Химия. Решебник

МИНИСТЕРСТВОНАУКИИВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГООБРАЗОВАНИЯ «КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим.Х.М.БЕРБЕКОВА»

ХИМИЯ

Решебник

Рекомендовано Редакционно-издательским советом КБГУ в качестве учебного пособиядля иностранных слушателей, обучающихся на подготовительном отделении

Нальчик

КБГУ

2022

УДК 54 (075.8)

ББК 24 я73

Х46

Рецензент:

кафедра химии Ингушского государственного университета

кандидат химических наук

Ф.А. Атабиева

кандидат химических наук, зав. испытательного лабораторного центра

Высокогорного геофизического института

Ф.А. Атабиева

Авторы: Беев А.А., Виндижев М.К., Беева Д.А., Хараева Р.А.

Х46 Химия : решебник / А. А. Беев, М. К. Виндижева, Д. А. Беева, Р. А. Хараева ; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова. – Нальчик : Каб.-Балк. ун-т, 2022. – 100 с. – Библиогр. : с. 99. – 50 экз. – Текст : непосредственный.

В пособии даются ответы на вопросы по основным разделам химии, а также приводятся задачи и упражнения с решениями, предлагаемые иностранным слушателям для подготовки к выпускным экзаменам на подготовительном отделении. Овладение этими методами решения исчерпывает проблемы успешной сдачи экзаменов по химии в высшее учебное заведение.

Предназначено для иностранных слушателей, обучающихся на подготовительном отделении, желающих продолжить свое обучение в высших учебных заведениях.

УДК 54 (075.8)

ББК 24 я73

Беев А.А., Виндижева М.К., Беева Д.А., Хараева А.Р., 2022

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Химия является одной из основных дисциплин, составляющих основу фундаментальной профессиональной подготовки будущих врачей. Открытие ряда важных закономерностей, новых методов анализа, в частности, инструментальных, с одной стороны, сделали химию более интересной для изучения, с другой – затруднили ее восприятие студентами и повысили требования к преподавателям. Современная учебная программа требует совершенствования качества аудиторной и внеаудиторной работы со студентами, а также соответствующей оптимизации методов обучения. На основе имеющейся методической литературы, учитывая современные требования к качеству обучения иностранных студентов, разработан настоящий решебник для самостоятельной работы студентов-иностранцев по курсу «Химия». В решебник включены основные темы следующих разделов: «Общая химия», «Неорганическая химия», «Органическая химия».

Цель настоящего решебника – помочь обучающимся освоить методику решения различных типов задач, научить отвечать на вопросы, а также помочь приобрести необходимые навыки решения практических заданий для закрепления пройденного материала.

4

I. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И СТРОЕНИЕ АТОМОВ

Задание 1. Какого типа связь возникает между элементами, заряды ядер которых равны +11 и +17, при образовании соединения между ними:

Ответ: 1) ионная.

Решение

Тип химической связи определяется электроотрицательностью, участвующих в образовании химической связи, атомов.

Электроотрицательность (ЭО) – это способность атома притягивать к себе и удерживать внешние (валентные) электроны. Взяв за основу значения энергий связей двухатомных молекул, Л. Полинг составил таблицу относительных электроотрицательностей. Наиболее электроотрицательный элемент – фтор со значением 4, затем – кислород, потом – азот, за ним идет хлор и т. д.

Если один из атомов в химической связи A Б сильнее притягивает электроны, то электронная пара сместится к этому атому. Чем больше разность электроотрицательностей атомов, тем больше полярность химической связи.

Если значения электроотрицательностей взаимодействующих атомов равны или примерно равны: ЭО(А) ≈ ЭО(Б), то общая электронная пара не смещается ник одномуиз атомов: A Б. Такая связь называетсяковалентнойнеполярной.

Если электроотрицательности взаимодействующих атомов отличаются, но не так значительно (разница электроотрицательностей составляет примерно

0,4 ЭО 2), то электронная пара смещается к одному из атомов. Такая

связь называется ковалентной полярной.

Если электроотрицательности взаимодействующих атомов отличаются существенно (разница электроотрицательностей > 2, ЭО 2), то один из

электронов практически полностью переходит к другому атому, с образованиемионов. Такая связь называетсяионной.

Если посмотреть на периодическую таблицу химических элементов Д.И. Менделеева, видно, что речь идет о химических элементах: +11 (натрий) и +17 (хлор). Натрий является типичным металлом, хлор – типичным неметаллом. Между ними будет иметь место ионная связь.

Задание 2. В каких парах молекул в образовании связей участвует одна

Ответ: 2) F2 и Cl2.

5

Решение

Химические связи образуются за счет внешних электронов атомов.

В первом случае – каждый атом азота имеет по три неспаренных электрона (электронная формула атома азота 1s22s22p3). За счет спаривания этих электронов в молекуле N2 получаются три электронные пары и образуется тройная неполярная ковалентная связь. В атомах кислорода на внешних уровнях имеются по два неспаренных электрона (электронная формула: 1s22s22p4). За счет спаривания этих электронов в молекуле О2 получаются две электронные пары и образуется двойная неполярная ковалентная связь.

Во втором случае – каждый атом галогена имеет по одному неспаренному электрону (электронная формула атома фтора: 1s22s22p5, электронная формула атома хлора: 1s22s22p63s23p5). За счет спаривания этих электронов в молекулах F2 и Cl2 получаются по одной общей электронной паре и образуются одинарные неполярные ковалентные связи.

Втретьем случае – каждый атом водорода имеет по одному неспаренному электрону (электронная формула атома водорода: 1S1). За счет спаривания

этих электронов в молекуле H2 образуется одинарная неполярная ковалентная связь. В молекуле О2 получаются две электронные пары и образуется двойная неполярная ковалентная связь.

Вчетвертом случае – молекулайодаобразуется аналогично фтору и хлору.

Задание 3. В каком из предложенных рядов элементов сродство к электрону возрастает слева направо. Ответ обосновать.

Решение

Сродством к электрону (ε) называют энергию, выделяющуюся или поглощающуюся в процессе присоединения электрона к свободному атому в его основном состоянии с превращением его в отрицательный ион A−. Сродство к электрону определяет окислительную способность частицы. Молекулы с большим сродством к электрону являются сильными окислителями.

Исходя из этого, несложно заметить, что окислительные способности элементов возрастают в третьем ряду.

Задание 4. Химический элемент состоит из двух изотопов. Ядро первого изотопа содержит 3 протона и 3 нейтрона. В ядре второго изотопа на 1 нейтрон больше. На 18 атомов более тяжелого изотопа приходятся 2 атома более легкогоизотопа. Вычислитьсреднюю относительную атомнуюмассуэлемента.

1) 7,2; 2) 5,5; 3) 6,5; 4) 6,9.

Ответ: 4) 6,9.

6

Решение

Относительная атомная масса более лёгкого изотопа равна 6 а.е.м. (а.е.м. – атомная единица массы).

Относительная атомная масса более тяжелого изотопа равна 7 а.е.м.

С учетом распространенности изотопов, средняя относительная атомная масса элемента будет:

Задание 5. Относительная молекулярная масса силиката некоторого двухвалентного металла в 1,75 раз больше относительной молекулярной массы его оксида. Какой это металл? (В ответе укажите число электронов, вращающихся

Ответ: 3) 29.

Решение

Молекулярная формула силиката двухвалентного металла будет иметь вид MeSiO3, его относительная молекулярная масса будет равнаМr(Ме + 76).

Молекулярная формула оксида двухвалентного металла – MeO, его относительная молекулярная масса – Мr(Ме + 16).

По условию задачи:

(Ме + 76) = 1,75(Ме + 16); Ме + 76 = 1,75Ме + 28; 0,75Ме = 48;

Ме = 64 а.е.м.

Полученный металл являетсямедью, его порядковый номер 29. В ядреатома меди 29 протонов, вокруг которого вращаются 29 электронов.

Задание 6. Плотность по углекислому газу паров сульфидов одновалентного и двухвалентного металлов равны соответственно 2,5 и 2. Что это за ме-

Решение

Формула сульфида одновалентного металла будет Ме2S. Найдем его относительную молекулярную массу:

DCO2 M Me44 2S 2,5,

где 44 – относительная молекулярная масса CO2 .

7

M Me2S 2,5 44 110а.е.м.

Относительная атомная масса серы равна 32 а.е.м.

Отняв от 110 массу атома серы, найдем массу двух атомов металла: 110 – 32 = 78.

Разделив на 2, найдем относительную атомную массу одновалентного металла:

782 39 а.е.м.

Одновалентным металлом является калий (К). Формула сульфида двухвалентного металла будет МеS. Найдем его относительную молекулярную массу:

D M MeS 2;

CO2 44

М(МеS) = 2 44 = 88 а.е.м.

Относительная атомная масса серы равна 32 а.е.м. Отняв от 88 массу атома серы, найдем массу атома металла:

88 – 32 = 56.

Двухвалентным металлом является железо (Fe).

Задание 7. Установить соответствие между формулой частицы и общим числом электронов, содержащихся в ней.

Решение

Число электронов электронейтрального атома равно числу протонов. Число протонов, в свою очередь, равно порядковому номеру элемента.

1.Mg в периодической системе расположен под номером 12. Следовательно,

уатомамагния в ядре12 протонов, авокруг ядра вращаются12электронов.

2.Ион алюминия Al3+ находится в состоянии, когда он отдал три электрона, поэтому у него из 13 электронов остались 10.

8

3.Ион азота N3– находится в состоянии, когда он принял три электрона, поэтому у него будет 10 электронов.

4.Нейтральный атом натрия имеет 11 электронов.

Задание 8. Установить соответствие между химической формулой соединения и значением степени окисления серы в нем.

Ответ: 1–Б; 2–Г;3–А; 4–В.

Решение

Степень окисления – это условный заряд, который ставится на атоме исходя из предположения, что атомы, входящие в состав молекулы являются ионами. При этом алгебраическая сумма всех зарядов, поставленных на атомах, должна равняться нулю.

1. Al в периодической системе расположен в главной подгруппе третьей группы. Он является менее электроотрицательным элементом, чем сера. На нем ставим заряд +3. Два атома алюминия будут иметь суммарный заряд +6. Следовательно, на атоме серы мы должны поставить заряд 2, суммарный заряд трех атомов серы равен 6.

Таким образом, получаем Al23S3 2 .

2.По аналогии с первым случаем, расставим степени окисления: Ca 2S22O32 .

3.По аналогии с первым случаем, расставим степени окисления: Na21S 4O3-2 .

4По аналогии с первым случаем, расставим степени окисления: Ba 2S 6O-42 .

Задание 9. С учетом типа гибридизации атомных орбиталей, установить соответствие между названием соединения и типом гибридизации атома углерода в нем.

9

Решение

Необходимо вспомнить электронное строение атома углерода. В невозбужденном состоянии электроны расположены на орбиталях 1s22s22p2. В образовании химической связи принимают участие электроны внешнего уровня – 2s22p2. При образовании химических связей один электрон с 2s-орбитали переходит на 2р-орбиталь. Электронная формула становится 1s22s12p3. Таким образом, атом углерода теперь имеет на внешнем уровне 4 неспаренных электрона, расположенных на одной s-орбитали, имеющей сферическую форму и трех р-орбиталях, имеющих формы правильных объемных восьмерок. Гибридизация означает смешение атомных орбиталей с образованием гибридныхорбиталей.

1.В предельных углеводородах, к которым относится этан, при образовании связей из одной сферической 2s1-орбитали и трех 2p3-орбиталей, имеющих

формы правильных объемных восьмерок, образуются 4 вытянутые гибридные sp3-орбитали. В этане между двумя атомами углерода на линии, соединяющей центры ядер атомов, образуется σ-связь путем перекрывания гибридных элек-

тронов гибридных орбиталей. К остальным трем электронам каждого атома углерода, расположенным на трех гибридных sp3-орбиталях, присоединяются по три атома углерода со своими электронами.

Таким образом, в предельных углеводородах атомы углерода находятся

всостоянии sp3-гибридизации, химическая связь – простая, одинарная.

2.Этен относится к непредельным углеводородам, содержащим одну двойную связь. Образование двойной связи сопровождается sp2-гибридизацией электронов. Это значит, что из одной сферической 2s1-орбитали и двух 2p3-

орбиталей, имеющих формы правильных объемных восьмерок, образуются 3 вытянутые гибридные sp2-орбитали. Четвертые р-орбитали каждого атома углерода остаются без изменения. Они перекрываются между собой перпендикулярно плоскости молекулы и образуют π-связь. По одному электрону, расположенному на гибридных орбиталях, перекрываются между собой и образуют σ-связь.

Таким образом, образуется двойная связь, состоящая из одной σ- и одной π-связи.

3.Этин относится к непредельным углеводородам, содержащим одну

тройную связь. Образование тройной связи сопровождается sp-гибридизацией электронов. Это значит, что из одной сферической 2s1-орбитали и одной 2p3- орбиталей, имеющих формы правильных объемных восьмерок, образуются 2 вытянутые, гибридные sp-орбитали. Две р-орбитали каждого атома углерода остаются без изменений. Они перекрываются между собой перпендикулярно плоскости молекулы и образуют 2π-связи. По одному электрону, расположенных на гибридныхорбиталях, перекрываются междусобойиобразуют σ-связь.

Таким образом, образуется тройная связь, состоящая из одной σ- и двух π-связей.

4.В бензоле имеет особый вид химической связи, называемой ароматической. Атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации.

10