Химия. 11 класс. Углублённый уровень
Покупка
ФПУ
Тематика:
Химия
Издательство:
Просвещение
Авторы:
Габриелян Олег Сергеевич, Остроумов Игорь Геннадьевич, Сладков Сергей Анатольевич, Левкин Антон Николаевич
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 435
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-101666-6
Артикул: 815970.01.99
В учебнике систематически изложены теоретические вопросы курса общей химии. Большое внимание уделено строению вещества, закономерностям протекания химических реакций, окислительно-восстановительным процессам. Усвоению материала способствуют: широкое обращение к примерам, схемы и иллюстрации, составляющие неотъемлемую часть авторской методики, проверочные вопросы и задачи. Пособие позволяет обеспечить достижение предметных, метапредметных и личностных результатов в соответствии с требованиями ФГОС, а также эффективно подготовиться к сдаче Единого государственного экзамена по химии.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 373.167.1:54+54(075.3) ББК 24я721.6 Г12 Учебник допущен к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования организациями, осуществляющими образовательную деятельность, в соответствии с Приказом Министерства просвещения Российской Федерации № 766 от 23.12.2020 г. Эксперты, осуществлявшие экспертизу учебника: Деглина Т. Е., Тригубчак И. В., Ба - нару А. М., Зубцова Е. Г. Издание выходит в pdf-формате. Химия : 11-й класс : углублённый уровень : учебник : издание в pdf-формате / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков, А. Н. Лёв- кин. — 2-е изд., стер. —Москва : Просвещение, 2022. — 432 с. : ил. ISBN 978-5-09-101666-6 (электр. изд.). — Текст : электронный. ISBN 978-5-09-093562-3 (печ. изд.). В учебнике систематически изложены теоретические вопросы курса общей химии. Большое внимание уделено строению вещества, закономерностям протекания химических реакций, окислительно-восстановительным процессам. Усвоению материала способствуют: широкое обращение к примерам, схемы и иллюстрации, составляющие неотъемлемую часть авторской методики, проверочные вопросы и задачи. Пособие позволяет обеспечить достижение предметных, метапредметных и личностных результатов в соответствии с требованиями ФГОС, а также эффективно подготовиться к сдаче Единого государственного экзамена по химии. УДК 373.167.1:54+54(075.3) ББК 24я721.6 Г12 У ч е б н о е и з д а н и е Габриелян Олег Сергеевич Остроумов Игорь Геннадьевич Сладков Сергей Анатольевич Лёвкин Антон Николаевич ХИМИЯ 11 класс Углублённый уровень Учебник Центр химии и экологии Ответственный за выпуск Т. Ю. Фролова. Редакторы О. Р. Валединская, Т. Ю. Фролова. Внешнее оформление и макет О. Г. Чичвариной. Компьютерная вёрстка и техническое редактирование О. А. Федотовой. Корректор М. И. Крайняя Подписано в печать 01.02.2022. Формат 70 90/16. Гарнитура Newton. Уч.-изд. л. 21,29. Усл. печ. л. 31,59. Тираж экз. Заказ № . Акционерное общество «Издательство «Просвещение». Российская Федерация, 127473, г. Москва, ул. Краснопролетарская, д. 16, стр. 3, этаж 4, помещение I. Адрес электронной почты «Горячей линии» — vopros@prosv.ru. ISBN 978-5-09-101666-6 (э лектр. изд.) © АО «Издательство «Просвещение», 2021 ISBN 978-5-09-093562-3 (пе ч. изд.) © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2021 Все права защищены З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Как работать с этой книгой Учебник для 11 класса завершает углублённый курс химии. Он поможет закрепить и дополнить полученные ранее знания по неорганической и органической химии на основе общих понятий, законов и теорий. В издании рассматриваются современные теории строения атома и вещества, классификация химических реакций и закономерности их протекания, основные свойства важнейших классов неорганических и органических соединений, большое внимание уделено химии элементов. В учебнике принята система разметки и обозначений, которая поможет вам ориентироваться в материале и быстро находить нужную информацию. Полужирным шрифтом обозначены термины, которые вы должны хорошо знать. Вам надо научиться пользоваться этим специфическим языком химии, без которого невозможно изучение данной науки. Курсивом выделены понятия и термины, на которые мы хотим обратить ваше внимание. В рамках приведены определения, правила и формулировки законов, которые вам необходимо выучить наизусть. В начале каждого параграфа даётся проблемный вопрос, ответ на который вы найдёте при изучении материала параграфа. В конце каждого параграфа перечислены основные рассмотренные в нём понятия. В рубрике «Проверьте свои знания» приведены вопросы, ответы на которые потребуют от вас простого воспроизведения материала. Задания рубрики «Примените свои знания» проверяют ваше умение воспользоваться изученным материалом для решения практических задач. Ответы на расчётные задачи вы найдёте в конце учебника. Выполнение заданий рубрики «Используйте дополнительную информацию» потребует от вас поиска сведений в различных источниках. Название рубрики «Выразите своё мнение» говорит само за себя. Мы предлагаем вам научиться давать собственную оценку фактам, явлениям и событиям, основываясь не только на знаниях, но и на своих убеждениях, представлениях, жизненном опыте. Выполнение упражнений и решение задач к параграфам позволят вам эффективно подготовиться к ЕГЭ по химии и продолжить образование в выбранном вузе. Предметный указатель в конце издания поможет быстро вспомнить смысл того или иного термина. Желаем успеха! З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ГЛАВА I СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА § 1. Сложное строение атома Слово «атом» происходит от греч. atomos и означает «неделимый». Однако в XIX—XX вв. учёные доказали, что атом имеет сложное строение. 1. Первые Предст ав ления о сло жном строении атома Cо времён древнегреческой философии Левкиппа и Демокрита (V в. до н. э.) и до конца XIX в. в науке господствовало мнение, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов. Учёные полагали, что они различаются по форме, размеру и даже цвету и это определяет бесконечное разнообразие объектов окружающего мира. Считалось бесспорным, что атомы остаются неизменными при любых процессах и явлениях и не делятся на более мелкие частицы. Однако в конце XIX в. в физике был сделан ряд открытий, которые доказывали сложное строение атома. В 1887 г. немецкий физик Г. Ге р ц открыл новое физическое явление, названное фотоэффектом. Это явление было подробно изучено русским учёным А. Г. С т о л е т о в ы м в ходе экспериментальных исследований. В стеклянном непрозрачном сосуде, из которого был откачан воздух, учёный расположил два электрода: катод и анод. Катод он присоединил к отрицательному полюсу источника тока, а анод — к положительному (рис. 1). Поскольку электрическая цепь была разомкнута, ток в ней отсутствовал. Это регистрировал включённый в цепь миллиамперметр. Но Рис. 1. Явление фотоэффекта З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
как только через специальное отверстие в сосуде катод освещали сильным световым потоком, в разомкнутой цепи возникал ток. Его назвали фототоком. Следовательно, электромагнитное излучение выбивало из металла катода заряженные частицы, и они попадали в окружающее пространство. Поскольку металлы состоят из атомов, а атомы не имеют электрического заряда, учёный предположил, что в ходе эксперимента атомы испускали мельчайшие заряженные частицы, входящие в их состав. После тщательного изучения явления фотоэффекта А. Г. Столетов сформулировал количественные законы зависимости силы фототока от интенсивности светового потока. В 1896 г. французский физик А. Б е к к е р е л ь изучал природу «холодного свечения» — фосфоресценции. Объектами его исследования были соли урана и урановые руды. В ящике письменного стола урановая руда случайно оказалась на фотографической пластинке, завёрнутой в чёрную бумагу. Каково же было удивление учёного, когда на проявленной пластинке он обнаружил засвеченные контуры кусочков руды! Следовательно, руда испускала невидимые лучи, способные проходить сквозь препятствия. Так было открыто явление, получившее название радиоактивность (от лат. radius — луч). Оказалось, что уран не единственный источник невидимых лучей, самопроизвольно выделяемых веществом. Двумя годами позже супруги М а р и я и П ь е р К ю р и открыли в составе урановых руд два новых радиоактивных элемента — полоний и радий. Испускание веществом невидимых лучей навело исследователей на мысль о сложном строении атома. Прямое доказательство того, что атомы имеют сложное строение, появилось с открытием первой элементарной частицы — электрона. В 1897 г. английский физик Дж. Томсон проводил опыты с газоразрядной трубкой (рис. 2). Рис. 2. Катодная трубка Томсона. 1 — катод; 2 — анод; 3 — отклоняющая пара электродов; 4 — люминесцентный экран; 5, 6 — пятна неотклонённого и отклонённого пучков электронов Дж. Томсон (1856—1940) З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Внутри трубки, из которой был откачан воздух, располагались отрицательно заряженный катод (1) в форме круглой пластины и положительно заряженный анод (2) в форме кольца. При создании между электродами электрического поля высокого напряжения (более 1500 В) катод начинал испускать невидимые лучи. Попадая на покрытую люминесцентным веществом заднюю стенку трубки (4), они вызывали светящиеся пятна (5, 6). Томсон разместил в трубке ещё два электро да (3), способные создавать на пути катодных лучей дополнительное электрическое поле. При подаче напряжения луч отклонялся в сторону положительно заряженного электрода. Учёный пришёл к выводу, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц, позднее названных электронами. Размещая в трубке катоды из различных металлов, Томсон неизменно наблюдал поток электронов и сделал вывод о том, что эти частицы есть в любых атомах. Сопоставим факты. Атомы химических элементов нейтральны. При воздействии электрического поля они способны терять отрицательно заряженные частицы — электроны. Из этого следует важный вывод: кроме электронов, в атомах есть и положительно заряженные частицы. Их открытие связано с именем выдающегося английс кого физика Э. Р е з е р ф о р д а. В 1899 г. совместно с супругами Кюри Резерфорд установил, что радиоактивное излучение неоднородно. Под действием магнитного или электрического поля радиоактивный луч разделялся на три пучка, которые были названы α-, β- и γ-лучами (рис. 3). γПоток не менял своего направления в электрическом и магнитном полях и представлял собой электромагнитное излучение; α- и β-лучи отклонялись в противоположные стороны. Последний факт свидетельствовал о том, что отклоняющиеся пучки состоят из частиц, обладающих электрическим зарядом: положительным и отрицательным. Было установлено, что β-лучи представляют собой поток электронов, что ещё раз доказывало их наличие в составе атомов. α-Луч Э. Резерфорд (1871—1937) Рис. 3. Разделение радиоактивного луча в магнитном поле З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
состоял из движущихся с большой скоростью положительно заряженных частиц, которые после нейтрализации электронами превращались в атомы инертного газа гелия. Таким образом, оказалось, что атомы радиоактивных элементов в процессе распада могут превращаться в атомы других химических элементов! Продолжая опыты, Резерфорд установил на пути потока αчастиц тонкую золотую фольгу (рис. 4). Подавляющее большинство αчастиц проходило сквозь металл, не изменяя своего направления. Некоторые частицы отклонялись в разных направлениях, что могло быть связано с наличием в атомах металла фольги одноимённо (т. е. положительно) заряженных фрагментов. Более того, примерно одна из 20 000 α-частиц отталкивалась от золотой фольги и летела в обратном направлении! Это было так же невероятно, как отскакивание пули от листа бумаги, и могло свидетельствовать лишь о том, что положительно заряженные частицы в атомах объединены в сгусток значительно большей массы, чем α-частица. На основании данного опыта Резерфорд предсказал существование в составе атомов положительно заряженных частиц — протонов ( табл. 1). Самой «скрытной» оказалась третья из важнейших частиц, входящих в состав атома. В 1932 г. английский физик Д ж . Ч е д в и к проводил опыты по бомбардировке бериллия αчастицами и получил поток частиц с большой проникающей способностью, который не отклонялся в электрическом поле. Эти частицы не имели электрического заряда и поэтому были названы нейтронами ( см. табл. 1). Таблица 1 Сравнительная характеристика элементарных частиц Частица Масса Заряд г а. е. м. Кл относит. Протон, 1 1р 1,67 ⋅ 10–24 1,007277 1,6 ⋅ 10–19 +1 Рис. 4. Схема опыта Резерфорда: 1 — источник αчастиц; 2 — золотая фольга; 3 — экран З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Частица Масса Заряд г а. е. м. Кл относит. Нейтрон, 1 0n 1,67 ⋅ 10–24 1,008665 0 0 Электрон, ē 9,10 ⋅ 10–28 0,0005486 –1,6 ⋅ 10–19 –1 Так учёные пришли к выводу, что атомы состоят из трёх типов частиц, которые принято называть элементарными: протонов, нейтронов и электронов. Как же устроен атом? 2. м о дели строения атома Первая модель строения атома получила образное название «пудинг с изюмом». Она была предложена в 1904 г. Д ж. То м с о н о м. Учёный рассматривал атом как сферическую каплю с положительным зарядом, в которую вкраплены отрицательно заряженные электроны (рис. 5, а). Однако результаты исследований Резерфорда опровергли эту модель. На основании опытов по бомбардировке золотой фольги αчастицами Резерфорд предположил, что в центре атома находится очень маленькое положительно заряженное ядро, в котором, однако, сосредоточена бóльшая часть массы всего атома. Вокруг ядра на значительном расстоянии по замкнутым орбитам вращаются электроны. Эта модель напоминала движение планет вокруг Солнца и была названа планетарной (рис. 5, б). Продолжение Рис. 5. Модели строения атома: Томсона (а); Резерфорда (б) а б З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Но такое строение противоречило законам классической электродинамики: при движении вокруг ядра заряженная частица (электрон) должна излучать электромагнитные волны, теряя при этом энергию. Через 10–8 с электрон должен упасть на ядро. Однако этого не происходит! В 1913 г. датский физик Н. Б о р сформулировал ряд положений, которые следует принимать без доказательств (так называемые постулаты Бора). Постулат 1. Электроны в атомах движутся по замкнутым стационарным орбитам, не излучая и не поглощая энергию. В таком состоянии — оно называется стационарным — атом может находиться сколь угодно долго. Чем больше радиус орбиты, тем больше значение энергии находящегося на ней электрона (Е1 < E2 < E3 и т. д.). Постулат 2. Электрон может переходить из стационарного состояния в состояние с бóльшим значением энергии (возбуждённое состояние). Для этого ему необходимо сообщить дополнительную энергию в виде отдельной порции (кванта) электромагнитного излучения — фотона. Энергия такого кванта равна разности начальной и конечной энергии электрона на двух соответствующих орбитах (рис. 6), а также произведению частоты электромагнитного колебания (ν) на постоянную Планка (h): ∆Е = Е4 – Е3 = ν ⋅ h Напротив, при переходе из возбуждённого состояния в стационарное электрон испускает порцию энергии, равную энергии перехода с одной орбиты на другую, менее удалённую от ядра. Таким образом, Бор предложил соединить модель Резерфорда с идеей квантования (т. е. передачи энергии отдельными порциями), высказанной М. Планком в 1900 г. Эти представления привели к созданию квантовой механики — науки о строении и свойствах элементарных частиц, об их превращениях и эффектах, сопровождающих эти превращения. Благодаря новым Н. Бор (1885—1962) Рис. 6. Модель строения атома по Бору и иллюстрация его постулатов З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
научным воззрениям удалось объяснить многие явления, понять которые с точки зрения классической физики или механики было невозможно. Например, квантовая механика характеризует частицы микромира как объекты, имеющие двойственную природу (корпускулярно-волновой дуализм). Они одновременно проявляют свойства частицы (имеют массу, некоторые — электрический заряд) и волны (характеризуются частотой колебаний и длиной волны, способны к дифракции — огибанию препятствия, интерференции — наложению волн друг на друга). Благодаря квантовой механике удалось ответить на вопрос, почему положительно заряженные протоны удерживаются в ядре атома, а не разлетаются в разные стороны в результате взаимного отталкивания. О строении атомного ядра речь пойдёт в § 2. Фотоэффект. Элементарные частицы (электрон, протон, нейтрон). модели строения атома. Постулаты Бора Проверь те св ои знания 1. Какие открытия в физике доказали сложное строение атома? 2. Приведите факты, которые свидетельствуют в пользу волновой и к орпускуляр- ной природы электрона . 3. Опишите первые модели строения атома . Кто их авторы? Какие предст авле- ния о строении атомов учитывались в более совершенных моделях? 4. Зная, что α-частицы предст авляют собой яд ра атомов гелия , укажите заряд и массовое число этих частиц и запишите их символы . Примените св ои знания 5. Найдите сходство и различие между двумя физическими явлениями — фотоэффектом и возникновением катодных лучей. Каким образом эти явления свиде - тельствуют в пользу сло жного строения атома? 6. В каком случае электрон испуск ает фотон с меньшей длиной волны: при переходе с третьей орбиты на первую или с четвёртой на первую? Ответ обоснуйте . 7. Дайте сравнительную характеристику электронов , протонов и нейтронов на ос - новании данных т аблицы 1. ис По льз уйте до По лнительную ин Формацию 8. Найдите в Интернете и прочит айте отрывок из поэмы Лукреция «О природе вещей», где приводятся философские док азательства существования мель чайших частиц вещества. Дайте свою оценку содер жанию отрывка и его поэтической форме. 9. Что представляют собой α- и β-частицы , а также γ-лучи, которые образуются при радиоактивном распаде ядер? Какие из этих лучей обладают большей проникающей способностью? Почему? 10. Являются ли электроны , протоны и нейтроны неделимыми частицами? Как ой ответ на этот вопрос даёт современная на ука? З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .