Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:А ты хочешь знать химию. Учебно-справочное пособие для старшеклассников и абитуриентов
.pdf
дит в огромное число сложных веществ, например, в состав
воды, т.е. атомы кислорода вместе с атомами водорода входят
в состав молекул сложного вещества — воды. Когда говорят о
существовании элемента в виде простого вещества, часто используют выражение «элемент существует в свободном состоянии». Обратимся к табл. 1 и отметим, что названия химических элементов и названия простых веществ, образованных
этими элементами (за исключением углерода), совпадают, а
это значит, что слова «кислород», «водород», «азот» и др.
имеют два значения. Их используют для обозначения: 1) химического элемента и 2) простого вещества. Этот вывод относится и к таким словам, как «металл» и «неметалл». Иногда
их используют для обозначения химических элементов, а
иногда для обозначения простых веществ. Рассмотрим два
предложения: 1) Металлы широко используются в народном
хозяйстве и 2) Металлы входят в состав многих сложных веществ. В первом предложении слово «металлы» означает простые вещества, а во втором предложении слово «металлы» означает элементы-металлы, т. е. атомы металлов, входящих в состав сложных веществ. Необходимо очень четко различать
понятия «химический элемент» и «простое вещество», значения которых обычно понимают из содержания предложения.
Рассмотрим схему реакции разложения воды (схема 1).
Схема 1
Схема реакции разложения воды
Молекулы воды
Атомы водорода
(вещество — вода)
Атомы кислорода
Молекулы водорода
(вещество — водород)
Молекула кислорода
(вещество — кислород)
Из данной схемы видна суть химической реакции, которая заключается в том, что молекулы исходного вещества —
воды разлагаются до атомов водорода и кислорода, а атомы,
соединяясь по-новому, образуют новые молекулы, а, значит и
новые вещества — водород и кислород.
Рассмотрим следующие предложения:
1) Вода состоит из водорода и кислорода.
2) Смесь газов, образовавшаяся в результате реакции раз-
ложения воды, состоит из водорода и кислорода.
11
Подчёркнутые в предложениях слова звучат одинаково,
но значения слов «водород» и «кислород» в них разное: в первом предложении эти слова означают химические элементы
водород и кислород, так как вода — химически чистое вещество, которое состоит только из молекул воды и молекул других веществ в ней нет, и, следовательно, в первом предложении подразумевается мысль о том, что молекулы воды состоят
из атомов водорода и кислорода, т.е. подразумеваются элементы — водород и кислород; во втором предложении слово
«смесь» уже указывает на то, что в ней присутствуют несколько веществ, да и при рассмотрении сути химической реакции,
мы обратили внимание на то, что в результате реакции образуются новые вещества, т. е. в результате разрушения молекул воды получились новые вещества — водород и кислород.
Вопросы и задания:
1. Какие формы существования элемента в природе вы знаете?
2. Что означает выражение «элемент существует в свободном со-
стоянии»?
3. Приведите примеры предложений, в которых вы употребляе-
те слова «медь», «железо», «кислород», «водород», «металл» и
ряд других слов для обозначения химического элемента в составе
сложного вещества и для обозначения простого вещества.
4. В каких фразах говорится о железе как о простом веществе, а в
каких — как об элементе: а) железо во влажном воздухе ржавеет;
б) железо входит в состав ржавчины; в) железо входит в магнит-
ный железняк; г) проволока сделана из железа.
§ 8. Образование названий веществ,
состоящих из двух элементов
Суффикс «ид» в названии вещества указывает на то, что веще-
ство состоит из двух элементов.
Так название вещества, например, «хлорид» показывает,
что данное вещество состоит из двух элементов, один из которых — хлор; но данное название — неполное название вещества, за словом «хлорид» должно идти еще одно слово, обозначающее второй элемент, входящий в состав данного вещества.
Например, есть вещества: хлорид натрия, хлорид кальция,
хлорид алюминия и т.д. — и все эти вещества могут быть объединены общим названием «хлориды». И в данном случае
12
суффикс поможет нам самим составить определение понятия.
Хлориды — сложные вещества, которые состоят из двух элементов, один из которых — хлор. Аналогично данному определению можно дать определение бромидам, фторидам, иодидам. Латинское название кислорода — oxygenium (оксигениум). В русском названии веществ, состоящих из двух
элементов, одним из которых является кислород, используется корень от латинского слова, означающего кислород, —
«окси» и суффикс «ид». Так есть вещества: оксид азота, оксид
алюминия, оксид железа и т.д. — их объединяют общим названием «оксиды». Оксиды — сложные вещества, в состав
которых входят два элемента, один из которых — кислород. Существуют в природе «сульфиды». В данном названии корень слова «сульф» взят из латинского названия элемента серы, следовательно, сульфиды — сложные вещества, в состав которых входят два элемента, один из
которых — сера.
Вопросы и задания:
1. На что указывает суффикс «ид» в названии вещества?
2. Что такое хлорид, бромид, фторид, иодид? Приведите пример
хлорида, бромида, фторида, иодида.
3. Что такое сульфид? Приведите пример сульфида.
4. Что такое оксид? Приведите пример оксида.
5. Объясните происхождение слов «сульфид», «оксид».
§ 9. Валентность. Определение валентности элементов
по формулам их соединений.
Составление формул веществ ( соединений )
по валентности элементов
Прежде чем мы приступим к рассмотрению понятия «валентность», вспомним значения некоторых суффиксов в русском языке. Суффикс «ость» — это суффикс существительных, обозначающих качества, признаки, а в химии — свойства. Суффикс может помочь найти родовое понятие (обобщающее слово) при
составлении того или иного определения. Так слова: валентность,
растворимость и ряд других слов, которые будут употребляться
далее, по значению суффикса мы отнесем их к словам, обозначающих свойства.
13
Валентность — это свойство атома элемента присоеди-
нять к себе определённое число атомов другого элемента. Ва-
лентность обозначают римскими цифрами. За единицу валентности принимают валентность атома водорода. Валентность водорода равна единице (I), валентность кислорода
равна двум (II). При определении валентности элементов по
формуле и при составлении формул веществ по валентности
следует помнить, что мы будем работать с правильными формулами, т.е. формулами, составленными по определённому
правилу: общее число единиц валентности одного элемента
должно быть равно общему числу единиц валентности другого элемента. Начнём с наиболее лёгких формул, т.е. с формул
веществ, состоящих из двух элементов.
Дана формула вещества: Al
2O3.
Задание: определите валентность алюминия по данной
формуле вещества.
Мы сможем выполнить данное задание при условии, если
мы уже запомнили, что валентность кислорода равна II, а также
помним о том, что, когда мы говорим «валентность кислорода»,
мы имеем в виду «валентность одного атома кислорода».
Выполнение задания:
1. Записываем валентность кислорода над химическим
знаком кислорода:
II
Al2О
3
2. Находим общее число единиц валентности для трех ато-
мов кислорода: II
3 = 6 — такое же число единиц валентно-
сти будет общим для двух атомов алюминия.
II
Al2O
3
6 = 6
3. Зная, что общее число единиц валентности для двух атомов алюминия равно 6, мы можем найти число единиц валентности, которые приходятся на один атом алюминия, поделив
шесть на два: 6 : 2
= 3. Следовательно, валентность алюминия
равна трём и записываем валентность римской цифрой III над
химическим знаком алюминия в формуле оксида алюминия.
III II
Al2O
3
6 = 6
Задание: составить формулу вещества, например, формулу
оксида фосфора, если известно, что валентность фосфора
равна пяти (V), а валентность кислорода равна двум (II).
14
Выполнение задания:
1. Записываем название вещества: оксид фосфора (V), а затем записываем химические знаки элементов, из которых состоит данное вещество, помня о том, что на первое место в химической формуле вещества записывают химический знак
того элемента, который указывается в названии вещества на
последнем месте, в нашем примере — это фосфор, а на втором
месте в химической формуле записывают химический знак
элемента, о котором мы узнаем из первого слова в названии
вещества, в нашем примере — это кислород, так как «окс» в
слове «оксид», как мы уже видели выше, указывает на наличие кислорода в веществе.
Оксид фосфора (V)
Р О
2. Над химическими знаками элементов записываем валентность указанных элементов.
Оксид фосфора (V)
V II
Р О
3. Поскольку нам нужно написать правильную формулу,
т. е. такую формулу, в которой общее число единиц валентности всех атомов фосфора было бы равно общему числу единиц
валентности всех атомов кислорода, мы должны знать, что общее число валентности равно наименьшему общему кратному
для чисел, обозначающих валентность элементов.
Наименьшее общее кратное двух чисел — это самое маленькое
число, которое делится на оба этих числа без остатка. Находят
наименьшее кратное так: разлагают оба числа на множители (на
простые числа), затем записывают множители меньшего числа, а
из множителей большего числа выписывают тот множитель, которого нет в множителях меньшего числа.
В нашем примере это будет выглядеть так:
5
= 5 1
2
= 2 1
2
1 5 = 10 — это и есть общее число единиц валентно-
сти всех атомов фосфора и общее число единиц валентности
всех атомов кислорода. Записываем это общее число и под
химическим знаком фосфора и под химическим знаком кислорода:
V II
Р О
10
=10
15
1. Чтобы найти число атомов фосфора, разделим 10 на валентность одного атома фосфора, т. е. на пять (V), и получаем 2.
Чтобы найти число атомов кислорода, разделим 10 на валентность одного атома кислорода, т. е. на два (II) и получаем 5.
2. Записываем полученные числа 2 и 5 в виде индексов в
формулу вещества:
Оксид фосфора (V)
Р
2О5
Одни элементы, например, водород, кислород, имеют постоянную валентность, а другие элементы, например, железо,
сера, проявляют в соединениях переменную валентность, и в
этом случае указание валентности элемента в названии вещества обязательно, например: оксид железа (II), оксид железа
(III), оксид серы (IV), оксид серы (VI) и т.д. В скобках указывается валентность элемента, который стоит на последнем месте в названии вещества.
Нет необходимости заучивать наизусть валентность всех элементов, позже мы научимся использовать наши знания для
определения валентности тех или иных элементов. Но для выполнения некоторых упражнений с целью приобретения навыка в составлении формул веществ на данном этапе изучения химии предлагается выучить валентности некоторых элементов.
Элементы Валентность элементов в соединениях
Водород I
Кислород II
Фтор во фторидах I
Хлор в хлоридах I
Бром в бромидах I
Иод в иодидах I
Сера в сульфидах II
Алюминий III
Кальций II
Натрий I
Вопросы и задания:
1. Каково прогностическое значение суффикса «ость»?
2. Что такое валентность?
3. Что такое правильная формула?
4. Что такое наименьшее кратное двух чисел и как его находят?
5. Составьте формулы следующих веществ: хлорида натрия, хло-
рида кальция, бромида натрия, иодида алюминия, сульфида на-
16
трия, сульфида алюминия, оксида натрия, оксида кальция, оксида алюминия, оксида железа (II), оксида железа (III), оксида серы
(IV), оксида серы (VI).
6. Определите валентность элементов по химическим формулам:
, Al2S3, KCl, Na2S, CaBr2, BaO, Fe2O3, FeO, CH4, NH
FeCl
3
3.
§ 10. Относительная атомная масса элемента
Слово «относительная» в названии темы указывает на то,
что речь идёт не о реальной массе атома, а о величине, которая
получается от сравнения каких-то масс. Сначала рассмотрим
такой пример: сравнение масс двух яблок. Масса первого
яблока (m
Теперь сравним массы двух яблок: m
200 г на 50 г, получаем 4 — число, которое показывает, что
масса первого яблока в 4 раза больше массы второго яблока.
А теперь, если мы массу второго яблока 50 г принимаем за
единицу 1, то масса первого яблока может быть выражена
цифрой 4. Что касается реальных масс атомов, то они
выражаются очень маленькими числами. Так масса атома
кислорода равна 2,66
числами неудобно. Поэтому используют относительные
атомные массы, получаемые от сравнения реальных масс
атомов с 1/12 частью массы атома углерода, которую принимают за единицу сравнения и называют атомная единица массы (а.е.м.). Так, если сравним реальную массу атома кислорода m(О) с 1/12 частью массы атома углерода, то получим безразмерную величину 16 — число, которое показывает во
сколько раз масса атома кислорода больше 1/12 части массы
атома углерода. Таким образом 16 будет относительной атомной массой кислорода, а записывают относительные атомные массы так А
английском слове relative, которое в русском переводе означает «относительный»). Что же такое относительная атомная масса? Относительная атомная масса элемента
(А
) — это число, которое показывает, во сколько раз мас-
r
са атома данного элемента больше 1/12 части массы атома
углерода.
Относительные атомные массы элементов постоянны, их
можно найти в таблицах, справочниках.
) равна 200 г, а масса второго яблока (m2) равна 50 г.
1
-23
10
г. Производить расчёты с такими
(О) = 16 (индекс «r» — это первая буква в
r
: m2 = 200 : 50. Разделив
1
17
Вопросы и задания:
1. Какова единица измерения массы атома?
2. Почему относительная атомная масса — безразмерная величина?
3. Что принято за единицу сравнения масс атомов?
4. Что показывает относительная атомная масса?
5. Что такое относительная атомная масса?
§ 11. Относительная молекулярная масса вещества
Масса молекулы — это сумма масс атомов элементов, входящих в состав молекулы данного вещества. Поскольку в расчётах, связанных с массой молекулы, используют относительные атомные массы, то и получают число, которое показывает
во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12
части массы атома углерода, т. е. получают относительную
молекулярную массу, которую обозначают как М
Относительная молекулярная масса вещества (M
это величина, которая показывает во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 части массы атома
углерода. Рассмотрим пример вычисления относительной мо-
лекулярной массы вещества по его формуле.
Задание: вычислите относительную молекулярную массу
воды Н
2
О.
Выполнение задания:
М
О) = 2Аr(Н) + Аr(О) = 2 1 + 16 = 18.
r(Н2
.
r
) —
r
Вопросы и задания:
1. Какова единица измерения массы молекулы?
2. Что показывает относительная молекулярная масса?
3. Что такое относительная молекулярная масса?
4. Вычислите относительную молекулярную массу серной кислоты H
, оксида фосфора (V) P2O5, хлорида железа (III) FeCl3.
2SO4
§ 12. Массовая доля элемента в сложном веществе ( )
Слово «доля» можно заменить другим словом — «часть», а
часть — это всегда часть от целого. Целым будет масса порции вещества, а частью будет та часть массы данной порции
18
вещества, которая приходится на сумму масс атомов данного
элемента. Для расчётов в качестве отдельной порции вещества можно взять молекулу вещества. Целым в данном случае
будет масса молекулы вещества, а частью будет та часть массы молекулы вещества, которая приходится на сумму масс
атомов элемента, чью массовую долю нам предлагается найти. Так как вещество состоит из молекул, то наши рассуждения относительно массовой доли элемента в массе молекулы
будут справедливы и для вещества в целом.
(э) =
m(э)
m(в-ва)
Задание: найдите массовую долю кислорода в окиде серы (VI).
Выполнение задания:
1) сначала находим относительную молекулярную массу
оксида серы (VI):
М
(SO3) = Аr(S) + 3Ar(O) = 32 + 16 3 = 80;
r
2) затем из вышеприведённых вычислений мы определяем, что на массу атомов кислорода из целой массы молекулы
80 приходится 48 единиц;
3) теперь находим ту часть массы молекулы, которую составляют 48 единиц, т. е. находим массовую долю кислорода
от целой массы молекулы, т.е. от 80 единиц:
48 : 80
Массовая доля элемента (
= 0,6 или в процентах: 0,6 100% = 60%.
48
(О) = = 60%.
100%
80
) — это величина, которая
показывает ту часть массы вещества, которая приходится на
массу атомов данного элемента.
Массовая доля элемента, как часть от целого, обычно вы-
ражается или дробью, или в процентах.
Примечание. Если с первого раза вы не поняли, как мы нашли
массовую долю кислорода в оксиде серы (VI), то подумайте над тем, какую часть составляет рубль от десяти рублей. Подумали? Правильно,
надо 1рубль : 10 рублей
= 0,1 или 10%.
Вопросы и задания:
1. Каким другим словом можно заменить слово «доля»?
2. Что при вычислениях массовой доли элемента в веществе при-
нимают за целое?
3. Что при вычислениях массовой доли элемента в веществе при-
нимают за часть от целого?
19
4. Что такое массовая доля элемента в веществе?
5. Как обычно выражается массовая доля в веществе?
6. Определите массовую долю серы и кислорода в оксиде серы (IV).
7. Определите массовую долю железа и кислорода в оксиде железа
(III) и в оксиде железа (II).
§ 13. Физические и химические явления
Рассмотрим примеры.
Первый пример: У нас есть белый лист бумаги определенной формы, который мы разрываем на два куска. Второй пример: Листы бумаги сжигаем. В первом примере мы изменили
только форму листа бумаги, но вещество не изменилось —
мы заключаем это из того, что свойства бумаги не изменились — цвет остался белым, а значит и молекулы вещества не
изменились — произошло «физическое явление». Во втором
примере после сжигания бумаги образовался серый порошок — пепел, следовательно, уже нет бумаги, а образовалось
новое вещество с новыми молекулами, т.е. произошло совсем
иное явление, чем в первом примере — произошло «химическое явление». Признаками того, что произошло химическое
явление, могут быть следующие факторы: изменение цвета, выделение теплоты, света, выделение газа, образование осадка, появление запаха, так как эти факторы указывают на появление
новых свойств, а, значит, и на образование новых веществ.
Физическое явление — это явление, при котором молекулы
вещества не изменяются. А если молекулы не изменяются, то и
свойства вещества остаются прежними.
Химическое явление — это явление, при котором молекулы
вещества разрушаются и образуются новые молекулы, а, следовательно, образуются новые вещества с новыми свойствами.
В химии для понятия «химическое явление» используется
научный термин «химическая реакция».
Вопросы и задания:
1. Чем физическое явление отличается от химического явления?
Приведите примеры физических и химических явлений.
2. Что такое физическое явление?
3. Что такое химическое явление?
4. Какой научный термин используется для обозначения химиче-
ского явления?
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]