Химические уравнения. Закон сохранения массы веществ — тренажёр для 8 класса

Определение

Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью формул веществ и коэффициентов, в которой число атомов каждого элемента слева и справа одинаково. Слева от знака равенства стоят реагенты (исходные вещества), справа — продукты реакции.

Основанием такой записи служит закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Закон открыл М. В. Ломоносов (1748 г., опыты с прокаливанием металлов в запаянных сосудах), независимо подтвердил А. Лавуазье (1789 г.).

Физический смысл закона объясняет атомно-молекулярное учение: при реакции атомы не исчезают и не возникают, а лишь перегруппировываются, меняя связи между собой. Число атомов каждого элемента постоянно, значит, постоянна и общая масса.

В курсе 8 класса уравнение реакции становится рабочим инструментом: по нему определяют состав продуктов, соотношения количеств веществ и рассчитывают массы.

Ключевые правила

Химическое уравнение считается составленным верно только тогда, когда для каждого элемента число атомов в левой и правой частях совпадает.

1. Формулы веществ не изменяют. Уравнивают только коэффициентами перед формулами. Неверно: H₂ + O₂ = H₂O₂; верно: 2H₂ + O₂ = 2H₂O.
2. Коэффициент умножает все атомы формулы. Запись 3H₂SO₄ означает 6 атомов H, 3 атома S, 12 атомов O.
3. Индекс относится только к ближайшему символу или скобке. В Al₂(SO₄)₃ содержится 2 атома Al, 3 атома S, 12 атомов O.
4. Коэффициент 1 не пишут, но при подсчёте учитывают.
5. Коэффициенты сокращают до наименьших целых чисел. Запись 4H₂ + 2O₂ = 4H₂O сокращают до 2H₂ + O₂ = 2H₂O.
6. Сумма масс реагентов равна сумме масс продуктов: m(A) + m(B) = m(C) + m(D). Отсюда любую неизвестную массу находят вычитанием.

Разбор примеров

Пример 1. P + O₂ → P₂O₅. Справа 2 атома P и 5 атомов O, слева — 1 и 2. Кислород: наименьшее общее кратное для 2 и 5 равно 10, ставим 5O₂ и 2P₂O₅. Теперь справа 4 атома P, значит слева 4P. Итог: 4P + 5O₂ = 2P₂O₅. Вывод: уравнивание начинают с элемента, встречающегося в наибольшем числе атомов.

Пример 2. Fe + Cl₂ → FeCl₃. Хлор слева идёт парами (чётное число), справа — по три атома. НОК(2; 3) = 6: ставим 3Cl₂ и 2FeCl₃, затем 2Fe. Итог: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃. Вывод: чётность атомов в простом газе диктует чётный коэффициент у продукта.

Пример 3. Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + H₂. Группу SO₄ удобно считать целиком: справа 3 группы, значит слева 3H₂SO₄. Тогда водорода слева 6 атомов — справа 3H₂. Алюминия справа 2 — слева 2Al. Итог: 2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂. Вывод: неизменную кислотную группу уравнивают как единое целое.

Пример 4. Запись уравнения по условию. «Метан сгорает в кислороде с образованием углекислого газа и воды». Схема: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O. Углерод уже уравнен; водорода слева 4 — ставим 2H₂O. Кислорода справа 2 + 2 = 4 атома — ставим 2O₂. Итог: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O.

Пример 5. Расчёт по закону сохранения массы. При сжигании 48 г магния получено 80 г оксида магния. Масса кислорода: m(O₂) = 80 − 48 = 32 г. Проверка по уравнению 2Mg + O₂ = 2MgO: 48 г Mg — это 2 моль, на них приходится 1 моль O₂, то есть 32 г. Расчёты совпали.

Таблица: проверка баланса атомов

Типичные ошибки

Изменение индексов вместо коэффициентов. Причина — желание быстро «подогнать» число атомов. Индекс задаёт состав вещества, его смена превращает вещество в другое. Неправильно: H₂ + O₂ = H₂O₂ (пероксид вместо воды). Правильно: 2H₂ + O₂ = 2H₂O.

Потеря коэффициента при подсчёте атомов в скобках. Ученик считает в 3Al₂(SO₄)₃ только 3 атома кислорода. Умножать нужно последовательно: 3 × 3 × 4 = 36 атомов O.

Отказ уравнивать простое вещество-газ. Кислород, водород, хлор, азот записывают двухатомными: O₂, H₂, Cl₂, N₂. Неправильно: Fe + Cl = FeCl₃. Правильно: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃.

Игнорирование газообразного продукта в расчётах. При разложении 100 г CaCO₃ получено 56 г CaO, и ученик считает, что закон нарушен. Улетучился CO₂ массой 100 − 56 = 44 г; в закрытом сосуде масса не изменилась бы.

Дробные коэффициенты в итоговой записи. Запись Fe + 3/2Cl₂ = FeCl₃ допустима как промежуточная; итог умножают на 2: 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃.

Пошаговый алгоритм

1. Прочитайте условие и выпишите формулы реагентов слева, продуктов справа, соединив стрелкой.
2. Проверьте правильность каждой формулы по валентности элементов.
3. Подчеркните элемент с наибольшим числом атомов (чаще кислород) — начните уравнивание с него.
4. Найдите наименьшее общее кратное числа его атомов слева и справа, разделите НОК на индексы и получите коэффициенты.
5. Уравняйте металлы, затем неметаллы, водород оставьте предпоследним, кислород — последним.
6. Сократите коэффициенты на общий делитель, замените стрелку знаком равенства.
7. Пересчитайте атомы каждого элемента в обеих частях и запишите баланс.
8. Для расчёта массы: найдите известное количество вещества (ν = m / M), по коэффициентам определите ν неизвестного, вычислите m = ν · M.
9. Проверьте результат по закону сохранения массы: сумма масс реагентов должна совпасть с суммой масс продуктов.

Как запомнить

• Формула закона в одну строку: Σm(реагентов) = Σm(продуктов).
• Порядок уравнивания — «МеНеВоК»: Металлы → Неметаллы → Водород → Кислород.
• Фраза Ломоносова-ориентир: «Сколько атомов ушло, столько и пришло» — атомы только перестраиваются.
• Индекс — «внутри вещества», коэффициент — «снаружи, перед формулой»: менять можно только то, что снаружи.
• Контрольный вопрос перед сдачей задачи: «Кислород сошёлся?» Кислород уравнивают последним и он же чаще всего остаётся несбалансированным.