займає вода: а — до нагрівання; б — після нагрівання; в — після охолодження колби

Проведемо дослід у герметичній колбі (мал. 16.1а). Помістимо зразок металу в колбу, закриємо її корком із запаяною газовідвідною трубкою та нагріємо. Після прожарювання метал змінює колір, оскільки перетворився на іншу речовину (мал. 16.1б). Щоб довести, що частина повітря витратилася на реакцію з металом, опустимо газовідвідну трубку в посудину з водою та зламаємо кінець трубки. Оскільки частина повітря (а саме кисень) сполучилася з металом, то в колбі зменшився тиск, а відповідний використаному кисню об’єм через трубку заповнився водою (мал. 16.1в).

Антуан Лоран Лавуазьє (1743-1794)

Відкрив закон збереження маси речовин у хімічних реакціях

rnk.com.ua/107452

Складання хімічних рівнянь

Хімічні рівняння складають з урахуванням закону збереження маси.

Приклад 1. Розгляньмо реакцію утворення метану СН₄ — основного компоненту природного газу. Метан складається з атомів Карбону та Гідрогену. Отже, для його одержання необхідні прості речовини, одна з яких утворена атомами Карбону (вугілля С), а інша — атомами Гідрогену (водень Н₂).

У лівій частині записуємо формули реагентів С і Н₂, а в правій — продукту реакції СН₄:

С + Н₂ → СН₄

Цей запис ще не є рівнянням реакції — це схема реакції. У лівій і правій частинах не однакова кількість атомів Гідрогену: у лівій — два (у складі молекули водню), а в правій — чотири (у складі молекули метану). Це суперечить закону збереження маси.

Щоб схема реакції стала хімічним рівнянням, необхідно дібрати коефіцієнти — числа перед хімічними формулами речовин, які позначають кількість молекул (атомів чи інших частинок) речовини. Коефіцієнти мають бути такими, щоб кількість атомів кожного хімічного елемента в обох частинах рівняння була однаковою.

У нашому прикладі перед формулою водню в лівій частині рівняння необхідно поставити коефіцієнт 2:

С + 2Н₂ → СН₄

Тепер в обох частинах рівняння кількість атомів Гідрогену та Карбону однакова. Якщо кількість атомів кожного елемента однакова в лівій і правій частинах, то ставлять знак «дорівнює»:

С + 2Н₂ = СН₄

Приклад 2. Розгляньмо реакцію горіння метану. Горіння — це взаємодія речовин із киснем О₂. Під час горіння метану утворюються вуглекислий газ СО₂ і вода Н₂О.

• Запишемо схему реакції:

• Поставимо коефіцієнт 2 перед формулою води, щоб кількість атомів Гідрогену в лівій і правій частинах схеми була однакова:

• Отже, у лівій частині рівняння перед формулою кисню треба поставити коефіцієнт 2:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Добираючи коефіцієнти в рівнянні реакції, слід пам’ятати такі правила:

• коефіцієнт позначає кількість молекул, окремих атомів або формульних одиниць у рівнянні реакції;
• коефіцієнт ставлять лише перед хімічною формулою;
• коефіцієнт стосується всіх атомів, із яких складається молекула, перед якою він стоїть, наприклад: запис 2Н₂О означає дві молекули води, у яких міститься 4 атоми Гідрогену (по два в кожній молекулі) та 2 атоми Оксигену (по одному в кожній молекулі);
• коефіцієнт 1, як і індекс 1, не записують;
• індекс показує кількість атомів елемента (або груп атомів) у складі молекули, а коефіцієнт — кількість окремих атомів чи молекул.

Записи 4Н і 2Н₂ нерівнозначні. Хоча ними позначено однакову кількість атомів Гідрогену, проте перший запис означає чотири окремі атоми Гідрогену, а другий — дві молекули водню.

Робота з інформацією

180. Складіть рівняння реакцій: а) унаслідок взаємодії водню Н₂ і кисню О₂ утворюється вода Н₂О; б) залізо Fe у вологому повітрі вкривається іржею, основною складовою якої є речовина з формулою Fe(OH)₃; в) унаслідок розкладання сахарози С₁₂Н₂₂О₁₁ утворюються вугілля С і вода Н₂О.

181. Проаналізуйте схематичне зображення хімічної реакції утворення амоніаку. Запишіть рівняння цієї реакції за умови, що синіми кульками позначено атоми Нітрогену, а білими — Гідрогену.

182. На малюнку подано схему хімічної реакції літію з водою. Складіть рівняння цієї реакції.

183. Проаналізуйте малюнок і складіть рівняння реакції натрію з хлором.

184. За малюнком складіть рівняння реакції взаємодії міді з нітратною кислотою.

185. Унаслідок взаємодії сірки S масою 16 г із залізом Fe утворився ферум(ІІ) сульфід FeS масою 44 г. Обчисліть масу (г) заліза, яке прореагувало.

186. Під час реакції метану масою 8 г із киснем масою 32 г утворилися вуглекислий газ масою 22 г і вода. Обчисліть масу (г) води, яка утворилася внаслідок цієї реакції.

187. Поясніть, що означають записи:

• а) 2Н, О, 4Fe, 3Са, 5N;
• б) О₂, 5О₂, 6О, О₃, 2О₃;
• в) 3Н₂О, 5Н₂, 2СО₂, 5С, 3О₂.

188. Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння. У разі потреби позначте виділення газу або нерозчинної речовини відповідними символами.

а) Аl + Вr₂ → АlВr₃

Рb + O₂ → Рb₃О₄

FeO + O₂ → Fe₂O₃

б) SO₂+ O₂ → SO₃

Li + O₂ → Li₂О

Fe + O₂ → Fe₂O₃

в) Н₂О₂ → Н₂O + O₂

N₂O₅ → NO₂ + O₂

Zn + HCl → ZnCl₂+ H₂

г) C₂H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O

Аl(OН)₃ + HCl → АlСl₃ + Н₂O

H₂S + SO₂ → S + H₂O

189. Складіть рівняння реакцій утворення з простих речовин таких сполук: а) чадного газу CO; б) магній оксиду MgO; в) кальцій фосфіду Са₃Р₂; г) алюміній оксиду Аl₂О₃; д) цинк оксиду ZnO.

190. Софія та Андрій у лабораторії досліджували прожарювання харчової соди (NaHCO₃) в електричній печі.

Для досліду вони підготували шість пронумерованих тиглів, у які помістили наважки харчової соди різної маси. Після прожарювання й охолодження тиглі знову зважили й визначили масу твердого залишку в них.

Результат зважування	Зразок
	1	2	3	4	5	6
Маса харчової соди, г	10	25	30	40	45	50
Маса твердого залишку після охолодження, г	6,31	15,77	22,1	30,05	28,39

Зразки 1, 2 та 5 було прожарено відповідно до плану. Через деякий час після початку прожарювання зразків 3 та 4 в лабораторії вимкнули електроживлення, тому прожарювання цих зразків не продовжували. А зразок 6 узагалі не прожарювали з причини відсутності електрики.

За результатами дослідів Софія та Андрій створили графік:

Схема хімічного процесу, що відбувається в тиглі під час прожарювання:

NaHCO₃(тв.) → Nа₂СО₃(тв.) + Η₂O↑ + СО₂↑

Проаналізуйте схему реакції та графік і виконайте завдання.

• 1. Перетворіть схему реакції на хімічне рівняння.
• 2. Обчисліть масу (г) газуватих продуктів реакції (суміші вуглекислого газу та водяної пари), що утворилися під час прожарювання зразків 1 і 2.
• 3. Припустіть, чому значення мас твердих залишків для зразків 3 і 4 «опинилися» поза лінією графіка.
• 4. Обчисліть масу (г) твердого залишку, який мав би залишитися в тиглі зі зразком 3 за умови, що реакцію вдалося здійснити до кінця.
• 5. Обчисліть масу (г) газуватих речовин, які можна було б додатково отримати, якби тигель зі зразком 4 знову поставили в піч і прожарювання було б здійснене до кінця.
• 6. Обчисліть масу (г) твердого залишку, який мав би утворитися після прожарювання зразка 6.

Порівняйте ваші результати з результатами однокласників / однокласниць.

Обговоріть у групах

191. Порівняйте лексичне значення слова «продукт» і терміна «продукт реакції»: що в них е спільного й відмінного? Наведіть приклади використання слова «продукт» у побуті. Чи завжди ми його використовуємо в правильному лексичному значенні?

192. На початку цього навчального року ви обговорювали висловлювання Лайнуса Полінга, яке є епіграфом до цього підручника. Прочитайте цей вислів іще раз. Чи змінилася ваша думка за цей навчальний рік?

Дізнайтеся більше

Нобелівська премія з хімії — найвища нагорода за наукові досягнення в галузі хімії, яка щорічно присуджується Шведською Королівською академією наук у Стокгольмі. 1981 року Нобелівську премію отримав американський хімік українського походження Роалд Гоффман і японський науковець Кеньїті Фукуї «за розробку теорії перебігу хімічних реакцій». Їхня праця є важливою для планування хімічних експериментів.