Общая химия
.pdfГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИНЗДРАВА РОССИИ
Е. Ю. ЕРМИШИНА, Н. А. БЕЛОКОНОВА
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Учебное пособие
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве оценочных средств для проведения промежуточной аттестации при реализации образовательных программ высшего образования – программ специалитета в области образования "Здравоохранение и медицинские науки"
Екатеринбург
2016
УДК 54 (075.8)
ББК 24я 73 0-64
Ермишина Е. Ю., Белоконова Н.А.
Общая химия // Учебное пособие. Екатеринбург: УГМУ, 2016, 340 с.
Учебное пособие по дисциплине Химия предназначено для студентов, обучающихся по основным образовательным программам высшего образования – программам специалитета области образования Здравоохранение и медицинские науки.
Настоящее пособие содержит основные разделы общей химии, изложенные в соответствии с требованиями федеральных государственных стандартов высшего образования по специальностям области образования Здравоохранение и медицинские науки. К каждой теме прилагаются примеры тестовых заданий, разбитые на разделы в соответствии с порядком изложения темы и решения с эталонами ответов, расположенные в конце учебного пособия. Тестовые задания для самоконтроля усвоения знаний студентами по всем темам помещены в отдельном разделе в конце пособия. В приложении представлен обширный справочный материал.
Пособие способствует усилению роли учащегося в собственном образовании, а также организации самостоятельной работы студентов по подготовке к занятиям с учетом компетентностного подхода.
УДК 54 (075.8)
ББК 24я 73
Рецензент – профессор, д.х.н. Тхай В.Д.
2
Содержание |
|
ТЕМА I. ВИДЫ КОНЦЕНТРАЦИЙ. ЗАКОН |
|
ЭКВИВАЛЕНТОВ.................................................................................... |
7 |
1.1. Моль. Молярная масса. Моль эквивалент. Молярная масса |
|
эквивалента. Расчет молярной массы эквивалента для атома и |
|
вещества. Фактор эквивалентности...................................................... |
7 |
1.2. Растворы. Способы выражения концентрации растворов........ |
10 |
1.3. Закон эквивалентов....................................................................... |
12 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ I. ................................................... |
14 |
ТЕМА II. ТЕРМОДИНАМИКА........................................................... |
17 |
2.1. Основные понятия и определения............................................... |
17 |
2.2. Первое начало термодинамики.................................................... |
20 |
2.3. Закон Гесса. Следствия из него................................................... |
26 |
2.4. Второе начало термодинамики. Энтропия ................................. |
28 |
2.5. Энергия Гиббса и направление химических реакций................ |
33 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ II. .................................................. |
37 |
ТЕМА III. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. ХИМИЧЕСКОЕ |
|
РАВНОВЕСИЕ........................................................................................ |
42 |
3.1. Химическая кинетика. Скорость химической реакции и |
|
факторы, на нее влияющие ................................................................. |
42 |
3.2. Химическое равновесие................................................................ |
47 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ III.................................................. |
50 |
ТЕМА IV. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ИОННЫЕ |
|
РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ. ПОВЕДЕНИЕ СЛАБЫХ |
|
ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ЗАКОН РАЗБАВЛЕНИЯ ОСТВАЛЬДА. |
|
ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ.................................................. |
53 |
4.1. Понятие об электролитах и неэлектролитах. |
|
Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации, |
|
константа ионизации. Закон разбавления Оствальда....................... |
53 |
4.2. Ионизация воды. Ионное произведение воды. |
|
Водородный и гидроксильный показатели (рН и рОН) ................... |
58 |
4.3. Сильные электролиты. Активность ионов.................................. |
61 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ IV.................................................. |
63 |
3
ТЕМА V. БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ.................................................... |
67 |
5.1. Основные понятия и определения............................................... |
67 |
5.2. Расчет рН буферных систем I типа ............................................. |
69 |
5.3. Расчет рН и рОН буферных систем II типа................................ |
69 |
5.4. Механизм буферного действия.................................................... |
69 |
5.5. Расчет буферной емкости............................................................. |
74 |
5.6. Оценка буферной емкости и буферное отношение. |
|
Факторы, определяющие емкость буфера......................................... |
75 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ V. ................................................ 76 |
|
ТЕМА VI. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА |
|
РАСТВОРОВ........................................................................................... |
84 |
6.1. Осмотические свойства растворов.............................................. |
84 |
6.2. Закон Рауля и следствия из него. Криоскопия. |
|
Эбулиоскопия....................................................................................... |
89 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ VI.................................................. |
91 |
ТЕМА VII. ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ (ПР) .............. |
96 |
7.1. Понятие о произведении растворимости.................................... |
96 |
7.2. Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы |
|
с точки зрения теории произведения растворимости...................... |
98 |
7.3. Практическое применение ПР. Растворимость веществ........... |
99 |
7.4. Условия растворения осадков.................................................... |
100 |
7.5. Совмещенные равновесия и конкурирующие процессы |
|
разных типов...................................................................................... |
104 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ VII. ............................................ |
110 |
ТЕМА VIII. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. АДСОРБЦИЯ.... |
113 |
8.1. Поверхностное натяжение: физический смысл, |
|
факторы, от которых зависит σ......................................................... |
113 |
8.2. Адсорбция на поверхности жидкости. Правило |
|
Дюкло-Траубе .................................................................................... |
115 |
8.3. Адсорбция на твердых сорбентах.............................................. |
119 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ VIII............................................. |
125 |
4
ТЕМА IX. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ........................................... |
129 |
9.1. Классификация дисперсных систем.......................................... |
129 |
9.2. Методы получения лиофобных коллоидов .............................. |
136 |
9.3. Строение коллоидной мицеллы................................................. |
138 |
9.4. Двойной электрический слой и электрокинетические |
|
явления................................................................................................ |
142 |
9.5. Коагуляция лиофобных коллоидов........................................... |
143 |
9.6. Стабилизация золей. Коллоидная защита. |
|
Очистка золей. Гели........................................................................... |
146 |
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ К ТЕМЕ IX. ......................... |
152 |
Тема Х. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ................................... |
161 |
10.1. Понятие о комплексных соединениях. |
|
Строение комплексных соединений ................................................ |
161 |
10.2. Классификация и номенклатура комплексных |
|
соединений......................................................................................... |
164 |
10.3. Поведение комплексных соединений в растворе................... |
167 |
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ К ТЕМЕ Х............................ |
169 |
ТЕМА XI. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ |
|
ПРОЦЕССЫ.......................................................................................... |
173 |
11.1. Степень окисления.................................................................... |
173 |
11.2. Основные положения теории окислительно- |
|
восстановительных реакций (ОВР) .................................................. |
175 |
11.3. Типы окислительно-восстановительных реакций.................. |
176 |
11.4. Методы составления ОВР........................................................ |
177 |
11.5. Расчет молярной массы эквивалента окислителя и |
|
восстановителя................................................................................... |
185 |
11.6. Стандартные электродные потенциалы. Направление |
|
протекания окислительно-восстановительных реакций ............... |
186 |
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ К ТЕМЕ XI. ......................... |
188 |
ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ........................................... |
193 |
ТЕМА I.................................................................................................... |
193 |
5
ТЕМА II.................................................................................................. |
200 |
ТЕМА III. ............................................................................................... |
207 |
ТЕМА IV................................................................................................. |
210 |
ТЕМА V. ................................................................................................. |
224 |
ТЕМА VI................................................................................................. |
232 |
ТЕМА VII. .............................................................................................. |
238 |
ТЕМА VIII. ............................................................................................ |
253 |
ТЕМА IX................................................................................................. |
261 |
ТЕМА Х. ................................................................................................. |
268 |
ТЕМА XI................................................................................................. |
274 |
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ |
|
ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ...................................................................... |
289 |
ОТВЕТЫ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ ДЛЯ |
|
САМОКОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ.................................. |
313 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................... |
314 |
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА............................................... |
338 |
6
ТЕМА I. ВИДЫ КОНЦЕНТРАЦИЙ. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
1.1. Моль. Молярная масса. Моль эквивалент. Молярная масса эквивалента. Расчет молярной массы эквивалента для атома и вещества.
Фактор эквивалентности
Масса вещества m измеряется в г (кг)
моль, ν (ню),– это единица количества вещества, которая содержит столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько атомов в 12 г изотопа углерода-12, т.е. 6,02.1023.
Количество вещества можно вычислить по формуле:
ν = m/M.
Молярная масса (М, г/моль) – это масса одного моля вещества.
Из закона постоянства состава следует, что элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Поэтому в химию были введены понятия моль эквивалент и молярная масса эквивалента: моль эквивалент, νЭ (ню с индексом э) - это такое количество элемента или вещества, которое взаимодействует без остатка с 1 моль атомов водорода или замещает такое же количество атомов водорода в химических реакциях.
Молярная масса эквивалента вещества (Х) (МЭ, г/моль экв) - это масса одного моль эквивалента вещества. Число моль эквивалентов можно вычислить по формуле: νЭ = m/ МЭ
Молярная масса эквивалента вещества Х:
МЭ =М( 1z X)= 1z M(X)
1
z
доля реальной частицы вещества, соответствует одному иону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.
Молярная масса эквивалента кислоты рассчитывается как молярная масса кислоты, деленная на основность - число
7
атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл или ион NH4+ с образованием соли: МЭкислоты= 1z М(кислоты)
Например, для одноосновных кислот, соляной НСl, азотной НNО3, уксусной СН3СООН и т.д. молярная масса эквивалента будет равна их молярной массе (т.к. z =1):
МЭНСl = 36,5/1 = 36,5 г/моль экв;
МЭСН3СООН 60/1 60 г/мольэкв;
МЭHNO3 63/1 63г/мольэкв.
Для двухосновных кислот, сернистой Н2SО3, серной Н2SО4, угольной Н2СО3, сероводородной H2S и т.д. молярная масса эквивалента равна их молярной массе, деленной на 2 (z=2):
МЭH2SO3 = 82/2 = 41 г/моль экв;
МЭH2SO4 = 98/2 = 49 г/моль экв;
МЭH2СO3 = 62/2 = 31 г/моль экв; МЭH2S = 34/2 = 16 г/моль экв
Для трехосновной фосфорной кислоты Н3РО4 молярная масса эквивалента равна молярной массе, деленной на 3 (т.к z = 3):
МЭH3РO4 = 98/3 = 32,7г/моль экв.
Молярная масса эквивалента основания рассчитывает-
ся как молярная масса основания, деленная на кислотность - число групп ОН в основании, способных замещаться на кислотный остаток:
МЭоснования= 1z М(основания)
Например, для однокислотных оснований гидроксида натрия NаОН, гидроксида калия КОН и т.д. молярная масса эквивалента равна его молярной массе (т.к. z = 1):
МЭNаОН = 40/1 = 40 г/моль экв;
8
МЭКОН = 56/1 = 56 г/моль экв.
Для двухкислотных оснований гидроксида кальция Са(ОН)2, гидроксида бария Ва(ОН)2 и т.д. молярная масса эквивалента равна его молярной массе, деленной на 2 (z = 2):
МЭСа(ОН)2 = 74/2 = 37 г/моль экв;
МЭВа(ОН)2 = 171/2 = 85,5 г/моль экв.
Молярная масса эквивалента соли рассчитывается как молярная масса соли, деленная на число катионов, умноженное
на заряд катиона: МЭсоли = z1 М(соли)
Например, молярная масса эквивалента карбоната калия равна его молярной массе, деленной на 2 (число катионов), умноженное на 1 (заряд катиона) (т.к. z = 2.1 = 2):
МЭК2СО3 = 138/2·1 = 69 г/моль экв.
Молярная масса эквивалента оксида рассчитывается как молярная масса оксида, деленная на число атомов кислорода, умноженное на 2 (валентность атома кислорода):
Мэоксида= 1z Моксида
Например, молярные массы эквивалента оксидов фосфора Р2О3 и Р2О5 соответственно равны:
Мэ Р2О3= 110/(3 · 2) = 18,3 г/моль экв Мэ Р2О5= 142/(5 · 2) =14,2 г/моль экв
Молярные массы эквивалента химических соединений могут иметь переменные значения в зависимости от характера превращения в реакциях. Тот факт, что одно и то же вещество может иметь различный фактор эквивалентности в различных реакциях, особенно наглядно можно видеть на примере взаимодействия многоосновных кислот с основаниями. Например, возьмем взаимодействие фосфорной кислоты с гидроксидом калия. При этом может образовываться либо средняя соль, либо кислые соли. При этом фактор эквивалентности фосфорной кислоты имеет различные значения.
Н3РО4 + 3КОН→К3РО4 + 3Н2О
9
, т.к. одной молекуле кислоты в данной кислот-
но-основной реакции соответствует 3 иона водорода. Н3РО4 + 2КОН→К2НРО4 + 2Н2О
, т.к. одной молекуле кислоты в данной кислот-
но-основной реакции соответствует 2 иона водорода. Н3РО4 + КОН→КН2РО4 + Н2О
, т.к. одной молекуле кислоты в данной ки- слотно-основной реакции соответствует 1 ион водорода.
1.2. Растворы. Способы выражения концентрации растворов
Раствор − это гомогенная система переменного состава, состоящая из двух и более компонентов. Обязательными компонентами раствора (р-ра) являются растворитель (р-ль) и растворенное вещество (р.в.)
Важнейшей характеристикой раствора является концентрация, т.е. относительное содержание каждого из компонентов раствора. Существуют следующие наиболее часто употребляемые способы выражения концентрации раствора: массовая доля, молярная (молярность), молярная концентрация эквивалента (нормальность), моляльная (моляльность), титр и мольная доля. Каждый способ выражения концентрации имеет свои преимущества для определенных целей. Все способы выражения растворов представлены в таблице.
10