Химические реакции
Горение газа, ржавление железа и шипение соды в уксусе связаны с перегруппировкой атомов. Расставь коэффициенты по диаграммам числа атомов, взвесь реагенты и продукты в закрытом и открытом сосуде и посмотри, как частицы сталкиваются чаще при повышении температуры.
О курсе
Растопи кубик льда, и у тебя всё равно останется вода. Растворишь сахар в чае, и молекулы сахара останутся сахаром, просто распределятся по жидкости. Это физические явления. Химическое явление всегда даёт вещество, отличающееся от того, что было раньше: ржавчина отличается от железа, кислорода и воды, из которых она получилась. Курс о том, что остаётся неизменным при таком превращении: это каждый атом.
Шесть уроков: что такое химическая реакция, расстановка коэффициентов в уравнениях, сохранение массы, типы реакций, энергия в реакциях и скорость реакций. Запиши горение водорода как H₂ + O₂ → H₂O и сосчитай: слева два атома кислорода, а справа только один, значит, один пропал, а так не бывает. Сохранение массы разбирается на примере в молях. В CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O масса реагентов 80.039 г, и продукты тоже дают в сумме 80.039 г. Полено весит несколько килограммов, а зола гораздо меньше, и гвоздь становится тяжелее при ржавлении, потому что весы не взвешивали газы. Среди типов реакций есть замещение, например, когда медная проволока в растворе нитрата серебра обрастает кристаллами серебра, а жидкость синеет. Столбики числа атомов в лаборатории показывают, что в каждой реакции сохраняются все атомы, с которых она началась.
Курс завершают энергия и скорость. Если у продуктов энтальпия меньше, чем у реагентов, ΔH отрицательна и реакция экзотермическая. Теория столкновений объясняет скорости тремя идеями: частицы должны встретиться, столкнуться в нужной ориентации и с достаточной энергией, чтобы достичь энергии активации. В модели частиц лаборатория использует сниженный энергетический барьер, чтобы реакции проходили за секунды.
Перед началом
Здесь уравнения записываются формулами вроде CH₄ и Fe₂O₃, поэтому нужно знать, что такое атомы и молекулы. Это есть в курсах Атомы и Химические связи. В теме о сохранении массы используются ещё молярные массы в г/моль, которые вводятся в курсе о связях.
Когда закончишь
Ты сможешь уравнять уравнения вроде Fe + O₂ → Fe₂O₃, показать, что масса сохраняется при горении метана, и разделить реакции на соединение, разложение, замещение, обмен, горение и окислительно-восстановительные. Ты также посчитаешь теплоту от сжигания двух молей метана и объяснишь, почему опилки горят быстрее полена и почему еда в холодильнике хранится дольше.
- 1Что такое химическая реакция?Одна молекула метана и две молекулы кислорода превращаются в одну молекулу углекислого газа и две молекулы воды. Ни один атом при этом не теряется.
- 2Расстановка коэффициентов в уравнениях реакцийВодород и кислород образуют воду только в соотношении 2 : 1 : 2, поскольку одной молекулы O₂ хватает на две молекулы воды.
- 3Сохранение массыПри сгорании 16.04 г метана в 64.00 г кислорода образуются 44.01 г углекислого газа и 36.03 г воды: до и после реакции масса равна 80.04 г.
- 4Типы химических реакцийОпусти медную проволоку в раствор нитрата серебра: на ней вырастут кристаллы серебра, а жидкость посинеет. Медь заместила серебро.
- 5Энергия химических реакцийПри сгорании одного моля метана, 16 г, выделяется 890.8 кДж тепла. Этого хватит, чтобы нагреть примерно 2.7 литра воды от 20 °C до 100 °C.
- 6Скорость реакцииДля многих реакций повышение температуры на 10 °C примерно удваивает скорость. Поэтому в холодильнике продукты хранятся днями, а на тёплом столе портятся.
Источники курса (14)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 law of conservation of matter, 1.3 chemical change (rust, combustion, cooking and rotting)
- 4.1 balancing by inspection (CH4 + 2O2, 2H2O to 2H2 + O2, 2N2 + 5O2 to 2N2O5)
- 4.2 precipitation (PbI2 from KI and Pb(NO3)2, AgCl insoluble)
- redox (Na + Cl2, copper wire in silver nitrate)
- combustion, 5.1 specific heat of water 4.184 J/g °C, 5.3 enthalpy (ΔH < 0 exothermic; ΔHc CH4 −890.8, H2 −285.8, ethanol −1366.8, methanol −726.1 kJ/mol; 1.00 L isooctane 33,100 kJ; ozone formation endothermic)
- 12.2 factors affecting rates (sodium and iron in air, calcium and sodium in water, sawdust, rate roughly doubles per 10 °C, phosphorus in pure oxygen, air about 20% oxygen, H2O2 decomposition)
- 12.5 collision theory and Arrhenius equation (R = 8.314 J/mol/K, catalytic converters)
- 12.7 catalysis and enzymes
- NIST Chemistry WebBook methane ΔcH°gas −890.7 ± 0.4 kJ/mol (webbook.nist.gov)
- NIST CODATA Avogadro constant 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ exact (physics.nist.gov)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights (H 1.0080, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Ca 40.078, Fe 55.845, Sn 118.71; ciaaw.org)
- ACS International Historic Chemical Landmark, The Chemical Revolution of Antoine-Laurent Lavoisier (acs.org, Traité élémentaire de chimie 1789, quotation on conservation of mass)
- Lavoisier, memoir on the calcination of tin in closed vessels, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences for 1774, published 1777 (via web.lemoyne.edu/giunta/classicalcs/lavoisier.html)
- PubChem sodium bicarbonate and acetic acid pages (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).
Проверено: 2026-10-17