Химия

2

Авторы: Яглов В.Н., Меженцев А.А., Бурак Г.А., Зык Н.В., Слепнева Л.М., Горбунова В.А., Глушонок Г.К., Кречко Н.А., Шагойко Ю.В.

Предложенный комплекс разработан в целях формирования у студентов познаний в области общей химии и направлен на повышение уровня профессиональной подготовки специалистов энергетического профиля.

Учебно-методический комплекс по химии для студентов, обучающихся на специальностях энергетического профиля, содержит подробное описание процесса выполнения лабораторных работ, материалы курса лекций, содержание основных вопросов по курсу лекций, справочные таблицы, структуру билетов предлабораторного и рубежного контролей.

Белорусский национальный технический университет пр-т Независимости, 65, г. Минск, Республика Беларусь Тел.(017) 293-91-20 Регистрационный № БНТУ/ ЭУМК-

©БНТУ, 2019

©Яглов В.Н., Меженцев А.А., Бурак Г.А., Н.В. Зык,

Л.М. Слепнева, В.А. Горбунова, Г.К. Глушонок, Н.А. Кречко, Ю.В. Шагойко

3

4

В В Е Д Е Н И Е

Учебная программа нового поколения по дисциплине «Химия» предназначена для реализации на первой ступени высшего образования в рамках цикла естественнонаучных дисциплин. Ее отличительными особенностями являются: обновленное содержание, значительное усиление роли и доли самостоятельной работы студента, использование современных инновационных педагогических технологий. В рамках совместного сотрудничества преподавателя и студента программа выступает своеобразным «навигатором» добывания знаний, информации и приобретения практических умений.

Цель создания электронного учебно-методического комплекса – рациональное структурирование и подача учебного материала.

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ,

ЕЕМЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Цель преподавания дисциплины.

Основными целями профессиональной подготовки студентов в вузе выступают формирование и развитие профессиональных компетенций, основанных на профессиональных знаниях, обеспечивающих исполнение возникающих технических задач и решение различных технологических проблем.

Знание химии и необходимо для плодотворной творческой деятельности современного специалиста любой специальности.

Задачи изучения дисциплины.

Задача химической подготовки современного специалиста любой специальности должна заключаться не в накоплении фактических сведений о свойствах различных материалов, не в запоминании существующих технологических рекомендаций, а в создании у него навыков, помогающих ему решать многообразные технические и технологические проблемы. Таким образом, в задачи изучения дисциплины «Химия» для студентов ЭФ входит:

-овладение основными понятиями, закономерностями и законами химии;

-формирование ряда фундаментальных навыков теоретического и практического плана.

Воснову структурирования содержания учебной дисциплины положен принцип модульного подхода, который предполагает разбивку научнотеоретического материала в относительно самостоятельные учебные разделы. По каждому учебному разделу в соответствии с его целями и задачами по формированию и развитию у студентов конкретных компетенций преподавателем (кафедрой) проектируются и реализуются определенные педагогические технологии.

Вчисле наиболее перспективных и эффективных современных инновационных образовательных систем и технологий следует выделить: учебно-методические комплексы; вариативные модели управляемой самостоятельной работы студентов,

5

блочно-модульные, модульно-рейтинговые системы, информационные технологии, методики активного обучения.

2.ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

2.1.ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Оксиды. Классификация. Свойства. Номенклатура.

Кислоты и основания. Классификация. Свойства. Номенклатура. Соли. Классификация. Свойства. Номенклатура.

Химия занимается изучением превращений химических веществ (число известных к настоящему времени веществ более десяти миллионов), поэтому очень важна классификация химических соединений. Под классификацией понимают объединение разнообразных и многочисленных соединений в определенные группы или классы, обладающие сходными свойствами. С проблемой классификации тесно связана проблема номенклатуры, т.е. системы названий этих веществ. Классификация неорганических веществ и их номенклатура основаны на наиболее простой и постоянной характеристике – химическом составе, показывающем качественные и количественные соотношения атомов в соединении.

Классификация основных классов химических соединений.

Органические

Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степени окисления. Под степенью окисления (С.О.) понимается предполагаемый заряд атома в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Степень окисления может быть положительной, отрицательной ( N+4 O2-2), дробной величиной( Fe3+8/3O4) или равной нулю (P°). Для большинства элементов А

– подгрупп высшая степень окисления (С.О.max )равна номеру группы, а низшая степень окисления равна разности (С.Оmin = С.О. max. - 8).

Например, для S, находящейся в группе ПС С.О. max. = 6, а С.Оmin = 6-8 = -2. Все остальные степени окисления элемента называют промежуточными: S+4.

6

Высшая положительная степень окисления проявляется, когда в образовании связи принимают участие все валентные электроны атома.

НЕКОТОРЫЕ ПРАВИЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ ОКИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ.

1.Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю.

Например; Н2°; N2°, О2°, Na°, Cu°, Fe°, Hg°, Sо, P°, B° и др.

2.Атомы кислорода в основных классах неорганических соединений проявляют степень

окисления (-2).

Например: Са+2О-2, S+4O2-2 и т.д.

Исключения: фторид кислорода О+2 F2-1 - степень окисления кислорода (+2), пероксиды -

степень окисления кислорода

(-1),Н2+1 О2-1.

3. Атом водорода в основных классах неорганических соединений проявляет степень окисления (+ 1).

Например: H2+1S-2, N-3H3+1, Н2+1О-2, K+1O-2H+1, Na+1H+1C+4O 32 .

Исключения: гидриды металлов типа Ca+2H2-1; Na+1H-1; в которых степень окисления водорода (-

1).

4. Металлы IA, IIА и I I I A главных подгрупп Периодической системы проявляют степень окисления равную номеру группы в которой находится этот элемент т.е. соответcтвенно (+1), (+2) и

(+3) (см. табл.1.2).

Например: Na2+1O-2; Sr+2O-2; Al2+3O3-2, Na +O -2H+.

5. Алгебраическая сумма степеней окисления отдельных атомов, образующих молекулу, с учетом их стехиометрических индексов равна нулю. Например, можно определить степень

окисления азота в молекуле НNO3, зная степени окисления кислорода (-2) и водорода (+1):

H+1NхО3-2

NH3 , N2H4 ,NH2OH, N2 ,NO, NaNO2, NO2, KNO3

K+1Mn+7O4-2; H2+1Mn+6O4-2; Mn+4O2-2.

Элементы, имеющие постоянную степень окисления в большинстве соединений

7

Cs+1 Ba+2

Fr+1 Ra+2

Оксиды. Классификация. Свойства. Номенклатура.

К наиболее важным и распространенным кислородсодержащим соединениям элементов относятся оксиды.

Оксиды - бинарные соединения элементов с кислородом в степени окисления -2.

Общая формула оксидов ЭхОу-2.

Почти все элементы образуют оксиды. Исходя из степени окисления кислорода и положения в ПС Д.И.Менделеева, состав оксидов можно представить простейшими формулами: Э2О, ЭО, Э2О3, ЭО2, Э2О5, ЭО3 , Э2О7, ЭО4.

К оксидам не относятся соединения, содержащие атомы кислорода, связанные химической связью друг с другом ( Na2O2- пероксид натрия : Na –O-1 – O-1- Na )

Название оксидов состоит соответственно из слова «оксид» плюс название элемента в родительном падеже единственного числа:

Na2O – оксид натрия,

CaO – оксид кальция

Если элемент проявляет переменную степень окисления, то в скобках дополнительно указывают степени окисления элемента:

SO2 - оксид серы (IV),

SO3 - оксид серы (VI).

Оксиды

Несолеобразующие

(безразличные)

Солеобразующие

NO, CO, SiO, N2O

8

Амфотерные BeO - оксид бериллия;

Al2O3 - оксид алюминия; Cr2O3 - оксид хрома (III); ZnO - оксид цинка; SnO - оксид олова (II); PbO - оксид свинца (II).

Несолеобразующими называют оксиды, которым не соответствуют ни кислоты, ни основания и поэтому, с точки зрения кислотно-основных свойств, их характер может быть назван безразличным.

Солеобразующими называются оксиды, которые образуют соли. Солеобразующие оксиды делятся на основные, амфотерные и кислотные. Основными называются оксиды, элемент которых

кристаллических решеток и способность к поляризации атомов кислорода.

Косновным оксидам относятся:

-оксиды всех металлов главной подгруппы первой группы (щелочные металлы Li – Fr);

-главной подгруппы второй группы (Mg-Ra);

-оксиды переходных металлов в низших степенях окисления ( например, MnO ,FeO)

Кислотными называют оксиды, элемент которых при образовании соли или кислоты входит в состав аниона. Оксиды ( высшие) малоактивных металлов и неметаллических элементов характеризуются наличием ковалентных связей в молекуле. Они способны быть акцепторами поляризованных атомов кислорода. Большинство оксидов неметаллов являются кислотными оксидами (СО2 , SO3). К неметаллам относятся элементы:

взаимодействии кислотных оксидов с водой. Поэтому кислотные оксиды называют ангидридами кислот.

Например : Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4 Элемент, образующий ангидрид, проявляет одинаковую степень окисления и в

ангидриде, и в соответствующей ему кислоте:

Амфотерные оксиды в зависимости от условий реакции могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Например : Al2О3 + 3H2SO4 = 2A1(SO4 ) 3 +3H2O;

t

А12О3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O.

В первом случае алюминий проявляет свойства металла и входит в состав электроположительной составляющей A1+3 , во втором случае - .свойства неметалла и входит в состав электроотрицательной составляющей формулы соли AlO2 - .

9

Соединения, обладающие амфотерными свойствами, образуют следующие металлы:

Be ,Al, Ga, Ge ,Sn, Pb, Sb ,Bi,Cr, Mn, Fe ,Zn и др.

Кислотно-основной характер зависит от электроотрицательности, степени окисления элементов и эффективного заряда на атоме кислорода. Оксиды элементов с высокой электроотрицательностью имеют кислотный характер. Чем выше окислен металл, т.е. чем выше

увеличение силы соответствующих оснований

В результате взаимодействия элемента с кислородом образуются соединения с ионной или полярной ковалентной связью. Тип химической связи в оксидах зависит главным образом от химической природы атома, его заряда и размера. Типичные металлы образуют оксиды с ионной связью. С ослаблением металлических свойств элемента в соединениях наблюдается переход от ионной связи к ковалентной полярной с постепенным снижением степени полярности и больше проявляются кислотные свойства.

Впределах периодов с возрастанием порядкового номера элемента увеличивается заряд ядра атома и уменьшается его размер, что приводит к тому , что связь изменяется от ионной к полярной ковалентной, а характер высших оксидов от основных через амфотерные к кислотным.

Впределах групп с возрастанием порядкового номера элемента степень окисления не изменяется , но вследствие увеличения энергетических уровней размер элемента возрастает. Это приводит к тому , что связь Э-О ослабевает, т.е становится более полярной ковалентной или ионной и в пределах групп усиливаются основные свойства оксидов.

химической связи изменяется от ионной к полярной ковалентной. Поэтому оксиды, в которых степень окисления наиболее низкая, относятся к основным, с высшей – к кислотным, а с промежуточной – к амфотерным.

Большинство основных оксидов представляет собой твердые кристаллические вещества ионного характера, в узлах кристаллической решетки расположены ионы металлов, достаточно

10

прочно связанные с оксид-ионами О2-, поэтому оксиды типичных металлов обладают высокими температурами плавления и кипения.

Близость ионных радиусов многих ионов металлов приводит к тому, что в кристаллической решетке оксидов часть ионов одного металла может быть заменена на ионы другого металла. Это приводит к тому, что для оксидов часто не выполняется закон постоянства состава и могут существовать смешанные оксиды переменного состава.

СВОЙСТВА ОКСИДОВ:

Амфотерные:

Оксид свинца и оксид алюминия, реагируя с сильной кислотой или кислотным оксидом, проявляет свойства основного оксида:

PbO + 2HCl =PbCl2 + H2O; PbO + SO3 = PbSO4

Al2О3 + 3Н2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O

При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом – свойства кислотного оксида:

Кислоты и основания. Классификация. Свойства. Номенклатура.

В периодах ПС слева направо уменьшаются основные и возрастают кислотные свойства.

Например: