Учебное пособие по химии для ликвидации пробелов в знаниях

11

ГБОУ СПО «Савеловский колледж»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ЗНАНИЙ ПЕРВОКУРСНИКОВ ПО ХИМИИ

Преподаватель ХОРЬКОВА Г.В.

2012 год

Учебное пособие предназначено для студентов средних специальных учебных заведений, имеющих пробелы в знаниях за курс 8-9 класса средней школы. Однако оно может быть использовано любым учеником, для подготовки к урокам. В пособии дан обзор основных тем, показан алгоритм составления формул, схем строения атома, расчета молярной массы. Даны задания для закрепления.

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА.

Все вещества делятся на 2 группы:

1. состоящие из одного вида атомов, называются простыми,

2. состоящие из атомов разных видов, называются сложными.

Если простое вещество твердое - то обозначается просто знаком, например, Zn - цинк, С - углерод, если неметалл (газы) , то приписывается индекс H₂ - водород.

ЗНАКИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Название элемента

Знак

Относительная атомная масса

Азот

N

14

Алюминий

Al

27

Барий

Ba

137

Бром

Br

80

Водород

H

1

Железо

Fe

56

Йод

I

127

Калий

K

39

Кальций

Ca

40

Кислород

O

16

Кремний

Si

28

Магний

Mg

24

Медь

Cu

64

Натрий

Na

23

Свинец

Pb

207

Сера

S

32

Серебро

Ag

108

Углерод

C

12

Фосфор

P

31

Фтор

F

19

Хлор

Cl

35,5

Хром

Cr

52

Цинк

Zn

65

СОСТАВЛЕНИЕ ФОРМУЛ ПО СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ

Чтобы составить химическую формулу вещества надо:

1. написать химические знаки элементов и отметить степень окисления каждого элемента или кислотного остатка;

2. найти наименьшее общее кратное чисел, выражающих степень окисления;

3. разделить наименьшее общее кратное на степень окислениия каждого элемента и полученное число (индекс) приписать снизу справа к знаку элемента (кислотного остатка);

КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

I. Кислоты.

Название кислоты

Формула

Кислотный остаток

Соляная кислота

HCl

Cl

Азотная кислота

HNO₃

NO₃

Серная кислота

H₂SO₄

SO₄

Фосфорная кислота

H₃PO₄

PO₄

В состав молекул всех кислот входят атомы водорода. Кроме атомов водорода, в молекулах кислот содержатся атомы или группы атомов, называемые кислотными остатками.

Кислота - это сложное вещество, в каждой молекуле которого имеются один или несколько атомов водорода, способных замещаться атомами металлов, и кислотный остаток.

Степень окисления проявляют не только атомы, но и группы атомов, например кислотные остатки. Если кислотный остаток в молекуле кислоты соединен с одним атомом водорода, то степень окисления (-1), если с двумя- (-2), с тремя - (-3) и т.д. Валентность кислотных остатков обозначена в таблице римскими цифрами.

При замещении водорода в кислотах металлами кислотные остатки переходят в неизменном виде в состав образующихся новых веществ - солей.

Свойства кислот:

1. растворы кислот кислые на вкус.

2. изменяют окраску индикаторов: лакмус - в красный, метиловый оранжевый - в розовую.

3. выделяют водород при действии на них металлов (соляная, серная-разбавленая кислоты).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТ

Взаимодействие кислот с основаниями. Кислоты вступают в реакции с основаниями с образованием соли и воды:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

^{хлорид натрия}

3H₂SO₄ + 2Fe(OH)₃ = Fe₂(SO₄)₃ +6H₂O

^{сульфат железа (III)}

Эта реакция кислот с основаниями, как вам известно, называется реакцией нейтрализации.

Взаимодействие кислот с основными оксидами. Кислоты вступают в реакции с основными оксидами с образованием соли и воды:

2HCl + CuO = CuCl₂ + H₂O

^{хлорид меди (II)}

H₂SO₄ + MgO = MgSO₄ + H₂O

^{сульфат магния}

Реакция кислот с основными оксидами используется в производстве некоторых солей, а также для очистки металлов, не растворяющихся в кислотах, от оксидов.

Взаимодействие кислот с металлами.

Растворы некоторых кислот (серной, соляной, фосфорной и др.) вступают в реакции с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода, с образованием соли и водорода:

2HCl + Zn = ZnCl₂ + H₂

^{хлорид цинка}

H₂SO₄ + Fe = FeSO₄ + H₂

^{сульфат железа (II)}

При реакциях азотной кислоты с металлами также образуются соли, но водород не выделяется.

Из известных вам химических свойств кислот не все свойства являются общими для всех веществ этого класса. Кислоты нерастворимые в воде, не взаимодействуют с металлами и не действуют на индикаторы.

II. Оксиды.

Сложные вещества состоящие из 2-х элементов, один из которых кислород.

Классификация оксидов:

Известные вам химические свойства оксидов могут быть положены в основу их классификации.

1) Оксиды, которые взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды, называются основными. Это название им дано потому, что каждому основному оксиду соответствует основание: СuO - Сu(OH)₂ Mg - Mg(OH)₂ Fe₂O₃ - Fe(OH)₃

Основные оксиды образуются только металлами, например: оксид магния MgO, оксид кальция CaO, оксид бария BaO.

3. Оксиды, которые взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды, называются кислотными.

Это название им дано потому, что каждому кислотному оксиду соответствует кислота: СO₂ - H₂SO₃ SO₂ - H₂SO₃ SiO₂ - H₂SiO₃ P₂O₅ - H₃PO₄

Кислотные оксиды образуются неметаллами и некоторыми металлами, например: СO₂ - оксид серы (IY), SO₃ - оксид серы (YI), P₂O₅ - оксид фосфора (Y), CrO₃ - оксид хрома (YI), Mn₂O₇ - оксид марганца (YII).

Некоторые металлы образуют как основные, так и кислотные оксиды. Такими металлами являются, например, хром и марганец. Они обладают переменной степенью окисления. Оксиды, в которых хром и марганец имеют низшую валентность, равную двум, являются основными: CrO - оксид хрома (II), MnO - оксид марганца(II). Им соответствуют основания: Cr(OH)₂ -гидроксид хрома (II) и Mn(OH)₂ - гидроксид марганца (II). Оксиды, в которых хром и марганец имеют высшую валентность, являются кислотными: CrO₃ - оксид хрома (YI), Mn₂O₇ - оксид марганца (YII). Им соответствуют кислоты: H₂CrO₄ - хромовая, HMnO₄ - марганцевая.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ.

Взаимодействие основных оксидов с водой. Некоторые основные оксиды, например образованные металлами калием, натрием, барием, кальцием, взаимодействуют с водой и образуют основания (щелочи), например:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

^{гидроксид кальция}

Многие основные оксиды, например оксид меди (II), оксид железа (II) и др., с водой не взаимодействуют, но им также соответствуют основания.

Взаимодействие основных оксидов с кислотами. Все основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды, например:

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O

^{сульфат магния}

Взаимодействие кислотных оксидов с водой. Кислотные оксиды, взаимодействуя с водой, образуют кислоты, например:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

^{серная кислота}

Некоторые кислотные оксиды, например оксид кремния (XY) с водой не взаимодействуют, но им также соответствуют кислоты.

Взаимодействие кислотных оксидов с основаниями. Все кислотные оксиды взаимодействуют со щелочами с образованием соли и воды, например:

Ва(ОН) ₂ + CO₂ = ВаCO₃ + H₂O

^{карбонат бария}

III. Основания

Сложные вещества, в которых один атом металла связан с одной или несколькими гидрооксогруппами.

_{I I II III}

KOH; Ca(OH)₂; Al(OH) ₃

Число гидрооксогрупп равно степени окисления металла.

Все основания делятся на две группы:

1. Растворимые в воде-щелочи

KOH; Ca(OH)₂; NaOH; LiOH

2. Нерастворимые в воде

Cu(OH)₂; Fe(OH)₃; Zn(OH)₂

Основания изменяют окраску индикаторов:

лакмус → синий

фенофталеин → малиновый

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВАНИЙ.

1. Взаимодействие оснований с кислотами. Все основания взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды:

2HCl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O

^{хлорид кальция}

2HCl + Cu(OH)₂ = CuCl₂ + 2H₂O

^{хлорид меди (II)}

2. Взаимодействие оснований с кислотными оксидами. Растворимые основания взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

^{карбонат натрия}

3. Разложение оснований при нагревании. Нерастворимые в воде основания при нагревании легко разлагаются на оксид и воду, например:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Щелочи разлагаются только при очень высоких температурах.

IY. Соли.

Сложные вещества, в которых атомы металла связаны с кислотными остатками.

Формулы солей составляют так же как формулы соединений из 2-х элементов, если нам известна степень окисления металла и кислотного остатка. Составим, например, формулу сульфата алюминия, зная, что степень окисления алюминий +3..

1. Запишем знаки, проставим степени окисления

_{+3 -2}

Al SO₄

2. Найдем наименьшее общее кратное чисел, выражающих степени окисления алюминия и кислотного остатка. Наименьшее общее кратное этих чисел равно 6.

3. Найдем число атомов алюминия и число кислотных остатков в формуле соли. Для этого разделим найденное наименьшее общее кратное (6) на валентность алюминия: 6:3=2. Значит в молекуле соли содержится два атома алюминия. Разделим наименьшее общее кратное на валентность кислотного остатка серной кислоты: 6:2=3.

Значит, в молекуле соли содержится три кислотных остатка.

Формула соли Al₂(SO₄)₃

Названия солей по международной номенклатуре образуются от латинских названий кислотных остатков. Так, например, кислотный остаток соляной кислоты - Cl - называется хлоридом, серной - SO₄ - сульфатом, азотной - NO₃ - нитратом, фосфорной - PO₄ - фосфатом.

В связи с этим и соли называются: NaCl - хлорид натрия, Na₂SO₄ - нитрат натрия, Na₃PO₄ - фосфат натрия (табл.4).

Таблица 4

Кислоты

Название солей

Название

Химическая формула

Фтороводородная (плавиковая)

HF

Фториды

Хлороводородная (соляная)

HCl

Хлориды

Бромоводородная

HBr

Бромиды

Йодоводородная

HI

Йодиды

Серная

H₂SO₄

Сульфаты

Сероводородная

H₂S

Сульфиды

Азотная

HNO₃

Нитраты

Фосфорная

H₃PO₄

Фосфаты

Угольная

H₂CO₃

Карбонаты

Кремниевая

H₂SiO₃

Силикаты

К названием солей металлов, имеющих переменную степень окисления , добавляется число, обозначающее валентность металла, например: FeCl₃ - хлорид железа (III), FeCl₂ - хлорид железа (II), Fe₂ (SO₄)₃ - сульфат железа (III), FeSO₄ - сульфат железа (II).

Потренируйся:

1) Из следующего перечня выпиши отдельно формулы: а) оксидов, б) оснований, в) кислот, г) солей

CaO; H₂SO₄; Fe(OH)₃; FeSO₄; CaSO₄; HCl; LiOH; MgO; CuCl₂; Mg(OH) ₂; SO₂; CaCl₂; HNO₃; CO₃; BaCl₂; Cu(NO₃)₂; NaOH; Fe₂O₃; Cu₃(PO₄)₂

2) Составьте формулы следующих солей:

а) хлорида железа (III)

б) сульфат железа (II)

в) нитрата кальция

г) сульфата алюминия

д) фосфат натрия

е) хлорида цинка

ж) нитрата бария

з) сульфата железа (II)

и) нитрата меди

3) Какие из веществ, формулы которых перечислены ниже, взаимодействуют с гидроксидом натрия, а какие с соляной кислотой. Напиши уравнения возможных реакций.

H₂SO₃; CuO; H₂S; Mg(OH)₂; KOH; SO₂; H₃PO₄; Cu(OH)₂; CO_2.

4) Осуществи превращения:

Ba → BaO → Ba(OH)₂ → BaCl₂

P → P₂O₅ → H₃PO₄ → Na₃PO₄

Ca → CaO → Ca(OH)₂ →CaSO₄

S → SO₂ → SO₃ →H₂SO₄ → Na₂SO₄

Na →NaOH → NaSO₃

K → K₂O → KOH → KCl

МОЛЯРНАЯ МАССА.

При решении задач нужно уметь производить расчеты, в первую очередь рассчитывать молярную массу (М).

Молярная масса - М - вещества представляет собой отношение его массы к количеству вещества. Молярную массу выражают в граммах на моль (г/моль)

М = м / n , где

м - масса в граммах

n- количество вещества в молях

Молярная масса - постоянная величина для каждого данного вещества.

M H₂O = 18г / 1 моль = 18 г/моль

M H₂SO₄ = 1*2+32+16*4 / 1 моль = 98г / 1 моль = 98 г/моль

У сложных веществ молярная масса определяется путем суммирования атомных масс. Например:

M СаСO₃ = 40 + 12 + 16*3 = 100 г/моль

^{Са С О}

Атомные массы: Са - 40; С - 12; О - 16.

Если у какого либо элемента стоит индекс, значит атомная масса умножается на него.

Задание: определи молярные массы для следующих веществ:

NaNO₃; CuSO₄; BaCl₂; Al₂(SO₄)₃; Na₃PO₄; CaO; Ba(OH)₂; KOH.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И.МЕНДЕЛЕВА.

Д.И.Менделеев распределил известные при его жизни 63 химических элемента в периодическую систему в порядке возрастания атомных масс. Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом. Сходные по свойствам элементы образуют группы. В каждом периоде прослеживаются одинаковые закономерности:

1) ослабляются металлические свойства;

2) усиливаются неметаллические свойства;

3) возрастает высшая валентность в оксидах;

4) убывает валентность в водородных соединениях (у неметаллов);

5) изменяются свойства соединений элементов: от основных через амфотерные к кислотным.

Таким образом, с возрастанием относительной атомной массы химические свойства элементов изменяются периодически. Это значит, что через определенное число элементов свойства у последующих элементов в основном повторяются.

Свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от заряда атомных ядер.

По периодической системе можно дать характеристику любому атому например Са - находится в 4-ом периоде, 2-ой группе, порядковый номер 20.

Порядковый номер показывает заряд ядра атома и числа электронов на всех оболочках.

+20 электроны вокруг ядра

-20

Номер периода показывает число электронных оболочек - 4.

+20 ) ) ) )

-20

На 1 оболочке не может быть больше 2 электронов, на 2 и 3-ей не больше 8, на 4-ой и последующих не более 18. Номер группы показывает число электронов на последней оболочке, у кальция на последней оболочке 2 электрона.

+20 ) ) ) )

2 8 8 2

-20

Составь схемы строения атомов следующих элементов:

P; Cl; K; Na; Ne; O; N; S; B; F; Ar.

ВИДЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ.

Какими силами удерживаются в молекулах атомы?

Как возникают химические связи между ними?

Существует несколько разновидностей химических связей. Мы познакомимся с двумя.

1) Ковалентная связь.

Возникает между атомами неметаллов за счет общих электронных пар.

H₂ H : H

.. ..

Cl₂ : Cl : Cl :

^{. . . .}

Если вещество простое, состоит из одинаковых атомов, электронная пара в равной степени принадлежит обоим атомам, такая разновидность ковалентной связи называется неполярной.

Если же электронная пара связывает два разных атома, она всегда оказывается оттянутой от одного атома к другому с большей электроотрицательностью. Такая разновидность ковалентной связи называется полярной.

. .

H | : Cl :

^{. .}

II. Ионная связь.

Возникает между металлом и неметаллом.

Металлы отдают электроны, превращаются в положительно заряженные ионы.

-11 -10

+11 ) ) ) отдает электрон +11 ) )

2 8 1-1-e 2 8

Na⁰ - 1e → Na⁺

Неметаллы принимают электроны, превращаются в отрицательно заряженные ионы.

-17 -18

+17 ) ) ) принимает электрон +17 ) ) )

2 8 7-1-e 2 8 8

Сl⁰ + 1e → Сl^-

Два разноименно заряженных иона Na⁺ и Сl^- притягиваются, образуя соединение NaCl с ионным типом связи.

Определи тип химической связи в следующих соединениях:

HBr; H₂O; O₂; Na₂O; KCl; LiBr; CuCl₂; F₂; N₂;NH₃;CO₂; BaCl₂; H₂S

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА.

Анализ базовых знаний учащихся по химии для 1 курса.

1) Запиши известные тебе знаки химических элементов (не менее20). Подчерки неметаллы одной чертой, металлы двумя.

2) Какие элементы смогут образовывать простые вещества - приведи примеры. Приведи примеры сложных веществ.

3) Обозначь 5 атомов водорода, 5 молекул водорода, 5 атомов магния, 5 молекул азотной кислоты.

4) Какие вещества называются оксидами. Приведи примеры оксидов. На какие 3 группы делятся все оксиды - приведи примеры.

5) Какие вещества называются кислотами. Приведи примеры односотавных, 2-х основных, 3-х основных кислот, подчеркни его кислотный остаток определи его степень окисления.

6) Какие вещества называются гидрооксидами? Что такое щелочи? Приведи примеры щелочей.

7) Что такое соли? Напиши формулы следующих солей: нитрат бария, фосфат кальция, хлорид железа (II), нитрат серебра, сульфат алюминия, сульфат натрия, хлорид калия, фосфат магния, хлорид меди (II), нитрат свинца, сульфат лития, нитрат ртути (II).

8) Какие ты знаешь типы химической связи? Приведи примеры соединений с различными типами связей.

9) Дай характеристику любому элементу периодической системы по следующему плану: порядковый номер; заряд ядра атома; номер периода; номер группы. Составь схему строения атома этого элемента.

10) Какие ты знаешь типы химических реакций? Приведи примеры реакций: замещения, соединения, разложения, обмена.

11) Закончи следующие реакции, напиши их в молекулярной и ионной форме: H₂SO₄ + BaCl₂ →; Na₂CO₃ + HCl→; Fe(OH)₃ + HNO₃ →.

12) Пользуясь периодической системой посчитай молярную массу следующих соединений: CuSO₄; BaCl₂; Na₂SO₄; Al (NO₃)_3.

13) Проставьте пропущенные коэффициенты в следующих уравнениях:

2Zn + O₂ = ?ZnO

?Fe + 3Cl₂ = ?FeCl₃

2Ag + S = Ag₂S

?Na + Cl₂ = 2NaCl

?Al + ?O₂ = 2Al₂O₃

Литература

1. Ерохин Ю.М., Химия М.: Изд.центр «Академия» 2007г.

2. Габриелян О.С. Химия М.: Дрофа 2010