Задание 34

Соединение состава К2ЭО3 образует каждый из двух элементов:

1)углерод и фосфор;

2)азот и сера;

3)углерод и сера;

4)азот и фосфор.

Ответ: 3) углерод и сера.

Задание 35

Сода бывает: питьевая (пищевая), кристаллическая, кальцинированная и каустическая. Составьте химические формулы и назовите каждое из этих соединений. Какое из них является сильным основанием?

Ответ: питьевая (пищевая) сода – NaHCO3; кристаллическая

сода – декагидрат карбоната натрия Na2CO3 10 H2O; кальцинированная сода – безводный карбонат натрия Na2CO3; каустическая сода – гидроксид натрия (сильное основание).

Задание 36

Установите соответствие между названием вещества и классом неорганических соединений, к которому оно относится:

32

Задание 37

Какие из следующих веществ будут взаимодействовать друг с другом:

1)BaO + N2O5 =

2)SiO2 + H2O =

3)CO + H2O =

4)CaO + H2O =

5)CuO + H2O =

Ответ: 1) BaO + N2O5 = Ba(NO3)2; 4) CaO + H2O = Ca(OH)2.

Задание 38

Какие из следующих веществ: H2СO3, CrO3, Al(OH)3, Cr2O3, Na2O, SO3, HCl, SO2, Ba(OH)2 – будут взаимодействовать с гидроксидом калия?

33

Ответ: 2 KOH + H2СO3 = K2CO3 + 2 H2O; CrO3 + 2 KOH = K2CrO4 + H2O;

Cr2O3 + 2 KOH = 2 KCrO2 (при сплавлении);

SO3 + 2 KOH = K2SO4 + H2O; KOH + HСl = KCl + H2O; SO2 + 2 KOH = K2SO3 + H2O.

Задание 39

Какие из следующих веществ: K2O, H2O, H2SO4, SiO2, Al2O3, Sr(OH)2 – будут взаимодействовать с оксидом серы (VI)?

Ответ: K2O + SO3 = 2 K2SO4; SO3 + H2O = H2SO4; Al2O3 + 3 SO3 = Al2(SO4)3;

Sr(OH)2 + SO3 = SrSO4 + H2O.

Задание 40

Закончите уравнения следующих реакций:

34

Задание 41

Запишите уравнения трех реакций, протекающих при взаимодействии перманганата калия с серной кислотой, если:

1)сначала получается неустойчивая марганцовая кислота;

2)под действием серной кислоты, обладающей сильными водоотнимающими свойствами, марганцовая кислота превращается в оксид марганца (VII);

3)оксид марганца (VII) – темно-зеленая неустойчивая жидкость – при небольшом нагревании разлагается со взрывом с образованием оксида марганца (IV) и выделением кислорода.

Ответ: 1) 2KMnO4 + H2SO4 = K2SO4 +2HMnO4 ;

2)2HMnO4 H 2=SO4 Mn2O7 + H2O ;

3)2Mn2O7 = 4MnO2 +3O2 ↑.

Задание 42

Хлорид железа (II) образуется в результате реакции:

1)Fe2O3 + Cl2 →

2)FeO + HCl →

3)Fe2O3 + HCl →

4)FeO + BaCl2 →

Ответ: 2)

35

Тема 3: Типы химической связи в простых веществах, кристаллические решетки и свойства простых веществ

Задача урока

Учащиеся должны знать и различать типы химической связи, объяснять механизм её образования, уметь определять тип химической связи между атомами в соединении. Занятие строится по типу повторения, обобщения и закрепления знаний по химической связи в простых веществах.

§1. Простые вещества – химические соединения, состоящие из атомов только одного элемента. Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю.

В простых веществах между атомами может образовываться металлическая или ковалентная неполярная связь. По типу химической связи простые вещества делят на металлы или неметаллы, хотя часто металлы могут обладать рядом свойств неметаллов, и наоборот. Напомним: условное деление элементов по периодической системе Д. И. Менделеева на элементы, простые вещества которых являются металлами или неметаллами, обсуждалось в теме 1, §1.

Рассмотрим подробнее образование связи и общие физические свойства простых веществ.

§2. Ковалентная связь образуется между двумя атомами за счет образования общей электронной пары по обменному или донор- но-акцепторному механизму. Если объединяются атомы одного элемента, то связь неполярная. Если объединяются атомы разных элементов, то электронная пара смещена к атому более электроотрицательного элемента, и связь является полярной.

Ковалентная неполярная связь характерна для простых ве- ществ-неметаллов. В зависимости от электронной конфигурации атомы:

-не могут объединяться друг с другом, и молекулы элементов одноатомны (Не, Ne, Ar, Kr, Xe, ns2np6);

-объединяются одним возможным способом и имеют единственный состав простого вещества;

-объединяются разными способами и имеют несколько аллотропных модификаций (табл. 3).

36

38

Карбин Черный порошок, ρ = 1,9-2,0 г/см3; решетка по-

строена из прямолинейных цепочек с двойными -С= С - С = С - или чередующимися одинарной и тройной свя- = С = С = С = зями, полупроводник.

39

Например, р-элементы VII группы (галогены) могут существовать только в виде двухатомных молекул, так как, имея один непа р- ный электрон (ns2np5), дают только одну ковалентную связь:

Сера, имея два непарных электрона (3s23p4), в определенных условиях существует в виде молекул S2, зигзагообразных открытых S∞ или замкнутых S8 цепей. Атом фосфора (3s23p3) с тремя непарными электронами образует четырехатомные молекулы Р4 или двухмерные слои Р2∞.

S P

В кристаллическом состоянии для веществ, существующих в виде достаточно простых по составу молекул, характерна молекулярная кристаллическая решетка (Ar, Cl2, I2, О2, P4 и т.д.); в узлах решетки находятся молекулы, между которыми действуют только слабые силы межмолекулярного взаимодействия (рис. 5). Обычно такие вещества обладают низкими температурами плавления, плохо проводят электрический ток, плохо растворяются в воде, часто – летучи.

Для полимерных веществ характерны атомные (атомноковалентные) кристаллические решетки: атомно-цепные (S∞), атомно-

слоистые (Р2∞, Сграфит) и атомно-координационные (Салмаз, Si∞). Так как между атомами в этом случае действует прочная ковалентная связь,

такие вещества имеют обычно высокие температуры плавления и кипения, являются диэлектриками или полупроводниками.

а б в

Рис. 5. Кристаллические решетки: йода (а); графита (б); алмаза (в)

40

§3. Металлическая связь характерна для металлов. Она образуется между атомами, в которых мало валентных электронов и достаточно много валентных орбиталей. Поэтому электроны могут перемещаться из одной орбитали в другую не только своего, но и соседних атомов, то есть небольшое количество электронов одновременно связывает большое количество ядер. Для металлов характерны высокие координационные числа (8, 12). В кристаллическом состоянии они имеют координационные кубические гранецентрированные, объемноцентрированные или гексагональные (рис. 6) решетки. Эти типы кристаллических решеток называют атомно-металлическими, или металлическими.

Рис. 6. Элементарные ячейки объёмноцентрированной (а), гранецентрированной (б) и гексагональной (в)

кристаллических решеток

Наличие металлической связи обусловливает общие свойства металлов: металлический блеск, пластичность, электрическую и теплопроводимость и др.

Однако металлы s- и р-элементов по ряду свойств могут существенно отличаться от d-металлов. Например, температура плавления металлов d-элементов значительно выше, чем у s- и р-металлов (табл. 4). Этот факт объясняют тем, что в кристаллах d-металлов наряду с металлической связью, образующейся за счет внешних s- электронов, образуется и ковалентная связь за счет d-электронов.

Таблица 4. Температуры плавления и кипения некоторых металлов

41

Упражнения для работы на занятии

Задание 43

Составьте электронные конфигурации валентных электронов атомов фтора и азота. Предложите механизм образования связи между атомами в молекулах F2 и N2. Какая молекула более прочная и почему?

Задание 44

Что вы знаете о круговороте азота в природе и проблеме связывания молекулярного азота?

Ответ:

Азот входит в состав живых организмов – как растительных, так и животных. Жизнь без азота невозможна. Несмотря на неисчерпаемые запасы азота в атмосфере, ни животные, ни большинство растений непосредственно из воздуха усваивать свободный азот не могут.

Азот – одно из самых инертных веществ: при обычных условиях он не реагирует с неметаллами и с большинством металлов. Но в природе азот претерпевает ряд многообразных превращений.

Можно выделить три важнейших круга изменений, претерпеваемых азотом:

-большой круг: атмосферный азот – нитрификация в почве – разложение нитратов денитрифицирующими бактериями – атмосферный азот;

-малый круг: разложение тела животного и его отбросов с об-

разованием аммиака – окисление NH3 в НNO2 – окисление НNO2 в НNO3 и образование нитратов – усвоение солей растениями с образованием растительного белка – образование животного белка – возвращение растительного и животного белка в почву;

42

- второй малый (подземный) круг: почвенные нитраты – бактерии, потребляющие селитру – разложение тела бактерий с образованием нитратов.

Более подробно можно обсудить эти циклы, используя изложенный далее материал.

В результате грозового разряда происходит образование оксида азота (II), который, взаимодействуя с кислородом воздуха, превращается в оксид азота (IV):

Установлено, что при каждом разряде молнии образуется от 80 до 1500 кг оксидов азота.

Растворяясь в дождевой воде, оксид азота (IV) превращается в азотную кислоту:

3NO2 + Н2О = 2НNO3 + NO.

Оксид азота (II) снова окисляется в ходе превращения в азотную кислоту, которая попадает вместе с дождем в почву, нейтрализуется ее карбонатами и дает соли азотной кислоты (нитраты), усваиваемые растениями. Подсчитано, что в результате грозовых разрядов в почву вносится в течение года от 4 до 15 кг азота на 1 га земной поверхности.

Свободный азот воздуха также усваивается (то есть входит в состав) бактериями, находящимися в клубеньках бобовых растений (клевер, люцерна, люпин, горох), а также свободноживущими бактериями почвы.

Животные при жизни выделяют кал, мочу, содержащие азотистые вещества, а после смерти животного все тело его, содержащее белок, поступает в почву. Небольшое количество азота вносится в почву плесневыми грибками и другими организмами.

Органические вещества в почве разлагаются с образованием аммиака, который при участии особых бактерий окисляется в азотистую кислоту НNO2. Эти бактерии в различных странах различны по величине и форме. Затем НNO2 окисляется в НNO3. Это происходит при помощи другого вида бактерий, которые почти во всех странах мира одинаковы по величине и форме.

43

Далее азотная кислота в почве нейтрализуется, т.е. образуются нитраты, они поглощаются корнями растений, образуется растительный белок; животные, съедая растение, усваивают азот, получается животный белок, этот белок попадает в том или ином виде в почву и

... все повторяется снова.

Кроме того, нитриты, нитраты и соли аммония обладают очень хорошей растворимостью и легко вымываются из почвы наземными и подземными водами. Из почвы они уносятся водой в ручьи и реки, из рек – в моря, а там разлагаются (опять с помощью бактерий!), и снова получается свободный азот, поступающий в атмосферу.

Развитие сельского хозяйства и промышленности требует большого количества различных азотных соединений. Они используются для получения удобрений, взрывчатых веществ, красителей, медикаментов и т.д. Получить эти соединения разумнее всего из земной атмосферы, на 78 % состоящей из молекулярного азота, что составляет примерно 4 1015 т. Однако молекулу азота, вследствие её высокой прочности, не просто заставить вступать в реакции. «Фиксация атмосферного азота есть одно из величайших открытий, которых надлежит ожидать от изобретательности химиков», – говорил в 1898 г. знаменитый английский ученый У. Крукс. Впервые связать молекулярный азот удалось только в начале ХХ века.

Современной науке известны несколько способов получения связанного азота, из которых наиболее важными являются:

- аммиачный – каталитический синтез аммиака:

N2 + 3H2 = 2NH3,

где t = 400-600°С, p = 10-1000 атм, катализатор на основе металлического железа с примесями оксидов алюминия и калия;

- цианамидный – метод, основанный на реакции карбида кальция с азотом при 1000°C; реакция происходит по уравнению:

CaC2 + N2 → CaCN2 + C.

Ежегодно из атмосферы Земли промышленным путём отбирается примерно 1·106 т азота.

44