1010

Н.Ф.Гребенкина, Ж.Д.Павлова, Л.И.Тимофеева, Е.В.Шаповалова, Т.С.Химич

ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

Часть 1

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

Часть 1

Омск

СибАДИ

2009

1

УДК 546

ББК 24.1

Г

Рецензенты: к.т.н., доц. Е.Л.Колбина (ОмГТУ) к.п.н., доц. Е.Ю. Тюменцева (ОГИС)

Работа одобрена научно-методическим советом факультета «Автомобильные дороги и мосты» в качестве учебного пособия к выполнению лабораторных работ для студентов строительных специальностей заочной формы обучения по дисциплине «Общая химия».

ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ. Часть 1. Учебное пособие к выполнению лабораторных работ для студентов строительных специальностей заочной формы обучения по дисциплине «Общая химия» / Сост.: Т. С. Химич.

Омск: Изд-во СибАДИ, 2009 . 72 с.

Учебное пособие предназначено для выполнения самостоятельной работы по дисциплине «Общая химия» для студентов заочной формы обучения строительных специальностей факультетов «Автомобильные дороги и мосты» и «Промышленное и гражданское строительство». В нем содержатся объем и виды учебной дисциплины, вопросы для самоконтроля, тесты для подготовки к экзамену, требования к уровню освоения содержания дисциплины, методические рекомендации и указания по освоению дисциплины и выполнению контрольных работ, список рекомендуемой литературы. Учебное пособие окажет практическую помощь в межсессионный период студентам в организации самостоятельной работы по изучению дисциплины «Общая химия».

Табл. 10. Илюст.: 2. Библиогр.: 4 назв.

Составители: Н.Ф.Гребенкина, Ж.Д.Павлова, Л.И.Тимофеева, Е.В.Шаповалова, Т.С.Химич , 2009

2

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие представляет собой обучающий комплекс по химии для студентов-заочников ускоренной и полной формы обучения строительных специальностей. Для студентов представлены данные о полном объеме работы по общей химии и содержании отдельных разделов.

Далее предлагается теоретический материал, необходимый для выполнения лабораторных работ с указанием времени на самостоятельную работу для его изучения. Рекомендации к выполнению лабораторного практикума содержат описание опытов и основные указания для их выполнения.

Для проверки степени усвоения теории разработаны вопросы для самопроверкиитесты,которыепомогутвподготовкекэкзаменамповажнейшим длястроителейтемам.Ответынатекстыприведеныпослекаждойтемы.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Разделы дисциплины и виды занятий

5

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

(Время на самостоятельную работу – 10 часов)

Классификация веществ облегчает их изучение, а знание особенностей классов позволит охарактеризовать свойства отдельных их представителей.

Все вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества состоят из атомов только одного вида и подразделяются на металлы и неметаллы. Металлы на внешнем энергетическом уровне имеют мало электронов (от одного до трех), для них характерна металлическая связь, в периодической таблице они расположены в первойтретьей группах (главная подгруппа) и в побочных подгруппах (так называемые переходные металлы). Исключениями из этого правила являются бор (В), он находится в третьей группе, но проявляет неметаллические свойства; свинец (Pb) и висмут (Bi), расположенные в четвертой (Pb) и пятой (Bi) группах, но проявляющие металлические свойства. Соответственно неметаллы имеют на внешнем энергетическом уровне четыре и более электрона и способны образовывать ковалентные связи. В периодической таблице неметаллы занимают от четвертой до восьмой группы (главная подгруппа). Элементы, находящиеся на границе между металлами и неметаллами, способны образовыватьсоединениясамфотерными,тоестьдвойственными,свойствами.

Сложные вещества состоят из двух и более видов различных атомов и делятся на оксиды, кислоты, основания и соли.

Оксиды – это бинарные (то есть состоящие из атомов двух видов) соединения элемента с кислородом, в которых степень окисления кислорода равна –2.

По химическим свойствам они подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Несолеобразующие оксиды не могут вступать в реакции кислотно-основного взаимодействия, не могут, как это следует из их названия, образовывать соли, а вступают только в реакции окисления-восстановления. Это такие оксиды, как СО, NO и некоторые другие.

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислот-

ные и амфотерные.

Основные оксиды образованы типичными металлами, степень окисления элемента в таких оксидах обычно равна +1 или +2, таким оксидам соответствуют основания. Примером основных оксидов слу-

жат Na2O, MgO, FeO, Ag2O, NiO и другие.

6

Кислотные оксиды образованы, во-первых, типичными неметаллами (СО2, SiO2, SO3, Cl2O7 и другие) и, во-вторых, переходными металлами в высокой степени окисления (+5, +6, +7). Примером таких оксидов являются Mn2O7, CrO3, V2O5 и другие. Этим оксидам соответствуют кислоты.

Оксиды, занимающие промежуточное положение между основными и кислотными, способные реагировать как с кислотами, так и со щелочами, называют амфотерными. Элементы, образующие амфотерные оксиды, как правило, проявляют степень окисления +3 и +4 (это оксиды Al2O3, Fe2O3, SnO2, PbO2,Cr2O3, MnO2). Кроме того, к ам-

фотерным оксидам относятся оксиды BeO, ZnO, SnO, PbO, в которых элементы имеют степень окисления +2. Всем этим оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды, которые в зависимости от условий могут проявлять как кислотные, так и основные свойства.

Оксиды получают:

1) при окислении простых веществ:

2Mg + O2 → 2MgO;

S + O2 → SO2;

C + O2 → CO2; 2) при окислении сложных веществ:

4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2; CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O;

3) при разложении сложных веществ: H2SO3 → H2O + SO2; CaCO3 → CaO + CO2; Cu(OH)2 → CuO + H2O.

Свойства основных оксидов

Основные оксиды взаимодействуют с водой только в том случае, если при этом получается растворимое основание (щелочь). Это оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов:

K2O + H2O → 2KOH;

BaO + H2O → Ba(OH)2.

Если основному оксиду соответствует нерастворимое основание, такой оксид в воде не растворяется и с ней не взаимодействует.

Все основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли: Na2O + H2SO4 → Na2SO4 + H2O;

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O.

7

Основные оксиды реагируют также с кислотными оксидами. K2O + CO2 → K2CO3;

CaO + N2O5 → Ca(NO3)2.

Свойства кислотных оксидов

Кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислоты: SO2 + H2O → H2SO3;

CrO3 + H2O → H2CrO4.

Только один из кислотных оксидов – оксид кремния SiO2 – не реагирует с водой, так как соответствующая ему кремниевая кислота не растворима в воде. Кислотные оксиды ещё называют ангидридами. Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием солей:

SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O;

P2O5 + 6KOH → 2K3PO4 + 3H2O.

Кислотныеоксидыреагируютсосновнымиоксидамисобразованиемсолей: SiO2 + Na2O → Na2SiO3;

V2O5 + CaO → Ca(VO3)2.

Свойства амфотерных оксидов

Амфотерные оксиды с водой не реагируют, но реагируют с кислотами подобно основным оксидам:

ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O;

Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O.

С основаниями амфотерные оксиды реагируют подобно кислотным, то есть входят в состав кислотного остатка:

ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O (при сплавлении); ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] (в растворе щелочи).

Гидроксиды – это сложные соединения, состоящие из оксида и воды. Гидроксиды обычно рассматривают как продукты взаимодействия оксидов с водой независимо от того, наблюдается это взаимодействие в действительности или гидроксид может быть получен только косвенным путем. Оксиды металлов, взаимодействуя с водой, дают основные гидроксиды или основания. Оксиды неметаллов, соединяясь с водой, образуют кислотные гидроксиды или кислоты.

Гидроксиды или основания – это сложные соединения, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп. На-

8

пример, Ni(OH)2, Cu(OH)2, Mg(OH)2, AgOH и другие. Растворимые в воде основания называют щелочами: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2.

Основания получают:

1)привзаимодействиищелочныхищелочно-земельныхметалловсводой: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2,

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2;

2)при взаимодействии оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов с водой:

K2O + H2O → 2KOH;

BaO + H2O → Ba(OH)2;

3) нерастворимыеоснованияполучаютприреакциисолейсощелочами: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4;

FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2 + 2KCl.

Свойства оснований

Основаниявзаимодействуютскислотнымиоксидами,кислотамиисолями: Ca(OH)2 + SO3 → CaSO4 + H2O;

Fe(OH)2 + H2CO3 → FeCO3 + 2H2O;

2KOH + CuCl2 → Cu(OH)2 + 2KCl.

Гидроксиды металлов, которые могут проявлять как основные, так и кислотные свойства, называются амфотерными гидроксидами. Амфотерные гидроксиды способны реагировать как с кислотами, так и со щелочами, но в воде не растворяются:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O; Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (в растворе);

Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (при сплавлении).

Кислоты – это сложные соединения, состоящие из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться металлом, и аниона кислотного остатка. Все кислоты подразделяются:

1)по содержанию кислорода – на кислородсодержащие (H2SO4, HNO3, H3PO4) и бескислородные (HCl, H2S, HCN);

2)по числу атомов водорода – на одноосновные (HCl, HNO3), двухосновные (H2CO3, H2SO4, H2S) и трехосновные (многоосновные)

(H3PO4, H3AsO4);

3) по степени диссоциации – на сильные электролиты (HCl, H2SO4, HNO3, HI, HBr) и слабые электролиты (H2CO3, H2S и др.);

9