Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
Закрытый газовый сосуд меняет давление при нагревании. Отношения по шкале Цельсия не могут предсказать изменение давления, так как газовая модель использует абсолютную температуру.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
В модели газа частицы движутся хаотично, а давление возникает в результате переноса импульса при ударах о стенки. Уравнение идеального газа связывает давление, объём, количество вещества и абсолютную температуру.
абсолютная температура: температура по шкале Кельвина; идеальный газ: модель газа с заданными упрощающими предположениями.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
При постоянном количестве вещества и объёме давление прямо пропорционально температуре по шкале Кельвина. При постоянной температуре и количестве вещества давление обратно пропорционально объёму. Перед выбором соотношения укажите, какие величины являются постоянными.
Используйте одобренное оборудование с диапазоном температур и предельным давлением, установленными учителем. Дождитесь теплового равновесия и зарегистрируйте давление в зависимости от температуры по Кельвину. Никогда не нагревайте самодельные герметичные сосуды.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Дано: давление составляет 100 кПа при 300 К, объём и количество вещества фиксированы. При 330 К выполняется соотношение p2/p1=T2/T1. Отсюда p2=p1·T2/T1=100×330/300=110 кПа. Изменение температуры на 30 °C соответствует изменению на 30 К, однако для расчёта отношения температур необходимо использовать шкалу Кельвина.
Пример:
При постоянном объёме давление составляет 120 кПа при 300 К. Найдите давление при 350 К. Примените ту же последовательность: исходные данные → модель → соотношение → подстановка → единицы измерения и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Идеальный газ — это модель, имеющая условия применимости. Ноль по шкале Цельсия не означает отсутствия молекулярного движения, а внутренняя энергия определяется не только давлением.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Соотношение давлений идеального газа нельзя вычислять, используя температуры по шкале Цельсия. Данное утверждение ложно: идеальный газ — это модель, имеющая условия применимости. Нуль по шкале Цельсия не соответствует отсутствию теплового движения молекул, а внутренняя энергия определяется не только давлением.
Ключевые моменты:
Модели газов и абсолютная температура: При постоянном количестве вещества и объёме давление прямо пропорционально температуре по шкале Кельвина. При постоянной температуре и количестве вещества давление обратно пропорционально объёму. Перед выбором соотношения укажите, какие величины являются постоянными.
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.
2.2
Particles, bonding and bulk properties
English
What would explain this observation?
A salt crystal conducts when dissolved but not when solid. The ions exist in both states; their ability to move changes.
Start with a prediction. State the quantities or features you would compare, then decide what evidence could distinguish two explanations.
Build the model
Ionic bonding is electrostatic attraction between oppositely charged ions. A covalent bond involves shared electrons. Metallic bonding involves attraction between positive metal ions and delocalized electrons.
ionic bond 离子键: Attraction between oppositely charged ions; delocalized electron 离域电子: An electron not confined to one atom or bond.
Choose evidence that can test it
To explain a bulk property, name the structure, particles, forces and mobile charge carriers. Simple molecular substances can have strong covalent bonds inside molecules but weak attractions between molecules.
Compare substances using evidence such as melting point, conductivity when solid and molten, and solubility. One property rarely proves a structure; use a pattern of evidence.
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 element has atomic number 12 and mass number 24. Protons = 12; neutrons = mass number - atomic number = 24 - 12 = 12. A 2+ ion has electrons = 12 - 2 = 10. Charge changes electron count, not the nucleus.
Example:
An atom has atomic number 17 and mass number 35. Find its number of neutrons. Use the same sequence: known quantities → model → relation → substitution → unit and interpretation.
Check the conclusion and its limits
Melting a simple molecular substance usually overcomes intermolecular attractions; it does not require breaking all covalent bonds within each molecule.
Return to the original observation. Explain what the result supports, which conditions it assumes, and one way to test a competing explanation.
Warn:
All covalent substances have low melting points. This claim is false: Melting a simple molecular substance usually overcomes intermolecular attractions; it does not require breaking all covalent bonds within each molecule.
Key:
Particles, bonding and bulk properties: To explain a bulk property, name the structure, particles, forces and mobile charge carriers. Simple molecular substances can have strong covalent bonds inside molecules but weak attractions between molecules.
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.
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
4.2
Количество вещества, уравнения и лимитирующий реагент
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Наименьшая масса реагента не обязательно является лимитирующим реагентом. Сбалансированное уравнение сравнивает количества частиц, а не граммы напрямую.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Моль — мера количества вещества. Используйте молярную массу для перевода массы в количество. Коэффициенты уравнения реакции дают мольные соотношения; они не указывают на равные массы.
моль: Единица количества вещества в СИ; лимитирующий реагент: Вещество, ограничивающее возможное количество продукта.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Вычислите количество каждого реагирующего вещества и разделите на его стехиометрический коэффициент. Меньшее отношение определяет лимитирующий реагент. Используйте это вещество для расчета теоретического выхода продукта перед сравнением с фактическим выходом.
Сначала запишите уравнение реакции в коэффициентах, добавьте единицы измерения к молярным массам, затем переведите каждую заданную массу или объем раствора в количество вещества. Переведите кубические сантиметры в кубические дециметры перед использованием концентрации в моль/дм³.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Дано: 2.0 г магния реагирует с избытком кислоты. Используйте формулу количества = масса / молярная масса. При молярной массе Mg = 24.0 г/моль, количество Mg = 2.0/24.0 = 0.0833 моль. В реакции Mg + 2HCl → MgCl2 + H2, количество H2 = количеству Mg = 0.0833 моль.
Пример:
Вычислите количество вещества в 5.0 г соединения с молярной массой 100 г/моль. Примените ту же последовательность: известные данные → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Избыток кислоты означает, что кислота не ограничивает расчет. Коэффициент 2 перед HCl не удваивает количество выделяющегося водорода.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Коэффициенты в уравнении реакции всегда задают отношения масс реагентов. Это утверждение ложно: Избыток кислоты означает, что кислота не ограничивает расчет. Коэффициент 2 перед HCl не удваивает количество выделяющегося водорода.
Ключевые моменты:
Количества, уравнения и лимитирующие реагенты: Вычислите количество каждого реагирующего вещества и разделите на его стехиометрический коэффициент. Меньшее отношение определяет лимитирующий реагент. Используйте это вещество для расчета максимального выхода продукта перед сравнением с фактическим выходом.
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.
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
Два соединения могут иметь одинаковую молекулярную формулу, но различаться по структуре. Их функциональные группы помогают предсказать, какие реакции они претерпевают.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Гомологический ряд объединяет функциональную группу и общую формулу. Структурные изомеры имеют одинаковую молекулярную формулу, но различаются связями между атомами. Алкены содержат углерод-углеродную двойную связь.
функциональная группа: Группа атомов, определяющая характерные реакции; изомер: Соединение, имеющее ту же формулу, но отличающееся структурой.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Различайте реакции присоединения, замещения, окисления и полимеризации, отслеживая связи до и после реакции. Условия и реагенты относятся к стрелке реакции; они не являются взаимозаменяемыми метками.
Рисуйте развернутые или структурные формулы с правильным количеством связей у каждого атома углерода. Используйте подсчет атомов углерода для проверки предлагаемого синтеза. На продвинутом уровне отслеживайте реагенты и условия на многоэтапных схемах.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: этен присоединяет бром по двойной связи. Двухуглеродный скелет сохраняется, и каждый атом углерода присоединяет один атом брома, образуя 1,2-дибromoэтан. Один моль этена реагирует с одним молем брома в этой реакции присоединения.
Пример:
Сколько молей брома полностью реагирует со 0.15 моль этена? Используйте ту же последовательность: известные количества → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Обесцвечивание бромной воды является доказательством наличия ненасыщенности в ходе соответствующего теста. Однако это не подтверждает, что неизвестный образец является именно этеном.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Соединения с одинаковой молекулярной формулой всегда имеют идентичные свойства. Это утверждение неверно: обесцвечивание бромной воды является доказательством наличия ненасыщенности в ходе соответствующего теста. Однако это не подтверждает, что неизвестный образец является именно этеном.
Ключевые моменты:
Органические структуры и пути реакций: Различайте реакции присоединения, замещения, окисления и полимеризации, отслеживая связи до и после реакции. Условия и реагенты относятся к стрелке реакции; они не являются взаимозаменяемыми метками.
12
Реакционная способность 1.1 · Измерение изменения энтальпии
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
Чашка нагревается при реакции двух растворов. Повышение температуры измеряет энергию, переданную окружающей среде; оно напрямую не равно изменению энтальпии.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Экзотермические реакции передают энергию окружающей среде. Энотермические реакции поглощают энергию из окружающей среды. Разрыв связей требует энергии; образование связей выделяет энергию.
экзотермический: Передача энергии во внешнюю среду; энтальпия: Тепловой эффект при постоянном давлении для данного процесса.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Используйте формулу: переданная энергия = масса × удельная теплоёмкость × изменение температуры. Преобразуйте джоули в килоджоули перед делением на количество вещества в реакции. Экзотермическое мольное изменение энтальпии имеет отрицательный знак.
Используйте теплоизоляцию и крышку, последовательно измеряйте начальные температуры, перемешивайте и записывайте серию «температура-время». Оценивайте температуру реакции с помощью соответствующей экстраполяции, вместо того чтобы игнорировать охлаждение во время измерений.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: 100 г раствора нагревается на 5.0 °C; удельная теплоёмкость составляет 4.18 Дж на грамм на градус. q = mcΔT. q = 100 × 4.18 × 5.0 = 2,090 Дж = 2.09 кДж. Если реагирует 0.050 моль, то ΔH = -q/n = -2.09/0.050 = -41.8 кДж на моль.
Пример:
50 г воды нагреваются на 4 °C. Используйте c = 4.2 Дж на грамм на градус для нахождения q. Используйте ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы измерения и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Потери тепла обычно снижают наблюдаемое повышение температуры. Раствор, получающий тепло, и реакция, теряющая тепло, имеют противоположные знаки.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Разрыв связей выделяет энергию. Это утверждение неверно: Потери тепла обычно снижают наблюдаемое повышение температуры. Раствор, получающий тепло, и реакция, теряющая тепло, имеют противоположные знаки.
Ключевые моменты:
Калориметрия и химическая энергия: Используйте формулу переданной энергии = масса × удельная теплоёмкость × изменение температуры. Переведите джоули в килоджоули перед делением на количество прореагировавшего вещества. Экзотермическая молярная энтальпия имеет отрицательный знак.
13
Реакционная способность 1.2 · Энергетические циклы в реакциях
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.
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
Многоразовая упаковка может требовать больше энергии для производства, чем одноразовая. Её воздействие зависит от частоты использования и утилизации.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Анализ жизненного цикла учитывает сырьё, производство, транспортировку, использование и утилизацию. Парниковые газы поглощают и излучают инфракрасное излучение; вопросы загрязнения и влияния на климат связаны, но являются отдельными аспектами.
оценка жизненного цикла: Оценка на этапах производства, использования и утилизации; функциональная единица: Общая услуга, используемая для справедливого сравнения.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Определите функциональную единицу перед сравнением продуктов. Одинаковая оказанная услуга, например, доставка одного литра воды сто раз, является более справедливой, чем сравнение двух предметов независимо от их срока службы.
Перечислите границы системы, источники энергии и допущения. Отдельно сравнивайте потребление воды, выбросы и отходы перед принятием решения. Объясните, чьи приоритеты влияют на выбор и где существуют неопределённости в данных.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: wiedernachnut item требует 1,000 энергетических единиц для производства и 10 на каждое использование; одноразовый item требует 60 на каждое использование. Равенство достигается, когда 1,000 + 10n = 60n. Преобразование уравнения даёт 1,000 = 50n, следовательно, n = 20 использований в рамках данной упрощённой модели.
Пример:
Многоразовый предмет стоит 600 энергетических единиц изначально и 5 за каждое использование; одноразовые предметы стоят 35 за каждое использование. Найдите точку безубыточности (равновесия) по количеству использований. Используйте ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Модель точки безубыточности чувствительна к допущениям о стирке, транспортировке и утилизации. Маркировка «перерабатываемый» не гарантирует, что предмет будет фактически собран и переработан.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Перерабатываемый продукт всегда перерабатывается после использования. Это утверждение ложно: Модель точки безубыточности чувствительна к предположениям о чистке, транспортировке и утилизации. Маркировка «перерабатываемый» не гарантирует, что предмет фактически будет собран и переработан.
Ключевые моменты:
Атмосфера, ресурсы и решения в рамках жизненного цикла: определите функциональную единицу перед сравнением продуктов. Одинаковая оказанная услуга, например, доставка одного литра воды сто раз, является более справедливой, чем сравнение двух предметов независимо от их срока службы.
15
Реакционная способность 1.4 · Энтропия и спонтанность
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
15.2
Энтропия, энергия Гиббса и осуществимость
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Реакция может быть эндотермической и при этом термодинамически выгодной. Энтальпия одна не определяет направление, предпочтительное при данной температуре.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Энтропия связана с рассеянием энергии и количеством доступных микроскопических состояний. Энергия Гиббса объединяет энтальпию, энтропию и абсолютную температуру для процесса при постоянной температуре и давлении.
Энтропия: Свойство состояния, связанное с рассеиванием энергии и доступными конфигурациями; Энергия Гиббса: Термодинамическая величина, объединяющая вклады энтальпии и энтропии.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Используйте формулу ΔG = ΔH - TΔS, соблюдая согласованность энергетических единиц. Отрицательное изменение энергии Гиббса указывает на термодинамическую возможность процесса при заданных условиях, но не на высокую скорость реакции. Барьер активации может сделать термодинамически выгодный процесс медленным.
Указывайте, являются ли значения величинами стандартного состояния, и записывайте температуру в кельвинах. Переводите энтропию из джоулей на кельвин-моль в килоджоули на кельвин-моль, когда энтальпия выражена в килоджоулях на моль.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: ΔH = +20 кДж на моль, ΔS = +100 Дж на Кельвин на моль и T = 300 К. Переведите ΔS = 0.100 кДж на Кельвин на моль. ΔG = ΔH - TΔS = 20 - 300×0.100 = -10 кДж на моль. Процесс является термодинамически выгодным при указанном приближении.
Пример:
ΔH=30 кДж на моль, ΔS=0.10 кДж на Кельвин на моль и T=400 К. Найдите ΔG. Используйте ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы измерения и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Термодинамическая выгодность не определяет скорость реакции. Цельсий нельзя использовать вместо Кельвина в формуле TΔS, а ошибка перевода единиц может изменить результат в 1,000 раз.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Термодинамически выгодная реакция должна протекать быстро. Это утверждение неверно: Термодинамическая выгодность не определяет скорость реакции. Цельсий нельзя использовать вместо Кельвина в формуле TΔS, а ошибка перевода единиц может изменить результат в 1,000 раз.
Ключевые моменты:
Энтропия, энергия Гиббса и возможность реакции: используйте формулу ΔG = ΔH - TΔS, соблюдая согласованность энергетических единиц. Отрицательное изменение энергии Гиббса указывает на термодинамическую возможность процесса при заданных условиях, но не на высокую скорость реакции. Барьер активации может сделать термодинамически выгодный процесс медленным.
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
Показание бюретки не равно объёму вылитой жидкости. Титр — это разница между конечным и начальным показаниями, и оба показания имеют неопределённость.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Титрование определяет количество одного раствора, необходимого для реакции с известным количеством другого. Уравнение указывает молярное соотношение. Точка конца титрования (с использованием подходящего индикатора) приближается к эквивалентной точке.
титр: Объём, вылитый между двумя показаниями бюретки; точка эквивалентности: Точка стехиометрического завершения реакции.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Сначала вычислите известное количество вещества, примените стехиометрическое соотношение, затем разделите на объём неизвестного раствора в кубических дециметрах. Используйте согласованные объёмы титра согласно школьному методу и указывайте принятые значения.
Промойте бюретку раствором из неё же, а пипетку — раствором, который она переносит. Промойте колбу дистиллированной водой. Добавляйте титрант медленно вблизи точки конца, перемешивайте и считывайте уровень жидкости по уровню глаз. Используйте белую плитку и соответствующие средства защиты глаз.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: 25.0 кубических сантиметров кислоты реагируют 1:1 со 20.0 кубическими сантиметрами щелочи концентрации 0.100 моль на кубический дециметр. n = cV = 0.100×0.0200 = 0.00200 моль. Количество кислоты составляет 0.00200 моль. c = n/V = 0.00200/0.0250 = 0.0800 моль на кубический дециметр.
Пример:
Показания бюретки составляют 1.40 и 23.65 кубических сантиметров. Вычислите объём титранта. Используйте ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Добавление дистиллированной воды в колбу изменяет объём, но не количество перенесённого аналита. Не усредняйте грубый объём титра с тщательно измеренными согласованными значениями.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Колбу необходимо ополаскивать аналитом, чтобы избежать разведения количества его молей. Это утверждение неверно: Добавление дистиллированной воды в колбу изменяет объем, но не перенесенное количество аналита. Не усредняйте грубый титр с тщательно измеренными согласованными значениями.
Ключевые моменты:
Титрование и обоснованная концентрация: Сначала рассчитайте известное количество, примените стехиометрическое соотношение, затем разделите на объем неизвестного раствора в кубических дециметрах. Используйте согласованные титры, как того требует школьный метод, и сообщите принятые значения.
17
Реакционная способность 2.2 · Как быстро? Скорость химического превращения
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
17.2
Скорости, катализаторы и надёжные конечные точки
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Более быстрая реакция завершается раньше, но она не обязательно даёт больше продукта. Скорость и конечный выход отвечают на разные вопросы.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Скорость реакции описывает расход реагента или образование продукта за единицу времени. Повышение температуры увеличивает долю столкновений с достаточной энергией. Катализатор обеспечивает альтернативный путь с более низкой энергией активации.
энергия активации: Энергетический барьер для реакционного пути; скорость: Изменение измеряемой величины за единицу времени.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
На графике зависимости продукта от времени круче наклон там, где скорость выше. Касательная оценивает мгновенную скорость; секущая даёт среднюю скорость за интервал. Конечная горизонтальная часть отражает общее собранное количество продукта при указанных условиях.
При выделении газа проверьте аппаратуру на герметичность, начинайте отсчёт времени одинаково и записывайте объём через равные промежутки. Поддерживайте постоянными концентрацию, количество реагента и площадь поверхности при изменении температуры.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: объём газа увеличивается с 10 до 34 кубических сантиметров между 20 и 60 секундами. Средняя скорость = изменение объёма / изменение времени. Скорость = (34 - 10) / (60 - 20) = 0.60 кубических сантиметров в секунду. Это не обязательно мгновенная скорость в момент 40 секунд.
Пример:
Реакция образует 24 кубических сантиметров газа за 40 с. Найдите среднюю скорость. Используйте ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Катализатор не изменяет константу равновесия при постоянной температуре. Метод потери массы не позволяет обнаружить все реакции, а утечка газа через щели искажает результаты сбора.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Более быстрая реакция всегда производит большее конечное количество продукта. Это утверждение неверно: катализатор не изменяет константу равновесия при постоянной температуре. Метод потери массы не позволяет обнаружить все реакции, а утечка газа через щели искажает результаты сбора.
Ключевые моменты:
Скорости, катализаторы и надёжные конечные точки: На графике зависимости продукта от времени круче наклон там, где скорость выше. Касательная оценивает мгновенную скорость; секущая даёт среднюю скорость за интервал. Конечная горизонтальная часть отражает общее собранное количество продукта при указанных условиях.
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
18.2
Равновесие и изменение условий
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Обратимая реакция может продолжаться в закрытом сосуде, пока измеряемые концентрации остаются постоянными. Постоянный состав не означает, что частицы прекратили реагировать.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Динамическое равновесие возникает в закрытой системе, когда скорости прямой и обратной реакций равны. Концентрации реагентов и продуктов постоянны, но они не обязаны быть равными друг другу.
равновесие: Состояние с равными скоростями прямой и обратной реакций; обратимая реакция: Реакция, протекающая в обоих направлениях.
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Изменение концентрации или давления нарушает равновесие. Система реагирует смещением к новому равновесию. Изменения температуры также могут изменить константу равновесия; катализатор изменяет скорость достижения равновесия.
Укажите уравнение реакции и то, является ли прямая реакция экзотермической, прежде чем предсказывать влияние температуры. Считайте коэффициенты газовых веществ при рассмотрении давления; давление не влияет на состав, если количество газообразных веществ одинаково по обе стороны уравнения.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: в A ⇌ B равновесные концентрации [A] = 0.20 и [B] = 0.60 в одних единицах концентрации. Для данного выражения K = [B]/[A]. K = 0.60/0.20 = 3.0. Равные скорости не означают, что K = 1.
Пример:
Для реакции A ⇌ B рассчитайте [B]/[A], если [B]=0.8 и [A]=0.2. Используйте ту же последовательность: известные данные → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Не используйте катализатор для утверждения о большем равновесном выходе. Для гетерогенных равновесий чистые твердые вещества исключаются из обычного выражения константы равновесия.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Катализатор изменяет константу равновесия при фиксированной температуре. Это утверждение неверно: не используйте катализатор для утверждения о большем равновесном выходе. Для гетерогенных равновесий чистые твердые вещества исключаются из обычного выражения константы равновесия.
Ключевые моменты:
Равновесие и изменяющиеся условия: Изменение концентрации или давления нарушает баланс. Система реагирует смещением к новому равновесию. Изменения температуры также могут изменить константу равновесия; катализатор влияет лишь на скорость достижения равновесия.
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⁻].
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
Окислительно-восстановительные реакции и электролиз
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Раствор соли может давать другие продукты электролиза по сравнению с расплавом этой соли. Вода вносит конкурирующие частицы в систему.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Окисление — это потеря электронов, а восстановление — это присоединение электронов. При электролизе катионы движутся к катоду, а анионы — к аноду. Восстановление происходит на катоде.
Предскажите продукты, используя указанный электролит и материал электродов. В водном растворе могут образовываться водород или кислород из-за конкуренции видов, связанных с водой. Расплавы солей содержат только ионы самой соли.
Используйте источник низковольтного постоянного тока, разрешенные электроды и школьную оценку рисков. Собирайте газы только проверенными методами. Демонстрации с хлором должны проводиться под контролем учителя; не просите учеников самостоятельно получать опасные газы.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Дано: ион меди принимает два электрона. Уравнение полуреакции: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Один моль Cu²⁺ требует двух молей электронов. Для 0.050 моль меди количество электронов = 2 × 0.050 = 0.100 моль.
Пример:
Сколько молей электронов необходимо для восстановления 0.20 моль Cu²⁺ до меди? Примените ту же последовательность: известные данные → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Знаки электродов зависят от типа ячейки. В электролитической ячейке катод имеет отрицательный заряд; восстановление остается определяющим процессом на катоде в любой ячейке.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Восстановление означает потерю электронов. Это утверждение неверно: Знаки электродов зависят от типа ячейки. В электролитической ячейке катод отрицателен; восстановление остается определяющим процессом на катоде в каждой ячейке.
Ключевые моменты:
Окислительно-восстановительные реакции и электролиз: Предскажите продукты, используя указанный электролит и материал электродов. В водном растворе могут образовываться водород или кислород из-за конкуренции видов, связанных с водой. Расплавы солей содержат только ионы самой соли.
21
Реакционная способность 3.3 · Реакции деления электронов
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.
Поддержка фокуса HL. Первая оценка 2025; текущее задание получено; полное руководство по химии не получено. Оставшиеся требования к руководству, оценке и практическим занятиям сохраняют свои зарегистрированные ограничения.
Предварительные требования: прочитайте указанные количества и единицы измерения, используйте арифметику и нижеприведённые условия модели. Каждый урок осваивает собственный метод перед независимым переносом.
Это оригинальные или явно вымышленные учебные примеры, а не фактические измерения или завершённые оценочные исследования учащихся.
23.2
Неопределенность, градиенты и проверка моделей
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Линия, проходящая близко к каждой точке данных, полезна, но её наклон всё ещё может быть неопределён. График является доказательством модели в пределах диапазона измерений.
Начните с гипотезы. Укажите величины или признаки, которые вы будете сравнивать, затем определите, какие доказательства могут различить два объяснения.
Постройте модель
Случайные вариации приводят к различиям в повторных показаниях. Систематическая ошибка смещает результаты в одном направлении. Абсолютная неопределённость имеет единицы измерения; относительная или процентная неопределённость сравнивает неопределённость со значением измерения.
Для произведения или частного сложение относительных неопределённостей является распространённым приближением максимальной неопределённости. Для разности складываются абсолютные неопределённости. nonzero intercept может указывать на смещение или неполноту модели.
Указывайте единицы на осях и выбирайте разумный масштаб. Наносите планки неопределённости там, где это оправдано, проводите линию наилучшего соответствия вместо соединения всех точек и оценивайте крутой и пологий допустимые наклоны, когда метод курса требует этого.
Работайте с известными величинами
Укажите известные значения и их единицы измерения. Выберите соотношение, предположения которого подходят к данному случаю, затем преобразуйте формулу перед подстановкой.
Известно: длина = 50.0 мм с неопределённостью 1.0 мм. Процентная неопределённость = абсолютная неопределённость / значение × 100 = 1.0/50.0×100 = 2.0%. Для частного двух независимо измеренных величин с максимальными процентными неопределённостями 2% и 3%, суммарная максимальная оценка составляет 5%.
Пример:
Показание 40 см имеет абсолютную неопределённость 1 см. Найдите процентную неопределённость. Используйте ту же последовательность: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация.
Проверьте вывод и его границы применимости
Повторные измерения уменьшают случайную неопределённость среднего значения, но не устраняют автоматически нулевую ошибку. Не указывайте больше знаков после запятой, чем позволяет точность ваших измерений.
Вернитесь к первоначальному наблюдению. Объясните, что подтверждает результат, при каких условиях он верен и каким образом можно проверить конкурирующее объяснение.
Предупреждение:
Повторение измерения всегда устраняет сдвиг калибровки. Это утверждение неверно: Повторные отсчёты снижают случайную неопределённость среднего значения, но не устраняют автоматически нулевую ошибку. Не указывайте больше знаков после запятой, чем позволяет точность вашего измерения.
Ключевые моменты:
Неопределённость, наклоны и проверка модели: Для произведения или частного сложение относительных неопределённостей является распространенным приближением для максимальной неопределённости. Для разности складываются абсолютные неопределённости. nonzero intercept может выявить сдвиг или неполную модель.
