Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Основы химии. Учебное пособие
.pdf
№ 3006
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИНСТИТУТ БАЗОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Кафедра общей и неорганической химии
В.Г. Лобанова
В.В. Поливанская
ХИМИЯ
ОСНОВЫ ХИМИИ
Учебное пособие
Под редакцией проф. В.И. Деляна
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2018
УДК 546
Л68
Рецензент
д-ртехн.наук,проф.Л.В. Кожитов
Лобанова В.Г.
Л68 Химия . Основы химии : учебн. пособие; под ред. проф.
В.И.Деляна/В.Г.Лобанова,В.В.Поливанская.–М.:Изд.Дом
НИТУ«МИСиС»,2018.–52с.
ISBN978-5-90695-324-7
Предназначено для студентов-иностранцев, готовящихся к поступлению
в вуз и студентов, давно закончивших школу, испытывающих трудности с
изучением химии. Пособие поможет разобраться в различных химических
процессах и явлениях окружающей нас природы. Разъясняются важнейшие
термины,понятия,определенияпообщейинеорганическойхимии.Рекомендуетсяприсамостоятельнойработесразличнойлитературой.
УДК 546
ISBN 978-5-90695-324-7
В.Г.Лобанова,
В.В.Поливанская,2018
НИТУ«МИСиС»,2018
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.Предметхимии...................................................................................... 5
2.Атомно-молекулярнаятеория.Основныепонятияхимии................ 7
2.1.Основныеположения
атомно-молекулярнойтеории................................................................. 7
2.2.Современноеизложениеосновныхположенийатомно-
молекулярногоучения............................................................................. 8
2.3.Химическаясимволика..................................................................... 8
2.4.Простыеисложныевещества.Аллотропия.................................. 9
2.5.Атомнаямасса.Молекулярнаямасса.............................................. 9
2.6.Количествовещества...................................................................... 10
3.Основныезаконыхимии.................................................................... 11
3.1.Законсохранениямассывеществ...................................................11
3.2.Законпостоянствасостававеществ...............................................11
3.3.Законэквивалентов..........................................................................11
3.4.Понятиеовалентности................................................................... 12
3.5.Химическиеформулы..................................................................... 13
4.СтроениеатомаиПериодическаясистемаэлементов.....................14
4.1.Модельстроенияатома.................................................................. 14
4.2.Изотопыиизобары......................................................................... 15
4.3.Атомныеорбитали.......................................................................... 15
4.4.Закономерностираспределенияэлектроновпо орбиталям....... 17
4.5.ОсновныеположенияПериодического
законаД.И.Менделеева......................................................................... 18
4.6.СтроениеатомаиПериодическийзакон...................................... 20
4.7.Изменениесвойствэлементоввпериодахигруппах................. 21
5.Химическаясвязьистроениемолекул............................................. 22
5.1.Ковалентнаясвязь........................................................................... 22
5.2.Ионнаясвязь.................................................................................... 24
5.3.Металлическаясвязь....................................................................... 24
5.4.Водороднаясвязь............................................................................. 25
6.Химическиереакции.......................................................................... 26
6.1.Классификацияхимическихреакций........................................... 26
6.2.Тепловыеэффектыхимическихреакций..................................... 27
6.3.Скоростьхимическойреакции..................................................... 28
6.4.Химическоеравновесие................................................................. 30
7.Окислительно-восстановительныереакции..................................... 33
7.1.Степеньокисления.......................................................................... 33
3
7.2.Типыокислительно-восстановительныхреакций...................... 34
7.3.Составлениеуравненийокислительно-восстановительных
реакций.................................................................................................... 35
8.Растворы.............................................................................................. 37
8.1.Общаяхарактеристикарастворов................................................. 37
8.2.Концентрациярастворенноговещества....................................... 37
8.3.Растворимостьвеществ.................................................................. 38
8.4.Теорияэлектролитическойдиссоциации..................................... 39
8.5.Ионноепроизведениеводы............................................................ 40
8.6.Гидролиз........................................................................................... 41
9.Классынеорганическихсоединений................................................ 43
9.1.Классификацияисвойстваоксидов.............................................. 43
9.2.Классификацияисвойстваоснований......................................... 44
9.3.Классификацияисвойствакислот................................................ 46
9.4.Классификацияисвойствасолей.................................................. 47
Библиографическийсписок.................................................................. 50
4
1. ПРЕДМЕТ ХИМИИ
Однимизосновныхобъектовхимииявляютсявещества,изкото-
рыхсостоятвсеокружающиенастела.Теломназываетсявсето,что
имеетмассуиобъем.Каплидождя,инейнаветках,туман–тела,состоящиеизодноговещества,–воды.
Явления, при которыхиз одних веществ образуютсяновые, назы-
ваютсяхимическими.Изучениемтакихявленийи занимаетсяхимия.
Химия – это наука о веществах и их превращениях.Химия изучаетсостав истроениевеществ, условияи путипревращенияоднихвеществвдругие,зависимостьсвойстввеществотихсоставаистроения.
Дляустановления свойстввещества необходимоиметь еговвозможноболеечистомвиде.Иногдадажеоченьмалоесодержаниепримесей в веществе приводит к сильному изменению некоторых его
свойств.
Вещества
Чистые
(химически)
вещества
Смеси
Рис.1.1.Классификациявеществ
Веществавчистомвидевприроденевстречаются(рис.1.1).Природные вещества представляют собой смеси, состоящие иногда из
очень большого числа различных компонентов. Например, природнаяводавсегдасодержитрастворенныесолиигазы.Еслиодноизвеществпреобладаетвсмеси,тообычновсясмесьноситегоназвание.
В неоднородных смесях частицы разных веществ можно различитьглазомили спомощьюмикроскопа.Если этогосделатьне удается, говорят ободнородныхсмесях. Неоднороднуюсмесь твердого
веществасжидкостьюможноразделить,например,отстаиваниемили
фильтрованием,аоднородную–выпариванием.
Изучаясвойствавеществ,химиянеограничиваетсятольконаблюдениямизавнешнимиизменениями.Онаизучаетивнутренниеизменения, происходящиес веществами в результатефизических явле-
ний,которыене связаныспревращениями однихвеществв другие.
5
Примером физических явленийслужит переход вещества из одного
)
агрегатногосостояниявдругое(превращениежидкойводывпарпри
нагреваниииливледприохлаждении).
Главная задача химии – выявление и описание таких свойств ве-
ществ, благодаря которым возможно превращение одних веществ в
другиеврезультатехимических явлений, или химических реакций.
Вещество – этовид материи, обладающей при определенныхус-
ловияхпостояннымифизическимисвойствами.Однакосизменением
этихусловийсвойствавеществаменяются. Все изменения,происходящиесвеществом,называютсяявлениями. Явлениябываютфизическиеихимические(рис.1.2).
Физическими называютсятакие явления,которыеприводяткиз-
менению, например,температуры вещества или агрегатногосостояния. Химический состав веществ в результатефизического явления
неизменяется.Так,водуможнопревратитьвлед,пар,ноеехимическийсоставприэтомнеизменится.
Горение парафина
(химическое явление
Плавление парафина
(физическое явление)
Рис.1.2.Явленияфизическиеихимические
Химическими называютсятакие явления,при которых происхо-
дитизменениесоставаисвойстввещества.Химическиеявлениятакженазываютсяхимическими реакциями. В результатехимических
реакций одни веществапревращаются вдругие, т.е. образуютсямолекулыновых веществ,ноатомыприхимическихреакциях остаются неизменными.Примером можетслужить разложение известняка:
СаСO3=СаО+СО2↑илиобразованиеоксидамеди:2Cu+O2=2СuО.
6
2. АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ
2.1. Основные положения
атомно-молекулярной теории
Первымопределил химиюкакнаукуМ.В. Ломоносов. Онсоздал
учение о строении вещества, заложил основу атомно-молекулярной
теории,котораясводитсякследующимположениям:
1.Каждоевещество состоитизмельчайших,далее физическинеделимыхчастиц(Ломоносовназывалихкорпускулами,впоследствии
онибылиназванымолекулами).
2.Молекулынаходятсявпостоянномсамопроизвольномдвижении.
3.Молекулысостоятизатомов(Ломоносовназвалихэлементами).
4.Атомыхарактеризуютсяопределеннымразмеромимассой.
5.Молекулымогут состоятькак изодинаковых,так ииз различныхатомов.
Молекула – этонаименьшая частица вещества,сохраняющая его
состав и химические свойства.Молекулане можетдробиться дальше без изменения химических свойств вещества. Между молекулами вещества существуетвзаимное притяжение,различное у разных
веществ.Молекулыв газахпритягиваютсядругкдругуоченьслабо,
амеждумолекуламижидкихитвердыхвеществсилыпритяженияотносительно велики. Молекулы любого вещества находятся в непрерывномдвижении.Этимявлениемобъясняется,например,изменение
объемавеществпринагревании.
Атомами называютсямельчайшие, химически неделимые части-
цы, из которыхсостоят молекулы. Атом – это наименьшая частица
элемента,сохраняющаяегохимическиесвойства.Атомыразличаютсязарядамиядер,массойиразмерами.
При химических реакциях атомы не возникают и не исчезают,
аобразуютмолекулыновыхвеществ.Элемент – видатомовсодинаковымзарядомядра.
Химические свойства атомов одного и того же химического элементаодинаковы,такие атомымогутотличатьсятолькомассой. Разновидности атомов одного и того же элемента с различной массой
называютсяизотопами, поэтомуразновидностейатомовбольше,чем
химическихэлементов.
7
Простые вещества – этовещества,состоящиеизатомоводногои
тогожехимическогоэлемента.Одинитотжеэлементможетобразовыватьнесколькопростыхвеществ.
Сложные вещества – этовещества,состоящиеизатомовразлич-
ныххимическихэлементов.
2.2. Современное изложение основных положений
атомно-молекулярного учения
1.Всевеществасостоятизатомов.
2.Атомыкаждоговида(элемента)одинаковымеждусобой,ноот-
личаютсяотатомовлюбогодругоговида(элемента).
3. При взаимодействии атомов образуются молекулы: гомоядерные (при взаимодействии атомов одного элемента) или гетероядерные(привзаимодействииатомовразныхэлементов).
4.Прифизическихявленияхмолекулысохраняются,прихимических –разрушаются; при химических реакциях атомыв отличиеот
молекулсохраняются.
5.Химическиереакциизаключаютсявобразованииновыхвеществ
изтехжесамыхатомов,изкоторыхсостоятпервоначальныевещества.
2.3. Химическая символика
Для обозначения химических элементов были введены химиче-
ские символы. Каждыйэлементимеетсобственныйсимвол.Симво-
лыобычносостоятизначальныхбуквлатинскихназванийэлементов.
Например,кислород(Oxygenium)обозначаютбуквойО,углерод(Carboneum)буквойС и т.д.Еслиначальныебуквыназваний различных
элементоводинаковы,ток первой букве добавляют вторую.Например,начальнаябуквалатинскогоназваниянатрия(Natrium)иникеля
(Niccolum)однаитаже,поэтомусимволыихсоответственнообозначаютсякакNaиNi.
Еслиподсимволомхимическогоэлементаподразумеватьегоатом,то,
используя символы, можно составлять химические формулы веществ.
Химическая формула – этоизображениесостававеществапосредством
химическихсимволов.Например,формулаH2SO4показывает, чтов составмолекулысернойкислотывходятводород,сераикислородичтоэта
молекуласодержитдва атомаводорода,одинатомсеры и четыреатома
кислорода.Цифры справа внизупосле символаэлемента указываютна
количествоатомовэтогоэлементавмолекулевещества.
8
2.4. Простые и сложные вещества. Аллотропия
Простыми веществами называются такие вещества, молеку-
лыкоторыхсостоятизатомоводногои тогожеэлемента.Молекулы
простыхвеществмогутсостоятьизодного(Fe,Kит.д.),двух(O
ит.д.)ибольшегочислаатомов(S
)одногоэлемента.
8
Одинитотжеэлементможетобразовыватьнесколькопростыхве-
ществ. Способность химическогоэлемента существоватьв виде нескольких простых веществ называют аллотропией (кислород O
озонO
,алмазиграфит).Аллотропия–одноиз подтвержденийраз-
3
личиямеждупростымвеществомихимическимэлементом.
Неорганические
вещества
СложныеПростые
Рис.2.1.Неорганическиевещества
Сложными веществами, илихимическими соединениями, назы-
ваютсятакиевещества,молекулыкоторыхобразованыиз атомовдвух
иболееэлементов.Например,молекулаводы(Н
O)состоитиз атомов
2
водородаикислорода,анеизвеществ–водородаикислорода.
Элементы при химических реакциях не возникают и не исчезают.
Вступаявхимическоевзаимодействие,молекулыпростыхвеществодновременносразделениемнаотдельныеатомытеряютсвоисвойства.
,Н2
2
2
и
2.5. Атомная масса. Молекулярная масса
Заединицуатомноймассыпринята 1/12 массыатомаизотопаугле-
12
рода
1,66∙10
называютсяотносительной атомной илиотносительноймолекуляр-
ной массой иобозначаютсясоответственноА
молекулярнаямассамолекулыM
массA
массаортофосфорнойкислотыM
С, называемая атомной единицей массы (а.е.м.) и равная
–27
кг. Массы атомаили молекулы, отнесенные кэтой единице,
илиMr.Относительная
r
равнасуммеотносительныхатомных
r
всехатомов,составляющихмолекулу.Например,молекулярная
r
r(H3PO4
)=3∙1+31+4∙16=98.
9
Массовая доля данногоэлемента–этоотношениемассыэлемен-
та,содержащегосяввеществе,кобщеймассевещества.Онавыражаетсявдоляхединицыиливпроцентах.
2.6. Количество вещества
Количество вещества (n) – этофизическаявеличина,определяе-
маячисломсодержащихсявэтомвеществеструктурныхчастиц(атомов,молекул,ионов,электронов,протоновидр.).Заединицуколичествавеществавхимиипринят моль.
Моль – этотакоеколичествовещества,вкоторомсодержитсястоль-
коже структурныхединицданноговещества(молекул,атомов,ионов
ит.д.),сколькосодержитсяатомовв0,012кгизотопауглерода12С.
Массаодногомолявещества,илиотношениемассывеществакего
количеству,называетсямолярной массой (М):
М=m/n,
гдеm – массавещества,г;
n – количествовещества,моль.
Единицаизмерениямолярноймассы–граммнамоль(г/моль).
Объемодногомолягазообразноговещества,илиотношениеобъе-
мавеществакегоколичеству,называетсямолярным объемом (V
):
m
V
=V/n,
m
гдеV–объемгазообразноговещества,л;n–количествовещества,моль.
Молярныйобъемимеетразмерностьлитрнамоль(л/моль).
Длявсехгазообразныхвеществ,взятыхпринормальныхусловиях
(T=273K,P=101,325кПа),молярныйобъемодинаковисоставляет
22,4л/моль.
Один моль любого вещества содержит 6,02∙10
ниц.Этавеличинаназываетсячисломилипостоянной Авогадро (N
N
= 6,02∙1023моль–1.
A
10
23
структурныхеди-
).
A
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]