Составление и решение химических уравнений. Алгоритмы составления химических формул

Формулы химических соединений составляются на основе понятия «степень окисления». Степень окисления (с.о .) – это условный заряд, атома, если бы он отдал или присоеденил соответствующее число электронов.

Металлы в соединениях имеют только положительную степень окисления, т.к. металлы отдают электроны. Неметаллы имеют как положительную, так и отрицательную степень окисления (неметаллы могут как присоеденять, так и отдавать электроны). Значение максимальной степени окисления определяется, как правило, по номеру группы, в которой находится элемент.

Для неметаллов характерны несколько степеней окисления, они определяются также по номеру группы, если номер группы четный, то все степени окисления выражаются четными числами, если номер группы нечетный, то – нечетными числми:

S - неметалл, VI группа, с.о. = +6, +4, +2, 0, -2.

Cl - неметалл, VII группа, с.о. = +7, +5, +3, +1, 0, -1.

Простые вещества определяются нулевой степенью окисления. Отрицательная степень окисления также определяется исходя из номера группы. Она равна количеству электронов, которых не хватает до получения устойчивой электронной конфигурации - 8 электронов.

Для элементов побочных подгрупп высшая степень окисления определяется, как правило, номером группы, низшая для большинства элементов равна +2. Данные зависимости степеней окисления от структуры ПСЭ определяются электронным строением атомов (см. главу 2).

Свойства классов неорганических соединений

продукт реакции

Рис. 3. Генетическая связь между классами

Данная схема (рис. 3) отражает свойства классов неорганических соединений – оксидов (основных, кислотных), кислот, оснований: во взаимодействие вступают противоположные по своей природе соединения. Продуктом взаимодействия является соль.

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород.

Основные оксиды образуются от типичных металлов. К типичным (активным) металлам относят щелочные (Li – Fr) и щелочноземельные металлы (Ca – Ra).

Рис. 4.Основные оксиды

Оксиды переходных металлов

Менее активные металлы – переходные металлы (элементы побочных подгрупп) тоже могут образовывать основные, а также кислотные и амфотерные оксиды в зависимости от степени окисления элемента.

Кислотные оксиды образуются, как правило, от неметаллов.

Рис. 6. Кислотные оксиды

Основания - сложные соединения, состоящие из ионов металла и ионов гидроксила.

Таблица 1

Основания

Получение сильных оснований

1. Оксид с водой - CaO + H 2 O® Ca(OH) 2

2. Металл с водой - 2Na + H 2 O® 2NaOH + H 2

3. Электролиз растворов соли - NaCl, KCl (см. главу 12)

Урок в 8 классе

Тема: « Составление химических формул по валентности».

Цели:

закрепить умения определять валентность по формулам соединений;

ввести понятие «бинарные соединения»;

научить составлять названия бинарных соединений по их формулам;

научить составлять формулы соединений по валентности элементов.

(Вы узнаете :

какие вещества называют бинарными;

как правильно составлять название бинарного соединения;

как с помощью валентности уточняют названия веществ;

как по названию бинарных соединений составляют их формулы.

Вспомните :

что такое валентность;

как определить валентность, зная формулу вещества.)

Ход урока.

Организационный момент. Проверка домашнего задания.

Что такое валентность химических элементов?

Почему валентность водорода принята за единицу?

Какие химические элементы имеют постоянную валентность?

Какие химические элементы имеют переменную валентность?

Новая тема.

На прошлом уроке мы научились определять валентность химических элементов по формулам веществ. Определите валентность элементов в данных соединениях.

(самостоятельно, потом проверка со всем классом)

Na 2 O SO 3 Fe 2 O 3 Ag 2 O CaH 2 H 2 S

Во всех этих соединениях валентность одного элемента мы знали. А если нет химического элемента с известной валентностью? На помощь придет ПСХЭ (8 групп, металлы и неметаллы).

Правила по определению валентности:

Валентность металлов, находящихся в группе А равна номеру группы.

Неметаллы проявляют две валентности: максимальную, равную номеру группы и минимальную, равную 8 – номер группы.

Давайте посмотрим еще раз на ряд соединений, написанный на доске. Что общего в этих соединениях?

(сложные вещества; состоят из двух химических элементов)

Соединения, образованные атомами двух химических элементов называются бинарными . Приведите еще пример бинарного соединения, с которым встречаетесь каждый день (вода ).

Сейчас мы с вами научимся давать названия бинарным соединениям. В химии для названия веществ и составления формул разработаны специальные правила, которые называют номенклатурой. Лишь для небольшого числа веществ сохраняются так называемые тривиальные названия (т.е. исторически сложившиеся). С правилами химической номенклатуры мы будем знакомиться постепенно, по мере ознакомления с классификацией веществ.

Составление названий бинарных соединений (приложение 1):

Называем химический элемент, знак которого в формуле находится на втором месте. Используем его латинское название. Выделяем корень и добавляем к нему суффикс – ид.

Презентация, слайд 2.

Дать названия веществам, изображенным на доске. (Все вместе).

Давайте составим номенклатурные названия углекислого и угарного газов:

углекислый газ – СО 2 – оксид углерода;

угарный газ – СО – оксид углерода.

Получилось, что у разных веществ одинаковые названия. А такого быть не может. Что же нам делать?

Здесь поможет валентность. Определите валентность углерода в этих соединениях. Записывают: оксид углерода (IV ), оксид углерода (II ).

Зная валентность элементов, мы можем составлять формулы веществ. Составим формулу оксида азота (V ). Для этого нужно выполнить следующие действия (приложение 2, презентация, слайд 3):

Найти НОК.

Разделить НОК на валентность элементов.

Презентация, слайд 4.

Пользуясь алгоритмом, составьте формулу оксида алюминия.

Итог урока.

Определите валентность атомов хрома в соединениях:

CrO 3

CrO

Cr 2 O 3

Дайте им названия.

Проверка: презентация, слайд 6.

Домашнее задание.

§12, вопросы 4-7 стр.37 (письменно), задача 2 стр. 37.

Приложение 1. Составление названий бинарных соединений:

Называем химический элемент, знак которого в формуле находится на втором месте. Используем его латинское название. Выделяем корень и добавляем к нему суффикс –ид.

Называем химический элемент, знак которого в формуле вещества стоит на первом месте. Используем русское название в родительном падеже.

CaO – окс ид кальция

NaCl – хлор ид натрия

PbS – сульф ид свинца

Знак химического элемента

Латинское название

Русское название

Са

кальций

окс игениум

кислород

натрий

хлор ум

хлор

свинец

сульф ур

сера

Приложение 2. Составление химических формул бинарных соединений по их названиям.

оксид азота ( V )

Записать знаки химических элементов. N O

V II

Обозначить валентность элементов. N O

10

Найти НОК.

Разделить НОК на валентность элементов. [ N] 10 : V=2 [O] 10 : II = 5

Расставить индексы (справа внизу). N 2 O 5

Поговорим о том, как составить химическое уравнение, ведь именно они являются основными элементами данной дисциплины. Благодаря глубокому осознанию всех закономерностей взаимодействий и веществ, можно управлять ими, применять их в различных сферах деятельности.

Теоретические особенности

Составление химических уравнений - важный и ответственный этап, рассматриваемый в восьмом классе общеобразовательных школ. Что должно предшествовать данному этапу? Прежде чем педагог расскажет своим воспитанникам о том, как составить химическое уравнение, важно познакомить школьников с термином «валентность», научить их определять данную величину у металлов и неметаллов, пользуясь таблицей элементов Менделеева.

Составление бинарных формул по валентности

Для того чтобы понять, как составить химическое уравнение по валентности, для начала нужно научиться составлять формулы соединений, состоящих из двух элементов, пользуясь валентностью. Предлагаем алгоритм, который поможет справиться с поставленной задачей. Например, необходимо составить формулу оксида натрия.

Сначала важно учесть, что тот химический элемент, который в названии упоминается последним, в формуле должен располагаться на первом месте. В нашем случае первым будет записываться в формуле натрий, вторым кислород. Напомним, что оксидами называют бинарные соединения, в которых последним (вторым) элементом обязательно должен быть кислород со степенью окисления -2 (валентностью 2). Далее по таблице Менделеева необходимо определить валентности каждого из двух элементов. Для этого используем определенные правила.

Так как натрий - металл, который располагается в главной подгруппе 1 группы, его валентность является неизменной величиной, она равна I.

Кислород - это неметалл, поскольку в оксиде он стоит последним, для определения его валентности мы из восьми (число групп) вычитаем 6 (группу, в которой находится кислород), получаем, что валентность кислорода равна II.

Между определенными валентностями находим наименьшее общее кратное, затем делим его на валентность каждого из элементов, получаем их индексы. Записываем готовую формулу Na 2 O.

Инструкция по составлению уравнения

А теперь подробнее поговорим о том, как составить химическое уравнение. Сначала рассмотрим теоретические моменты, затем перейдем к конкретным примерам. Итак, составление химических уравнений предполагает определенный порядок действий.

• 1-й этап. Прочитав предложенное задание, необходимо определить, какие именно химические вещества должны присутствовать в левой части уравнения. Между исходными компонентами ставится знак «+».
• 2-й этап. После знака равенства необходимо составить формулу продукта реакции. При выполнении подобных действий потребуется алгоритм составления формул бинарных соединений, рассмотренный нами выше.
• 3-й этап. Проверяем количество атомов каждого элемента до и после химического взаимодействия, в случае необходимости ставим дополнительные коэффициенты перед формулами.

Пример реакции горения

Попробуем разобраться в том, как составить химическое уравнение горения магния, пользуясь алгоритмом. В левой части уравнения записываем через сумму магний и кислород. Не забываем о том, что кислород является двухатомной молекулой, поэтому у него необходимо поставить индекс 2. После знака равенства составляем формулу получаемого после реакции продукта. Им будет в котором первым записан магний, а вторым в формуле поставим кислород. Далее по таблице химических элементов определяем валентности. Магний, находящийся во 2 группе (главной подгруппе), имеет постоянную валентность II, у кислорода путем вычитания 8 - 6 также получаем валентность II.

Запись процесса будет иметь вид: Mg+O 2 =MgO.

Для того чтобы уравнение соответствовало закону сохранения массы веществ, необходимо расставить коэффициенты. Сначала проверяем количество кислорода до реакции, после завершения процесса. Так как было 2 атома кислорода, а образовался всего один, в правой части перед формулой оксида магния необходимо добавить коэффициент 2. Далее считаем число атомов магния до и после процесса. В результате взаимодействия получилось 2 магния, следовательно, в левой части перед простым веществом магнием также необходим коэффициент 2.

Итоговый вид реакции: 2Mg+O 2 =2MgO.

Пример реакции замещения

Любой конспект по химии содержит описание разных видов взаимодействий.

В отличие от соединения, в замещении и в левой, и в правой части уравнения будет два вещества. Допустим, необходимо написать реакцию взаимодействия между цинком и Алгоритм написания используем стандартный. Сначала в левой части через сумму пишем цинк и соляную кислоту, в правой части составляем формулы получаемых продуктов реакции. Так как в электрохимическом ряду напряжений металлов цинк располагается до водорода, в данном процессе он вытесняет из кислоты молекулярный водород, образует хлорид цинка. В результате получаем следующую запись: Zn+HCL=ZnCl 2 +H 2 .

Теперь переходим к уравниванию количества атомов каждого элемента. Так как в левой части хлора был один атом, а после взаимодействия их стало два, перед формулой соляной кислоты необходимо поставить коэффициент 2.

В итоге получаем готовое уравнение реакции, соответствующее закону сохранения массы веществ: Zn+2HCL=ZnCl 2 +H 2 .

Заключение

Типичный конспект по химии обязательно содержит несколько химических превращений. Ни один раздел этой науки не ограничивается простым словесным описанием превращений, процессов растворения, выпаривания, обязательно все подтверждается уравнениями. Специфика химии заключается в том, что с все процессы, которые происходят между разными неорганическими либо органическими веществами, можно описать с помощью коэффициентов, индексов.

Чем еще отличается от других наук химия? Химические уравнения помогают не только описывать происходящие превращения, но и проводить по ним количественные вычисления, благодаря которым можно осуществлять лабораторное и промышленное получение разных веществ.

Одной из самых главных задач в химии является правильное составление химических формул. Химическая формула — это письменное представление состава химического вещества с помощью латинского обозначения элемента и индексов. Для правильного составления формулы нам обязательно понадобится таблица Менделеева и знание простых правил. Они достаточно простые и запомнить их смогут даже дети.

Как составлять химические формулы

Основным понятием при составлении химических формул является «валентность «. Валентность — это свойство одного элемента удерживать определенное число атомов в соединении. Валентность химического элемента можно посмотреть в таблице Менделеева, а также нужно помнить и уметь применять простые общие правила.

• Валентность металла всегда равна номеру группы, при условии, что он находится в главной подгруппе. Например, калий имеет валентность 1, а кальций — 2.
• С неметаллами немного сложнее. Неметалл может иметь высшую и низшую валентности. Высшая валентность равна номеру группы. Низшую валентность можно определить вычтя номер группы элемента из восьми. При соединении с металлами неметаллы всегда имеют низшую валентность. Кислород всегда имеет валентность 2.
• В соединении двух неметаллов низшую валентность имеет тот химический элемент, который находится в таблице Менделеева правее и выше. Однако, фтор всегда имеет валентность 1.
• И еще одно важное правило при расстановке коэффициентов! Общее число валентностей одного элемента всегда должно быть равно общему количеству валентностей другого элемента!

Закрепим полученные знания на примере соединения лития и азота. Металл литий имеет валентность, равную 1. Неметалл азот располагается в 5 группе и имеет высшую валентность 5 и низшую — 3. Как мы уже знаем, в соединениях с металлами неметаллы всегда имеют низшую валентность, поэтому азот в данном случае будет иметь валентность равную трем. Расставляем коэффициенты и получаем искомую формулу: Li 3 N.

Вот так, достаточно просто, мы научились составлять химические формулы! А для лучшего запоминания алгоритма составления формул мы подготовили его графическое представление.

Составление химических формул для соединений двух химических элементов в тех случаях, когда для каждого элемента существует только одна стехиометрическая валентность.

Алгоритм действия	Составление химической формулы оксида алюминия
Установление (по названию соединения) химических символов элементов
Определение валентности атомов элементов
Указание числового отношения атомов в соединении
Составление формулы	Аl 2 О 3

Составление химических формул для соединений, которые существуют в водном растворе в виде ионов.

Алгоритм действия	Составление химической формулы сульфата алюминия
Установление (по названию соединения) химических формул ионов
Определение числа зарядов ионов
Вычисление наименьшего общего кратного
Определение дополнительных множителей
Указание числового отношения ионов
Указание стехиометрических индексов
Составление формулы	Аl 2 (SО 4 ) 3

Написание химических формул

Для указания в химических формулах стехиометрических индексов и зарядов ионов существуют следующие правила.

1. Если стехиометрический индекс относится к группе атомов, обозначающие эту группу химические символы ставятся в скобки:

С 3 Н 5 (ОН) 3 – в молекуле глицерина содержатся 3 гидроксигруппы;

Ca(NО 3) 2 – в формульной единице нитрата кальция содержатся ионы кальция и нитрат-ионы в соотношении 1: 2.

2. Данные о заряде сложного многоатомного иона в химической формуле относятся ко всему иону:

SО 4 2– – сульфат-ион – имеет двухкратный отрицательный заряд;

NН 4 + – ион аммония – имеет одинарный положительный заряд.

3. Химическая формула комплексного иона ставится в квадратные скобки, за которыми указывается его заряд; она состоит из:

– химического символа центрального атома;

– химической формулы лиганда в круглых скобках;

– нижнего индекса, указывающего число лигандов.

4– – гексацианоферрат(II)-ион; в имеющем четыре отрицательных заряда ионе шесть лигандов СN – (цианид-ион) связаны с центральным атомом Fе II (катион железа Fe 2+).

2+ – ион тетраамминмеди (II); в имеющем два положи-тельных заряда ионе четыре лиганда NH 3 (молекула аммиака) связаны с центральным атомом меди (ион Сu 2+).

4. Химическая формула воды в гидратах и кристаллогидратах отделяется точкой от химической формулы основного вещества.

CuSO 4 · 5H 2 O – пентагидрат сульфата меди (II) (медный купорос).

Классификация неорганических веществ и их свойства

Все неорганические вещества делятся на простые и слож­ные.

Простые вещества подразделяются на металлы, неме­таллы и инертные газы.

Важнейшими классами сложных неорганических ве­ществ являются: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гидрооксиды, соли.

Оксиды - это соединения двух элементов, один из ко­торых кислород. Общая формула оксидов:

Э m O n

где m – число атомов элемента Э;

n – число атомов кисло­рода.

Примеры оксидов: К 2 О, CaO, SO 2 , P 2 O 5

Основания – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атома металла и одной или нескольких гидроксидных групп – ОН. Общая формула оснований:

Me (ОН) y

где у – число гидроксидных групп, равное валентности металла (Me).

Примеры оснований: NaOH, Ca(OH) 2 , Со(ОН) 3

Кислоты - это сложные вещества, содержащие атомы водорода, которые могут замещаться атомами металла.

Общая формула кислот

Н х Ас у

где Ас – кислотный остаток (от англ., acid – кислота);

х – число атомов водорода, равное валентности кислотного ос­татка.

Примеры кислот: НС1, HNO 3 , H 2 SO 4 , H 3 PO 4

Амфотерные гидроксиды – это сложные вещества, ко­торые имеют свойства кислот и свойства оснований. По­этому формулы амфотерных гидроксидов можно записы­вать в форме оснований и в форме кислот. Примеры амфотерных гидроксидов:

Zn(OH) 2 = H 2 ZnO 2

Al(OH) 3 = H 3 AlO 3

форма форма

оснований кислот

Соли – это сложные вещества, которые являются про­дуктами замещения атомов водорода в молекулах кислот атомами металла или продуктами замещения гидроксидных групп в молекулах оснований кислотными остатками. На­пример:

Состав нормальных солей выражается общей формулой:

Ме х (Ас) у

где х - число атомов металла; у - число кислотных остат­ков.

Примеры солей: K 3 PO 4 ; Mg SO 4 ; Al 2 (SO) 3 ; FeCl 3.

Оксиды

Например: СО – оксид углерода (II) – (читается: "ок­сид углерода два"); СО 2 – оксид углерода (IV); Fe 2 O 3 – оксид железа (III).

Если элемент имеет постоянную валентность, ее в назва­нии оксида не указывают. Например: Nа 2 О – оксид на­трия; Аl 2 О 3 – оксид алюминия.

Классификация

Все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие (или индифферентные).

Несолеобразующие (индифферентные) оксиды - это ок­сиды, которые не образуют солей при взаимодействии с кислотами и основаниями. Их немного. Запомните четыре несолеобразующих оксида: СО, SiO, N 2 O, NO.

Солеобразующие оксиды - это оксиды, которые образу­ют соли при взаимодействии с кислотами или основания­ми. Например:

Na 2 O + 2НС1 = 2NaCl + Н 2 О

оксид кислота соль

Некоторые оксиды с водой не взаимодействуют, но им соответствуют гидроксиды, которые можно получить кос­венным (непрямым) путем. В зависимости от характера соответствующих гидроксидов все солеобразующие оксиды делятся на три типа: ос­новные, кислотные, амфотерные.

Основные оксиды - это оксиды, гидраты которых явля­ются основаниями. Например: