Хімія. 7 клас. Мідак

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

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

• про закон збереження маси в хімічних реакціях;
• чим відрізняється хімічне рівняння від схеми хімічної реакції;
• як добирати коефіцієнти в хімічних рівняннях.

• Які явища називають фізичними, а які — хімічними?

Ви вже знаєте, що український борщ увійшов до списку нематеріальної культурної спадщини ЮНЕСКО. А ще це одна з моїх улюблених страв. Сьогодні хотіла підігріти борщик, але знайшла лиш порожню коробку від сірників. Вони всі згоріли! І от про що я подумала: невже під час згоряння речовини зникають?

• Чи можуть речовини зникати або виникати під час перебігу хімічної реакції?

Опрацьовуємо інформацію

Закон збереження маси

• Які є типи хімічних реакцій?

Робота в парі

Увідповідніть:

Схема реакції

• 1) АlВr₃ + NaOH → Аl(OН)₃ + NaBr
• 2) СО + О₂ → СО₂
• 3) Мn₂О₇ → МnО₂ + О₂
• 4) Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + Н₂↑
• 5) Н₂О₂ → Н₂О + О₂

Тип реакції

• а) заміщення
• б) обміну
• в) розкладу
• г) сполучення

Ми вже знаємо, що горіння — це хімічна реакція, під час якої відбувається перетворення речовин. З атомів чи йонів реагентів утворюються нові сполуки внаслідок їх перегрупування. У результаті реакції можуть утворюватися тверді речовини, рідини та гази, які важко помітити.

Під час дослідження хімічних процесів необхідно не лише спостерігати за зовнішніми проявами хімічних реакцій, а й враховувати кількісний склад продуктів і реагентів.

Якщо виконувати експеримент у замкненому об’ємі, то можна виявити важливу закономірність: маса вихідних речовин (реагентів ) дорівнює масі продуктів реакції. Цей принцип відомий як закон збереження маси речовин.

Робота в парі

У 1789 році французький хімік А. Лавуазьє пояснив різницю результатів зважування вихідних речовин і продуктів реакції у відкритих і закритих посудинах. Використовуючи додаткові джерела, відшукайте інформацію про експеримент Лавуазье та обговоріть його з однокласниками/однокласницями.

Хімічні рівняння

Вам уже відомо, що під час перебігу реакції атоми, які містяться у складі, перегруповуються, утворюючи нові сполуки.

• Усі хімічні елементи під час реакції зберігаються. Атоми хімічних елементів не зникають і не виникають.

Змоделюємо хімічну реакцію між маґнієм і хлором:

Як бачимо в даній схемі, реакції кількості атомів Маґнію та Хлору до та після реакції однакові. Тому стрілку в схемі реакції можна замінити на знак =.

Отриманий запис

Mg + Сl₂ = MgCl₂

називають хімічним рівнянням.

Хімічне рівняння — це запис хімічної реакції за допомогою хімічних формул реагентів і продуктів, який відповідає закону збереження маси речовин.

Змоделюємо хімічну реакцію між маґнієм і киснем:

Як бачимо, у даній схемі реакції кількості атомів Маґнію та Оксиґену до та після реакції відрізняються.

Слід пам’ятати, що кількість атомів кожного елемента в реагентах повинна дорівнювати кількості його атомів у продуктах реакції. Тому доцільно перетворювати схеми хімічних реакцій на хімічні рівняння, додаючи коефіцієнти.

• Що таке коефіцієнт? На що він вказує? Як зрівняти кількості атомів Маґнію та Оксиґену до та після реакції? Скористайтеся малюнком як підказкою.

2Mg + О₂ = 2MgO

Раніше ми вже говорили про горіння мідного дроту. Спробуймо написати схему реакції для цього процесу:

Сu + О₂ → СuО.

У цій реакції кількість атомів Купруму в обох частинах схеми однакова, а атомів Оксиґену — ні. Для того, щоб їх кількість була однаковою, записуємо перед формулою сполуки Купруму (СuО) коефіцієнт 2:

Сu + О₂ → 2СuО.

Однак тепер кількість атомів Купруму в правій частині схеми у два рази більша, ніж у лівій, тому ми записуємо коефіцієнт 2 перед символом Сu:

2Сu + О₂ → 2СuО.

Тепер перевіряємо, чи зберігається кількість атомів кожного елемента в обох частинах схеми. Якщо цю рівність досягнуто, то ми перетворили схему реакції на хімічне рівняння. Тому замість знаку «→» у реакції можемо поставити знак «=». Так ми покажемо дотримання закону збереження маси.

Розглянемо алгоритм складання рівняння хімічної реакції взаємодії фосфору та кисню.

1. Запишемо хімічні формули реагентів у лівій частині рівняння. Між реагентами поставимо знак «+» та стрілку.	Р + О2 → Урахуйте, що більшість простих газуватих речовин мають двохатомні молекули (Η2, Ν2, O2, F2, Cl2, Br2, I2)
2. У правій частині (після стрілки) запишемо хімічну формулу продукту (речовини, що утворюються).	Ρ + Ο2 → Ρ2Ο5 Утворюється фосфор(V) оксид.
3. Перетворюємо схему хімічної реакції на хімічне рівняння:
— рахуємо атоми Фосфору, у лівій частині для зрівняння ставимо коефіцієнт 2 перед символом Р;	2Ρ + Ο2 → Ρ2Ο5
— рахуємо атоми Оксиґену; для зрівняння доцільно подвоїти число молекул, у яких міститься непарна кількість атомів — у нашому випадку 5 атомів Оксиґену, отримуємо 10 атомів після реакції; тоді перед формулою молекули кисню записуємо коефіцієнт 5;	2Ρ + 5O2 → 2Ρ2Ο5
— коефіцієнт 2 перед формулою Р2О5 вказує на те, що кількість атомів Фосфору змінилася також: після реакції їх 4! Тож замінюємо коефіцієнт 2 перед формулою простої речовини фосфору в лівій частині рівняння на 4;	4Ρ + 5O2 → 2Ρ2Ο5
— перевіримо, чи однакові кількості атомів кожного елемента ми отримали до та після реакції. Замінюємо стрілку на знак рівності (закон збереження маси речовини виконується).	4Ρ + 5Ο2 = 2Ρ2Ο5

Робота в парі

Перетворіть схеми реакції на хімічні рівняння, дібравши коефіцієнти так, щоб виконувався закон збереження маси. Укажіть суму коефіцієнтів у рівняннях реакції.

Р₂О₅ + Η₂O → Η₃ΡΟ₄

H₂ + O₂ → H₂O

Сума коефіцієнтів у першому рівнянні становить 6, а в другому — 5. Чому?

Пам’ятайте, що коефіцієнт «1» у рівнянні реакції не ставимо аналогічно до індекса «1» у формулах хімічних сполук. Але це не означає, що цієї сполуки в реакції немає. Тобто, якщо перед формулою речовини в рівнянні немає коефіцієнта, це означає, що в реакції бере участь одна формульна одиниця цієї речовини.

• Пригадайте, що таке формульна одиниця.

Досліджуємо

Робота в групах

Узгодьте критерії оцінювання власної діяльності та діяльності ваших однокласників/однокласниць під час роботи в групах.

Поміркуйте, як змінюється маса речовин унаслідок хімічних реакцій. Для прикладу дослідіть явища горіння паперу та іржавіння заліза. Використовуючи додаткові джерела інформації, відшукайте інформацію про те, які реакції відбуваються під час цих хімічних процесів. Сформулюйте гіпотезу, складіть план експерименту та спрогнозуйте його результати. Виконайте експеримент, запишіть спостереження та зробіть висновки. Чи змінилися маси речовин після реакції? Підтверджено чи спростовано вашу гіпотезу?

Пояснюємо, творимо, використовуємо в житті

1. Закінчіть речення:

• Маса вихідних речовин дорівнює ...

• Усі хімічні елементи під час реакції ...

• Атоми хімічних елементів під час реакції не ...

2. Дайте відповіді на запитання:

• Що таке коефіцієнт?

• Що таке хімічне рівняння?

• Як дібрати коефіцієнти в рівнянні реакції?

3. Наведіть приклади хімічних реакцій із повсякденного життя та поясніть перетворення речовин і виконання закону збереження мас.

4. Перетворіть схему реакції на хімічне рівняння. Укажіть суму коефіцієнтів у лівій частині рівняння:

Na₂O + Н₂О → NaOH

5. Перетворіть схему реакції на хімічне рівняння. Укажіть суму коефіцієнтів у правій частині рівняння:

С₂Н₆ + О₂ → СО₂ + Н₂О

6. Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння. Увідповідніть:

Рівняння реакції

• 1) АlВr₃ + NaOH → Аl(OН)₃ + NaBr
• 2) СО + О₂ → СО₂
• 3) Мn₂О₇ → МnО₂ + О₂
• 4) Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

Сума коефіцієнтів

• I. 9
• II. 8
• III. 5
• IV. 4

Тип реакції

• а) заміщення
• б) розкладу
• в) розкладу
• г) сполучення

7. Перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння:

• 1) КОН + SO₃ → K₂SO₄ + Н₂О
• 2) НСl + Fe → FeCl₂ + Η₂↑
• 3) Al + NH₃ → AlN + H₂
• 4) Fe + O₂ → Fe₃O₄
• 5) Al₂O₃ + KOH → KAlO₂ + H₂O
• 6) H₃PO₄ + AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + HNO₃
• 7) N₂O₅ + NaOH → NaNO₃ + H₂O
• 8) MgSO₄ + Na₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂ + Na₂SO₄

8. Створіть ребуси до термінів: маса, закон, перетворення, коефіцієнт.

9. Перейдіть на сайт за QR-кодом або за покликанням https://cutt.ly/bwDKM1Pn і доберіть коефіцієнти до схем реакцій у віртуальній лабораторії.

Робота в групах

Об’єднайтеся в чотири групи. Випишіть із переліку реакцій:

• група 1 — реакції сполучення;

• група 2 — реакції розкладу;

• група 3 — реакції заміщення;

• група 4 — реакції обміну.

Перетворіть виписані схеми реакцій на хімічні рівняння, дібравши коефіцієнти так, щоб виконувався закон збереження маси.

• MgO + НСl → MgCl₂ + Н₂О
• NH₃ → N₂ + Н₂
• K + H₂O → KOH + H₂
• Аl₂O₃ + Р₂O₅ → AlPO₄
• CuSO₄ + Н₃РО₄ → Сu₃(РО₄)₂ + H₂SO₄
• HCl + Fe → FeCl₂ + H₂
• Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + Н₂
• Сr₂О₃ + Н₂ → Сr + Н₂О
• KOH + SO₂ → K₂SO₃+ H₂O
• SO₂ + O₂ → SO₃
• СаСО₃ → СаО + СО₂
• Li + N₂ → Li₃N
• FeCl₃ + NaOH → Fe(OH)₃ + NaCl
• Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + H₂O
• CO₂ + C→ CO
• CH₄ → C₂H₂ + H₂

Перевірте себе

1. Перейдіть на сайт за QR-кодом або за поданим покликанням https://learningapps.org/watch?v=pq8fanu7523 і виконайте завдання.

2. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є в даних твердженнях:

1) Якщо виконувати експеримент у замкненому об’ємі, то можна виявити важливу закономірність: маса (реагентів) завжди менша від маси продуктів реакції.

2) Схема реакції — це запис хімічної реакції за допомогою хімічних формул реагентів і продуктів, який відповідає закону збереження маси речовин.

Я все зрозуміла! Речовини не зникають і не виникають під час перебігу хімічної реакції, а відбувається їх перетворення.

Ви зрозуміли, як перетворювати схему реакції на хімічне рівняння? Це ж зовсім не складно. Головне - пам’ятати, що для зрівнювання можна ставити лише коефіцієнти (а не індекси!). І краще я спочатку буду робити це олівцем, щоб завжди можна було змінити коефіцієнт під час розрахунків і вести записи у своєму зошиті акуратно.

Я виписала основні правила добору коефіцієнтів:

1. Якщо кількість атомів елемента в одній частині схеми реакції парна, а в іншій — ні, то перед формулою з непарною кількістю атомів слід поставити коефіцієнт 2, а потім зрівняти кількість усіх атомів.

2. Добір коефіцієнтів розпочинаємо з найскладнішої речовини, спочатку зрівнявши кількості атомів металічних елементів, потім атомів неметалічних елементів або груп атомів, Гідроґену та, зрештою, Оксиґену.

3. Якщо кількості атомів усіх елементів у лівій і правій частинах рівняння однакові, коефіцієнти визначено правильно.

4. Після цього стрілку між частинами рівняння можна замінити знаком рівності.

5. Коефіцієнти в рівнянні хімічної реакції не повинні мати спільних дільників.

А ще я виписала зі словника вираз, який ми вивчили.

the law of conservation of mass — закон збереження маси

Чи все вам сьогодні вдалося? Внесіть інформацію про ваші досягнення в карту успіху.

А чи знаєте ви...

Антуан Лоран де Лавуазьє — французький природодослідник.

Науковець експериментально довів, що повітря — це суміш різних газів, запропонував назву «оксиген», встановив хімічний склад води та багатьох мінералів. Обґрунтував закон збереження маси речовин. Разом з іншими науковцями запропонував програму реформ хімічної номенклатури у 1787 році.

Перша сторінка примірника «Muthode de Nomenclature Chimique» 1787 року