Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Готовимся к изучению химии в вузе

Покупка
Артикул: 752346.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
В пособии представлены разделы химии, необходимые для освоения вузовского курса общей и неорганической химии (основные понятия, символика, номенклатура, классы химических соединений, основные типы реакций). По возможности все примеры связываются с положением элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. В приложении приведены Периодическая система Д.И. Менделеева, таблица растворимости и ряд напряжений металлов. Пособие будет полезно студентам I курса, имеющим пробелы в знании школьного курса химии, а также абитуриентам.
Титов, Л. Г. Готовимся к изучению химии в вузе : учебное пособие / Л. Г. Титов. - Москва : ИД МИСиС, 2004. - 38 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1228305 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

№ 234 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра общей и неорганической химии 

П.Г. ТИТОВ 

Готовимся к изучению 
химии в вузе 

Учебное пособие 
для студентов I курса и абитуриентов 

Допущено учебно-методическим объединением 
по образованию в области металлургии в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по направлениям подготовки 
бакалавров 550500 и дипломированных специалистов 
651300 - Металлургия 

НТВ 
МИСИС 

А Б О Н Е М Е Н Т 
У Ч Е Б Н О Й 

Л И Т Е Р А Т У Р Ы 

Москва Издательство «УЧЕБА» 2004 

УДК 54 
Т45 

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. В.И. Москвитин 

Титов Л.Г. 

Т45 
Готовимся к изучению химии в вузе: Учеб. пособие. 
М.:МИСиС, 2004.-38 с. 

В пособии представлены разделы химии, необходимые для освоения вузовского курса общей и неорганической химии (основные понятия, символика, номенклатура, классы химических соединений, основные типы реакций). 
По возможности все примеры связываются с положением элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. 

В приложении приведены Периодическая система Д.И. Менделеева, таблица растворимости и ряд напряжений металлов. 

Пособие будет полезно студентам I курса, имеющим пробелы в знании 
школьного курса химии, а также абитуриентам. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2004 

Оглавление 

1. Основные понятия химии 
5 

Упражнение 
6 

2. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева 
7 

Упражнение 
11 

3. Классы химических соединений 
12 

Оксиды 
12 

Гидроксиды 
14 

Основания 
16 

Кислоты 
18 

Амфотерные гидроксиды 
20 

Соли 
20 

Упражнение 
22 

4. Основные типы химических реакций 
23 

Реакции нейтрализации (кислотно-основные) 
23 

Обменные реакции 
24 

Реакции присоединения 
25 

Реакции разложения 
26 

Окислительно-восстановительные реакции 
26 

Упражнение 
28 

5. Методы получения и основные химические свойства 
оксидов, оснований, кислот и солей 
29 

6. Основы стехиометрических расчетов 
31 

Упражнение 
34 

Приложение 
35 

Вы поступили в институт и, возможно, недостаточно полно представляете себе свою будущую специальность. За некоторыми исключениями все основные специальности выпускников нашего института базируются на знании таких фундаментальных дисциплин, как 
математика, физика и химия. Но даже если предположить, что для 
Вашей будущей специальности химия не очень нужна или вообще не 
нужна, все равно Вам придется на первом курсе изучать химию и 
сдавать экзамены и зачеты по этому предмету. Но Вы не любите химию, в школе учительницу химии называли «химозой». Как быть 
дальше с химией, если Вы забыли почти все, что «проходили» по 
химии в школе? 

Во-первых, не страшитесь химии. Обычно не любят то, что знают 
плохо, и знают неважно то, что не любят. Во-вторых, даже если Вам 
химия «не понадобится», попытайтесь быть в меру терпеливыми и 
настойчивыми и понять основы химии. Научиться мыслить в химии, 
понимать химический язык - это значит научиться мыслить вообще, 
помочь себе в освоении и других дисциплин. 

Итак, прочитайте внимательно и выполните все рекомендации, 
приведенные в пособии. Вы увидите, что химия совсем не «страшная» наука и даже интересная. 

В добрый путь! 

4 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ 

Химия - наука о веществах и их превращениях. В отличие от физики, которая имеет дело с телами, материальными точками и изучает 
физические свойства (электрические, магнитные и пр.), химия имеет 
дело с веществами, а также с их взаимодействиями друг с другом. 

Вещество - конкретный вид материи, который мы воспринимаем 
через наши органы чувств. Примеры веществ, встречающихся нам в 
быту: поваренная соль, вода, уксусная кислота (уксус). Химические 
превращения принципиально отличаются от физических. Например, 
таяние льда, кипение воды соответствует двум физическим превращениям: твердый лед —» жидкая вода —+ водяной пар. Все это - физические превращения, так как и лед, и вода, и водяной пар - одно и 
то же вещество - вода, только в разных агрегатных (твердое, жидкость, пар) состояниях. Примером химического превращения может 
служить ржавление железа на воздухе: блестящий твердый металл 
превращается в буро-коричневую массу -- ржавчину. Более подробно 
суть химических превращений будет рассмотрена в разд. 4. 

Вещества построены из мельчайших частиц, размеры которых трудно себе вообразить, настолько они малы. Однако современная техника 
позволяет «рассмотреть» эти частицы, установить их размеры и изучить 
строение веществ. Основные частицы, с которыми имеют дело химики 
и из которых построены все вещества, - атомы, молекулы и ионы. 

Атомы - наименьшие нейтральные частицы вещества, неделимые 
далее химическим путем. 

Молекулы -- наименьшие нейтральные частицы вещества, сохраняющие все его химические свойства. Молекулы могут состоять из 
одного, двух, трех и более атомов. 

Ионы - наименьшие заряженные частицы вещества. Положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно анионами. Ионы могут состоять, как и молекулы, из одного, двух, 
трех и более атомов. 

Рассмотрим более подробно строение и характеристики этих частиц. Как ни малы атомы, они имеют определенные размеры и массу, 
т.е. постоянные характеристики. Всего насчитывается более 100 видов элементов. Перечень их приведен в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева (см. табл. Ш). Этот великий русский ученый систематизировал все виды элементов, расположив их в таблице 
в соответствии с их свойствами. 

Элемент - определенный вид атомов с одинаковыми характеристиками. Для того чтобы лучше их понять, необходимо рассмотреть 
более мелкие частицы, из которых состоит атом. 

5 

Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся в 
поле ядра электронов, само же ядро состоит из протонов и нейтронов. Все эти частицы и их характеристики изучены физическими методами. Поскольку из строения атома можно сделать некоторые важные химические выводы, приводим характеристики этих частиц. 

Частица 

Прогон 
Нейтрон 
Электрон 

Масса 

1 а.е.м. 
1 а.е.м. 
1/1837 а.е.м. 

Заряд 

-Л 
0 
-1 

Заряд частиц приведен в условных единицах (элементарный заряд, 1 эл.з= 1,6-10"" Кл). 

Масса частиц приведена в атомных единицах массы (а.е.м.). За 
атомную единицу массы принята 1/12 часть массы атома углерода 
С12 (углеродная единица), причем 1 а.е.м. = 1,67-10"27 кг. 

Каждый вид атомов, т.е. элемент, характеризуется атомным номером (цифра сверху слева или справа от символа элемента), от 1 для 
атома водорода и далее слева направо по горизонтальным рядам (гелий - 2, литий - 3 и т.д.). Атомный номер означает число протонов в 
ядре атома и, таким образом, суммарный положительный заряд ядра. 
Поскольку атом - нейтральная частица, то число электронов (отрицательных зарядов) равно числу протонов. 

Атомная масса элемента указывается внизу символа элемента и 
численно равна сумме нейтронов и протонов (массой электронов 
можно пренебречь, так как она мала). Таким образом, зная атомный 
номер и атомную массу элемента, можно легко определить число 
протонов, нейтронов и электронов в атоме любого элемента. Например, атом алюминия А1 имеет атомный номер 13 и атомную массу 27. 
Следовательно, атом А1 имеет 13 прогонов и 13 электронов, а также 
27 - 13 = 14 нейтронов. 

Упражнение 
1. Определите число протонов, нейтронов и электронов в атомах 
элементов: Li, Na и К. 

2. Что такое «углеродная единица»? 
3. Как заряжены элементарные частицы - нейтрон, протон и электрон? 

4. Какова масса нейтрона, протона и электрона? 
5. Что такое вещество? 
6. Что такое атом, молекула, ион? 
7. Что такое катион и анион? 
8. Что такое элемент? 

6 

2. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ 
Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА 

Периодический закон, открытый Д.И.Менделеевым в 1869г., в 
современном виде гласит, что «свойства элементов и их соединений 
находятся в периодической зависимости от атомного номера элемента (заряда ядра)». Далее мы рассмотрим более подробно эту зависимость, а сейчас уясним структуру таблицы. Она состоит из горизонтальных рядов (периодов), которых всего 7. Первый период состоит 
из двух элементов, второй и третий - из 8. Первые три периода называют малыми. Четвертый и пятый периоды состоят из 18 элементов 
и, наконец, шестой - из 32 элементов (в нем находятся также 14 лантаноидов - они вынесены из таблицы и помещены в отдельный ряд). 
Седьмой период не закончен, поскольку последние элементы радиоактивные и крайне неустойчивые (достоверно сообщение об открытии 110 элементов). 

Элементы с похожими химическими свойствами расположены в 
вертикальных столбцах, называемых группами. Их всего 8, каждая 
состоит из главной А и побочной В подгрупп. Главные подгруппы 
проходят через все 7 периодов, а побочные начинаются только в четвертом периоде. Итак, в каждой группе соответствующего периода 
находится по одному элементу (первые три периода) и по два элемента (в остальных периодах), кроме группы VIII В, в которой расположено 9 элементов, так называемые триады. 

Каждый элемент имеет свой символ, образованный от латинского 
названия элемента, например, А1 - алюминий - от Aluminium (первая 
и последующие буквы), Аи - золото - от Aurum и т.п. Несколько 
элементов (В, С, N, Н, О, F, J, P и др.) обозначаются только одной 
буквой. Названия соответствующих простых веществ, т.е. веществ, 
состоящих из атомов одного элемента, обозначаются так же. Индекс 
внизу справа означает число атомов в молекуле: С12 (читается «хлордва»), Р4 (читается «пэ-четыре») и т.д. 

Сложные вещества соответствуют молекулам, состоящим из 
двух или более разных атомов, например, Н20 (читается «аш-два-о»), 
H2S04 (читается «аш-два-эс-о-четыре») и т.д. Так же обозначаются 
символы простых и сложных ионов, например, СГ - «хлор-минус», 
Са2+ - «кальций-два-плюс», S04
2~ - «эс-о-четыре-два-минус» и т.п. 
Кроме того, вещества имеют свои названия в соответствии с принадлежностью к какому-нибудь классу соединений (об этом будет рас
7 

сказано в разд. 3), исторические названия и технические (заводские) 
термины. 

Таким образом, химия имеет свой язык - язык химических формул, соответствующих определенным веществам. Для того чтобы 
пользоваться этим языком и успешно заниматься химией, надо выучить русские названия всех элементов, их химические символы и 
латинские названия. На первых порах необходимо знать хотя бы два 
десятка наиболее распространенных на Земле элементов. 

Русское название 
элемента 

Водород 
Кислород 
Азот 
Кремний 
Железо 
Углерод 
Сера 
Фосфор 
Алюминий 
Хлор 
Бром 
Иод 
Натрий 
Калий 
Магний 
Кальций 
Марганец 
Хром 

Латинское название элемента 

Hdrogenium 
Oxygenium 
Nitrogen ium 
Silicium 
Ferrum 
Carboneum 
Sulfur 
Phosphorus 
Aluminium 
Chlorum 
Bromum 
lodum 
Natrium 
Kalium 
Magnesium 
Calcium 
Manganum 
Chromium 

Химический 
символ 

H 
О 
N 
Si 
Fe 
С 
S 
P 
Al 
CI 
Br 
I 
Na 
К 
Mg 
Ca 
Mn 
Cr 

Как читается 
в формуле 
аш 
о 
эн 
силициум 
феррум 
цэ 
эс 
пэ 
алюминий 
хлор 
бром 
йод 
натрий 
калий 
магний 
кальций 
марганец 
хром 

Далее, конечно, необходимо постепенно заучивать названия и 
символы всех элементов Периодической системы. 

Положение элемента в Периодической системе дает важную информацию о строении электронных оболочек вокруг атомного ядра, 
или уровней. Электроны, движущиеся вокруг ядра, обладают разной 
энергией и распределяются по энергетическим уровнял!, т.е. все электроны, находящиеся на одном энергетическом уровне, имеют примерно одинаковую энергию. Номер периода указывает на число таких уровней. Например, все элементы третьего периода, имеют три 
энергетических уровня, четвертого периода - четыре и т.д. 

Количество электронов, находящихся на данном энергетическом 
уровне, может быть различным. Но число электронов, находящихся 
на внешнем энергетическом уровне, четко зависит от номера группы: 
8 

оно равно номеру группы, в которой находится элемент. Это правило 
справедливо только для элементов главных подгрупп (Л). Например, 
элемент А1 находится в III А группе, следовательно, имеет на внешнем уровне 3 электрона, элемент К в I А группе -- 1 электрон, элемент Вг в VII А группе - 7 электронов и т.п. 

Таким образом, первая периодическая зависимость - число электронов на внешнем уровне возрастает от 1 электрона для элементов 
I А группы до 8 - для элементов VIII А группы, затем снова повторяется в следующем периоде и т.д. 

Следующая характеристика атомов элементов, меняющаяся периодически, -радиус атома. Атомы условно можно представить в виде 
шаров, и размеры их будут различны. При движении сверху вниз по 
группе радиусы будут увеличиваться, так как будет возрастать число 
электронных уровней. Так. радиус атома Li меньше радиуса атома 
Na, который, в свою очередь, меньше радиуса атома К, и т.д. При 
движении слева направо по периоду радиус атома должен был бы 
оставаться постоянным, однако происходит некоторое уменьшение 
радиуса за счет увеличения заряда ядра и роста кулоновского притяжения электронов к ядру. Наименьшие радиусы имеют атомы инертных газов (Не, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), наибольшие - атомы элементов 
IА группы (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr). Радиусы атомов, естественно, 
очень малы и составляют порядка 10 ... 10~ м. 

В соответствии с числом электронов на внешнем уровне и радиусом атомов все элементы делятся условно на металлы и неметаллы. 
Из практики, а также из курса физики мы знаем, что металлы - вещества с большой электропроводностью и теплопроводностью, обладающие металлическим блеском и т.п. С точки зрения химиков, металлы - это вещества, атомы которых легко теряют внешние электроны, заряжаясь положительно. Очевидно, что с увеличением радиуса атома (по группе сверху вниз) и уменьшением числа электронов 
на внешнем уровне (по периоду справа налево) будут возрастать металлические свойства элементов. Итак, металлы будут располагаться 
слева и внизу, а неметаллы - справа и вверху (для элементов главных 
групп). Условно границу между металлами и неметаллами можно 
провести 
между 
атомами 
В и А1 (IIIА группа), Ge 
и Sn 
(IV А группа), As и Sb (V А группа), Те и Ро (VI А группа). Следует 
отметить, что все элементы побочных подгрупп - металлы. 

Еще одна характеристика, которая изменяется периодически, степень окисления. Степенью окисления называется условный заряд 
атома в молекуле при следующих предположениях (правилах): 

9 

1) степень окисления простого вещества равна нулю, например, 
ОД С°, Na°; 

2) сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю, например, Н20, СаСЬ, H2S04; 

3) сумма степеней окисления в ионе равна заряду иона, например, 
NH4' - степень окисления водорода +1, отсюда степень окисления 
азота в ионе аммония NH/ равна -III; 

4) атом кислорода в молекуле почти всегда имеет степень окисления -II, а атом водорода +1 (см. предыдущий пункт); 

5) атомы металлов всегда имеют положительную степень окисления (для первых трех групп она равна всегда номеру группы). 

Руководствуясь этими правилами, можно рассчитать неизвестную 
степень окисления элемента, если известны все остальные. Например, степень окисления хрома в соединении К2СГ2О7 равна +V1, так 
как калий имеет степень окисления -И (см. правило 5), кислород -II 
(см. правило 4), сумма степеней окисления 2(+1) + 2.x + 7(-И) = О 
(см. правило 2), отсюда х = +VI. 

Степень окисления можно вычислять или определять по аналогичным соединениям, например, степень окисления серы в соединениях H2S04 и K2S04 будет одинакова: +VI. Для соединения NH4NO3 , 
в котором имеются два атома азота с разными степенями окисления, 
необходимо написать аналогичное соединение HN03 и рассчитать 
сначала степень окисления азота в нем (+V). Отсюда степень окисления второго атома азота в NH4 NO3 .v + 4(+I) + V + З(-П) = 0, х = -III. 

Как вы заметили, степень окисления чаще всего обозначают римской цифрой со знаком «-г» или «-» впереди цифры, чтобы отличать 
от заряда иона, который обозначается арабской цифрой со знаком «+» или «-» сзади цифры. Например, ион Са2' (степень окисления Са'"); ион S04
2 , степени окисления серы и кислорода в этом ионе S 
и О . 

Иногда численно величины зарядов ионов и степеней окисления 
совпадают, особенно для малых величин (1,2,3). Ни в коем случае 
нельзя путать заряд иона и степень окисления, так как первый - реальная величина, которую можно измерить, а вторая - чисто условная. 

Степень окисления, как указывалось, - периодическая характеристика. Однако для многих элементов - это величина переменная, и 
очень много элементов имеют не одну, а две и более степени окисления, например сера S имеет степени окисления -II, 0, +11, +IV и +VI. 

Высшая положительная степень окисления равна номеру группы, 
в которой находится элемент (например, Р находится в V А группе и 

10 

имеет степень окисления +V и т.п.). Это правило применимо к элементам как главных, так и побочных подгрупп. Правда, есть исключения для групп I В и VIII А и В; сюда же нужно отнести фтор и кислород. 

Отрицательной степенью окисления обладают только элементы 
главных групп IV А - VII А, причем она равна номеру группы минус 8. Например, отрицательная степень окисления серы S (находится в VI А группе) равна 6 - 8 = -II, углерода 4 - 8 = -IV. 

Упражнение 
1. Перечислите элементы, входящие в состав V А подгруппы; 
VI А подгруппы; VI В подгруппы. 

2. Перечислите элементы, входящие в главные подгруппы четвертого периода. 

3. Напишите химические символы следующих элементов: марганца, брома, магния, калия, кальция, хрома, фтора, железа, кремния. 

4. Напишите русское название элементов Р, О, S, N, К, Са, Mg, 
Мп, С, Н. 

5. Прочитайте химические символы следующих веществ: NaOH, 
Са(ОН)2, Н3Р04, А1С13, PC15, H2S, Fe203, H2Si03. 

6. Что такое энергетический уровень? 
7. Определите число энергетических уровней в атомах Si, V, As, 
Mo, Те, Re, At. 

8. Расставьте в порядке возрастания радиусов атомы следующих 
элементов: a) Cs, Li, Са, Sr; б) Al, Na, Ar, P. 

9. Рассчитайте степень окисления элементов в соединениях: 
Р в Na4P207; V в VOS04; N в (NH4)2S04; Si в CaSi205; С в С6Н6. 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину