Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Учебное пособие для СПО
.pdf
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
_________________________________________________________________
Л. Х. Аскарова
ХИМИЯ
Учебное пособие для СПО
3-е издание, стереотипное
Издательство Уральского университета, Екатеринбург
Профобразование, Саратов
2024
УДК 54(075.8)
ББК 24.1
А93
Базуев Г. В. — д-р техн. наук, профессор (Институт химии твердого тела УрО РАН);
Пазникова С. Н. — канд. техн. наук, доцент кафедры химии и процессов горения
(Уральский институт государственной противопожарной службы МЧС России)
Байкова Л. А. — канд. хим. наук, доцент
Аскарова, Л. Х.
А93
Химия : учебное пособие для СПО / Л. Х. Аскарова ; науч. ред. Л. А. Байкова. —
Эл. изд. — 3-е изд., стер. — Саратов : Профобразование ; Екатеринбург : Изд-во Урал. унта, 2024. — 79 с.
ISBN 978-5-4488-0382-6 (Профобразование)
ISBN 978-5-7996-2917-5 (Изд-во Урал. ун-та)
Рецензенты:
Научный редактор:
Учебное пособие содержит теоретические сведения о классах неорганических соединений, энергетике химических процессов, электролитах, гидролизе солей, строении атома, окислительно-восстановительных реакциях, коррозии металлов, химических источниках тока, электролизе водных растворов солей и др.
В конце каждого раздела даны задания для самоконтроля.
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Химия» по
всем профессиям и специальностям среднего профессионального образования.
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4488-0382-6 (Профобразование)
ISBN 978-5-7996-2917-5 (Изд-во Урал. ун-та)
УДК 54(075.8)
ББК 24.1
© Аскарова Л. Х., 2013
© ФГАОУ ВО «Уральский федеральный
университет», 2019
© Оформление. ООО «Профобразование», 2024
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................................................................. 4
1. Классификация неорганических соединений ..............................6
1.1. Простые вещества — металлы и неметаллы ........................6
1.2. Оксиды — кислотные и основные ......................................7
1.3. Гидроксиды — кислоты и основания ..................................8
1.4. Амфотерные оксиды и гидроксиды ................................... 11
1.5. Соли ............................................................................ 13
Задания для самоконтроля .................................................15
2. Основы химической термодинамики. Химическое равновесие .... 18
2.1. Термодинамические расчеты ............................................18
2.2. Химическое равновесие ...................................................21
Задания для самоконтроля ................................................. 23
3. Электролиты ........................................................................29
3.1. Диссоциация электролитов. Обменные реакции
в растворах электролитов. Ионные уравнения ........................ 29
3.2. Гидролиз солей ..............................................................33
Задания для самоконтроля .................................................34
4. Строение атома и Периодическая система элементов
Д. И. Менделеева ................................................................37
Задания для самоконтроля .................................................42
5. Окислительно-восстановительные реакции .............................. 43
5.1. Степень окисления. Окислители и восстановители ............ 43
5.2. Составление уравнений окислительно-восстановительных
реакций ...............................................................................45
Задания для самоконтроля .................................................49
6.
Общие свойства металлов ......................................................52
6.1. Взаимодействие металлов с растворами кислот ................. 52
6.2. Взаимодействие металлов с водой .................................... 55
6.3. Взаимодействие металлов с водными растворами щелочей ... 56
6.4. Коррозия металлов.........................................................57
Задания для самоконтроля .................................................60
7. Гальванические элементы .......................................................62
Задания для самоконтроля .................................................65
8. Электролиз водных растворов ................................................67
Задания для самоконтроля .................................................71
Рекомендуемая литература .................................................... 72
Приложение ........................................................................73
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современная химия — разветвленная система наук, включающая общую химию, неорганическую, органическую, физическую, аналитическую химию, химию твердого тела и ряд других химических дисциплин. Все большее значение в настоящее
время приобретают смежные дисциплины — биохимия, геохимия, космохимия.
Химические реакции широко используются во многих производственных процессах, таких как получение топлива, электроэнергии, металлов, пластмасс, синтетических волокон, строительных материалов, продуктов питания.
Знание химии необходимо для повышения эффективности
производства и качества продукции, т. к. ухудшение качества
часто связано с самопроизвольным протеканием некоторых химических процессов (коррозия металлов, старение полимеров
и др.). Решение экологических проблем, сохранение и воссоздание окружающей среды также требуют хорошего знания химии. Изучение химии важно и для хорошего усвоения последующих курсов — материаловедения, сопротивления материалов,
основ теплопередачи и др.
В первом разделе настоящего пособия кратко систематизированы известные по школьному курсу сведения по составу и свойствам классов неорганических веществ. Далее рассматривается
ряд ключевых тем: строение атома, термодинамические расчеты, химическое равновесие и возможности его смещения, свойства растворов электролитов, общие свойства и коррозия металлов и др.
В целях успешного усвоения материала наряду с изложением его теоретических вспектов в каждом разделе приводят-
4
ся практические примеры. Все разделы завершаются вопросами для самоконтроля. Не рекомендуется переходить к последующей теме, не усвоив предшествующую. Для более глубокого понимания материала наряду с пособием и конспектами лекций необходимо использовать учебную литературу, список которой приводится в конце пособия.
5
1. КЛАССИФИКАЦИЯ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
1.1. Простые вещества — металлы и неметаллы
Простыми называют вещества, состоящие из атомов одного
и того же элемента. Все простые вещества можно разделить на
металлы и неметаллы, так как их свойства существенно различаются. Металлы обладают металлическим блеском, хорошей
тепло- и электропроводностью, ковкостью и пластичностью, в химических реакциях являются только восстановителями. Неметаллы характеризуются плохой тепло- и электропроводностью,
твердые неметаллы хрупки. Многие из неметаллов могут проявлять свойства как окислителей, так и восстановителей.
Большая часть элементов является металлами. К неметаллам относятся 22 элемента (табл. 1.1).
Т а б л и ц а 1.1
Группы элементов
I II III IV V VI VII VIII
H He
B C N O F Ne
Si P S Cl Ar
As Se Br Kr
Te I Xe
At Rn
Некоторые элементы обладают свойствами и металлов, и неметаллов.
6
1.2. Оксиды — кислотные и основные
Оксиды — сложные вещества, состоящие из атомов двух
элементов, один из которых — кислород. Степень окисления
кислорода в оксидах — –2 (табл. 1.2.).
Т а б л и ц а 1.2
Оксиды (ЭnOm)
Солеобразующие Несолеобразующие
Кислотные Амфотерные Основные СО, NO, N2O
(не образуют солей)
Кислотные оксиды:
— оксиды неметаллов (СО2, SO3, Cl2O7 и др.);
— оксиды металлов в высокой положительной степени окисления (+6, +7): FeO3, CrO3, Mn2O7 и др.
Химические свойства кислотных оксидов
1. Взаимодействуют с водой, образуя кислоты (исключение
составляют SiO2 и небольшое число других оксидов):
SO3 + H2O = H2SO
Mn2O7 + H2O = 2 HMnO
4
4
SiO2 + H2O (не взаимодействует).
2. Взаимодействуют с основными оксидами:
N2O5 + MgO = Mg(NO3)
2
3. Взаимодействуют с основаниями:
SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O
Основные оксиды — это оксиды металлов в невысокой сте-
пени окисления (Na2O, MgO, FeO и др.).
Химические свойства основных оксидов
1. С водой взаимодействуют только оксиды щелочных
(Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов,
образуя основания. Оксиды других металлов в воде не растворяются.
BaO + H2O = Ba(OH)
2
7
2. Взаимодействуют с кислотными оксидами, образуя соли:
CaO + CO2 = CaCO
3
3. Взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду:
СuO + 2 HCl = CuCl2 + Н2О
1.3. Гидроксиды — кислоты и основания
К гидроксидам относятся кислородсодержащие кислоты,
основания, амфотерные гидроксиды.
Кислоты — это сложные химические соединения, состоящие
из катионов водорода и кислотных остатков (табл. 1.3, 1.4).
Химические свойства кислот
1. Взаимодействуют с основными оксидами:
2 HNO3 + MgO = Mg(NO3)2 + H2O
2. Взаимодействуют с основаниями:
H2CO3 + 2 LiOH = Li2CO3 + 2 H2O
3. Реагируют с солями, если в результате реакции образует-
ся более слабая кислота, осадок, газ:
3 H2SO4 + 2 Na3PO4 = 2 H3PO4 + 3 Na2SO
сильная слабая
кислота кислота
4
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2 HCl
осадок
H2SO4 + FeS = FeSO4 + H2S
газ
4. Реагируют с металлами (особенности этих реакций рас-
смотрены в разд. 6).
5. Действие кислоты на индикатор:
H+ + метилоранж красный цвет
H+ + лакмус красный цвет
Основания — это сложные химические соединения, состоящие
из катионов металла (или аммония NH
+
) и гидроксогрупп (OH–).
4
8
Т а б л и ц а 1.3
Названия часто встречающихся кислот и их солей
Кислота Соль
Формула Название Кислотный Название
остаток
HF Фтороводородная F
HCl Хлороводородная Cl
HBr Бромоводородная Br
HI Иодоводородная I
HCN Циановодородная CN
H2S Сероводородная S
H2SO
H2SO
HNO
HNO
H2CO
H2SiO
H2CrO
HClO
HClO
HClO
4
3
3
2
3
3
4
4
3
2
Серная SO
Сернистая SO
Азотная NO
Азотистая NO
Угольная CO
Кремниевая SiO
Хромовая CrO
Хлорная ClO
Хлорноватая ClO
Хлористая ClO
HClO Хлорноватистая ClO
H3BO
H3PO
HMnO
H2MnO
3
4
4
Борная BO
Фосфорная PO
Марганцовая MnO
Марганцовистая MnO
4
–
–
–
–
–
2–
2–
4
2–
3
–
3
–
2
2–
3
2–
3
2–
4
–
4
–
3
–
2
–
3–
3
3–
4
–
4
2–
4
Фторид
Хлорид
Бромид
Иодид
Цианид
Сульфид
Сульфат
Сульфит
Нитрат
Нитрит
Карбонат
Силикат
Хромат
Перхлорат
Хлорат
Хлорит
Гипохлорит
Борат
Фосфат
Перманганат
Манганат
Т а б л и ц а 1.4
Кислоты
Сильные электролиты
Слабые электролиты
и электролиты средней силы
HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4, Все остальные:
HClO4 (и некоторые другие) HF, H3PO4, H2CO3 и т. д.,
а также многие органические
9
Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов называют щелочами, они хорошо растворимы в воде (кроме Ca(OH)2).
Остальные основания в воде практически нерастворимы (исключая NH4OH) (табл. 1.5).
Т а б л и ц а 1.5
Основания
Сильные электролиты Слабые электролиты
Все щелочи: Все остальные основания:
LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH NH4OH,
Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)
2
Cu(OH)2, Al(OH)3 и др.
Химические свойства оснований
1. Взаимодействуют с кислотами:
Fe(OH)2 + 2 HCl = FeCl2 + 2 H2O
2. Взаимодействуют с кислотными оксидами:
Сa(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
3. Реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами:
2 NaOH + Cr2O3 = 2 NaCrO2 + H2O
KOH + Cr(OH)3 = KCrO2 + 2 H2O
4. Взаимодействуют с растворимыми солями, если в резуль-
тате образуются слабое основание, осадок, газ:
2 NaOH + (NH4)2SO4 = 2 NH3 + 2 H2O + Na2SO
газ
2 NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2 + 2 NaCl
слабое
основание
Вa(OH)2 + K2CO3 = BaCO3 + 2 KOH
осадок
6. Действие щелочи на индикатор:
OH– + фенолфталеин малиновый цвет
ОН– + лакмус синий цвет
1 0
4
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]