Химия для колледжей


Среднее профессиональное образование


А.С. ЕГОРОВ





ХИМИЯ ДЛЯ КОЛЛЕДЖЕЙ










РОСТОВ-на-ДОНУ
Феникс
2013

УДК 54(075.32)
ББК 24я723
КТК 15
     Е30






     Егоров А.С.
ЕЗО Химия для колледжей / А. С. Егоров. — Ростов н/Д : Феникс, 2013. — 559 с. (Среднее профессиональное образование).
     ISBN 978-5-222-19683-0
         Данное пособие соответствует примерной программе учебной дисциплины «Химия» для образовательных учреждений начального профессионального образования (НПО) и среднего профессионального образования (СПО), реализующих образовательные программы среднего (полного) общего образования.
         По объему содержания и уровню его изложения пособие предназначено, в первую очередь, для специальностей естественнонаучного профиля (в частности, для медицинских и фармацевтических специальностей), при освоении которых химия изучается как профильный учебный предмет. Однако структура пособия позволяет осуществлять отбор материала, и поэтому оно может быть использовано и для специальностей технического профиля, при освоении которых химия изучается как базовый предмет.
         Каждый параграф пособия содержит вопросы для контроля усвоения учебного материала и упражнения для развития практических навыков.
         После каждого раздела приводятся тесты двух уровней (с выбором ответа и на установление соответствия), а в конце пособия — два варианта контрольно-измерительных материалов по всему курсу химии.
         Рекомендуется студентам колледжей, обучающихся на базе основного общего образования.
УДК 54(075.32)
ББК 24я723

ISBN 978-5-222-19683-0
                      © Егоров А. С., 2012
                      © Оформление, ООО «Феникс», 2012

Часть 1 ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ




  1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ



    1.1.1. Что изучает химия

   В нашем мире (и в живой, и в неживой природе) постоянно происходит превращение одних веществ в другие вещества. Например, из углекислого газа и воды в зеленых листьях растений под действием солнечного света образуются кислород, а также глюкоза и другие органические вещества (это известный вам процесс фотосинтеза). Очень многие превращения одних веществ в другие необходимые для жизни вещества осуществляет человек в своей практической деятельности. Так, из нефти, являющейся смесью различных природных веществ, человек научился получать десятки и сотни новых веществ, без которых немыслима современная цивилизация.
   Изучением превращений одних веществ в другие вещества занимается наука, которая называется химией.


     Химия — это наука о веществах и их превращениях.


   Любое вещество имеет определенные физические и химические свойства.



3

Свойства вещества



Физические свойства Агрегатное состояние Цвет, запах, вкус Растворимость в воде Плотность
Температура плавления Температура кипения
(Здесь указаны не все, а лишь важнейшие физические свойства)

       Химические свойства Способность данного вещества под действием внешних факторов (например, температуры) или при взаимодействии с другими веществами превращаться в новые вещества.


   В качестве примера рассмотрим физические и химические свойства одного из самых распространенных веществ — воды Н₂О.
   При обычных условиях (комнатная температура и нормальное атмосферное давление) вода представляет собой жидкое вещество без цвета, запаха и вкуса, плотность которого р ~ 1 г/см³. Температура кипения воды равна 100 °C (373 К); выше этой температуры вода существует в виде водяного пара (газообразное состояние). Температура плавления воды 0 °C (273 К); ниже этой температуры устойчивой формой воды является лед (твердое состояние).
   Вода может вступать во взаимодействие с огромным числом различных веществ. Важнейшие химические свойства воды будут рассмотрены в соответствующем параграфе. Здесь же мы проиллюстрируем эти свойства лишь несколькими примерами. Так, вода активно взаимодействует с карбидом кальция CaC₂:
2Н₂О + CaC₂ = С₂Н₂Т + Са(ОН)₂;        (1)
образующийся при этом ацетилен C₂H₂ широко используется при проведении сварочных работ. Одним из промышленных способов получения водорода Н₂ является взаимодействие воды с природным газом метаном C^ при высокой температуре:

Н₂О + CII₍ -Л 3Н₂Т + CO?            (2)
   В лабораториях водород можно легко получить путем взаимодействия воды с металлом кальцием:
2Н₂О + Ca = Ca(Off)₂ + Н₂?          (3)


4

   Уравнения 1-3, с помощью которых мы проиллюстрировали химические свойства воды, являются уравнениями химических реакций.

     Химическая реакция — это превращение одних веществ в другие вещества.

   Вещества, которые вступают в химическую реакцию, называются исходными веществами, или реагентами. Вещества, образующиеся в результате реакции, называют продуктами реакции.
   Например, в реакции (3) вода Н₂О и кальций Са — исходные вещества (реагенты), а гидроксид кальция Са(ОН)₂ и водород Н₂ — продукты реакции.
   Таким образом, понятия «вещество» и «химическая реакция» — основополагающие понятия в химии.

Вопросы для контроля
 1. Дайте определение химии.
 2. Перечислите важнейшие физические свойства веществ.
 3. Что такое химические свойства вещества?
 4. Охарактеризуйте важнейшие физические свойства воды.
 5. Что такое температура кипения вещества?
 6. Что такое температура плавления вещества?
 7. Приведите примеры веществ, которые при обычных условиях находятся: а) в твердом состоянии; б) в жидком состоянии; в) в газообразном состоянии.
 8. Приведите примеры веществ, имеющих: а) цвет; б) запах; в) вкус.
 9. Что называется химической реакцией?
10. Что такое: а) исходные вещества; б) продукты реакции?

    1.1.2. Элементарные сведения о строении атомов. Химические элементы

   Мельчайшими частицами, из которых состоят вещества и которые не разрушаются при протекании химических реакций, являются атомы. Поэтому атомы часто называют химически неделимыми частицами.
   Атомы имеют сложное строение*. В центре любого атома находится ядро, которое имеет положительный

* Подробно строение атома излагается в 1.3.

5

заряд. Остальное пространство атома занято отрицательно заряженными электронами. Атомы являются элект-ронейтральными частицами, потому что положительный заряд ядра и суммарный отрицательный заряд всех электронов в данном атоме по абсолютной величине равны. Поскольку каждый электрон имеет заряд -1, то можно сделать вывод: число электронов в данном атоме равно заряду его ядра.
   Существуют разные виды атомов, отличающиеся зарядом ядер и числом электронов.


     Каждый отдельный вид атомов, характеризующихся одинаковым зарядом ядер и одинаковым числом электронов, называется химическим элементом.


   Например, все атомы, имеющие заряд ядра +1 и содержащие по одному электрону, представляют собой химический элемент водород, а атомы, имеющие заряд +82 и содержащие по 82 электрона,— химический элемент свинец.
   Каждый химический элемент имеет свой символ. Это одна или две буквы из латинского названия элемента. Так, элемент водород имеет символ Н (от латинского названия Hydrogenium), элемент свинец — символ РЬ (от латинского Plumbum).
   В настоящее время известно более 100 химических элементов. Атомы 90 химических элементов существуют в природе, а атомы около 20 химических элементов получены искусственным путем в результате ядерных реакций*.
   Все химические элементы представлены в периодической системе Д.И. Менделеева (смотрите форзац этой книги). Каждый элемент в ней занимает свою клетку, в которой указаны символ элемента, его русское название, порядковый номер (в верхнем левом или правом углу) и относительная атомная масса (в нижнем правом углу).
   Порядовый номер элемента в периодической системе равен заряду ядра атома этого элемента.
   В табл. 1 приведены в порядке увеличения порядковых номеров символы, русские и латинские названия


* Изучением ядерных реакций занимается ядерная физика.

6

важнейших, наиболее распространенных в природе химических элементов. В этой же таблице указано произношение символов в формулах химических веществ.


Таблица 1
Важнейшие химические элементы

Порядко-   Символ    Русское   Латинское   Произноше- 
вый но-  (химический название  название   ние в форму  мер       знак)    элемента                 лах     
   1     н           Водород  Hydrogenium      аш     
   3     Li           Литий   Lithium        литий    
   6     С           Углерод   Carboneum       це     
   7     N             Азот   Nitrogenium      эн     
   8     О           Кислород  Oxygenium       О      
   9     F             Фтор   Fluorum         фтор    
11       Na           Натрий  Natrium     натрий      
12       Mg           Магний   Magnesium     магний   
13       Al          Алюминий  Aluminium  алюминий    
14       Si          Кремний  Silicium    силициум    
15       P            Фосфор  Phosphorus       пэ     
16       S             Сера     Sulfur         эс     
17       Cl            Хлор   Chlorum         хлор    
19       к            Калий     Kalium    калий       
20       Ca          Кальций  Calcium       кальций   
24       Cr            Хром    Chromium       хром    
25       Mn          Марганец  Manganum   марганец    
26       Fe           Железо    Ferrum       феррум   
29       Cu            Медь   Cuprum         купрум   
30       Zn            Цинк     Zincum        цинк    
35       Br            Бром   Bromum          бром    
47       Ag          Серебро  Argentum    аргентум    
50       Sn           Олово   Stannum       станнум   
53            I        Йод      lodium        йоди    
56       Ba           Барий     Barium       барий    
78       Pt          Платина  Platinum      платина   
79       Au           Золото     Aurum    аурум       
80       Hg           Ртуть   Hidrargirum гидрарг ирум
82       Pb           Свинец    Plumbum     плюмбум   

7

    Обратите внимание, что если символ элемента представляет собой одну букву, то при чтении формул произносится название этой буквы; например:
Н₂О — аш два о
P₂S₃ — пэ два эс три.
    Исключениями являются F, К, I; при чтении формул произносятся русские названия этих элементов. Например:
KF — калий фтор
KI — калий иод.
    Русские названия произносятся также при чтении формул, включающих символы ряда элементов, имеющих двухбуквенные символы; например:
СаС1₂ — кальций хлор два NaBr — натрий бром.
    Для других элементов, имеющих двухбуквенные символы, при чтении формул используются латинские названия; например:
FeC1₃ — феррум хлор три
H₂SiO₃ — аш два силициум о три.
    Важнейшими элементами, входящими в состав живых организмов, являются: углерод С, кислород О, водород Н, азот N, сера S, фосфор P. Эти элементы называются элементами-органогенами.

Вопросы для контроля
  1. Почему атомы называют химически неделимыми частицами?
  2. Что находится в центре любого атома?
  3. Как называются частицы, которые движутся вокруг ядра атома?
  4. Почему атомы являются электронейтральными частицами?
  5. Почему число электронов в атоме равно заряду его ядра?
  6. Что называется химическим элементом?
  7. Как называется элемент, атомы которого имеют наименьший заряд ядра +1? Какой символ имеет этот элемент?
  8. Сколько химических элементов известно в настоящее время? Сколько из них существует в природе?
  9. Назовите элементы-органогены.

8

Упражнения

 1.  Напишите символы и русские названия элементов, ядра атомов которых имеют заряд: + 6, + 7, + 9, + 11, + 12, + 15, + 19, + 20, + 25.
 2.  Сколько электронов содержится в атомах следующих элементов: кислород, алюминий, железо, золото, ртуть?
 3.  Как читаются следующие формулы: НС1, К₂СО₃, NH₄NO₃, SiC1₄, CuSO₄, FeBr₃, Ag₃PO₄?



    1.1.3. Размеры атомов. Абсолютные и относительные атомные массы

   Атомы различных элементов имеют разные размеры и разные массы.
   Так как атомы имеют форму шара, их размеры характеризуются диаметром или радиусом.
   Самый маленький атом — это атом водорода, его диаметр приблизительно равен 1 • 10м см, или 1 • 10 ¹⁰ м. Диаметр атома хлора равен ~ 1,8 • 10 ¹⁰ м и т.д.
   Для выражения таких малых величин часто используются единицы длины, которые называются ангстремами (А) и нанометрами (нм):
1 А = 10 ¹⁰ м; 1нм= 10 ⁹ м.
   В этих единицах диаметр атома водорода приблизительно равен 1 А или 0,1 нм.
   Массы атомов также являются очень малыми величинами.
   Массы атомов, которые выражены в обычных единицах массы (кг или г), называются абсолютными атомными массами и обозначаются символом та. Самую маленькую массу имеет атом водорода:
та(Н) = 1,67 • 10 ²⁷ кг = 1,67 • 10 ²⁹ г.
   Абсолютные массы атомов углерода и кислорода имеют следующие значения:
  та(С)= 19,93 • 10 ²⁷ кг; та (О) = 26,67 • 10 ²'⁷ кг.
   Использовать такие малые величины очень неудобно. Поэтому в химии вместо абсолютных атомных масс обычно используются относительные атомные массы.
   За единицу атомных масс принимается 1/12 часть абсолютной массы атома углерода С. Если представить

9

Атом углерода

Рис. 1. К определению атомной единицы массы

1 а.е.м.

та ⁽С ) 12

= 1,66 • 10⁻²⁷ кг

атом углерода в виде шарика и мысленно разделить его на 12 равных частей, то масса одной части и есть атомная единица массы (рис. 1).
    Атомная единица массы (а.е.м.) — это 1/12 часть абсолютной массы атома углерода.
    Зная абсолютную массу атома углерода, можно выразить а.е.м. в кг или в г:

19,93 • 10⁻²⁷ кг ₌
      12
= 1,66 • 10⁻²⁴ г .

     Относительная атомная масса элемента — это число, которое показывает, во сколько раз абсолютная масса атома данного элемента больше 1/12 части абсолютной массы атома углерода, т.е. атомной единицы массы*.


   Относительная атомная масса обозначается символом Аг (индекс «г» — первая буква английского слова «relative» — относительный).
   Относительная атомная масса элемента X равна:

АГ(Х) =

™а (X) 1/12 та (С)

™а (X)
1 а.е.м.

   Рассчитаем, например, относительные атомные мас


сы водорода и кислорода:


Ar (Н)

mₐ (Н) = 1,67 • 1Q⁻²⁷ кг
1 а.е.м.    1,66 • 1Q⁻²⁷ кг

* Более точное определение относительной атомной массы будет дано после изучение теории строения атома.

10