Оглавление

Введение

Умение решать задачи — это то, что отличает человека, который понимает химию, от того, кто просто её запоминает. Основой подавляющего большинства химических задач является уравнение реакции. Это универсальная инструкция, которая не только описывает, какие вещества взаимодействуют, но и в каких пропорциях.

Цель этого пособия — дать вам чёткий и отработанный на множестве примеров алгоритм решения стандартных, или, как их называют, «базовых» задач. Такой подход позволит вам:

Систематизировать знания: выстроить стройную логическую цепочку от условия задачи до ответа.

Научиться «видеть» данные: правильно определять, что дано в задаче (масса, объём, количество вещества) и что требуется найти.

Развить вычислительные навыки: легко и уверенно работать с молярными массами, объёмами газов и другими физическими величинами.

Готовиться к экзаменам: базовые расчёты являются фундаментом для более сложных заданий в ОГЭ и ЕГЭ.

Наконец, представьте, что вы учёный. Ваша цель — создать новое лекарство, эффективное удобрение или сверхпрочный материал. С чего вы начнёте? Сначала вы придумаете, какие вещества должны прореагировать. А потом перед вами встанет самый главный и практический вопрос: «Сколько?». Сколько исходных реагентов взять, чтобы не осталось лишних дорогостоящих реактивов? Сколько граммов целевого продукта получится в итоге?

Именно на этот вопрос — «Сколько?» — и отвечают расчёты по уравнениям химических реакций. Это фундаментальный навык, который превращает химию из абстрактной науки в мощный инструмент преобразования мира.

Эта книга — ваш тренажёрный зал для развития «расчётной» мускулатуры. Мы начнём с разминки — с простых задач. Затем постепенно увеличим нагрузку, добавив примеси, выход продукта и, наконец, задачи, где реагенты взяты в произвольных количествах. Каждая глава — это новый уровень вашего мастерства, а каждый решённый пример — это уверенный шаг вперёд.

Книга создана для того, чтобы вы перестали бояться задач и начали получать удовольствие от их решения. Ведь нет ничего приятнее, чем увидеть, как из безупречно составленного уравнения и чёткого расчёта рождается правильный ответ. Вперёд, к новым открытиям!

1. Простейшие расчёты по уравнениям химических реакций

Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью химических формул и математических символов.

Если говорить просто, это «инструкция» или «рецепт» превращения одних веществ (исходных) в другие (продукты).

Рассмотрим на примере горения водорода: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

Реагенты (исходные вещества): вещества, вступающие в реакцию. Они записываются до стрелки. В нашем примере: 2H₂ (водород) и O₂ (кислород).

Продукты реакции (конечные вещества): вещества, образующиеся в результате реакции. Они записываются после стрелки. В нашем примере: 2H₂O (вода).

Стрелка (→): показывает направление реакции. Читается как «превращается в» или «даёт». Если реакция обратимая (может идти в обоих направлениях), используют две стрелки ⇄.

Коэффициенты: числа, стоящие перед формулами веществ. Они показывают количество молекул каждого вещества. Коэффициент «2» перед H₂ означает две молекулы водорода. Коэффициент «1» перед O₂ обычно не пишут. Коэффициент «2» перед H₂O означает две молекулы воды. Коэффициенты подбираются так, чтобы соблюдался закон сохранения массы веществ (атомы не создаются и не исчезают, а только перераспределяются).

Количество вещества — это физическая величина, которая характеризует число структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или других частиц) в данном образце вещества. Если говорить просто, количество вещества показывает, «сколько штук» частиц содержится в веществе.

Представьте, что у вас есть куча яблок, допустим 2 килограмма (12 штук). Килограмм — это единица измерения массы, а «дюжина» (12 штук) — это единица измерения количества. Для такого счёта химики используют свою специальную физическую величину — моль.

В химии считать атомы и молекулы поштучно очень неудобно, потому что они очень мелкие объекты. Например, в 1 грамме воды содержится примерно 33 500 000 000 000 000 000 000 молекул. Поэтому вступающие в химическую реакцию вещества, а также образующиеся продукты принято учитывать порциями, содержащими значительно большее число атомов или молекул. Уж если синтезировать вещество, то не одну или две молекулы (которые даже увидеть невозможно), а значительно большую «порцию», значительно большее количество вещества! Покупаем яблоки не килограммами, а дюжинами.

1 моль — это количество вещества, в котором содержится 6,022 × 10²³ частиц (молекул, формульных единиц, атомов, ионов). Число 6,022 × 10²³ называется числом Авогадро.

Это значит, что:

1 моль железа содержит 6,022 × 10²³ атомов железа.

1 моль воды содержит 6,022 × 10²³ молекул воды.

1 моль поваренной соли (NaCl) содержит 6,022 × 10²³ формульных единиц NaCl.

Как узнать массу этих «порций» веществ? Как связаны между собой количество вещества, число структурных единиц, масса вещества, а также объём газа?

Существует три основные формулы:

1. Через массу вещества (самая частая):

ν = m / M,

где:

ν — количество вещества [моль],

m — масса вещества [г],

M — молярная масса [г/моль].

Молярная масса (M) — это масса одного моля вещества. Она численно равна относительной молекулярной массе (Mr), которую берут из Периодической системы химических элементов (таблицы Менделеева).

Пример: молярная масса воды (H₂O): M = (1×2 +16) = 18 г/моль. Значит, в 18 граммах воды содержится 1 моль молекул воды.

2. Через число частиц:

ν = N / Na,

где:

ν — количество вещества [моль],

N — число частиц (атомов, молекул и т.д.),

Na — постоянная Авогадро (≈ 6,022 × 10²³ моль⁻¹).

3. Через объём газообразного вещества (только для газов!):

ν = V / Vm,

где:

ν — количество вещества [моль],

V — объём газа [л],

Vm — молярный объём [л/моль].

Молярный объём газа — это объём, который занимает один моль любого газа при определённы