Химия 8 класс: валентность и уравнения реакций — разбор

Химия начинается в 8 классе, и первые же недели заваливают тебя новым языком: валентность, индексы, коэффициенты, моль. Формула Al₂O₃ откуда-то берётся, 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ надо «уравнять», а потом ещё посчитать, сколько граммов чего получится.

Хорошая новость: в 8 классе всего четыре навыка, на которых стоит всё остальное. Определять валентность, составлять формулу, расставлять коэффициенты, считать по уравнению. Каждый из них — алгоритм из 3–4 шагов.

В статье — эти алгоритмы и восемь заданий с разбором каждого шага, как в хорошем ответе на Razbery. Никаких «очевидно, что» — только откуда берётся каждая цифра.

Валентность: что это

Валентность — число связей, которые атом образует с другими атомами. Проще: сколько «рук» у атома. У водорода одна рука, у кислорода две. Поэтому вода — H₂O: кислород двумя руками держит два водорода.

Постоянная валентность есть у небольшого числа элементов — их надо запомнить:

У остальных валентность переменная (Fe — II или III, Cu — I или II, S — II, IV, VI, N — от I до IV, C — II или IV). Её определяют по формуле через элемент с постоянной валентностью.

Алгоритм: найти валентность по формуле

1. Найди в формуле элемент с известной валентностью (обычно O — II или H — I).
2. Умножь его валентность на индекс — получишь общее число связей.
3. Раздели это число на индекс второго элемента — получишь его валентность.

Задание 1. Определить валентность

Определи валентность элементов: CO₂, NH₃, Fe₂O₃, P₂O₅, SO₃.

CO₂. Кислород — II, атомов два: 2 · 2 = 4 связи. Углерод один: валентность 4 / 1 = IV.

NH₃. Водород — I, атомов три: 3 связи. Азот один: III.

Fe₂O₃. Кислород: 3 · 2 = 6 связей. Железа два: 6 / 2 = III.

P₂O₅. Кислород: 5 · 2 = 10. Фосфора два: 10 / 2 = V.

SO₃. Кислород: 3 · 2 = 6. Сера одна: VI.

Ответ: C(IV), N(III), Fe(III), P(V), S(VI).

Алгоритм: составить формулу по валентности

1. Запиши символы элементов, над ними — валентности.
2. Найди наименьшее общее кратное (НОК) валентностей.
3. Раздели НОК на валентность каждого элемента — это его индекс.
4. Индекс 1 не пишется.

Задание 2. Составить формулы

Составь формулы: оксид алюминия (Al III, O II), хлорид кальция (Ca II, Cl I), оксид натрия (Na I, O II), сульфид железа(III) (Fe III, S II).

Al и O. Валентности III и II. НОК(3, 2) = 6. Индекс Al: 6 / 3 = 2, индекс O: 6 / 2 = 3. Формула Al₂O₃.

Ca и Cl. Валентности II и I. НОК = 2. Индекс Ca: 2 / 2 = 1, Cl: 2 / 1 = 2. Формула CaCl₂.

Na и O. I и II. НОК = 2. Na: 2, O: 1. Na₂O.

Fe и S. III и II. НОК = 6. Fe: 2, S: 3. Fe₂S₃.

Проверка любой формулы: произведение валентности на индекс у обоих элементов должно совпадать. Al₂O₃: 3 · 2 = 6 и 2 · 3 = 6 ✓.

Совет: если валентности одинаковые (Ca II и O II), индексы сокращаются: не Ca₂O₂, а CaO. Всегда делим индексы на общий множитель.

Уравнения реакций: закон сохранения массы

Атомы в реакции не появляются и не исчезают, а перегруппировываются. Поэтому слева и справа от стрелки каждого элемента должно быть поровну. Чтобы это обеспечить, ставят коэффициенты — числа перед формулами.

Главное правило: коэффициенты менять можно, индексы — нельзя. H₂O — вода, H₂O₂ — перекись, это другое вещество.

Алгоритм расстановки коэффициентов

1. Запиши схему реакции с правильными формулами.
2. Посчитай атомы каждого элемента слева и справа.
3. Начни с элемента, которого больше всего или который встречается в одном веществе с каждой стороны. Обычно не с водорода и не с кислорода.
4. Подбери коэффициент, уравнивающий этот элемент. Если получается дробь — удвой все коэффициенты.
5. Переходи к следующему элементу. Кислород и водород — последними.
6. Пересчитай все атомы.

Задание 3. Расставить коэффициенты

Уравняй: а) Al + O₂ → Al₂O₃; б) Fe + Cl₂ → FeCl₃; в) CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.

а) Кислород: слева 2, справа 3. НОК = 6. Слева 3O₂, справа 2Al₂O₃. Теперь алюминия справа 2 · 2 = 4, ставим слева 4Al. Итог: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃. Проверка: Al 4 = 4, O 6 = 6 ✓.

б) Хлор: слева 2, справа 3. НОК = 6: 3Cl₂ и 2FeCl₃. Железа справа 2, ставим 2Fe. Итог: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃. Проверка: Fe 2 = 2, Cl 6 = 6 ✓.

в) Углерод: 1 = 1, оставляем. Водород: слева 4, справа 2 — ставим 2H₂O. Кислород: справа 2 + 2 = 4 атома, слева нужно 2O₂. Итог: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Проверка: C 1 = 1, H 4 = 4, O 4 = 4 ✓.

Ошибка: исправить O₂ на O₃, чтобы уравнять кислород. Так меняется вещество, а не количество. Только коэффициенты.

Количество вещества и молярная масса

Моль — порция вещества, в которой столько частиц, сколько атомов в 12 г углерода (6·10²³, число Авогадро). Моль нужен, потому что атомы считать невозможно, а взвешивать — можно.

Молярная масса M — масса одного моля в граммах. Численно равна относительной молекулярной массе, которая складывается из атомных масс по таблице Менделеева.

Формулы: n = m / M (количество вещества), m = n · M, M = m / n. Для газов при нормальных условиях: V = n · 22,4 л.

Задание 4. Молярная масса

Найди молярную массу: H₂SO₄, CaCO₃, Al₂O₃.

Атомные массы (округлённые): H 1, O 16, S 32, Ca 40, C 12, Al 27.

H₂SO₄: 2 · 1 + 32 + 4 · 16 = 2 + 32 + 64 = 98 г/моль.

CaCO₃: 40 + 12 + 3 · 16 = 40 + 12 + 48 = 100 г/моль.

Al₂O₃: 2 · 27 + 3 · 16 = 54 + 48 = 102 г/моль.

Задание 5. Количество вещества

Условие: сколько моль содержится в 4,9 г серной кислоты? Какова масса 0,25 моль карбоната кальция?

Первая часть: n = m / M = 4,9 / 98 = 0,05 моль.

Вторая часть: m = n · M = 0,25 · 100 = 25 г.

Ответ: 0,05 моль; 25 г.

Задание 6. Массовая доля элемента

Условие: найди массовую долю кислорода в воде.

Шаг 1. M(H₂O) = 2 + 16 = 18 г/моль.

Шаг 2. Масса кислорода в одном моле: 16 г.

Шаг 3. w(O) = 16 / 18 = 0,889 = 88,9 %.

Ответ: 88,9 %. Соответственно, водорода — 11,1 %: вода почти целиком состоит из кислорода по массе, хотя атомов водорода вдвое больше.

Расчёты по уравнению реакции

Это главный тип задач 8 класса. Идея: коэффициенты в уравнении показывают, в каком отношении вещества реагируют по молям. Не по граммам!

Алгоритм:

1. Запиши уравнение, расставь коэффициенты.
2. Переведи данную массу в моли: n = m / M.
3. По коэффициентам найди моли искомого вещества (пропорция).
4. Переведи моли искомого в граммы: m = n · M.

Задание 7. Расчёт массы продукта

Условие: какая масса воды образуется при сгорании 4 г водорода?

Шаг 1. Уравнение: 2H₂ + O₂ → 2H₂O.

Шаг 2. n(H₂) = 4 / 2 = 2 моль (M водорода H₂ = 2 г/моль).

Шаг 3. По уравнению из 2 моль H₂ получается 2 моль H₂O (коэффициенты 2 : 2). Значит n(H₂O) = 2 моль.

Шаг 4. m(H₂O) = 2 · 18 = 36 г.

Ответ: 36 г.

Проверка законом сохранения массы: кислорода потребовалось 1 моль = 32 г. 4 + 32 = 36 ✓ — масса продуктов равна массе реагентов.

Задание 8. Массовая доля растворённого вещества

Условие: сколько граммов соли и воды нужно для приготовления 200 г 10 % раствора?

Шаг 1. Массовая доля — часть массы раствора, приходящаяся на вещество: w = m(вещества) / m(раствора).

Шаг 2. m(соли) = 0,1 · 200 = 20 г.

Шаг 3. m(воды) = 200 − 20 = 180 г.

Ответ: 20 г соли и 180 г воды.

Пример: Настя решала задание 7 «через граммы»: раз коэффициенты 2 и 2, значит из 4 г водорода получится 4 г воды. Ошибка в том, что коэффициенты — это моли, а моль водорода весит 2 г, а моль воды — 18 г. Всегда переводи граммы в моли, считай по уравнению, переводи обратно.

Сводная таблица формул 8 класса

Типичные ошибки

• Менять индексы вместо коэффициентов. O₃ вместо 2O — это другое вещество.
• Забывать, что O₂, H₂, N₂, Cl₂ — двухатомные. Кислород в реакции — O₂, а не O.
• Считать по граммам через коэффициенты. Коэффициенты — моли. Граммы → моли → уравнение → моли → граммы.
• Неправильная молярная масса. Индекс относится только к элементу перед ним: в Ca(OH)₂ два O и два H.
• Не сокращать индексы. Ca₂O₂ вместо CaO.
• Начинать уравнивать с кислорода. Он почти всегда во всех веществах — уравнивай его последним.
• Массовая доля больше 100 %. Если получилось, перепутаны числитель и знаменатель.

Частые вопросы

Как определить валентность элемента по формуле?

Найди элемент с постоянной валентностью (кислород — II, водород — I), умножь его валентность на индекс, раздели на индекс второго элемента. В Fe₂O₃: кислород даёт 2 · 3 = 6, делим на 2 атома железа — валентность III.

Как составить формулу вещества по валентности?

Запиши валентности над элементами, найди их наименьшее общее кратное, раздели НОК на валентность каждого элемента — получишь индексы. Al(III) и O(II): НОК 6, индексы 2 и 3, формула Al₂O₃.

Как расставить коэффициенты в уравнении реакции?

Посчитай атомы каждого элемента слева и справа. Начни с металла или элемента, встречающегося по одному разу с каждой стороны, кислород и водород оставь напоследок. Ставь коэффициенты перед формулами, не трогая индексы. В конце пересчитай все атомы.

Как найти молярную массу вещества?

Сложи атомные массы всех атомов в формуле по таблице Менделеева (округляй до целых, хлор — 35,5). H₂SO₄: 2 · 1 + 32 + 4 · 16 = 98 г/моль. Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе.

Как решать задачи по уравнению реакции?

Переведи известную массу в моли (n = m / M), по коэффициентам уравнения составь пропорцию и найди моли искомого вещества, переведи их в граммы (m = n · M). Для газов вместо массы может быть объём: V = n · 22,4 л.

Что дальше

• Химия 9 класс: окислительно-восстановительные реакции — следующий уровень.
• Химия с нуля — если пропущено самое начало.
• Разбор задач по химии — все типы расчётных задач.
• Разбор задач на проценты — массовая доля это тот же процент.
• Формула не составляется или уравнение не уравнивается? Спроси на Razbery — получишь разбор с объяснением каждого шага.