Министерство образования Российской Федерации Хабаровская государственная академия экономики и права Кафедра естественнонаучных дисциплин
И.А. Жарская
Н.Л. Мара
Химия
пособие для абитуриентов и учащихся школы «Юный товароведэксперт» очной и заочной форм обучения
Хабаровск 2003
1
Министерство образования Российской Федерации
Хабаровская государственная академия экономики и права
Кафедра естественнонаучных дисциплин
И.А. Жарская Н.Л. Мара
Химия
Часть 1
Общая химия
пособие для абитуриентов и учащихся школы «Юный товароведэксперт» очной и заочной форм обучения
Хабаровск 2003
2
ББК Г
Х
Химия. Часть 1. Общая химия: Пособие для абитуриентов и учащихся школы «Юный товаровед-эксперт» очной и заочной форм обучения. / И.А. Жарская, Н.Л. Мара. – Хабаровск: РИЦ ХГАЭП, 2003. – с.
Кафедра органической и токсикологический химии Дальневосточного государственного медицинского университета (зав. кафедрой к.х.н., доцент Н.Н. Минаева), к.х.н., доцент кафедры химии Хабаровского государственного технического университета Л.И. Чекмарева.
Редактор Г.С. Одинцова
Подписано в печать _________. Формат 60 х 84/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. _____
Уч.-изд. _____. Тираж_______экз. Заказ №_____
680042, Хабаровск. ул. Тихоокеанская, 134, ХГАЭП, РИЦ
© Хабаровская государственная академия экономики и права, 2003
3
Введение
Предлагаемое пособие предназначено для поступающих на коммерческий факультет Хабаровской государственной академии экономики и права по специальности 351100 «Товароведение и экспертиза товаров» и написано в соответствии с государственной программой по химии для поступающих в вузы.
Авторы предлагаемого пособия имеют большой опыт работы с абитуриентами. Подготовка к вступительному экзамену должна отличатся от простого повторения отдельных частей, вопросов курса химии, автоматического выполнения тестовых заданий. Абитуриент должен осмыслить систему предмета в целом, выделить в нем главное, основное, установить логическую связь между отдельными разделами, упорядочить свои знания и обобщить их.
Трудности, которые испытывают абитуриенты при самостоятельной подготовке по химии, обусловлены, прежде всего, отсутствием соответствующих навыков в использовании своих теоретических знаний при обобщении изучаемого материала и при его практическом применении для решения разного рода задач. При работе над пособием учитывалось, что пользоваться им могут учащиеся с различным уровнем подготовки, поэтому выбрана такая форма изложения материала и подобраны задания различной степени сложности.
Пособие состоит из трех частей: I часть «Общая химия», II часть «Неорганическая химия», III часть «Органическая химия». Каждая часть включает в себя несколько разделов. В начале каждого раздела обобщен и структурирован теоретический материал, приведены примеры решения задач, предложены многовариантные задания и тесты для самоконтроля с вариантами ответов.
Данное пособие может быть использовано слушателями школы «Юный товаровед-эксперт» как заочного, так и очного отделений в процессе подготовки к экзаменам по химии. В пособии даны рекомендации для слушателей заочного отделения «ШЮТЭ» по выполнению контрольных работ.
При изучении химии слушатель заочного отделения «ШЮТЭ» должен обязательно выполнить три контрольные работы по химии своего варианта, указанного методистом: первую – из I части; вторую из II части; третью – из III части пособия. Кроме того, он может выполнить задания из других вариантов и задать интересующие его вопросы).
Контрольные работы выполняются в отдельной тетради с полями. Решения задач и ответы на вопросы должны быть обоснованы с использованием основных теоретических положений. При решении расчетных задач приводится весь ход решения и математического преобразования. Номера и условия задач переписываются в порядке, указанном в контрольной работе. Контрольные работы проверяют, рецензируют, оценивают и возвращают абитуриенту.
Составители благодарят рецензента к.х.н., доцента Минаеву Н.Н., зав кафедрой органической химии ХГМУ за сделанные замечания.
4
ПРОГРАММА ПО ХИМИИ ДЛЯ СЛУШАТЕЛЕЙ ШКОЛЫ «ЮНЫЙ ТОВАРОВЕД-ЭКСПЕРТ»
(90 часов)
1. Предметы и задачи химии. Место среди естественных наук. Значение химии.
2. Основные понятия и законы химии.
Атомы и молекулы. Химический элемент, простое вещество (аллотропия), сложное вещество, смесь веществ. Относительная атомная масса, относительная молекулярная масса. Моль – единица количества вещества. Молярная масса. Постоянство состава вещества. Закон Авогадро и его следствия. Молярный объем. Основные газовые законы. Явления физические и химические. Валентность и степень окисления.
3. Строение атома. Химическая связь. Строение вещества.
Строение ядер и электронных оболочек атомов химических элементов (s- ,p-,d – элементы). Изотопы. Периодический закон и строение периодической системы.
Типы химических связей (полярная и неполярная, ионная, водородная, металлическая) и механизмы образования химических связей (обменный и до- норно-акцепторный): ковалентная Агрегатные состояния веществ. Вещества аморфные и кристаллические. Типы кристаллических решеток.
4. Растворы.
Растворимость веществ, зависимость растворимости веществ от их природы, температуры и давления. Типы растворов (газообразные, жидкие, твердые). Выражение состава раствора (массовая доля, объемная доля, молярная концентрация). Представления о коллоидных растворах. Значение растворов в жизни человека.
Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Реакции ионного обмена.
5. Классификация неорганических соединений.
Оксиды, кислоты, основания, соли (классификация, номенклатура, способы получения и свойства). Амфотерность. Гидролиз солей.
6. Основные закономерности протекания химических реакций.
Классификация реакций: соединения, разложения, замещения, обмена. Тепловые эффекты химических реакций. Скорость химических реакций и ее зависимость от различных факторов. Константа скорости химической реакции. Катализ и катализаторы. Обратимость реакций. Химическое равновесие и условия его смещения.
5
Окислительно-восстановительные реакции, важнейшие окислители и восстановители. Свойства перманганата калия: восстановление перманганатиона в кислой, нейтральной и щелочной средах.
Электролиз расплавов и растворов.
7. Металлы.
Общая характеристика металлов: физические и химические свойства. Общие способы получения металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов. Коррозия металлов.
Общая характеристика I А- и II А-групп периодической системы. Свойства натрия, калия и их соединений. Кальций и его соединения.
Свойства алюминия и его соединений. Роль алюминия в технике. Свойства оксидов и гидроксидов хрома (+2), (+3), (+6), хроматов и ди-
хроматов.
Свойства железа, оксидов и гидроксидов железа (+2) и (+3). Получение чугуна и стали.
Марганец, его свойства; соединения марганца и их применения. Свойства оксидов и гидроксидов цинка.
Применение металлов и сплавов.
8. Неметаллы.
Общая характеристика IVА-, VА-, VIА-, VIIАгрупп периодической системы.
Водород, его химические и физические свойства. Окислительновосстановительные реакции с участием пероксида водорода. Вода, строение молекулы, физические и химические свойства. Вода – универсальный растворитель. Кристаллогидраты. Жесткость воды и способы ее устранения.
Углерод, его аллотропные формы; физические и химические свойства. Свойства и способы получения оксидов углерода (+2), (+4). Угольная кислота, ее соли, их применение.
Кремний, физические и химические свойства; оксиды кремния; кремниевая кислота и ее соли.
Азот, его физические и химические свойства, получение. Свойства аммиака и солей аммония. Оксиды азота, азотная кислота и ее соли. Способы получения аммиака и азотной кислоты.
Фосфор, аллотропные формы, его физические и химические свойства. Свойства оксидов фосфора, фосфорной кислоты и ее солей.
Кислород, его получение, физические и химические свойства. Аллотропия кислорода. Озон и его свойства
Сера, ее физические и химические свойства. Соединения серы: сероводород, сульфиды; оксиды серы (4, 6), сернистая кислота и сульфиты; серная кислота и сульфаты; их применение.
6
Хлор, способы его получения, свойства. Соединения хлора (хлороводород, хлориды, хлорная, хлорноватая, хлористая, хлорноватистая кислоты и их соли).
Минеральные удобрения, их применение и значение.
9. Теоретические положения органической химии.
Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова. Изомерия.
Электронная природа химических связей в молекулах органических соединений, способы разрыва связей, понятие о свободных радикалах. Электронное и пространственное строение молекул на примере метана, этилена, ацетилена, и бензола. Понятие о гибридизации атомных орбиталей.
Гомологические ряды. Основные принципы номенклатуры органических соединений.
10. Основные классы органических соединений
Углеводороды: алканы и циклоалканы, алкены, диеновые углеводороды, ароматические углеводороды. Строение молекулы, физические и химические свойства, способы получения, применение.
Кислородосодержащие органические соединения: спирты одноатомные и многоатомные; фенолы; альдегиды и кетоны; карбоновые кислоты; сложные эфиры. Физические и химические свойства, способы получения и применения.
Общие понятия химии высокомолекулярных соединений (мономер, полимер, элементарное звено, степень полимеризации). Реакции полимеризации и поликонденсации, (полиэтилен, природный и синтетический каучуки, волокна натуральные, искусственные и синтетические).
Жиры, получение, свойства, применение, значение в жизни человека. Мыла. Понятие о синтетических моющих средствах.
Углеводы: строение и свойства моносахаридов (глюкоза, фруктоза, рибозы, дезоксирибоза); дисахаридов (мальтоза, целлюлоза, сахароза); полисахаридов (крахмал, целлюлоза). Их применение и значение в жизни человека.
Азотосодержащие соединения: амины алифатические и ароматические; аминокислоты. Физические и химические свойства, способы получения.
Понятие о гетероциклических соединениях: пиридин, пиррол, пиримидин, пурин. Строение пиримидиновых и пуриновых оснований: цитозина, урацила, тимина, аденина, гуанина.
Пептиды, белки. Строение, физические и химические свойства, получение, значение.
Нуклеиновые кислоты: РНК и ДНК. Строение нуклеозидов и нуклеотидов; биологическая роль.
7
Некоторые общепринятые обозначения и сокращения
1. |
А |
- атомная масса элемента; |
2. |
М |
- молярная масса вещества; |
3. |
ν, n |
- количества вещества; |
4. |
В |
- вещество; |
5. |
В (г), (ж), (т) |
- агрегатное состояние вещества (газообразное, жидкое, |
|
|
твердое); |
6. |
Т, t0 |
- температура нагревания; |
7. |
V |
- объем; |
8. |
Р |
- давление; |
9. |
ρ |
- плотность раствора; |
10.D |
- плотность газа; |
|
11.ω % |
- массовая доля вещества, выраженная в процентах; |
|
12.(разб) |
- разбавленный раствор; |
|
13.(конц) |
- концентрированный раствор; |
|
14.н.у. |
- нормальные условия; |
|
15.ст. у. |
- стандартные условия; |
|
16.К |
- катализатор. |
|
|
|
|
8
1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ
Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию равна массе всех продуктов реакции. Общее число атомов остается постоянным до и после реакции.
Закон постоянства состава вещества: вещества молекулярной структуры,
имеют один и тот же качественный и количественный состав независимо от способа получения.
Соединения
Дальтониды-
соединения молекулярной структуры, имеющие постоянный состав независимо от способа получения
(H2O, HCl, CCl4, CO2). Например:
состав CO2 = 27,27(С) + 72,73 % (О)
не зависимо от способа получения.
Бертоллиды-
соединения с немолекулярной структурой (с атомной, ионной, металлической решеткой) переменного состава, который зависит от способа получения. Например: UO3 → состав UO25 до
UO3; UO – состав от UO0,9 до UO1,3 зависит от температуры и давления кис-
лорода.
Закон эквивалентов: вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Эквивалентом (Э) называют реальную или условную частицу вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионно-обменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных.
Эквивалентное число: ZB – показывает, сколько эквивалентов содержится в одной формульной единице вещества и определяется химической реакцией, в которой данное вещество участвует.
Закон кратных отношений: массовые доли элементов в соединениях относятся друг другу как небольшие целые числа.
Закон объемных отношений: объемы вступающих в реакцию газов, а также объемы газообразных продуктов реакции относятся друг к другу как простые целые числа.
Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.
Следствия из закона Авогадро:
1.При одинаковых условиях равные количества различных газов занимают равные объемы.
2.При нормальных условиях (Т = 273 К, Ρ = 1,01 · 105 Па) 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л.
9
Объединенный газовый закон:
P0 V0 P1 V1 ,
T0 T1
где Р0, V0, Т0 – значение давления, объема и температуры при нормальных условиях, а Р1, V1, Т1 – при условиях, отличных от нормальных.
Уравнение Менделеева-Клапейрона (для идеального газа):
РV nRT Mm RT ,
где Р – давление, V – объем, Т – температура, R – универсальная газовая постоянная.
Обучающая задача 1
Какое количество вещества и структурных единиц содержится в оксиде серы (VI) массой 12 г? Какой объем занимает данная масса газа при нормальных условиях?
Решение:
1. Молярная масса оксида серы (VI) составляет:
M(SO3) = M(S) + 3M(O);
M(SO3) = (35 + 3 ∙ 16) = 80 (г/моль)
2. Определяем количество вещества SO3
n(SO ) |
m(SO3 ) |
; |
n(SO ) |
12г |
0,15(моль) |
|
|
||||
3 |
M (SO3 ) |
3 |
80г / моль |
|
|
|
|
|
|||
3. Определяем число структурных единиц вещества SO3
N(SO3) = n(SO3)NA ; где NA – число Авогадро.
N(SO3) = 0,15 ∙ 6,02 ∙ 1023 = 0,903 ∙ 1023 (стр. ед).
4. Находим объем данной массы газа: |
|
|
|
|
по следствию из закона Авогадро |
|
|
|
|
1 моль любого газа (н.у.) занимает объем |
22,4 л. |
|||
0,15 моль SO2 |
|
————— |
X л |
|
Х |
0,15 |
22,4 |
3,36(л) |
|
|
|
|
||
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
Ответ: 3,36 (л)