国際バカロレア · IB Diploma · Chemistry · HL

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 密閉された気体容器を加熱すると圧力が変化する。ケルビン温度（絶対温度）を用いるため、摂氏温度の比では圧力の変化を予測できない。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• 気体モデルにおいて、粒子はランダムに運動し、圧力は壁面での運動量移動によって生じる。理想気体方程式は、圧力、体積、物質量、絶対温度を結びつける。
• 絶対温度: ケルビンスケール上の温度；理想気体: 特定の簡略化仮定を持つ気体のモデル。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 物質量と体積を一定に保った場合、圧力はケルビン温度に比例する。温度と物質量を一定に保った場合、圧力は体積に反比例する。関係を選択する前に、どの量が固定されているかを明記すること。
• 教師が設定した温度範囲および圧力限度を持つ承認済みの装置を使用する。熱平衡になるまで待って、ケルビン温度に対する圧力を記録する。自作の密閉容器を絶対に加熱しないこと。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：体積と物質量を一定にして、 100 K における圧力は 300 kPa。 330 K において、p2/p1=T2/T1。 p2=p1 T2/T1=100×330/300=110 kPa。 30 °C の上昇は 30 K の変化に相当するが、温度比には必ずケルビンを用いること。

例：

体積を一定にして、 120 K における圧力が 300 kPa である。これを 350 K における圧力として求めよ。同じ手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 理想気体は有効条件を持つモデルである。摂氏0度は分子運動のゼロを意味せず、内部エネルギーは圧力だけで決まるわけではない。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

気体の圧力比には、常に摂氏温度を用いてよい。この主張は誤りである：理想気体は有効条件を持つモデルである。摂氏ゼロは分子運動のゼロではなく、内部エネルギーは圧力だけで決定されるものではない。

重要：

気体モデルと絶対温度：物質量と体積を一定に保った場合、圧力はケルビン温度に比例する。温度と物質量を一定に保った場合、圧力は体積に反比例する。関係を選択する前に、どの量が固定されているかを明記すること。

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 塩化ナトリウム結晶は水に溶けた時だけ電気伝導性を示し、固体の時は示さない。イオンは両方の状態に存在するが、移動能力だけが変化する。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• イオン結合とは、電荷の異なるイオンの間の静電的引力である。共有結合は電子の共有によって形成される。金属結合は正の金属イオンと自由電子の間の引力である。
• イオン結合：電荷の逆異号を持つイオンの間の引力；非局在電子：特定の原子や結合に限定されない電子。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 塊の性質を説明するには、構造、粒子、力、移動可能な電荷キャリアを列挙する。単純分子性物質は、分子内に強い共有結合を持ちつつも、分子間に弱い引力を持つことがある。
• 融点、固体および溶融時の導電性、溶解度などの証拠を用いて物質を比較する。単一の性質だけで構造を断定することは稀であり、複数の証拠のパターンを用いるべきである。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：ある元素の原子番号は12、質量数は24である。陽子数 = 12；中性子数 = 質量数 − 原子番号 = 24 − 12 = 12。2+イオンの電子数 = 12 − 2 = 10。電荷の変化は電子数を変えるが、原子核には影響しない。

例：

ある原子の原子番号は17、質量数は35である。中性子の数を求めよ。同じ手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 単純分子性物質を融解させる際、通常は分子間引力が克服されるのみであり、各分子内のすべての共有結合を切断する必要はない。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

「すべての共有結合性物質は低い融点を持つ」という主張は誤りである。単純分子性物質を融解させる際、通常は分子間引力が克服されるのみであり、各分子内のすべての共有結合を切断する必要はない。

重要：

粒子、結合および塊の性質：塊の性質を説明するには、構造、粒子、力、移動可能な電荷キャリアを列挙する。単純分子性物質は、分子内に強い共有結合を持ちつつも、分子間に弱い引力を持つことがある。

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.

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.

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 反応物の最小質量が必ずしも制限試薬であるとは限らない。係数調整済みの化学方程式は粒子数を比較するものであり、グラム単位の質量を直接比較するものではない。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• モルは物質量を表す単位である。質量から物質量へ変換するには、モル質量を使用する。係数調整済みの化学方程式の係数はモル比を示すが、等しい質量を示すわけではない。
• モル：物質量のSI単位；限定試薬：生成物の最大量を制限する反応物。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 各反応物について利用可能な物質量を計算し、その係数で割る。より小さい比率が反応を制限する。その反応物を用いて最大生成量を計算し、実際に得られた収率と比較する。
• まず係数調整済みの化学方程式を書き、モル質量に単位を含める。次に、与えられた質量または溶液体積をすべて物質量に変換する。濃度をモル每立方デシメートル (mol/dm³) で使用する前に、立方センチメートル (cm³) を立方デシメートル (dm³) に変換する。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：Mg 2.0 g と過剰な酸が反応する。物質量 = 質量 / モル質量 を用いる。Mg のモル質量が 24.0 g/mol の場合、Mg の物質量 = 2.0/24.0 = 0.0833 mol となる。Mg + 2HCl → MgCl2 + H2において、H2 の物質量 = Mg の物質量 = 0.0833 mol となる。

例：

5.0 gの物質に含まれる物質量を求めよ（モル質量は100 g/mol）。同じ手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 酸が過剰であることは、酸が指定された計算の制限要因ではないことを意味する。HCl の前の係数が2であっても、水素の量が増加するわけではない。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

「係数調整済みの化学方程式の係数は常に反応物の質量比を示す」という主張は誤りである。酸が過剰であることは、酸が指定された計算の制限要因ではないことを意味する。HCl の前の係数が2であっても、水素の量が増加するわけではない。

重要：

物質量、化学方程式および制限試薬：各反応物について利用可能な物質量を計算し、その係数で割る。より小さい比率が反応を制限する。その反応物を用いて最大生成量を計算し、実際に得られた収率と比較する。

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.

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.

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.

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 2つの化合物は同じ分子式を持ちながらも異なる構造を持つことがある。それらの官能基は、それらがどのような反応を起こすかを予測するのに役立つ。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• 同系列は共通の官能基と一般式を持つ。異性体は同じ分子式を持つが原子間の結合が異なる。アルケンは炭素-炭素二重結合を含む。
• 官能基：特徴的な反応を決定する原子の集まり；異性体：同じ分子式を持ちながら構造が異なる化合物。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 反応前後の結合を追跡することで、付加反応、置換反応、酸化反応、重合反応を区別せよ。反応条件や試薬は反応矢印に属しており、交換可能なラベルではない。
• 炭素ごとの結合数が正しい表示式または構造式を描く。提案された合成経路の炭素数を確認に用いる。上級レベルでは、多段階経路を通じて試薬と反応条件を追跡する。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：エチレンは二重結合にわたって臭素と付加反応を起こす。2炭素骨格は維持され、各炭素が1個の臭素原子を得て 1,2-ジブロモエタンとなる。この付加反応では、エチレン1molが臭素1molと反応する。

例：

0.15 molのエチレンが完全に反応するために必要な臭素の物質量はいくつか？同じ手順を用いる：既定量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 臭素の脱色反応は、適切な試験において不飽和度の証拠となる。ただし、未知試料が必ずしもエチレンであることの証明にはならない。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

分子式が同じ化合物は常に同一の性質を持つ。この主張は誤りである：臭素の脱色反応は、適切な試験において不飽和度の証拠となる。ただし、未知試料が必ずしもエチレンであることの証明にはならない。

重要：

有機構造と反応経路：反応前後の結合を追跡することで、付加反応、置換反応、酸化、重合を区別する。条件や試薬は反応矢印に属しており、交換可能なラベルではない。

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 2つの溶液が反応するとカップは温まります。温度上昇は周囲への熱エネルギー伝達数を示しますが、エンタルピー変化そのものではありません。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• 発熱反応はエネルギーを周囲へ放出します。吸熱反応は周囲からエネルギーを吸収します。結合の切断にはエネルギーが必要であり、結合の形成ではエネルギーが放出されます。
• 発熱反応：周囲へエネルギーを放出する反応；エンタルピー変化：所与の過程における定圧での熱変化。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 移動したエネルギー ＝ 質量 × 比熱 × 温度変化 を用いる。反応量で割る前にジュールをキロジュールに変換すること。発熱反応のモルエンタルピー変化には負の符号がつく。
• 断熱材と蓋を使用し、開始温度を一定にして測定し、撹拌し、温度-時間系列を記録します。測定中の冷却を無視せず、適切な外挿によって反応温度を推定してください。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：溶液 100 g が 5.0 °C 上昇；比熱は 4.18 J/g・℃。q = mcΔT。q = 100 × 4.18 × 5.0 = 2,090 J = 2.09 kJ。0.050 mol が反応する場合、ΔH = -q/n = -2.09/0.050 = -41.8 kJ/mol。

例：

50 gの氷が4 °C上昇する。qを求めるために、c = 4.2 J/g·°Cを用いる。同じ手順に従う：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 熱損失は通常、観測される温度上昇を低下させます。熱を得る溶液と熱を失う反応の符号は正反対です。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

結合の切断はエネルギーを放出する。この主張は誤りである：熱損失は通常、観測される温度上昇を低下させる。熱を得る溶液と熱を失う反応は、符号が逆である。

重要：

熱量測定と化学エネルギー：移動したエネルギー ＝ 質量 × 比熱 × 温度変化 を用いる。反応量で割る前にジュールをキロジュールに変換すること。発熱反応のモルエンタルピー変化には負の符号がつく。

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.

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.

Supported HL focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.

Prerequisites: read the stated quantities and units, use arithmetic and the model conditions below. 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.

What would explain this observation?

• A reusable container can require more energy to manufacture than a single-use one. Its impact depends on how often it is used and what happens at disposal.
• Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.

Build the model

• A life-cycle assessment 生命周期评价 considers raw materials, manufacture, transport, use and end-of-life processes. Greenhouse gases absorb and emit infrared radiation; pollution and climate effects are related but distinct questions.
• life-cycle assessment: Assessment across production, use and disposal; functional unit 功能单位: The common service used for a fair comparison.

Choose evidence that can test it

• Define the functional unit before comparing products. The same delivered service, such as carrying one litre of water a hundred times, is fairer than comparing one object with another regardless of lifetime.
• List system boundaries, energy sources and assumptions. Compare water demand, emissions and waste separately before making a judgement. Explain whose priorities affect the decision and where the data are uncertain.

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: a reusable item requires 1,000 energy units to make and 10 per use; a disposable item requires 60 per use. Equality occurs when 1,000 + 10n = 60n. Rearranging gives 1,000 = 50n, so n = 20 uses under this simplified model.

Example:

A reusable item costs 600 energy units initially and 5 per use; disposables cost 35 per use. Find break-even uses. Use the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation.

Check the conclusion and its limits

• A break-even model is sensitive to cleaning, transport and disposal assumptions. Recyclable does not guarantee that an item is actually collected and recycled.
• Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.

Warn:

A recyclable product is always recycled after use. This claim is false: A break-even model is sensitive to cleaning, transport and disposal assumptions. Recyclable does not guarantee that an item is actually collected and recycled.

Key:

Atmosphere, resources and life-cycle decisions: Define the functional unit before comparing products. The same delivered service, such as carrying one litre of water a hundred times, is fairer than comparing one object with another regardless of lifetime.

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 反応は吸熱的であっても、熱力学的に有利であることができる。エンタルピーのみが、特定の温度での方向性を決定するわけではない。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• エントロピーはエネルギーの拡散と利用可能な微視的な配置の数に関連する。ギブズ自由エネルギーは、一定温度および圧力下でのプロセスにおいて、エンタルピー、エントロピー、絶対温度を組み合わせたものである。
• エンタピー：エネルギーの分散およびアクセス可能な配置に関連する状態特性；ギブズ自由エネルギー：エンタルピーとエンタピーの寄与を組み合わせた熱力学的量。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• ΔG = ΔH - TΔS を用いる際、一貫したエネルギー単位を使用する。負のギブズ自由エネルギー変化は、指定された条件における熱力学的な有利さを示しており、速さを示すものではない。活性化障壁がある場合、有利なプロセスでも遅くなることがある。
• 値が標準状態 quantity であることを明記し、温度をケルビンで記録する。エンタルピーがキロジュール/モールの場合、エントロピーをジュール/(ケルビン・モール)からキロジュール/(ケルビン・モール)に変換する。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知: ΔH = +20 kJ/mol, ΔS = +100 J/(K·mol), T = 300 K。ΔS を kJ/(K·mol) に変換する: ΔS = 0.100 kJ/(K·mol)。ΔG = ΔH - TΔS = 20 - 300×0.100 = -10 kJ/mol。この近似条件下で、プロセスは熱力学的に有利である。

例：

ΔH=30 kJ/mol, ΔS=0.10 kJ/(K·mol), T=400 K。ΔG を求める。同じ手順を用いる: 既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 熱力学的な有利性が反応速度を決定することではない。TΔS においてケルビンに摂氏を置き換えることはできず、単位変換の誤りにより結果が1,000倍変わる可能性がある。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

熱力学的に有利な反応は必ず速い。この主張は誤りである: 熱力学的な有利性は反応速度を決定しない。TΔS においてケルビンに摂氏を置き換えることはできず、単位変換の誤りにより結果が1,000倍変わる可能性がある。

重要：

エントロピー、ギブズ自由エネルギー、および実現可能性: 一貫したエネルギー単位を用いて ΔG = ΔH - TΔS を適用する。負のギブズ自由エネルギー変化は、指定された条件における熱力学的な有利性を示すが、速い反応を意味するわけではない。活性化障壁があるため、熱力学的に有利なプロセスでも遅くなることがある。

Supported HL focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.

Prerequisites: read the stated quantities and units, use arithmetic and the model conditions below. 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.

What would explain this observation?

• A burette reading is not the delivered volume. The titre 滴定体积 is the difference between final and initial readings, and both readings have uncertainty.
• Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.

Build the model

• A titration measures the amount of one solution needed to react with a known amount of another. The equation gives the mole ratio. An indicator endpoint approximates the equivalence point 化学计量点 when a suitable indicator is used.
• titre: The volume delivered between two burette readings; equivalence point: The point of stoichiometric reaction completion.

Choose evidence that can test it

• Calculate the known amount first, apply the stoichiometric ratio, then divide by the unknown solution volume in cubic decimetres. Use concordant titres as required by the school method and report the accepted values.
• Rinse the burette with its solution and the pipette with the solution it transfers. Rinse the flask with distilled water. Add titrant slowly near the endpoint, swirl, and read the meniscus at eye level. Use a white tile and appropriate eye protection.

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: 25.0 cubic centimetres of acid reacts 1:1 with 20.0 cubic centimetres of 0.100 mol per cubic decimetre alkali. n = cV = 0.100×0.0200 = 0.00200 mol. Acid amount is 0.00200 mol. c = n/V = 0.00200/0.0250 = 0.0800 mol per cubic decimetre.

Example:

Burette readings are 1.40 and 23.65 cubic centimetres. Calculate titre. Use the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation.

Check the conclusion and its limits

• Adding distilled water to the flask changes volume but not the transferred amount of analyte. Do not average a rough titre with carefully measured concordant values.
• Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.

Warn:

A flask must be rinsed with analyte to avoid dilution of its mole amount. This claim is false: Adding distilled water to the flask changes volume but not the transferred amount of analyte. Do not average a rough titre with carefully measured concordant values.

Key:

Titration and a defensible concentration: Calculate the known amount first, apply the stoichiometric ratio, then divide by the unknown solution volume in cubic decimetres. Use concordant titres as required by the school method and report the accepted values.

Supported HL focus. First assessment 2025; current brief acquired; full Chemistry guide not acquired. Remaining guide, assessment and practical requirements retain their recorded holds.

Prerequisites: read the stated quantities and units, use arithmetic and the model conditions below. 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.

What would explain this observation?

• A faster reaction finishes sooner, but it need not make more product. Rate 速率 and final yield answer different questions.
• Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.

Build the model

• Reaction rate describes reactant used or product formed per time. Higher temperature increases the fraction of collisions with enough energy. A catalyst provides an alternative pathway with lower activation energy 活化能.
• activation energy: The energy barrier for a reaction pathway; rate: Change in a measured quantity per unit time.

Choose evidence that can test it

• A product-time graph has a steeper gradient where rate is larger. A tangent estimates instantaneous rate; a secant gives average rate over an interval. The final plateau reflects the total collected product under the stated conditions.
• For gas production, check apparatus for leaks, start timing consistently and record volume at regular intervals. Keep concentration, reactant amount and surface area controlled when changing temperature.

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: gas volume increases from 10 to 34 cubic centimetres between 20 and 60 s. Average rate = change in volume/change in time. Rate = (34 - 10)/(60 - 20) = 0.60 cubic centimetres per second. This is not necessarily the instantaneous rate at 40 s.

Example:

A reaction makes 24 cubic centimetres of gas in 40 s. Find average rate. Use the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation.

Check the conclusion and its limits

• A catalyst does not change the equilibrium constant at a fixed temperature. A mass-loss method cannot detect all reactions, and losing gas through a leak biases a collection experiment.
• Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.

Warn:

A faster reaction always produces a larger final amount of product. This claim is false: A catalyst does not change the equilibrium constant at a fixed temperature. A mass-loss method cannot detect all reactions, and losing gas through a leak biases a collection experiment.

Key:

Rates, catalysts and reliable endpoints: A product-time graph has a steeper gradient where rate is larger. A tangent estimates instantaneous rate; a secant gives average rate over an interval. The final plateau reflects the total collected product under the stated conditions.

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 可逆反応は密閉容器内で進行し続け、測定濃度が一定であっても平衡状態にある。組成が一定であることは、粒子の反応が停止していることを意味しない。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• 動態平衡は正反応速度と逆反応速度が等しい密閉系で生じる。反応物と生成物の濃度は一定だが、等しくなる必要はない。
• 平衡：正反応速度と逆反応速度が等しい状態；可逆反応：両方向に進行できる反応。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 濃度や圧力の変化はバランスを乱す。系は新たな平衡へ向かって応答する。温度変化も平衡定数を変化させることができ、触媒は平衡に達する速さを変える。
• 温度効果予測の前に、化学反応方程式の係数を合わせ、正反応が発熱か吸熱かを明記せよ。圧力を考慮する際は気体の係数を数え、両辺の気体分子数が等しい場合、圧力は組成に影響を与えない。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：A ⇌ B において、平衡濃度は [A] = 0.20、[B] = 0.60（同一単位）。この式により K = [B]/[A]。K = 0.60/0.20 = 3.0。反応速度が等しいことは K = 1 を意味しない。

例：

A ⇌ B について、[B]=0.8、[A]=0.2 のとき [B]/[A] を計算せよ。以下の手順に従う：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 触媒を用いて平衡収率の増加を主張してはいけない。不均一系平衡の場合、純固体は通常の平衡式から除外される。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

触媒は一定温度では平衡定数を変化させるという主張は誤りである。触媒を用いて平衡収率の増加を主張してはいけない。不均一系平衡の場合、純固体は通常の平衡式から除外される。

重要：

平衡と条件の変化：濃度や圧力の変化はバランスを乱す。系は新たな平衡へ向かって応答する。温度変化も平衡定数を変化させることができ、触媒は平衡に達する速さを変える。

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.

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⁻].

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• 水溶液塩は、溶融塩とは異なる電極生成物を生成することがある。水は系に競合する種を導入する。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• 酸化は電子の放出であり、還元は電子の獲得である。電気分解では、カチオンが陰極へ、アニオンが陽極へ移動する。陰極では還元が起こる。
• 酸化：電子の失われ；還元：電子の得られ。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 指定された電解質および電極材料を用いて生成物を予測する。水溶液中では、水関連の種が競合するため、水素または酸素が生成することがある。溶融塩には塩のイオンのみが含まれる。
• 低電圧直流電源、承認された電極、および学校のリスク評価を使用する。ガスは承認された方法でのみ収集する。塩素の実験は教師の管理下で行い、危険なガスを生徒に独立して発生させないでください。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：銅イオンが2個の電子を得る。半反応式：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu。Cu²⁺ 1モルには電子2モルが必要である。0.050 molの銅の場合、電子量 = 2 × 0.050 = 0.100 mol。

例：

0.20 molのCu²⁺を銅に還元するのに必要な電子の物質量はいくつか？同じ手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 電極の符号は電池の種類に依存する。電気分解池では陰極は負であり、すべての池において陰極における定義される反応は還元である。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

還元とは電子の放出のことである。この主張は誤りである：電極の符号は電池の種類に依存する。電気分解池では陰極は負であり、すべての池において陰極における定義される反応は還元である。

重要：

赤oxと電気分解：指定された電解質および電極材料を用いて生成物を予測する。水溶液中では、水関連の種が競合するため、水素または酸素が生成することがある。溶融塩には塩のイオンのみが含まれる。

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.

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.

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.

HL焦点支援。最初の評価 2025；現在の指示書は取得済み；化学完全ガイドは未取得。残りのガイド、評価、実習要件は記録された保留状態のままとする。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術を使用し、以下のモデル条件に従う。各授業は独立した転移前に独自の方法を発展させる。

これらは元々または明示的に架空の教学例であり、実際の測定値や完了した評価対象学習者調査ではない。

この観察を説明するのは何か？

• ほぼすべてのデータ点を通る直線は有用だが、その傾きには不確かさが残る可能性がある。グラフは、測定範囲内でのモデルの妥当性を示す証拠となる。
• まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。

モデルを構築する

• 偶然誤差により反復読み取り値が異なる。系統誤差は結果を一方向にずらす。絶対不確かさは測定値と同じ単位を持つ；相対不確かさや百分率不確かさは、不確かさを測定値と比較するものである。
• 不確かさ：測定結果に対する定量化された制限；系誤差：一貫した測定バイアス。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 積または商に対しては、分率不確かさを加算することが最大不確かさの一般的な近似法である。差に対しては絶対不確かさを加算する。ゼロでない切片はオフセットや不完全なモデルを示唆することがある。
• 軸に単位を表示し、適切なスケールを選択する。妥当な場合は不確かさバーを描き、各点を結ぶのではなく最小二乗近似直線（ベストフィットライン）を描く。課程方法で求められた場合、最も急な傾きと最も緩やかな傾きの可能性のある値を推定する。

既知の値から始める

• 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
• 既知：長さ = 50.0 mm、不確かさ = 1.0 mm。百分率不確かさ = 絶対不確かさ／値 ×100 = 1.0/50.0×100 = 2.0%。2つの独立して測定された量の商で、最大百分率不確かさが2%と3%の場合、合計された最大推計値は5%である。

例：

40 cmの読み取りには1 cmの絶対不確かさがある。百分率不確かさを求めよ。同じ手順に従う：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。

結論とその限界を確認する

• 反復読み取りは平均値の偶然不確かさを減少させるが、ゼロ誤差を自動的に除去するわけではない。測定値の精度を超える桁数の小数点以下は表示しないこと。
• 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。

警告：

測定を繰り返すことで校正オフセットが常に消除される。この主張は誤りである：反復読み取りは平均値の偶然不確かさを減少させるが、ゼロ誤差を自動的に除去するわけではない。測定値の精度を超える桁数の小数点以下は表示しないこと。

重要：

不確かさ、傾き、モデル検証：積または商に対しては、分率不確かさを加算することが最大不確かさの一般的な近似法である。差に対しては絶対不確かさを加算する。ゼロでない切片はオフセットや不完全なモデルを示唆することがある。