Что сохраняется, когда молекулы перестраиваются?

Опорная карта

Схема модели

Только бумага и готовые данные. Не получайте газы, не нагревайте вещества, не используйте электрическое оборудование; неизвестные вещества не трогайте, не пробуйте и не нюхайте.

Ситуация и вопрос

На карточках слева две молекулы H₂ и одна O₂, справа две H₂O. Кажется, трёх частиц стало две: не исчезло ли вещество? Нарисуйте исходные группы до объяснения. Это бумажная модель заданной реакции; она не требует получать, смешивать или поджигать газы.

Новые слова без пропусков

В обычной химической реакции атомы перегруппировываются, а ядра не превращаются в ядра других элементов. Поэтому сохраняется число атомов каждого элемента в рассматриваемой системе. Число молекул и число атомов — разные величины: изменение размера групп может менять первое при сохранении второго. Ядерные процессы в этом блоке не рассматриваются.

Предскажите

Предскажите отдельно число H, число O, общее число атомов и число молекул с каждой стороны. Если общие суммы совпали, достаточно ли этого без проверки элементов? Можно ли обменять два атома H на два O только потому, что общее количество шариков останется тем же?

Исследуйте или разберите данные

Обозначьте H буквой H или светлой карточкой, O — буквой O или тёмной. Слева сгруппируйте H–H, H–H и O–O; справа составьте две группы H–O–H. Каждую карточку перенесите ровно один раз. Буква остаётся на ней при переносе: цвет не должен превращаться в название нового элемента.

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Разобранный пример

Для 2H₂ + O₂ → 2H₂O слева H=4, O=2, всего 6 атомов и 3 молекулы. Справа H=4, O=2, всего 6 атомов и 2 молекулы. Подсчёт подтверждает атомный баланс, но рисунок не показывает механизм реакции, реальные размеры, температуру или скорость превращения.

Где легко ошибиться

Ошибка: требовать одинакового числа молекул либо проверять только общую сумму атомов. Пример с четырьмя H и двумя O нельзя заменить двумя H и четырьмя O: сумма шесть сохранится, состав — нет. В химических уравнениях нужно проверять каждый элемент, а для ионных записей позже добавится проверка суммарного заряда.

Перенос в новый случай

Новый случай задан записью 2CO + O₂ → 2CO₂. Посчитайте C, O и молекулы. Затем объясните, почему правильный счёт не делает CO безопасным: его опасность определяется свойствами вещества, а не аккуратностью формулы. Никаких образцов газа для задачи не нужно.

Ответ и проверка памяти

Проверка: с обеих сторон C=2, O=4; молекул слева 3, справа 2. Каждому C и O соответствует атом на другой стороне, но молекулы сгруппированы иначе. Восстановите из памяти две колонки элементного счёта. Для непонятной записи найдите первый элемент с несовпадением, а не пытайтесь исправлять её новым цветом шарика.

Задание

1. Сколько H и O слева в 2H₂ + O₂ → 2H₂O?
2. Сохранилось ли число молекул?
3. Достаточно ли одинакового общего числа атомов?

Ответы

Дневник исследователя

Для каждой ошибки отметьте причину: неверно определён состав, изменён индекс, пропущен атом, не учтена граница системы или перепутаны теплота и температура. Исправьте объяснение и проверьте другой пример без подсказки.

Когда вернуться

Закройте страницу и через 10 минут воспроизведите карту, определите термины своими словами и решите новый случай. Через сутки и через неделю повторите без подсказки. Если ошибка осталась, вернитесь к разобранному примеру и запишите, какой шаг был пропущен.

Источники и границы

• OpenStax: writing and balancing equations
• ACS: atoms in reactions

Как записать, какие вещества вступили в реакцию и что получилось?

Как уравнять реакцию, не меняя формулы веществ?