Неорганическая химия : Химия s-, p- и 3d-элементов
Покупка
Тематика:
Общая и неорганическая химия
Издательство:
Издательство Уральского университета
Авторы:
Гусева Анна Федоровна, Балдина Людмила Ивановна, Кочетова Надежда Александровна, Атманских Ирина Николаевна
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 92
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7996-2415-6
Артикул: 800168.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В практикуме приводятся экспериментальные и теоретические задания по свойствам элементов главных подгрупп Периодической системы Д. И. Менделеева и побочных подгрупп 4-го периода, сформулированные преимущественно в виде проблемных и поисковых задач, стимулирующих активную самостоятельную работу студентов. Для студентов первого курса, изучающих неорганическую химию.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 04.03.01: Химия
- 04.03.02: Химия, физика и механика материалов
- ВО - Специалитет
- 04.05.01: Фундаментальная и прикладная химия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Екатеринбург Издательство Уральского университета 2018 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Химия s-, p- и 3d-элементов Практикум Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза, обучающихся по направлениям подготовки 04.03.01 «Химия», 04.03.02 «Химия, физика и механика материалов», 04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия»
УДК 546(076.5) ББК 24.12я73-5 Н52 В практикуме приводятся экспериментальные и теоретические задания по свойствам элементов главных подгрупп Периодической системы Д. И. Менделеева и побочных подгрупп 4-го периода, сформулированные преимущественно в виде проблемных и поисковых задач, стимулирующих активную самостоятельную работу студентов. Для студентов первого курса, изучающих неорганическую химию. Неорганическая химия : Химия s-, p- и 3d-элементов : практикум / [А. Ф. Гусева, Л. И. Балдина, Н. А. Кочетова, И. Н. Атманских ; под общ. ред. А. Ф. Гусевой] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. – 92 с. ISBN 978-5-7996-2415-6 Н52 ISBN 978-5-7996-2415-6 А в т о р ы: А. Ф. Гусева, Л. И. Балдина, Н. А. Кочетова, И. Н. Атманских П о д о б щ е й р е д а к ц и е й А. Ф. Гусевой Р е ц е н з е н т ы: лаборатория электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН (и. о. заведующего лабораторией кандидат химических наук Д. А. Медведев); Е. Ю. Ермишина, кандидат химических наук, доцент (Уральский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации) © Уральский федеральный университет, 2018 УДК 546(076.5) ББК 24.12я73-5
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ........................................................................................................... 4 1. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ................................. 7 1.1. Схемы описания химических веществ .................................................... 8 1.2. Этапы проведения эксперимента .......................................................... 10 2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ ........................................................... 13 Тема 1. Элементы IА и IIА групп (s-металлы) ........................................... 13 Тема 2. Элементы IIIА группы ...................................................................... 21 Тема 3. Элементы IVА группы ...................................................................... 25 Тема 4. Элементы VА группы ....................................................................... 33 1. Простые вещества элементов VА группы и их соединения в отрицательных степенях окисления .............................................. 39 2. Соединения элементов VА группы в положительных степенях окисления ............................................. 40 Тема 5. Элементы VIА группы ...................................................................... 42 1. Кислород, халькогены, их соединения в с. о. –1, –2 ...................... 48 2. Кислородные соединения халькогенов ............................................ 50 Тема 6. Элементы VIIА группы ..................................................................... 52 1. Водород. Галогены и их соединения в отрицательной степени окисления ................................................ 58 2. Соединения галогенов в положительных степенях окисления ... 60 Тема 7. Ранние 3d-металлы. Титан и ванадий ............................................. 61 Тема 8. Ранние 3d-металлы. Хром и марганец .......................................... 65 Тема 9. Поздние 3d-металлы. Триада железа ............................................. 71 Тема 10. Поздние 3d-металлы. Медь и цинк ............................................... 78 Список библиографических ссылок ................................................................ 85 Список рекомендуемой литературы ................................................................ 85 Приложение .......................................................................................................... 86
ПРЕДИСЛОВИЕ Неорганическая химия – наиболее объемный раздел химической науки, поскольку включает химию подавляющего большинства из известных на сегодня 118 химических элементов. Данная область знания продолжает активно развиваться. Так, непрерывно эволюционирует и совершенствуется методология неорганической химии, ее теоретический фундамент. Обновляются сведения об элементах и свойствах их соединений. Разрабатываются новые подходы к неорганическому синтезу. Материалы на основе неорганических соединений становятся более разнообразными и находят новые области применения. Современные студенты испытывают объективные трудности в понимании и освоении как фундаментальных закономерностей неорганической химии, так и в их применении для описания и прогнозирования свойств неорганических соединений. Для облегчения усвоения основных положений столь непростой науки модуль «Неорганическая химия», включенный в учебные планы ряда направлений, реализуемых в Институте естественных наук и математики Уральского федерального университета, разделен на две дисциплины: « Химия s-, p- и 3d-элементов» и «Химия d- и f-элементов». В рамках первой дисциплины, преподаваемой во II семестре обучения, рассматриваются свойства элементов главных подгрупп Периодической системы Д. И. Менделеева (ПС) и свойства элементов побочных подгрупп 4-го периода. Дисциплина «Химия s-, p- и 3d-элементов» включает лекционные и лабораторные занятия, а также большой блок самостоятельной работы, и строится таким образом, чтобы дать студентам представление о свойствах соединений химических элементов, основанное на Периодическом законе Д. И. Менделеева, с использованием современных сведений о строении вещества и других вопросов теоретической химии. Материал по химии s- и p-элементов изучается в соответствии с их положением в коротком варианте Периодической таблицы Д. И. Менделеева,
начиная с 1-й группы, а химия 3d-элементов – в соответствии с их электронным типом (ранние и поздние d-элементы). В данном курсе уделяется внимание принципам переработки минерального сырья, а также оценке практического значения элементов и их соединений. У студентов формируется представление о современном состоянии и путях развития неорганической химии, ее роли в получении неорганических веществ с заданными свойствами, создании современных технологий, процессах, происходящих в природе и повседневной жизни. Дисциплины учебного модуля « Неорганическая химия» имеют фундаментальное значение в становлении специалиста широкого профиля, химика-исследователя и химика-преподавателя. Профессиональные компетенции будущего специалиста-химика формируются в значительной степени при прохождении химического практикума. В настоящем пособии форма организации экспериментальных заданий по химии s-, p- и 3d-элементов имеет поисковый характер на основе знания этапов химического эксперимента, который был сформирован ранее при изучении дисциплины « Общая химия». Данный подход позволяет студентам активно включаться в ситуацию профессиональной деятельности химика и способствует формированию профкомпетенций с первых лет обучения. Не менее важным в становлении профессионала является самостоятельная ( аудиторная и домашняя) работа. Студентам предлагаются такие виды самостоятельной работы, как проведение теоретического анализа этапов эксперимента, предваряющее лабораторную работу, а также решение задач и упражнений при проработке теоретической части материала и описание неорганического вещества (простого и сложного). Такая форма организации самостоятельной работы предполагает осознанное освоение изучаемого материала с глубоким пониманием особенностей химических веществ и сути их превращений. Данный практикум предназначен для студентов первого курса и содержит рекомендации к подготовке и выполнению лабораторного практикума и содержательную часть, представленную
десятью темами. В каждой теме имеется блок разного типа заданий для самостоятельной работы, в том числе кейс-задачи (в тексте отмечены звездочкой); а также экспериментальный блок. Бóль- шая часть лабораторных опытов сформулирована в форме проблемных ситуаций, а выполнение более сложных в экспериментальном плане опытов описано подробно. В конце практикума, в приложе- нии, приведены справочные данные (диаграммы Латимера) и спи- сок рекомендованной литературы.
1. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ В ходе обучения дисциплине «Химия s-, p- и 3d-элементов» у сту- дентов должны сформироваться следующие умения и навыки: 1. Описывать с обоснованием с точки зрения теоретических представлений общей химии элемент, образованные им простые и сложные вещества (характеристические): водородные соедине- ния, оксиды, галогениды, гидроксиды и соли, а также наиболее важ- ные вещества в нехарактерной степени окисления (в соответствии с приведенными ниже схемами). 2. Объяснять закономерности в изменении строения и свойств атомов, простых и сложных (характеристических) веществ элемен- тов одной подгруппы ПС. 3. Охарактеризовывать и объяснять сходства и различия в строе- нии и свойствах атомов, простых и сложных веществ элементов одной подгруппы ПС. 4. Находить и объяснять сходство и различие в составе, строе- нии и свойствах атомов, простых и сложных веществ элементов, расположенных в одной группе, подгруппе, периоде, по диагонали в ПС, иллюстрируя электронными формулами, валентными схема- ми, уравнениями химических реакций. 5. Описывать и обосновывать выбор, с точки зрения генетичес- кой связи между классами, физико-химических закономерностей ме- тодики получения чистого вещества: а) из заданных исходных веществ; б) несколькими способами, предлагая исходные вещества и ус- ловия получения самостоятельно. Описывать методику получения вещества, предусмотрев иден- тификацию чистого вещества. 6. Физико-химически обосновывать выбор методики разделе- ния смеси веществ, описывать ее, предложив методы идентифи- кации каждого чистого вещества.
7. Термодинамически обосновывать, исходя из состава и строе- ния веществ, тип, возможность взаимодействия различных веществ; составлять уравнения возможных химических реакций с подбором стехиометрических коэффициентов и указанием условий их про- текания и сопровождающих реакцию внешних признаков. При выполнении домашнего задания по описанию простых и сложных веществ излагать материал следует в соответствии с при- веденными ниже схемами. 1.1. Схемы описания химических веществ Простое вещество 1. Состав и строение молекул простого вещества в газообразном состоянии, вытекающие из строения электронной оболочки атома элемента: а) электронная формула с точки зрения метода молекулярных орбиталей (ММО) для веществ молекулярного строения (для одно- и двухатомных молекул, образованных элементами I–III периодов); б) валентная схема (для веществ молекулярного строения); в) возможность образования аллотропных видоизменений. 2. Характеристика типов взаимодействия между молекулами простого вещества при изменении температуры и давления. Строение структурных частиц при стандартных условиях, для твердого состояния – тип кристаллической решетки и вытекающие из этого физические свойства: а) температура плавления и кипения (возгонки), разность этих температур, агрегатное состояние простого вещества при стандартных условиях; б) плотность простого вещества при стандартной температуре; в) электропроводность, зависимость ее от температуры; г) магнитные свойства; д) оптические свойства (окраска, блеск); е) механические свойства (твердость, пластичность и т. д.).
3. Химические свойства, вытекающие из строения простого вещества, их физико-химическое обоснование: а) общая характеристика химической активности простого вещест- ва, исходя из его положения в Периодической таблице и строения; оценка окислительных и восстановительных свойств вещества (зна- чения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов); б) отношение при разных условиях к простым веществам: водо- роду, кислороду (воздуху), галогенам и другим неметаллам, металлам; в) отношение к сложным веществам, их водным растворам – воде, кислотам (с окисляющим и неокисляющим анионом), раство- рам и расплавам щелочей; г) специфические для данного простого вещества реакции. 4. Способы получения простого вещества из природных соеди- нений и лабораторные методы. Реакции идентификации, методы очистки простого вещества. 5. Области применения простого вещества, вытекающие из фи- зических и химических свойств. Физиологическое действие вещества. Сложное вещество 1. Класс сложного вещества, его состав и строение структур- ных частиц: а) электронная формула с точки зрения ММО (для молекуляр- ных веществ, состоящих из атомов двух элементов одного перио- да состава 1 :1); б) валентная схема (для веществ молекулярного строения). 2. Характеристика типов взаимодействия между структурны- ми частицами вещества при стандартных условиях; для твердого состояния – тип кристаллической решетки и вытекающие из этого физические свойства вещества: а) температура плавления (если разлагается до плавления, то тем- пература разложения/возгонки), температура кипения, агрегатное состояние вещества при стандартных условиях; б) электропроводность, ее зависимость от температуры; в) оптические свойства; г) механические свойства; д) органолептические свойства (вкус, запах).
3. Химические свойства, вытекающие из строения сложного вещества, их физико-химическое обоснование: а) вещество в индивидуальном состоянии: термическая устой- чивость, отношение к нагреванию; отношение к воде и другим раст- ворителям; б) кислотно-основные свойства индивидуального вещества и его водного раствора; в) окислительно-восстановительные свойства индивидуально- го вещества и его водных растворов в разных средах; г) реакции комплексообразования индивидуального вещества и его водных растворов; д) реакции осаждения труднорастворимых веществ из водных растворов, перевод труднорастворимых веществ в растворимую форму; е) специфические реакции. 4. Принципы получения индивидуального вещества (безвод- ного и кристаллогидрата), водных растворов. 5. Области применения сложного вещества, вытекающие из фи- зических и химических свойств. Физиологическое действие вещества. При подготовке к лабораторным работам по темам курса сле- дует основываться на знании этапов проведения эксперимента, который включает теоретический анализ проблемы (домашняя подготовка) и проведение эксперимента в лаборатории. 1.2. Этапы проведения эксперимента При подготовке к лабораторным работам по темам курса сле- дует основываться на знании этапов проведения эксперимента, который включает теоретический анализ проблемы (домашняя подготовка) и проведение эксперимента в лаборатории. Теоретический анализ экспериментальных заданий Теоретический анализ экспериментальных заданий проводит- ся самостоятельно при подготовке к лабораторному практикуму. Следует придерживаться следующего плана работы:
1. Составить уравнение реакции, указанной в задании. Дать физико-химическое обоснование типа реакции, состава образую- щихся продуктов и возможности протекания реакции при стандарт- ных условиях. Если реакция в стандартных условиях термодина- мически невозможна, то необходимо определить условия ее про- текания, используя принцип подвижного равновесия Ле-Шателье. 2. Обосновать условия проведения реакции, указанной в задании: а) состояние исходных веществ: индивидуальное или раствор (указать растворитель); б) температура реакции (если отличается от комнатной, ука- зать, с каким аспектом это связано: кинетическим или термодина- мическим); в) давление; г) воздушная или инертная атмосфера; д) использование катализатора или ингибитора. 3. Предсказать внешние признаки протекания реакции (если они имеются). 4. Предложить экспериментальные методы идентификации продуктов реакции. 5. Указать, какая посуда, реактивы (если не указаны в зада- нии), материалы и приборы необходимы для выполнения работы. Принять во внимание, что концентрация разбавленных вод- ных растворов кислот и щелочей, не указанная в задании, состав- ляет 2 н, водных растворов солей – 0,5 н. Экспериментальный этап Данный этап подразумевает непосредственное проведение хи- мических опытов в ходе выполнения лабораторной работы. Сле- дует придерживаться следующей последовательности действий: 1. Отобрать необходимые для выполнения работы реактивы, оборудование и посуду. 2. Собрать прибор или установку. 3. Провести опыт, тщательно наблюдая за всеми происходя- щими явлениями.
Доступ онлайн
В корзину