Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
Un recipiente sellado de gas cambia de presión cuando se calienta. Las proporciones de Celsius no pueden predecir el cambio de presión porque el modelo de gas utiliza temperatura absoluta.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
En un modelo de gas, las partículas se mueven aleatoriamente y la presión resulta de la transferencia de momento en las paredes. La ecuación del gas ideal conecta la presión, el volumen, la cantidad y la temperatura absoluta.
temperatura absoluta: Temperatura en la escala kelvin; gas ideal: Un modelo de gas con supuestos simplificadores especificados.
Elija evidencias que puedan probarlo
A cantidad y volumen fijos, la presión es proporcional a la temperatura en kelvin. A temperatura y cantidad fijas, la presión es inversamente proporcional al volumen. Indique cuáles cantidades se mantienen fijas antes de elegir una relación.
Utilice equipo aprobado con un rango de temperatura y límite de presión establecidos por el profesor. Permita el equilibrio térmico y registre la presión frente a la temperatura en kelvin. Nunca caliente un recipiente sellado improvisado.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: la presión es 100 kPa a 300 K, con volumen y cantidad fijos. A 330 K, p2/p1=T2/T1. p2=p1 T2/T1=100×330/300=110 kPa. Un aumento de 30 °C es un cambio de 30 K, pero la relación de temperaturas debe usar kelvin.
Ejemplo:
A volumen fijo, la presión es 120 kPa a 300 K. Calcule la presión a 350 K. Use la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Un gas ideal es un modelo con condiciones de validez. El cero grados Celsius no corresponde a cero movimiento molecular, y la energía interna no está determinada únicamente por la presión.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Una razón de presiones de gas siempre puede usar temperaturas en Celsius. Esta afirmación es falsa: Un gas ideal es un modelo con condiciones de validez. El cero Celsius no es cero movimiento molecular, y la energía interna no está determinada solo por la presión.
Clave:
Modelos de gases y temperatura absoluta: A cantidad y volumen fijos, la presión es proporcional a la temperatura en kelvin. A temperatura y cantidad fijas, la presión es inversamente proporcional al volumen. Indique cuáles cantidades se mantienen fijas antes de elegir una relación.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
Un cristal de sal conduce electricidad cuando está disuelto pero no cuando es sólido. Los iones existen en ambos estados; su capacidad de movimiento cambia.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
El enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Un enlace covalente implica electrones compartidos. El enlace metálico implica atracción entre iones metálicos positivos y electrones deslocalizados.
enlace iónico: Atracción entre iones de carga opuesta; electrón deslocalizado: Un electrón no confinado a un solo átomo o enlace.
Elija evidencias que puedan probarlo
Para explicar una propiedad macroscópica, nombrar la estructura, las partículas, las fuerzas y los portadores de carga móviles. Las sustancias moleculares simples pueden tener fuertes enlaces covalentes dentro de las moléculas pero débiles atracciones entre moléculas.
Comparar sustancias usando evidencias como punto de fusión, conductividad en estado sólido y fundido, y solubilidad. Una sola propiedad rara vez demuestra una estructura; usar un patrón de evidencias.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: un elemento tiene número atómico 12 y número másico 24. Protones = 12; neutrones = número másico - número atómico = 24 - 12 = 12. Un ion 2+ tiene electrones = 12 - 2 = 10. La carga cambia el conteo de electrones, no el núcleo.
Ejemplo:
Un átomo tiene número atómico 17 y número másico 35. Encontrar su número de neutrones. Usar la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Fundir una sustancia molecular simple generalmente supera las atracciones intermoleculares; no requiere romper todos los enlaces covalentes dentro de cada molécula.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Todas las sustancias covalentes tienen puntos de fusión bajos. Esta afirmación es falsa: Fundir una sustancia molecular simple generalmente supera las atracciones intermoleculares; no requiere romper todos los enlaces covalentes dentro de cada molécula.
Clave:
Partículas, enlaces y propiedades macroscópicas: Para explicar una propiedad macroscópica, nombrar la estructura, las partículas, las fuerzas y los portadores de carga móviles. Las sustancias moleculares simples pueden tener fuertes enlaces covalentes dentro de las moléculas pero débiles atracciones entre moléculas.
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: atomic number and the structure of the atom from Structure 1.2, arithmetic with powers of ten, and the wave relation c = fλ. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
3.2
Electron configurations 电子排布
English
What would explain this observation?
A hydrogen discharge tube glows, and a prism splits the light into a few exact coloured lines — not a continuous rainbow. Why only those colours?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
An electron in an atom can only occupy fixed energy levels 能级. When it falls from a higher level to a lower one, it emits one photon whose energy equals the gap: E₂ − E₁ = hf. A line emission spectrum 发射光谱 is the set of these exact photon energies, so each element shows its own pattern of lines.
Electrons fill the levels in a fixed order from lowest energy: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. An orbital 轨道 holds at most two electrons with opposite spins. The electron configuration lists the occupied sublevels, for example iron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, written compactly as [Ar] 4s² 3d⁶.
energy level: A fixed energy an electron may have in an atom; orbital: A region holding at most two electrons with opposite spins; emission spectrum: The exact set of light frequencies an element emits.
Choose evidence that can test it
The emission lines of hydrogen fall at exact frequencies predicted by the level gaps. If electrons could have any energy, the spectrum would be continuous — the observed separate lines are the evidence for fixed levels.
The first ionisation energies of successive elements rise in steps and fall at the start of each new shell, matching the order in which sublevels fill. Compare a measured spectrum or ionisation pattern with the configuration model before accepting an explanation.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: the red Balmer line of hydrogen has wavelength λ = 656 nm = 656 × 10⁻⁹ m; c = 3.00 × 10⁸ m/s and h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s. The photon energy equals the level gap: E = hf and f = c/λ, so E = hc/λ. Substitution: E = (6.63 × 10⁻³⁴ × 3.00 × 10⁸)/(656 × 10⁻⁹) = 3.03 × 10⁻¹⁹ J. This is the energy gap between the n = 3 and n = 2 levels.
Example:
The ultraviolet line of hydrogen has λ = 122 nm. Find the photon energy using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: E = 6.63 × 10⁻³⁴ × 3.00 × 10⁸ / (122 × 10⁻⁹) = 1.63 × 10⁻¹⁸ J — about five times the red line's energy, because it spans the larger gap down to n = 1.)
Check the conclusion and its limits
The filling order 4s before 3d is an empirical energy order for NEUTRAL atoms; when atoms lose electrons to form ions, the 4s electrons leave first (iron forms Fe²⁺ as [Ar] 3d⁶, not [Ar] 4s² 3d⁴). The simple order also has noted exceptions such as chromium [Ar] 4s¹ 3d⁵.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
Electrons in an atom can occupy any energy between the shells. This claim is false: the separate lines of an emission spectrum appear only because electrons fall between fixed energy levels; a continuum of allowed energies would give a continuous spectrum, which is not observed.
Key:
Electron configurations: electrons occupy fixed energy levels, and the photon energy of each emission line equals the gap between two levels, E = hc/λ. Sublevels fill in the order 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p, with at most two opposite-spin electrons per orbital.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
4.2
Cantidades, ecuaciones y reactivo limitante
¿Qué explicaría esta observación?
La menor masa de reactivo no es necesariamente el reactivo limitante. La ecuación balanceada compara cantidades de partículas, no gramos directamente.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
El mol mide la cantidad de sustancia. Usar la masa molar para convertir masa en cantidad. Los coeficientes de la ecuación balanceada dan proporciones molares; no dan masas iguales.
mol: Unidad SI de cantidad de sustancia; reactivo limitante: El reactivo que limita la cantidad posible de producto.
Elija evidencias que puedan probarlo
Calcular la cantidad disponible para cada reactivo y dividirla por su coeficiente. La razón más pequeña limita la reacción. Usar ese reactivo para calcular el producto máximo antes de comparar el rendimiento real.
Escribir primero la ecuación balanceada, incluir unidades en las masas molares, luego convertir cada masa dada o volumen de solución en cantidad. Convertir centímetros cúbicos a decímetros cúbicos antes de usar la concentración en moles por decímetro cúbico.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: 2.0 g de Mg reaccionan con exceso de ácido. Utilice cantidad = masa/masa molar. Con masa molar Mg = 24.0 g por mol, cantidad de Mg = 2.0/24.0 = 0.0833 mol. En Mg + 2HCl → MgCl2 + H2, cantidad de H2 = cantidad de Mg = 0.0833 mol.
Ejemplo:
Calcule la cantidad en 5.0 g de una sustancia con masa molar 100 g por mol. Utilice la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Exceso de ácido significa que el ácido no limita el cálculo indicado. Un coeficiente de 2 antes del HCl no duplica la cantidad de hidrógeno.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Los coeficientes de la ecuación balanceada siempre proporcionan proporciones de masa de los reactivos. Esta afirmación es falsa: Exceso de ácido significa que el ácido no limita el cálculo indicado. Un coeficiente de 2 antes del HCl no duplica la cantidad de hidrógeno.
Clave:
Cantidades, ecuaciones y reactivo limitante: Calcule la cantidad disponible para cada reactivo y divídala por su coeficiente. La proporción más pequeña limita la reacción. Utilice ese reactivo para calcular el producto máximo antes de comparar el rendimiento real.
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: the ionic, covalent and metallic models from Structure 2.1–2.3, and density from earlier physical science. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
9.2
From models to materials 材料
English
What would explain this observation?
A copper wire bends without breaking and carries current; a ceramic plate snaps but never conducts; a plastic bag stretches and melts over a candle. Why do these materials behave so differently?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
The bonding model predicts the bulk properties 宏观性能: a metallic material 金属材料 has positive ions in a sea of delocalised electrons, so it conducts and is malleable. An ionic lattice is hard but brittle and conducts only when molten or dissolved. A giant covalent network has a very high melting point. Simple molecular substances and polymers melt low, and polymer chains can slide and flex.
A composite 复合材料 combines materials so the product has properties neither part has alone, such as carbon fibres in a resin. Choosing a material means matching its model-derived properties to a design requirement, then checking measurable quantities such as strength, density and conductivity.
bulk property: A measurable property of a material sample, such as strength or conductivity; composite: A material made of two or more components whose combined properties exceed the parts; metallic material: A material of metal ions held by delocalised electrons.
Choose evidence that can test it
Test the model by measuring what it predicts: bend and stretch samples of a metal, an ionic solid and a polymer under the same conditions and compare conductivity in solid and molten states where the school permits. The model is supported only if the observed properties match the bonding in the structure.
Compare candidate materials for one application using measured properties, not names: a bicycle frame needs high strength per unit mass, a window needs transparency and scratch resistance.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: an aluminium alloy has strength 300 MPa and density 2.7 g/cm³; a steel has strength 500 MPa and density 7.8 g/cm³. The design needs strength per unit mass, so compute the ratio: alloy 300/2.7 ≈ 111 MPa per g/cm³; steel 500/7.8 ≈ 64 MPa per g/cm³. The alloy gives more strength for the same mass, so it suits a light frame even though the steel is stronger in absolute terms.
Example:
A carbon-fibre composite has strength 1,100 MPa at density 1.4 g/cm³. Find its strength-to-density ratio and compare it with the alloy above, using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: 1,100/1.4 ≈ 786 MPa per g/cm³ — about seven times the alloy, which is why racing frames use it despite the cost.)
Check the conclusion and its limits
A single ratio never settles a design choice: toughness, cost, corrosion resistance, manufacturability and end-of-life all matter. Bonding models describe ideal structures; real materials contain defects that lower measured strength below the model's prediction.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
The strongest material in absolute terms is always the best choice for a design. This claim is false: the best choice depends on the requirement — per unit mass the weaker-looking alloy beats the steel, and other criteria such as cost and corrosion can outweigh strength entirely.
Key:
From models to materials: bonding models predict bulk properties — metallic conducts and bends, ionic is hard and brittle, giant covalent resists heat, molecular and polymer materials melt low and flex. Material selection compares measured properties against a stated requirement, often as a ratio such as strength per density.
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: electron configurations from Structure 1.3 and the nuclear-atom model from Structure 1.2. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
10.2
The periodic table: classification of elements 元素周期表
English
What would explain this observation?
Lithium, sodium and potassium all fizz with water — and each more violently than the last. Why do these elements behave like a family?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
Elements are ordered by atomic number. A vertical group 族 contains atoms with the same number of outer electrons, so they react alike. A horizontal period 周期 fills one more electron shell across its length. The block 区 (s, p, d or f) names which sublevel is being filled.
Across a period the first ionisation energy 第一电离能 rises overall, because the nuclear charge grows at almost unchanged shielding; it dips where a new sublevel starts (B after Be) and where a p orbital first holds a paired electron (O after N). Down a group it falls as the outer electron is farther away and more shielded.
group: A column of the periodic table whose atoms share an outer-electron count; period: A row of the table filling one electron shell; block: The region of the table named by the sublevel being filled; first ionisation energy: The energy needed to remove one electron from each atom in one mole of gaseous atoms.
Choose evidence that can test it
Compare the reactions of two or more members of one group under the same conditions, such as lithium and potassium with cold water: same products, different vigour — evidence that shared outer configuration drives the chemistry.
Plot measured first ionisation energies across a period. The model predicts the rise and the two dips at the sublevel boundary and the first paired p electron; check whether the data show exactly those dips.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: the first ionisation energies of magnesium and aluminium are 738 and 578 kJ/mol. The trend rises across a period, yet Al lies below Mg. The electron removed from aluminium is in 3p, while magnesium loses from 3s: the 3p electron is higher in energy and better shielded, so less energy is needed — a difference of 738 − 578 = 160 kJ/mol.
Example:
The first ionisation energies of sodium and magnesium are 496 and 738 kJ/mol. Find the difference and explain its direction using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: 738 − 496 = 242 kJ/mol higher for magnesium; the 3s electron in Mg feels one more proton at nearly the same shielding, so it is held more tightly.)
Check the conclusion and its limits
The block model explains the MAIN trends; transition-metal chemistry has additional d-orbital detail beyond this classification lesson, and ionisation values are measured for gaseous atoms, not for reacting solids.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
Elements in the same group react alike because they have the same number of electrons. This claim is false: they share the number of OUTER electrons — sodium has 11 electrons in total and potassium 19, yet both react as Group 1 metals because each has one outer electron.
Key:
The periodic table: classification of elements: group = shared outer-electron count and similar reactions; period = a filling shell; block = the sublevel being filled. Ionisation energy rises across a period with dips at the sublevel boundary and the first paired p electron, and falls down a group.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
Dos compuestos pueden tener la misma fórmula molecular pero estructuras diferentes. Sus grupos funcionales ayudan a predecir las reacciones que experimentan.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
Una serie homóloga comparte un grupo funcional y una fórmula general. Los isómeros estructurales comparten una fórmula molecular pero difieren en las conexiones de los átomos. Los alquenos contienen un doble enlace carbono-carbono.
grupo funcional: Un grupo de átomos que determina reacciones características; isómero: Un compuesto que comparte una fórmula pero difiere en estructura.
Elija evidencias que puedan probarlo
Diferencie adición, sustitución, oxidación y polimerización rastreando los enlaces antes y después de la reacción. Las condiciones y los reactivos pertenecen a la flecha de la reacción; no son etiquetas intercambiables.
Dibuje fórmulas desarrolladas o estructurales con el número correcto de enlaces en cada carbono. Utilice un recuento de carbonos para verificar una síntesis propuesta. A nivel avanzado, rastree los reactivos y las condiciones a través de rutas de varios pasos.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: el eteno añade bromo a través de su doble enlace. El esqueleto de dos carbonos permanece intacto y cada carbono gana un átomo de bromo, dando 1,2-dibromoetano. Un mol de eteno reacciona con un mol de bromo en esta reacción de adición.
Ejemplo:
¿Cuántos moles de bromo reaccionan completamente con 0.15 mol de eteno? Use la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
La decoloración del bromo proporciona evidencia de insaturación en una prueba adecuada. No es prueba de que una muestra desconocida sea específicamente eteno.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Los compuestos con la misma fórmula molecular siempre tienen propiedades idénticas. Esta afirmación es falsa: La decoloración del bromo proporciona evidencia de insaturación en una prueba adecuada. No es prueba de que una muestra desconocida sea específicamente eteno.
Clave:
Estructuras orgánicas y rutas de reacción: Diferencie adición, sustitución, oxidación y polimerización rastreando los enlaces antes y después de la reacción. Las condiciones y los reactivos pertenecen a la flecha de la reacción; no son etiquetas intercambiables.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
Una mezcla se calienta cuando dos soluciones reaccionan. El aumento de temperatura mide la energía transferida al entorno; no equivale directamente al cambio de entalpía.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
Las reacciones exotérmicas transfieren energía al entorno. Las reacciones endotérmicas absorben energía del entorno. Ruptura de enlaces requiere energía; formación de enlaces libera energía.
exotérmico: Transferir energía al entorno; cambio de entalpía: Cambio de calor a presión constante para un proceso determinado.
Elija evidencias que puedan probarlo
Utiliza energía transferida = masa × capacidad calorífica específica × cambio de temperatura. Convierte julios a kilojulios antes de dividir por la cantidad de reacción. Un cambio entálpico molar exotérmico tiene signo negativo.
Use aislamiento y tapa, mida las temperaturas iniciales de forma consistente, agite y registre una serie de temperatura-tiempo. Estime la temperatura de la reacción mediante una extrapolación apropiada en lugar de ignorar la pérdida de calor durante la medición.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: 100 g de solución suben 5.0 °C; la capacidad calorífica específica es 4.18 J por gramo por grado. q = mcΔT. q = 100 × 4.18 × 5.0 = 2,090 J = 2.09 kJ. Si 0.050 mol reaccionan, ΔH = -q/n = -2.09/0.050 = -41.8 kJ por mol.
Ejemplo:
50 g de agua aumentan en 4 °C. Use c = 4.2 J por gramo por grado para encontrar q. Utilice la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
La pérdida de calor suele reducir el aumento de temperatura observado. La solución que gana calor y la reacción que pierde calor tienen signos opuestos.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Romper enlaces libera energía. Esta afirmación es falsa: La pérdida de calor generalmente reduce el aumento de temperatura observado. La solución que gana calor y la reacción que pierde calor tienen signos opuestos.
Clave:
Calorimetría y energía química: Utiliza energía transferida = masa × capacidad calorífica específica × cambio de temperatura. Convierte julios a kilojulios antes de dividir por la cantidad de reacción. Un cambio entálpico molar exotérmico tiene signo negativo.
13
Reactividad 1.2 · Ciclos energéticos en reacciones
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: enthalpy change and calorimetry from Reactivity 1.1, balancing equations, and arithmetic with signed quantities. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
13.2
Energy cycles in reactions 能量循环
English
What would explain this observation?
Some enthalpy changes cannot be measured directly: carbon and hydrogen will not simply combine into methane in a calorimeter. How can we still know the enthalpy change of that reaction?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
Hess's law 盖斯定律: the total enthalpy change of a reaction is the same whatever route is taken, because energy is conserved. An energy cycle links the direct route to an indirect route through shared substances, so the unknown change is found from measurable ones.
With standard enthalpy of formation 标准生成焓 data the rule is ΔH = ΣΔHf(products) − ΣΔHf(reactants). With standard enthalpy of combustion 标准燃烧焓 data the cycle runs through the combustion products: ΔH = ΣΔHc(reactants) − ΣΔHc(products). Elements in their standard states have ΔHf = 0.
energy cycle: A diagram linking two routes between the same start and end points; standard enthalpy of formation: The enthalpy change when one mole of a compound forms from its elements under standard conditions; standard enthalpy of combustion: The enthalpy change when one mole burns completely under standard conditions.
Choose evidence that can test it
Measure the enthalpies of combustion of carbon, hydrogen and methane by calorimetry; each is directly measurable. The cycle then predicts the formation enthalpy of methane, and the same method applied to a reaction that CAN be measured directly (such as neutralisation) confirms that route and direct measurement agree within experimental uncertainty.
State the states of every substance and the standard conditions; an enthalpy value without states is incomplete.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: ΔHc(C) = −394 kJ/mol, ΔHc(H₂) = −286 kJ/mol, ΔHc(CH₄) = −890 kJ/mol. The target is ΔHf for C (s) + 2H₂ (g) → CH₄ (g). By Hess's law along the combustion route: ΔHf = [ΔHc(C) + 2ΔHc(H₂)] − ΔHc(CH₄). Substitution: ΔHf = [−394 + 2 × (−286)] − (−890) = −966 + 890 = −76 kJ/mol. The negative sign means the formation of methane from its elements is exothermic.
Example:
Ethanol burns: C₂H₅OH (l) + 3O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 3H₂O (l). Using ΔHf(CO₂) = −394, ΔHf(H₂O) = −286 and ΔHf(C₂H₅OH) = −278 kJ/mol, find ΔHc of ethanol with the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: ΔH = [2 × (−394) + 3 × (−286)] − [−278 + 0] = −1646 + 278 = −1368 kJ/mol; oxygen is an element in its standard state, so its ΔHf is 0.)
Check the conclusion and its limits
Hess's law assumes the routes share the same start and end states and that the tabulated values apply at the stated conditions. Real calorimetry loses heat, so measured values carry uncertainty; the law itself is exact.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
The enthalpy change of a reaction depends on the route by which the reaction happens. This claim is false: Hess's law follows from the conservation of energy — the total change depends only on the start and end states, so an unmeasurable change can be computed from a measurable indirect route.
Key:
Energy cycles in reactions: ΔH is route-independent. Use ΔH = ΣΔHf(products) − ΣΔHf(reactants) from formation data, or ΔH = ΣΔHc(reactants) − ΣΔHc(products) from combustion data, keeping signs and states explicit.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
Atmósfera, recursos y decisiones sobre ciclo de vida
¿Qué explicaría esta observación?
Un contenedor reutilizable puede requerir más energía para su fabricación que uno de un solo uso. Su impacto depende de cuántas veces se utilice y qué suceda al desecharlo.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
Una evaluación del ciclo de vida considera materias primas, fabricación, transporte, uso y procesos de fin de vida útil. Los gases de efecto invernadero absorben y emiten radiación infrarroja; la contaminación y los efectos climáticos son preguntas relacionadas pero distintas.
evaluación del ciclo de vida: Evaluación a lo largo de la producción, uso y eliminación; unidad funcional: El servicio común utilizado para una comparación justa.
Elija evidencias que puedan probarlo
Definir la unidad funcional antes de comparar productos. El mismo servicio entregado, como transportar un litro de agua cien veces, es más justo que comparar un objeto con otro independientemente de su vida útil.
Enumerar los límites del sistema, fuentes de energía y supuestos. Comparar la demanda de agua, emisiones y residuos por separado antes de tomar una decisión. Explicar cuyas prioridades afectan la decisión y dónde son inciertas los datos.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: un artículo reutilizable requiere 1,000 unidades de energía para fabricarse y 10 por uso; un artículo desechable requiere 60 por uso. La igualdad ocurre cuando 1,000 + 10n = 60n. Reordenando da 1,000 = 50n, así n = 20 usos bajo este modelo simplificado.
Ejemplo:
Un artículo reutilizable cuesta 600 unidades de energía inicialmente y 5 por uso; los desechables cuestan 35 por uso. Encontrar los usos de equilibrio. Usar la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Un modelo de equilibrio es sensible a los supuestos de limpieza, transporte y disposición. Reciclable no garantiza que un artículo sea realmente recogido y reciclado.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Un producto reciclable siempre se recicla después de su uso. Esta afirmación es falsa: un modelo de equilibrio es sensible a los supuestos de limpieza, transporte y disposición. Reciclable no garantiza que un artículo sea realmente recogido y reciclado.
Clave:
Atmósfera, recursos y decisiones sobre el ciclo de vida: Definir la unidad funcional antes de comparar productos. El mismo servicio entregado, como transportar un litro de agua cien veces, es más justo que comparar un objeto con otro independientemente de su vida útil.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
15.2
Entropía, energía de Gibbs y viabilidad
¿Qué explicaría esta observación?
Una reacción puede ser endotérmica y aún así ser termodinámicamente favorable. La entalpía sola no determina la dirección favorecida a una temperatura dada.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
Entropía está asociada a la dispersión de energía y al número de arreglos microscópicos accesibles. La energía de Gibbs combina entalpía, entropía y temperatura absoluta para un proceso a temperatura y presión constantes.
entropía: Propiedad de estado relacionada con la dispersión de energía y configuraciones accesibles; energía de Gibbs: Cantidad termodinámica que combina contribuciones de entalpía y entropía.
Elija evidencias que puedan probarlo
Use ΔG = ΔH - TΔS con unidades de energía consistentes. Un cambio negativo en la energía de Gibbs indica favorabilidad termodinámica para las condiciones establecidas, no una velocidad rápida. Una barrera de activación puede hacer que un proceso favorable sea lento.
Indique si los valores son cantidades de estado estándar y registre la temperatura en kelvin. Convierta la entropía de julios por kelvin por mol a kilojulios por kelvin por mol cuando la entalpía esté en kilojulios por mol.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Datos conocidos: ΔH = +20 kJ por mol, ΔS = +100 J por kelvin por mol y T = 300 K. Convierta ΔS = 0.100 kJ por kelvin por mol. ΔG = ΔH - TΔS = 20 - 300×0.100 = -10 kJ por mol. El proceso es favorable bajo la aproximación establecida.
Ejemplo:
ΔH=30 kJ por mol, ΔS=0.10 kJ por kelvin por mol y T=400 K. Calcule ΔG. Utilice la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
La favorabilidad termodinámica no establece la velocidad de reacción. Los grados Celsius no pueden reemplazar a los kelvin en TΔS, y un error de conversión de unidades puede cambiar el resultado por un factor de 1,000.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Una reacción termodinámicamente favorable debe ser rápida. Esta afirmación es falsa: La favorabilidad termodinámica no establece la velocidad de reacción. Los grados Celsius no pueden reemplazar a los kelvin en TΔS, y un error de conversión de unidades puede cambiar el resultado por un factor de 1,000.
Clave:
Entropía, energía de Gibbs y viabilidad: Use ΔG = ΔH - TΔS con unidades de energía consistentes. Un cambio negativo en la energía de Gibbs indica favorabilidad termodinámica para las condiciones establecidas, no una velocidad rápida. Una barrera de activación puede hacer que un proceso favorable sea lento.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
La lectura de una bureta no es el volumen entregado. El volumen valorado es la diferencia entre las lecturas final e inicial, y ambas lecturas tienen incertidumbre.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
Una titulación mide la cantidad de una solución necesaria para reaccionar con una cantidad conocida de otra. La ecuación proporciona la proporción molar. El punto final de un indicador aproxima el punto de equivalencia cuando se utiliza un indicador adecuado.
volumen gastado: El volumen entregado entre dos lecturas de bureta; punto de equivalencia: El momento de finalización estequiométrica de la reacción.
Elija evidencias que puedan probarlo
Calcule primero la cantidad conocida, aplique la relación estequiométrica y luego divida por el volumen de la solución desconocida en decímetros cúbicos. Utilice las volúmenes concordantes según exige el método escolar e informe los valores aceptados.
Enjuague la bureta con su solución y la pipeta con la solución que transferirá. Enjuague el matraz con agua destilada. Añada el valorante lentamente cerca del punto final, agite y lea el menisco a la altura de los ojos. Use una baldosa blanca y la protección ocular adecuada.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Datos: 25.0 centímetros cúbicos de ácido reaccionan 1:1 con 20.0 centímetros cúbicos de 0.100 mol por decímetro cúbico de base. n = cV = 0.100×0.0200 = 0.00200 mol. La cantidad de ácido es 0.00200 mol. c = n/V = 0.00200/0.0250 = 0.0800 mol por decímetro cúbico.
Ejemplo:
Las lecturas de bureta son 1.40 y 23.65 centímetros cúbicos. Calcule el volumen gastado. Utilice la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Añadir agua destilada al matraz cambia el volumen pero no la cantidad transferida de analito. No promedie un volumen aproximado (bruto) con valores concordantes medidos cuidadosamente.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Un matraz debe enjuagarse con el analito para evitar la dilución de su cantidad en moles. Esta afirmación es falsa: añadir agua destilada al matraz cambia el volumen pero no la cantidad transferida de analito. No promedie un volumen gastado aproximativo con valores concordantes medidos cuidadosamente.
Clave:
Valoración y concentración defendible: calcule primero la cantidad conocida, aplique la proporción estequiométrica y luego divida por el volumen de la solución desconocida en decímetros cúbicos. Utilice volúmenes gastados concordantes según exige el método escolar e informe los valores aceptados.
17
Reactividad 2.2 · ¿Qué tan rápido? La velocidad del cambio químico
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
17.2
Tasas, catalizadores y puntos finales confiables
¿Qué explicaría esta observación?
Una reacción más rápida termina antes, pero no necesariamente produce más producto. La velocidad y el rendimiento final responden a preguntas diferentes.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
La velocidad de reacción describe el reactivo consumido o el producto formado por unidad de tiempo. Mayor temperatura aumenta la fracción de colisiones con suficiente energía. Un catalizador proporciona una vía alternativa con menor energía de activación.
energía de activación: La barrera energética para una ruta de reacción; velocidad: Cambio en una cantidad medida por unidad de tiempo.
Elija evidencias que puedan probarlo
Una gráfica de producto-tiempo tiene una pendiente más pronunciada donde la velocidad es mayor. Una tangente estima la velocidad instantánea; una secante proporciona la velocidad media sobre un intervalo. La meseta final refleja el producto total recogido bajo las condiciones indicadas.
Para la producción de gas, compruebe que el equipo no tenga fugas, inicie la cronometraje de forma consistente y registre el volumen a intervalos regulares. Mantenga controladas la concentración, la cantidad de reactivo y el área superficial al cambiar la temperatura.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Datos conocidos: el volumen de gas aumenta de 10 a 34 centímetros cúbicos entre 20 y 60 s. Velocidad media = cambio en el volumen / cambio en el tiempo. Velocidad = (34 - 10)/(60 - 20) = 0.60 centímetros cúbicos por segundo. Esto no necesariamente es la velocidad instantánea en 40 s.
Ejemplo:
Una reacción produce 24 centímetros cúbicos de gas en 40 s. Calcule la velocidad media. Utilice la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Un catalizador no cambia la constante de equilibrio a temperatura fija. Un método de pérdida de masa no puede detectar todas las reacciones, y la pérdida de gas por una fuga sesga un experimento de recolección.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Una reacción más rápida siempre produce una cantidad final mayor de producto. Esta afirmación es falsa: Un catalizador no cambia la constante de equilibrio a temperatura fija. Un método de pérdida de masa no puede detectar todas las reacciones, y la pérdida de gas por una fuga sesga un experimento de recolección.
Clave:
Velocidades, catalizadores y puntos finales fiables: Una gráfica de producto-tiempo tiene una pendiente más pronunciada donde la velocidad es mayor. Una tangente estima la velocidad instantánea; una secante proporciona la velocidad media sobre un intervalo. La meseta final refleja el producto total recogido bajo las condiciones indicadas.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
18.2
Equilibrio y cambios de condiciones
¿Qué explicaría esta observación?
Una reacción reversible puede continuar en un recipiente cerrado mientras las concentraciones medidas permanecen constantes. Una composición constante no significa que las partículas hayan dejado de reaccionar.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
El equilibrio dinámico ocurre en un sistema cerrado cuando las velocidades de reacción directa e inversa son iguales. Las concentraciones de reactivos y productos son constantes, pero no necesariamente iguales.
equilibrio: Un estado con velocidades iguales de reacción directa e inversa; reacción reversible: Una reacción que puede proceder en ambas direcciones.
Elija evidencias que puedan probarlo
Un cambio de concentración o presión altera el equilibrio. El sistema responde hacia un nuevo equilibrio. Los cambios de temperatura también pueden alterar la constante de equilibrio; un catalizador cambia la rapidez con la que se alcanza el equilibrio.
Escriba la ecuación balanceada y si la reacción directa es exotérmica antes de predecir el efecto de la temperatura. Cuente los coeficientes de los gases al considerar la presión; la presión no tiene efecto en la composición cuando las cantidades gaseosas son iguales en ambos lados.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Datos conocidos: en A ⇌ B, las concentraciones de equilibrio son [A] = 0.20 y [B] = 0.60 en la misma unidad de concentración. Para esta expresión dada, K = [B]/[A]. K = 0.60/0.20 = 3.0. Tasa iguales no implican K = 1.
Ejemplo:
Para A ⇌ B, calcula [B]/[A] cuando [B]=0.8 y [A]=0.2. Usa la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
No utilice un catalizador para argumentar un mayor rendimiento de equilibrio. Para equilibrios heterogéneos, los sólidos puros se omiten de la expresión de equilibrio habitual.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Un catalizador cambia la constante de equilibrio a temperatura fija. Esta afirmación es falsa: No utilice un catalizador para argumentar un mayor rendimiento de equilibrio. Para equilibrios heterogéneos, los sólidos puros se omiten de la expresión de equilibrio habitual.
Clave:
Equilibrio y condiciones cambiantes: Un cambio de concentración o presión altera el equilibrio. El sistema responde hacia un nuevo equilibrio. Los cambios de temperatura también pueden alterar la constante de equilibrio; un catalizador cambia la rapidez con la que se alcanza el equilibrio.
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: chemical equations and reversible reactions from Structure and Reactivity 2, logarithms, and the mole. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
19.2
Proton transfer reactions 质子转移
English
What would explain this observation?
Two bottles both labelled "0.1 mol/dm³ acid" give very different pH readings: 1.0 and 2.9. Same concentration, different acidity — how?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
In the Brønsted–Lowry model, an acid is a proton donor 质子给体 and a base is a proton acceptor. Every such reaction links a conjugate acid–base pair 共轭酸碱对 differing by exactly one H⁺: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ pairs NH₃ with NH₄⁺ and H₂O with OH⁻.
A strong acid 强酸 dissociates almost completely in water; a weak acid 弱酸 only partially, so the same concentration gives a different [H⁺]. Water itself ionises slightly: Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ mol²/dm⁶ at 298 K, and pH = −log[H⁺].
proton donor: A species that gives an H⁺ to another species; conjugate acid–base pair: Two species differing by exactly one proton; strong acid: An acid that dissociates almost completely in water; weak acid: An acid that only partially dissociates in water.
Choose evidence that can test it
Compare equal-concentration solutions: a strong acid conducts better and shows a lower pH than a weak acid of the same concentration, because more of its molecules have dissociated. Measure pH with a calibrated meter, not by estimating from the label.
Adding the conjugate base of a weak acid shifts its equilibrium toward the undissociated form — evidence that the dissociation is a genuine equilibrium, not a one-way reaction.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: HCl is a strong acid at 0.05 mol/dm³, so [H⁺] = 0.05 mol/dm³. pH = −log[H⁺]. Substitution: pH = −log(0.05) = 1.30. For 0.01 mol/dm³ NaOH, a strong base, [OH⁻] = 0.01; using Kw, [H⁺] = Kw/[OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 0.01 = 1.0 × 10⁻¹², so pH = 12.0.
Example:
A strong-acid solution has [H⁺] = 2.5 × 10⁻⁴ mol/dm³. Find its pH using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: pH = −log(2.5 × 10⁻⁴) = 3.60. pH is dimensionless; state the input concentration with its unit.)
Check the conclusion and its limits
pH = −log[H⁺] in this form assumes dilute solutions where concentration approximates activity; at high concentration the approximation weakens. Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ holds at 298 K and changes with temperature.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
A strong acid is the same thing as a concentrated acid. This claim is false: strength is the degree of dissociation and concentration is the amount per volume; a concentrated weak acid and a dilute strong acid both exist.
Key:
Proton transfer reactions: acids donate protons and bases accept them; every transfer links a conjugate pair differing by one H⁺. Strength (degree of dissociation) is not concentration, and pH = −log[H⁺] with Kw = [H⁺][OH⁻].
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
Una solución acuosa de sal puede producir diferentes productos electrodos que la sal fundida. El agua introduce especies competidoras en el sistema.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
Oxidación es pérdida de electrones y reducción es ganancia de electrones. En la electrólisis, los cationes se mueven hacia el cátodo y los aniones hacia el ánodo. La reducción ocurre en el cátodo.
oxidación: Pérdida de electrones; reducción: Ganancia de electrones.
Elija evidencias que puedan probarlo
Predecir productos utilizando el electrolito y el material del electrodo especificados. En una solución acuosa, pueden formarse hidrógeno u oxígeno porque las especies relacionadas con el agua compiten. Las sales fundidas contienen solo los iones de la sal.
Utilice una fuente de corriente continua de bajo voltaje, electrodos aprobados y la evaluación de riesgos escolar. Recopile gases únicamente mediante un método aprobado. Mantenga las demostraciones de cloro controladas por el profesor; no solicite a los estudiantes que generen gases peligrosos de forma independiente.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: un ion de cobre gana dos electrones. Ecuación media: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Un mol de Cu²⁺ requiere dos moles de electrones. Para 0.050 mol de cobre, cantidad de electrones = 2 × 0.050 = 0.100 mol.
Ejemplo:
¿Cuántos moles de electrones reducen 0.20 mol de Cu²⁺ a cobre? Utilice la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Los signos de los electrodos dependen del tipo de pila. En una celda electrolítica, el cátodo es negativo; la reducción sigue siendo el proceso definitorio en un cátodo en toda celda.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
La reducción significa pérdida de electrones. Esta afirmación es falsa: Los signos de los electrodos dependen del tipo de pila. En una celda electrolítica, el cátodo es negativo; la reducción sigue siendo el proceso definitorio en un cátodo en toda celda.
Clave:
Redox y electrólisis: Predecir productos utilizando el electrolito y el material del electrodo especificados. En una solución acuosa, pueden formarse hidrógeno u oxígeno porque las especies relacionadas con el agua compiten. Las sales fundidas contienen solo los iones de la sal.
21
Reactividad 3.3 · Reacciones de compartición de electrones
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: covalent bonding from Structure 2.2 and alkane structure from Structure 3.2. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
21.2
Electron sharing reactions 自由基取代
English
What would explain this observation?
Methane and chlorine are mixed in the dark and nothing happens; the same mixture in sunlight reacts at once, and the product is never pure chloromethane — it always carries further-substituted molecules. Why?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
A covalent bond can break by homolytic fission 均裂: the shared pair splits so each atom keeps one electron, forming two free radicals 自由基 — atoms or groups with an unpaired electron, written with a dot, such as Cl•. A single-barbed (fishhook) arrow shows ONE electron moving.
Radical substitution runs as a chain: initiation 引发 (UV light splits Cl₂ into two Cl•), propagation 链增长 (a radical makes a product and another radical: CH₄ + Cl• → •CH₃ + HCl, then •CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•), and termination 终止 (two radicals join, ending the chain).
homolytic fission: Bond breaking that gives each atom one electron of the shared pair; free radical: A species with an unpaired electron, highly reactive; initiation: The step that first produces radicals; propagation: A chain step consuming one radical and producing another; termination: A step removing radicals by joining two of them.
Choose evidence that can test it
The reaction needs UV light or heat to start but then continues on its own — evidence for a chain in which each step regenerates a radical. Trace amounts of ethane among the products show that two •CH₃ radicals joined in a termination step.
A mixture of CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃ and CCl₄ forms because the product still has C–H bonds open to further propagation; single-substitution purity is evidence against a controlled, non-chain route.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: the bond enthalpies are Cl–Cl 242 kJ/mol and C–H 413 kJ/mol. Bond breaking is endothermic, so the weaker bond breaks first. Comparing the two: 413 − 242 = 171 kJ/mol less energy breaks Cl–Cl, which is why UV initiates the chain by splitting chlorine rather than methane.
Example:
The H–Cl bond enthalpy is 431 kJ/mol and the C–Cl bond in CH₃Cl is 339 kJ/mol. For the propagation step CH₄ + Cl• → •CH₃ + HCl, estimate the energy change using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: break C–H (+413), form H–Cl (−431): ΔH ≈ 413 − 431 = −18 kJ/mol — slightly exothermic, so the step proceeds readily once radicals exist.)
Check the conclusion and its limits
Bond enthalpies are averages measured over many compounds, so an estimate from them is approximate, not exact. The chain model for this reaction explains the UV start and the product mixture; it does not describe polar reagents, where heterolytic (electron-PAIR) mechanisms apply instead — the next lesson's model.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
In a radical substitution, every chlorine atom ends up substituted onto a methane molecule. This claim is false: termination joins radicals with each other (Cl• + Cl• → Cl₂, or two •CH₃ → C₂H₆), and propagation continues substituting the products, so the outcome is always a mixture.
Key:
Electron sharing reactions: homolytic fission splits a shared pair one electron each way, giving radicals; fishhook arrows track single electrons. Radical substitution chains through initiation, propagation and termination, which explains the UV trigger and the mixture of products.
Supported HL/SL core focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.
Prerequisites: covalent bonding and polarity from Structure 2.2, alkenes and halogenoalkanes from Structure 3.2, and radical (electron-sharing) mechanisms from Reactivity 3.3. Each lesson develops its own method before independent transfer.
These are original or explicitly fictional teaching examples, not actual measurements or completed assessed learner investigations.
22.2
Electron-pair sharing reactions 亲核取代
English
What would explain this observation?
Bromoethane shaken with warm sodium hydroxide solution turns into ethanol, while the same alkane skeleton with no C–Br bond ignores the hydroxide completely. What does the C–Br bond make possible?
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
A covalent bond can also break by heterolytic fission 异裂: BOTH electrons of the shared pair move to one atom, forming ions. A double-barbed curly arrow shows an electron PAIR moving.
A nucleophile 亲核试剂 is an electron-pair donor (OH⁻, CN⁻, NH₃) that attacks a δ+ carbon. An electrophile 亲电试剂 is an electron-pair acceptor (Br₂, H⁺) that accepts a pair from an electron-rich region such as a C=C double bond. In the substitution of bromoethane, OH⁻ donates its pair to the δ+ carbon while Br⁻ leaves with the bonding pair: CH₃CH₂Br + OH⁻ → CH₃CH₂OH + Br⁻.
heterolytic fission: Bond breaking where one atom takes both shared electrons; nucleophile: An electron-pair donor attracted to a positive or δ+ centre; electrophile: An electron-pair acceptor attracted to an electron-rich region.
Choose evidence that can test it
The reaction rate depends on the concentrations of BOTH bromoethane and hydroxide, supporting a mechanism in which both meet in the key step. Bromide ions appear in solution as the alcohol forms, matching the leaving-group prediction.
Bromine water loses its orange colour with an alkene but not with the corresponding alkane — evidence that the electron-rich C=C is what attracts the electrophile.
Work from known quantities
State the known values and their units. Choose the relation because its assumptions fit this case, then rearrange before substitution.
Known: Mr(CH₃CH₂OH) = 46; Mr(CH₃CH₂Br) = 109; Mr(OH⁻) = 17. Atom economy measures how much reactant mass ends in the desired product: atom economy = Mr(desired product) / ΣMr(all reactants) × 100%. Substitution: 46/(109 + 17) × 100% = 46/126 × 100% = 36.5%. Substitution reactions have low atom economy because the leaving group carries mass away.
Example:
Chloroethane has Mr = 64.5. Find the atom economy of CH₃CH₂Cl + OH⁻ → CH₃CH₂OH + Cl⁻ using the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation. (Answer: 46/(64.5 + 17) × 100% = 46/81.5 × 100% = 56.4% — a lighter leaving group raises the atom economy, though it is still far below an addition reaction's 100%.)
Check the conclusion and its limits
The arrow-pushing model shows electron flow in the key step; real rates also depend on the solvent and temperature, which this scheme does not capture. Atom economy compares routes on paper; a full process evaluation needs yield, energy and safety data too.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
A nucleophile is a negative ion, so any negative ion is a nucleophile and any positive species is an electrophile. This claim is false: the definition is about electron-PAIR donation — neutral NH₃ is a nucleophile because it carries a lone pair, and Br⁻ is a leaving group, not an attacking nucleophile, in this substitution.
Key:
Electron-pair sharing reactions: heterolytic fission moves both shared electrons to one atom; double-barbed arrows track electron pairs. Nucleophiles donate pairs to δ+ centres and electrophiles accept pairs from electron-rich regions; substitution and addition mechanisms follow from that flow.
Enfoque HL apoyado. Primera evaluación 2025; breve actual adquirido; guía completa de Química no adquirida. La guía restante, los requisitos de evaluación y prácticos conservan sus retenciones registradas.
Requisitos previos: lea las cantidades y unidades indicadas, utilice aritmética y las condiciones del modelo a continuación. Cada lección desarrolla su propio método antes de la transferencia independiente.
Estos son ejemplos didácticos originales o explícitamente ficticios, no mediciones reales ni investigaciones evaluadas completas de estudiantes.
23.2
Incertidumbre, gradientes y prueba de modelos
¿Qué explicaría esta observación?
Una línea que pasa cerca de todos los puntos de datos es útil, pero su pendiente puede seguir siendo incierta. Un gráfico es evidencia de un modelo dentro del rango de medición.
Comience con una predicción. Enuncie las cantidades o características que compararía, luego decida qué evidencia podría distinguir entre dos explicaciones.
Construya el modelo
La variación aleatoria hace que las lecturas repetidas difieran. El error sistemático desplaza los resultados consistentemente. La incertidumbre absoluta tiene la unidad medida; la incertidumbre relativa o porcentual compara la incertidumbre con el valor medido.
incertidumbre: Una limitación cuantificada en un resultado medido; error sistemático: Un sesgo de medición consistente.
Elija evidencias que puedan probarlo
Para un producto o cociente, sumar incertidumbres fraccionales es una aproximación común de máxima incertidumbre. Para una diferencia, sume incertidumbres absolutas. Una intersección distinta de cero puede revelar un desplazamiento o un modelo incompleto.
Muestre unidades en los ejes y elija una escala adecuada. Grafique barras de incertidumbre donde sea justificado, dibuje una línea de mejor ajuste en lugar de unir todos los puntos, y estime las pendientes más empinadas y más planas plausibles cuando el método del curso lo solicite.
Trabaje desde cantidades conocidas
Indique los valores conocidos y sus unidades. Elija la relación porque sus supuestos se ajustan a este caso, luego reordénela antes de la sustitución.
Conocido: longitud = 50.0 mm con incertidumbre 1.0 mm. Incertidumbre porcentual = incertidumbre absoluta/valor ×100 = 1.0/50.0×100 = 2.0%. Para un cociente de dos cantidades medidas independientemente con máximas incertidumbres porcentuales de 2% y 3%, la estimación máxima suma es 5%.
Ejemplo:
Una lectura de 40 cm tiene una incertidumbre absoluta de 1 cm. Encuentre la incertidumbre porcentual. Use la misma secuencia: cantidades conocidas → modelo → relación → sustitución → unidad e interpretación.
Verifique la conclusión y sus límites
Repetir lecturas reduce la incertidumbre aleatoria en una media, pero no elimina automáticamente un error de cero. No cite más lugares decimales de los que su medición pueda soportar.
Vuelva a la observación original. Explique qué respalda el resultado, qué condiciones asume y una forma de probar una explicación alternativa.
Advertencia:
Repetir una medición siempre elimina un desfase de calibración. Esta afirmación es falsa: repetir lecturas reduce la incertidumbre aleatoria en una media, pero no elimina automáticamente un error de cero. No utilices más decimales de los que tu medición pueda soportar.
Clave:
Incertidumbre, pendientes y verificación de modelos: Para un producto o cociente, sumar incertidumbres fraccionarias es una aproximación común para la máxima incertidumbre. Para una diferencia, suma las incertidumbres absolutas. Una intersección distinta de cero puede revelar un desplazamiento o un modelo incompleto.
