Курс лекций по разделу Общая и неорганическая химия-1курс, 1семестр

Раздел Химия
Класс -
Тип Конспекты
Автор
Дата
Формат zip
Изображения Есть
For-Teacher.ru - все для учителя
Поделитесь с коллегами:

Курс лекций по разделу Общая и неорганическая химия-1курс,1семестрРаздел 1.

Общая химия.

Тема 1. 1 Основные химические понятия и законы.

Цели: - знать формулировки основных законов общей химии;

- уметь применять законы в практической деятельности.

Химия - наука, изучающая свойства и превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и строения.

Вещество - это конкретный вид материи, обладающий определенными физическими и химическими свойствами, состав которого может быть выражен химической формулой.

Химической реакцией называется процесс превращения одних веществ в другие.

Способность вещества участвовать в тех или иных химических реакциях характеризует его химические свойства.

Простое вещество состоит из атомов одного и того же химического элемента.

Химические соединения состоят из атомов нескольких элементов.

Атомно - молекулярное учение

Атомы - мельчайшие химические частицы, являющиеся пределом химического разложения любого вещества.

Химический элемент представляет собой вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.

Другими словами, атом - это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства.

В настоящее время известно 117 химических элементов, из которых 92 встречаются в природе.

Абсолютное большинство различных веществ состоит из молекул.

Молекула - наименьшая частица вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая его основные химические свойства.

Массы атомов химических элементов чрезвычайно малы: ~ 10-27 - 10-25 кг. В химии пользуются относительными значениями масс атомов (Ar, где r - «относительный», от англ. relative).

Относительная атомная масса - это масса атома, выраженная в атомных единицах массы. За атомную единицу массы принята 1/12 часть массы атома нуклида Курс лекций по разделу Общая и неорганическая химия-1курс,1семестр :

1 а.е.м. = Курс лекций по разделу Общая и неорганическая химия-1курс,1семестр .

Относительная атомная масса - величина безразмерная.

Соответственно, относительная молекулярная масса Mr вещества - это масса его молекулы, выраженная в а.е.м.

Единицей измерения количества вещества (n) является моль.

Моль - количество вещества, содержащее столько структурных элементарных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12С.

Число атомов NA в 0,012 кг углерода, или в 1 моль, легко определить следующим образом:

Курс лекций по разделу Общая и неорганическая химия-1курс,1семестр.

Величина NA называется постоянной Авогадро.

Валентность химического элемента - это его способность к образованию химических связей. Она определяется электронной конфигурацией атомов элементов и в первом приближении количественной мерой валентности может служить число неспаренных электронов. Например, кислород (электронная формула атома О 1S22S22P4) имеет на 2p - атомных орбиталях 2 неспаренных электрона и является 2-валентным. Азот (электронная формула N 1S22S22P3) является 3-валентным. Соответственно эти элементы образуют соединения Н2О и NH3.

Степень окисления - понятие формальное. Это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что вещество состоит только из ионов. Можно сказать и иначе: степень окисления - электрический заряд, который возник бы на атоме, если бы электронные пары, которыми он связан с другими атомами в соединении, были смещены к более электроотрицательным атомам, а электронные пары, принадлежащие одинаковым атомам, были между ними поделены. Следовательно, степень окисления выражает величину электрического заряда (в единицах заряда электрона) и основывается на предположении о принадлежности электронов каждой связи в молекуле или ионе более электроотрицательным атомам.

Основные стехиометрические законы химии

Стехиометрия - раздел химии, рассматривающий количественные соотношения между реагирующими веществами.

Закон сохранения массы: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Закон постоянства состава: всякое чистое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.

Закон применим только к соединениям с молекулярной структурой.

В 1748 г. М. В. Ломоносов высказал теоретически, а затем в 1756г. экспериментально обосновал закон сохранения массы веществ, который в настоящее время формулируется так: масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Позже французский химик Лавуазье, изучив некоторые реакции окисления металлов, пришëл к тем же выводам, что и Ломоносов, и независимо от него сформулировал этот закон в 1789 г.

С точки зрения атомно-молекулярного учения суть закона сохранения массы веществ заключается в том, что при химических реакциях атомы не исчезают и не возникают из ничего - их количество остаëтся неизменным до и после реакции. Поскольку атомы имеют постоянную массу и их количество в результате реакции не изменяется, то масса веществ до и после реакции остаëтся постоянной.

Превращения веществ почти всегда сопровождаются поглощением или выделением энергии. При этом изменяются массы ядер элементов, следовательно, можно сказать, что в природе проявляется один общий закон - закон сохранения массы и энергии.

В 1905г. А Эйнштейн предложил формулу:

Е = mc2,

где Е - энергия;

m - масса;

c - скорость света в вакууме (коэффициент пропорциональности), равная 3•108 м/сек.

Современная формулировка закона сохранения массы и энергии такова: в изолированной системе сумма масс и энергий постоянна.

Часто неправильно интерпретируют закон взаимосвязи массы и энергии, утверждая, что масса превращается в энергию. Масса является свойством материи, мерой еë инерции так же, как и энергия - мера еë движения. И поэтому масса и энергия неотделимы от материи, но они не эквивалентны и не превращаются друг в друга.

Итак, закон сохранения массы веществ и энергии - это две стороны единого закона природы: вечность материи и еë движений.

Закон постоянства состава

Всякое чистое вещество, независимо от способа его получения, всегда имеет постоянный качественный и количественный состав - такова формулировка закона постоянства состава (Ж.Л. Пруст, 1801г.). Рассмотрим в качестве примера воду: она содержит кислород и водород. По массе в воде содержится водорода 11,19 %, кислорода 88,81 %. Воду можно получить различными способами:

2 + О2 = 2Н2О,
NaOH + HCl = H2O + NaCl,
Cu(OH)2 = H2O + CuO.

Во всех случаях чистая вода, независимо от способа получения, имеет приведенный выше состав.

Последующее развитие химии показало, что существуют соединения как постоянного, так и переменного состава. По предложению академика Н. С. Курнакова первые назвали дальтонидами (в память английского физика и химика Дальтона), вторые - бертоллидами (в память французского химика Бертолле). Состав дальтонидов можно представить в виде простых формул с целочисленным стехиометрическими индексами, например, H2O, HCl, CH4, C6H6.

У бертоллидов состав выражается дробными стехиометрическими индексами. Так, оксид титана (II) TiO в действительности имеет состав от TiO0,7 до TiO1,3, в составе TiO2 изменяется от TiO1,9 до TiO2,0 (в зависимости от условий синтеза). Бертоллиды распространены среди оксидов, гидридов, сульфидов, нитридов, карбидов, силицидов и других кристаллических неорганических соединений.

В связи с этим в современную формулировку закона постоянства состава следует внести уточнение. Состав соединений молекулярной структуры является постоянным независимо от способов получения. Состав же соединений с номенклатурной структурой зависит от условий получения (например, состав оксида титана (II) - от температуры и давления кислорода, применяемого при их синтезе).

Надо учитывать изотопный состав элементов: обычная вода, например, содержит 11,19 % водорода, а тяжелая вода - 20 % дейтерия.

Контрольные вопросы.

  1. Назвать основные положения атомно-молекулярной теории.

  2. Сформулировать закон сохранения массы и энергии.

  3. Назвать основные положения теории химического строения вещества.

  4. Дать современную формулировку Периодического закона.

  5. Сформулировать закон постоянства состава.

  6. Как называются соединения переменного и постоянного состава?

  7. Сформулировать закон Авогадро и его следствие.

  8. Понятие вещества. Что такое химический элемент? Сколько их известно?

  9. Что называется относительной атомной массой? Указать относительные атомные массы Н, AI, Zr.

  10. Что называется относительной молекулярной массой? Вычислить молекулярные массы хлора, аммиака, этана.

  11. Что такое молекулярный объëм газа? Какова его размерность?

  12. Сколько молей атомов хлора содержится в 20,8 г этого вещества? (Ответ: 0,4 моля).

  13. Вычислить массу 6,02 • 1023 молекул оксида углерода (IV). (Ответ: 44,01 г.)

  14. Сколько молей атомов кислорода содержится в 1 моле серной кислоты? (Ответ: 4 моля атомов кислорода).

  15. Сформулировать понятие валентности. Какую валентность (по числу двухцентровых двухэлектронных связей) можно приписать центральному атому следующих соединений: BeH2, CO2, NH4+, BH4-?

  16. Сформулировать понятие степени окисления. Определить степень окисления элементов в следующих соединениях: KMnO4, H2MnO4, MnO2, K2Cr2O7, K3[Fe(CN)6], K[AI(OH)4], [Ni(NH3)6]CI2.

  17. Вычислить атомную массу двухвалентного металла и определить, какой это металл, если 8,34 г металла окисляется 0,680 л кислорода, условия нормальные. (Ответ: 137,4; Ba).

  18. Найти простейшую формулу вещества, содержащего 43,4% натрия, 11,3% углерода и 45,3% кислорода. (Ответ: Na2CO3)..

  19. Смешано 7,3 г хлороводорода с 4 г аммиака. Сколько граммов хлорида аммония образуется? Сколько и какого газа останется после реакции? (Ответ: 10,7; 0,6 NH3).

  20. Вычислить процентное содержание каждого из элементов в соединениях: а) Mg(OH)2; б) Fe(NO3)3; в) H2SO4; г) (NH4)2SO4.



© 2010-2022