Страница 29 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Опишите химическую реакцию с помощью химических формул и специальных знаков.

«ПОМОЩНИК»

Прокалите медную проволоку (пластинку) в пламени спиртовки (газовой горелки). Запишите наблюдения.

К какому из явлений — физическому или химическому — относят наблюдаемое изменение?

Составьте уравнение химической реакции.

Прокалите медную проволоку (пластинку) в пламени спиртовки (газовой горелки). Запишите наблюдения.

Медь представляет собой металл красновато-розового цвета с характерным металлическим блеском. При внесении медной проволоки в пламя горелки она сначала раскаляется, а затем ее поверхность покрывается плотным налетом черного цвета. Это происходит потому, что медь вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе.

Ответ: При прокаливании медная проволока покрывается черным налетом.

К какому из явлений — физическому или химическому — относят наблюдаемое изменение?

Наблюдаемое изменение является химическим явлением. При физических явлениях состав вещества не меняется, изменяется лишь его агрегатное состояние или форма. В данном случае произошло изменение цвета и образование нового вещества с новыми свойствами. Из меди (металла красновато-розового цвета) образовался оксид меди(II) — вещество черного цвета. Это является классическим признаком химической реакции.

Ответ: Наблюдаемое изменение является химическим явлением.

Составьте уравнение химической реакции.

Химическая реакция описывает взаимодействие исходных веществ (реагентов) с образованием новых веществ (продуктов). В данном эксперименте реагентами являются медь ($Cu$) и кислород ($O_2$), который находится в воздухе. Продуктом реакции является оксид меди(II) ($CuO$). Реакция протекает при нагревании, что в уравнении обозначается специальным знаком над стрелкой. Уравнение реакции необходимо уравнять, чтобы число атомов каждого элемента в левой и правой частях было одинаковым.

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2CuO$

Ответ: $2Cu + O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} 2CuO$

Объясните, почему в ходе химических реакций масса веществ не изменяется.

Масса веществ в ходе химических реакций не изменяется, потому что реакции подчиняются закону сохранения массы веществ. Этот фундаментальный закон химии был сформулирован независимо русским ученым М. В. Ломоносовым в 1748 году и французским ученым А. Лавуазье в 1789 году.

Согласно этому закону, масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

Объяснение этому явлению дает атомно-молекулярное учение. Суть химической реакции заключается не в исчезновении атомов одних веществ и появлении атомов других, а в перегруппировке атомов. Во время реакции происходит разрушение химических связей в исходных веществах (реагентах) и образование новых химических связей, что приводит к появлению новых веществ (продуктов).

Ключевые моменты:

• Атомы не создаются и не уничтожаются в ходе химических реакций.
• Каждый атом имеет определенную, постоянную массу.
• Поскольку количество и тип атомов до реакции и после реакции остаются неизменными, их суммарная масса также остается постоянной.

Рассмотрим пример — реакцию горения метана ($CH_4$) в кислороде ($O_2$):

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Подсчитаем атомы в левой и правой частях уравнения:

• До реакции (реагенты): в одной молекуле метана ($CH_4$) содержится 1 атом углерода (C) и 4 атома водорода (H); в двух молекулах кислорода ($2O_2$) содержится 4 атома кислорода (O). Всего в реагентах: 1 атом C, 4 атома H, 4 атома O.
• После реакции (продукты): в одной молекуле углекислого газа ($CO_2$) содержится 1 атом углерода (C) и 2 атома кислорода (O); в двух молекулах воды ($2H_2O$) содержится 4 атома водорода (H) и 2 атома кислорода (O). Всего в продуктах: 1 атом C, 4 атома H, 4 атома O.

Как видно из примера, число атомов каждого элемента до и после реакции одинаково. Так как масса каждого атома не меняется, то и общая масса всех веществ до реакции будет равна общей массе всех веществ после реакции.

Ответ: В ходе химических реакций масса веществ не изменяется, так как реакции представляют собой лишь перегруппировку атомов, а сами атомы не создаются и не исчезают. Поскольку число атомов каждого элемента до и после реакции остается неизменным, и масса каждого атома постоянна, то и суммарная масса всех веществ сохраняется. Это явление описывается законом сохранения массы.

Приведите примеры химических реакций, в результате которых вещество: а) «исчезает»; б) «появляется» из ничего. Объясните, почему и в этих случаях не нарушается закон сохранения массы веществ при химических реакциях.

а) «исчезает»

Примером реакции, в которой вещество визуально «исчезает», может служить горение любого органического вещества, например, свечи (состоящей из парафина) или бумаги (состоящей в основном из целлюлозы). Мы наблюдаем, как твердое вещество постепенно уменьшается в размере и в итоге пропадает, оставляя после себя лишь небольшое количество золы. Создается впечатление, что масса вещества исчезла.

На самом деле, исходное твердое вещество вступает в реакцию с кислородом из воздуха и превращается в новые вещества — главным образом, в газообразный диоксид углерода ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$), которые являются невидимыми и улетучиваются в атмосферу. Уравнение реакции горения, например, метана (простейшего углеводорода) выглядит так:

$CH_4(г) + 2O_2(г) \rightarrow CO_2(г) + 2H_2O(г)$

Другой пример — реакция мела (карбоната кальция) с кислотой, например, соляной. Твердый мел «растворяется» в кислоте, при этом активно выделяются пузырьки газа. В действительности, вещество не исчезает, а превращается в растворимую в воде соль (хлорид кальция), воду и углекислый газ, который и улетает в виде пузырьков.

$CaCO_3(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl_2(р-р) + H_2O(ж) + CO_2(г)\uparrow$

Ответ: Примером реакции, в которой вещество «исчезает», является горение бумаги. Твердое вещество (целлюлоза) превращается в невидимые газообразные продукты (углекислый газ и водяной пар), которые рассеиваются в воздухе, создавая иллюзию исчезновения массы.

б) «появляется» из ничего

Примером реакции, где вещество «появляется из ничего», является процесс ржавления железа. На блестящей поверхности железного предмета со временем образуется рыхлый бурый налет — ржавчина. Кажется, что это новое вещество возникло само по себе, и масса предмета при этом увеличивается.

В реальности ржавчина (гидроксид железа(III) или гидратированный оксид железа(III)) образуется в результате химической реакции железа с веществами из окружающей среды — кислородом и водой, которые содержатся в воздухе. Таким образом, новое вещество образуется не «из ничего», а из атомов железа и атомов невидимых нам газов и паров воздуха. Упрощенное уравнение реакции:

$4Fe(тв) + 3O_2(г) + 6H_2O(ж) \rightarrow 4Fe(OH)_3(тв)$

Другой наглядный пример — взаимодействие двух бесцветных газов, аммиака и хлороводорода. Если поднести друг к другу два открытых сосуда с концентрированными растворами аммиака и соляной кислоты, то между ними образуется белый «дым». Этот дым — мельчайшие кристаллики твердого хлорида аммония, который «появился из ничего» в результате реакции двух невидимых газов.

$NH_3(г) + HCl(г) \rightarrow NH_4Cl(тв)$

Ответ: Примером реакции, в которой вещество «появляется», служит ржавление железа. Новое твердое вещество (ржавчина) образуется не из ничего, а в результате соединения атомов железа с атомами кислорода и водорода из воздуха (из молекул кислорода и воды).

В обоих описанных случаях закон сохранения массы веществ не нарушается. Этот фундаментальный закон химии, сформулированный М.В. Ломоносовым и А. Лавуазье, гласит, что масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Кажущееся «исчезновение» или «появление» массы объясняется тем, что мы наблюдаем реакции в открытой системе, то есть системе, которая может обмениваться веществом с окружающей средой.

В случае «исчезновения» массы (пункт а), газообразные продукты реакции покидают систему (улетучиваются), и их масса не учитывается при взвешивании конечных продуктов. В случае «появления» массы (пункт б), в реакцию вступают газообразные реагенты из окружающей среды (например, кислород из воздуха), масса которых не была учтена при взвешивании исходных веществ.

Если провести эти же реакции в закрытой (изолированной) системе, например, в герметично запаянной колбе, то весы покажут, что общая масса системы до реакции будет в точности равна общей массе системы после реакции. Это доказывает, что в ходе химических реакций атомы не исчезают и не возникают из ничего, а лишь перегруппировываются, образуя новые молекулы. Общее число атомов каждого элемента остается неизменным, а следовательно, неизменной остается и общая масса.

Дайте определение понятию «химическое уравнение».

Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью химических формул, числовых коэффициентов и математических знаков. Оно наглядно представляет качественный и количественный состав всех участников реакции и подчиняется закону сохранения массы.

Структура химического уравнения выглядит следующим образом: Реагенты → Продукты.

В левой части уравнения, до стрелки, записываются химические формулы исходных веществ (реагентов). В правой части, после стрелки, указываются формулы веществ, образующихся в результате реакции (продуктов). Если в реакции участвует или образуется несколько веществ, их формулы соединяются знаком «+».

Ключевым элементом являются стехиометрические коэффициенты — числа, стоящие перед формулами веществ. Они подбираются так, чтобы число атомов каждого химического элемента в левой части уравнения было равно числу атомов этого же элемента в правой части. Если коэффициент равен 1, он обычно не пишется.

Например, рассмотрим уравнение реакции горения метана:$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.
В этом уравнении: $CH_4$ (метан) и $O_2$ (кислород) — реагенты; $CO_2$ (диоксид углерода) и $H_2O$ (вода) — продукты; коэффициент 2 перед $O_2$ и $H_2O$ означает, что в реакцию вступают две молекулы кислорода и образуются две молекулы воды на каждую молекулу метана. Уравнение сбалансировано: слева 1 атом углерода, 4 атома водорода и 4 атома кислорода; справа также 1 атом углерода, 4 атома водорода и 4 атома кислорода.

Иногда в уравнениях также указывают условия протекания реакции (температуру, давление, наличие катализатора) над или под стрелкой и агрегатное состояние веществ (г — газ, ж — жидкость, т — твердое вещество, р-р — раствор).

Ответ: Химическое уравнение — это условная запись химического процесса с помощью химических формул и стехиометрических коэффициентов, выражающая закон сохранения массы веществ.