Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Неорганическая химия. Учебное пособие
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра физики
Г.Н. Гончарова
ХИМИЯ
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Учебное пособие
Самара
2017
1
УДК 54
Г
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ,
протокол № 28 от 15.02.2017 г
Гончарова, Г.Н.
Неорганическая химия: учебное пособие/ Г.Н. Гон-
чарова. – Самара: ПГУТИ,2017.- 84с.
Учебное пособие «Химия: Неорганическая химия» содержит теоретическую часть и примеры решения задач по основным свойствам химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, также
изучается электронное строение атомов и типы химических связей,
процессы электролиза. Учебное пособие разработано в соответствии с
ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров и магистров бакалавров и магистров 12.03.03 – Фотоника и оптоинформатика, 11.03.01 –
Радиотехника, 27.03.05 - Инноватика, 27.03.04- Управление в технических системах, 09.03.02 – Информационные системы и технологии,
11.05.01 - Радиоэлектронные системы и комплексы (квалификация
(степень) «дипломированный специалист»). Предназначено для студентов 1 курса ФБТО и ФИСТ для самостоятельной подготовки и
практических занятий.
ISBN
©, Гончарова Г.Н., 2017
2
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ ...................................................................... 3
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................. 5
1. ПРОСТЕЙШИЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ............ 7
РАСЧЕТЫ ............................................................................... 7
1.1. Эквивалент. Закон эквивалентов. ........................................ 7
2. ОСНОВНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ ............................ 10
3. МОЛЬ. ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЬНЫЙ ОБЪЕМ
ГАЗА ....................................................................................... 12
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС
ВЕЩЕСТВ В ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ ........... 13
5. ВЫВОД ХИМИЧЕСКИХ ФОРМУЛ. РАСЧЕТЫ ПО
ХИМИЧЕСКИМ УРАВНЕНИЯМ .................................... 14
6. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ .................................................................... 17
7. СТРОЕНИЕ АТОМА. ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ
ЭЛЕМЕНТОВ ОТ СТРОЕНИЯ ИХ АТОМОВ .............. 19
8. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ
СВЯЗИ .................................................................................... 21
9. ПОЛЯРНОСТЬ МОЛЕКУЛ. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ
СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ................................................... 24
10. ИОННАЯ СВЯЗЬ. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ИОНОВ ......... 26
11. ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ. МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ......................................................... 27
12. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ .............................................. 28
12.1. Энергетика химических реакций. ................................ ........... 28
12.2. Скорость химических реакций. Химическое равновесие .. 31
13. РАСТВОРЫ ..................................................................... 36
13.1. Способы выражения содержания растворенного вещества в
растворе. Растворимость ................................................................... 36
13.2. Физико-химические свойства разбавленных растворов
неэлектролитов.................................................................................... 40
14. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ .................................. 42
3
14.1. Слабые электролиты. Константа и степень диссоциации . 42
14.2. Сильные электролиты. Активность ионов ........................... 44
14.3. Ионнное произведение воды. Водородный показатель....... 46
15. ОБМЕННЫЕ РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ГИДРОЛИЗ ВОДЫ .......................... 48
16. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
РЕАКЦИИ. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ ................... 51
16.1. Степень окисленности. Окисление и восстановление. ....... 51
16.2. Окислители и восстановители ................................................ 54
16.3. Составление уравнений окислительно-восстановительных
реакций ................................................................................................. 58
17. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. ЭЛЕКТРОДНЫЕ
ПОТЕНЦИАЛЫ ................................................................... 61
Варианты заданий для контрольной работы ................. 72
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ ............................... 82
Список рекомендуемой литературы ................................ 84
4
ВВЕДЕНИЕ
Учебный курс по дисциплине «Химия» необходим для
каждого инженера-специалиста по радиоэлектронике, системам
связи, телевидению и радиовещанию как основа естественнонаучных знаний о веществе, его превращениях и реакционной способности при контакте с другими веществами и соединениями.
Основная задача преподавания химии в ПГУТИ заключается в изучении химических свойств элементов, освоении единой международной терминологии названий элементов, простых
веществ и их соединений, изучении периодического закона, являющегося одним из фундаментальных законов естествознания
и химической науки, познании основных законов химии, физики
и термодинамики, и применении их на практике при обосновании правильного выбора веществ и соединений элементов для
использования в современной радиоэлектронике, оптоэлектронике, фотонике и техники связи.
Учебное пособие предназначено для дистанционнозаочной и дневной форм обучения студентов. Объем курса
предусмотрен программой.
Для успешного усвоения курса химии студент обязан:
а) выполнить контрольную работу, содержащую 8
задач, варианты заданий приведены на стр72;
б) выполнить лабораторные работы или практиче-
ские работы;
в) сдать зачет по теории курса, имея при себе кон-
трольную работу с положительной оценкой и отчет по лабораторным и практическим занятиям.
К выполнению контрольных работ следует приступать после изучения литературы по соответствующим разделам курса и
ознакомления с методами решения типовых примеров, приведенных в пособии и в задачнике из списка рекомендуемой литературы.
Ответы на задания должны быть краткими и ясными. При
решении задач надо обязательно приводить полное содержание
задач, обосновывать и приводить ход их решений. При использовании других литературных источников для обоснования
предлагаемых решений задач, необходимо указать авторов,
5
название, год издания, название издательства, страницу и номер
задачи или раздела.
В тетради нужно оставлять поля не менее 25 мм для замечаний преподавателей. Студент, не выполнивший замечания
преподавателя, данных в рецензии, не допускается до зач ета до устранения замечаний. Номер варианта контрольного задания совпадает с последней цифрой студенческого билета. При
выполнении контрольных заданий в качестве справочного материала целесообразно воспользоваться таблицами и некоторыми
примерами решения задач из сборника задач и упражнений по
общей химии Н. Л. Глинки (из списка рекомендуемой литературы под номером [5]).
6
1. ПРОСТЕЙШИЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ
элементаьвалентностэлементаатомовЧисло
оксидаМ
оксидаЭ
кислотыОсновность
кислотыМ
кислотыЭ
основанияьКислотност
основанияМ
основанияЭ
металлаьвалентностметаллаатомовЧисло
солиМ
солиЭ
РАСЧЕТЫ
1.1. Эквивалент. Закон эквивалентов.
Эквивалентом вещества называется такое его количество,
которое соединяется с 1 молем атомов водорода в химических
реакциях.
Эквивалентной массой называется масса 1 эквивалента
вещества.
Для определения эквивалента (эквивалентной массы) необязательно исходить из его соединения с водородом. Их можно
вычислить по составу соединения данного элемента с любым
другим, эквивалент которого известен.
Согласно закону эквивалентов эквивалентные массы
сложных веществ определяют по следующим формулам:
;
;
Эквивалентным объемом называется объем, занимаемый
при данных условиях 1 эквивалентом вещества. Эквивалентный
объем водорода равен 11,2 л/моль.
ПРИМЕР 1. Определить эквивалент и эквивалентные мас-
сы элементов в соединениях HBr, H2O, NH3.
Решение. В указанных соединениях с 1 молем атомов во-
дорода соединяется 1 моль атомов брома, 1/2 моля атомов кис-
7
лорода и 1/3 атомов азота. Следовательно, согласно определению, эквиваленты брома, кислорода и азота равны соответственно 1 молю, 1/ 2 моля и 1/ 3 моля. Исходя из мольных масс
атомов этих элементов, находим эквивалентные массы этих
элементов: у Br она равна 79,9 г/ моль, у кислорода – 16 × 1/2 =
8 г/ моль, у азота- 14 × 1/3 = 4,67 г / моль.
ПРИМЕР 2. При соединении 5,6 г железа с серой образовалось 8,8 г сульфида железа. Найти эквивалентную массу
железа и его эквивалент, если известно, что эквивалентная масса
серы равна 16 г/ моль.
Решение. Из условия задачи следует, что в сульфиде железа на 5,6 г железа приходится 8,8 - 5,6 = 3,2 г серы. Согласно
закону эквивалентов, массы взаимодействующих веществ, пропорциональны их эквивалентным массам. Тогда:
5,6 г железа эквивалентны 3,2 г серы,
ЭFe г/ моль 16 г серы.
Из соотношения следует, что эквивалентная масса железа
равна:
5,6 х 16/ 3,2= 28 г/ моль.
Эквивалент железа равен: 28 г/моль : 56 г/ моль = 1/ 2.
ПРИМЕР 3. Некоторое количество металла, эквивалентная
масса которого равна 28 г/ моль, вытесняет из кислоты 0,7 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить
массу металла.
Решение. Зная, что эквивалентный объем водорода равен
11,2 л/моль, составляем пропорцию:
28 г металла эквивалентны 11,2 л водорода
Х г металла эквивалентны 0,7 л водорода.
Тогда Х = 0,7 × 28 / 11,2 = 1,75 г.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
1. Эквивалентная масса металла в 2 раза больше,
чем эквивалентная масса кислорода. Во сколько раз масса
оксида больше массы металла?
2. При сгорании 5 г металла образуется 9,44 г окси-
да металла. Определить эквивалентную массу металла.
8
3. Одно и то же количество металла соединяется с
0,2 г кислорода и с 3,17 г одного из галогенов. Определить
эквивалентную массу галогена.
4. Масса 1л кислорода равна 1,4г. Сколько литров
кислорода расходуется при сгорании 21г магния, эквивалент
которого равен 1/2 моля?
5. Определить эквивалентные массы металла и се-
ры, если 3,24г металла образует 3,48г оксида и 3,72г сульфида.
6. Вычислить атомную массу двухвалентного ме-
талла и определить, какой это металл, если 8,34 г металла
окисляются 0,68 л кислорода (условия нормальные).
7. Мышьяк образует 2 оксида: один содержит
65,2%(масс.), а другой 75,7%(массовых) мышьяка. Определить эквивалентные массы мышьяка в обоих случаях.
8. Металл в количестве 1 г соединяется с 8,89г бро-
ма и с 1,78г серы. Найти эквивалентные массы металла и
брома, зная, что эквивалентная масса серы равна 16г/моль.
9. Эквивалентная масса хлора равна 35,5 г/моль.
Эквивалентная масса хлорида меди равна 99,5 г/моль. Какова формула хлорида меди?
10. Для растворения 16,8г металла потребовалось
14,7г серной кислоты. Определить эквивалентную массу
металла и объем выделившегося водорода (условия нормальные).
11. На восстановление 1,8 оксида металла израсходо-
вано 833 мл водорода, его объем измерен при нормальных
условиях. Вычислить эквивалентные массы оксида и металла.
12. Некоторое количество металла, эквивалентная
масса которого равна 27,9 г/моль, вытесняет из кислоты 700
мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить массу металла.
13. 1,6 г кальция и 2,61 г цинка вытесняют из кисло-
ты одинаковое количество водорода. Вычислить эквивалентную массу цинка, зная, что эквивалентная масса кальция равна 20 г/моль.
9
14. При взаимодействии ортофосфорной кислоты со
щелочью образовалась соль Na2HPO4. Найти для этого случая значение эквивалентной массы ортофосфорной кислоты.
15. На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2 г гид-
роксида натрия. Определить эквивалентную массу кислоты.
16. При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с
2,75 г хлороводорода получилось 4,4 г соли. Вычислить эквивалентные массы вещества и образовавшейся соли.
17. 0,376 г алюминия при взаимодействии с кислотой
вытеснили 0,468 л водорода, измеренного при нормальных
условиях, определить эквивалентный объем водорода, зная,
что эквивалентная масса алюминия равна 8,99 г/моль.
2. ОСНОВНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ
Состояние газа характеризуется его температурой, давле-
нием и объемом. Если температура равна 273 К, а давление равно нормальному атмосферному (760 мм ртутного столба или
101, 325 кПа), то такие условия, при которых находится газ
называются нормальными.
Закон Бойля-Мариотта формулируется: При постоянной
температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объему газа:
PiVi = const
P2/P1 = V1/V2 .
ПРИМЕР 1. При некоторой температуре давление газа, за-
нимающего объем 3 л, равно 93,3 кПа ( 700 мм рт. ст.). Каким
станет давление газа, если, не изменяя температуры, уменьшить
объем газа до 2,8 л?
Решение. Обозначив искомое давление через P2, можно
найти его величину: P2/ 93,3 = 3/ 2,8 .
Тогда P2= 93, 3 × 3/ 2,8 = 100 кПа (750 мм рт. ст.).
Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении объем газа
изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре Т:
V1 / T1 = V2 / T2 или V/ T = const.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]