Metod_Inorganic_chem_1_pharm_M-1_copy
.pdf
5.Григор’єва В.В., Самійленко В.М., Сич А.М. Загальна хімія. – К.: Вища школа. – 1991 – розд. І. – С.
6.Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія: Підручник для студентів
вищ. навч. закладів. – Київ; Ірпінь: ВТФ „ Перун”, 1998. – С. 18–27.
3.3. Матеріали для самоконтролю
а) Дати письмові відповіді на контрольні запитання
1.Які хімічні формули називаються емпіричними, молекулярними, графічними, структурними?
2.Складіть молекулярні та графічні формули таких кислот: сульфідної, сульфітної, гіпофосфітної, ортофосфітної, пірофосфатної, перхлоратної, манганатної.
3.Написати графічні формули змішаних оксидів: Fe3O4, Pb2O3, Pb3O4 та назвати їх.
4.Валентність і ступінь окислення, їх визначення. Вказати зазначені величини для елементів у речовинах п.2.
5.Закон еквівалентів, його формулювання та математичний вираз. Чи є еквівалент постійною величиною? Наведіть приклади.
6.Яким співвідношенням пов’язані валентність, еквівалент та атомна маса елемента?
б) Алгоритми розв’язування типових задач
Задача 1. При згорянні 2,5 г алюмінію утворюється 4,72 г його оксиду. Обчислити еквівалент алюмінію.
Дано: m(Al) = 2,5 г
m(Al2O3) = 4,72 г
E(Al) – ?
1.За умовою в 4,72 г оксиду алюмінію міститься 2,5 г алюмінію. Тому:
m(О) = 4,72 г – 2,5 г = 2,22 г
2.Обчислюємо еквівалент алюмінію, використовуючи закон еквівалентів:
m1 |
= |
E1 |
. , звідки |
m(Al) |
= |
E(Al) |
. |
|
m2 |
E 2 |
|||||||
|
|
m (O) E(O) |
||||||
Враховуючи, що Е(О) = 8, одержимо:
E(Al) 2,5 × 8 = 9. 2,22
Відповідь: Е(Al) = 9.
Задача 2. Маса 1 л кисню дорівнює 1,4 г. Який об’єм кисню витрачається для згоряння 21 г магнію, еквівалент якого дорівнює 12?
Дано: |
1. Еквівалентна маса Оксигену дорівнює 16:2 = 8 г/моль, |
V(О2) = 1 л |
що становить 0,25 його молярної маси: |
|
21 |
m(О2) = 1,4 г |
|
32 |
г |
– 1 моль |
m(Mg) = 21 г |
|
8 г – |
х моль, звідки х = 0,25 моль. |
|
E(Mg) = 12 |
|
2. Якщо 1 моль газу займає об’єм 22,4 л, то 0,25 моль газу |
||
|
|
займає об’єм 22,4 дм3/моль ´ 0,25 моль = 5,6 дм3. |
||
V (О2) – ? |
|
Отже, Е(О) = 8 г/моль = 5,6 л (5,6 дм3). |
||
|
|
3. За законом еквівалентів: |
||
|
|
12 |
г Мg – 5,6 л О2 |
|
|
|
21 |
г Mg– y, звідки y = 9,8 л О2. |
|
Відповідь: V(О2) = 9,8 л (9,8 дм3).
Задача 3. Із 2 г карбонату тривалентного металу утворилось 3,42 г його нітрату. Обчислити атомну масу металу.
Дано: |
|
1. Розрахунок |
проводимо |
за рівнянням, що |
||||||||
m(Ме2(СО3)3) = 2 г |
|
виражає закон еквівалентів: |
|
|
|
|
||||||
m(Me(NO3)3) = 3,42 г |
|
|
E(Me) + E(CO2− ) |
m(Me (CO |
) |
) |
|
|||||
|
|
|
|
|
3 |
= |
2 |
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
E(Me) + E(NO3− ) |
m(Me(NO3 )3 ) |
||||||||
Ar(Me) – ? |
||||||||||||
|
2. Нехай, Е(Ме) = х, тоді: |
|
|
|
|
|||||||
|
|
2-) = х + 30; |
||||||||||
|
|
Е(Ме (СО ) ) = Е(Ме) + Е(СО |
||||||||||
|
|
2 |
3 |
3 |
|
3 |
|
|
|
|||
|
|
Е(Me(NO ) ) = Е(Ме) + Е(NO -) = x + 62. |
||||||||||
|
|
|
|
3 |
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
Підставляємо значення і розв’язуємо рівняння:
x + 30 |
= |
2 |
, 2(х + 62) = 3,42(х + 30); |
x + 62 |
|
3,42 |
|
2х + 124 = 3,42х + 102,6; 1,42х = 21,4, звідки х = 15,07 (Е(Ме))
3.Ar = EВ, де В – валентність елемента.
4.Отже, Ar (Ме) = 15,07 × 3 = 45,21 а.о.м.
Відповідь: атомна маса металу дорівнює 45,21 а.о.м.
в) Задачі для самостійного розв’язання
1. Обчислити еквівалент перманганату калію в наступних реакціях:
KMnO4 + H2O2 + H2SO4 = ? + O2 + K2SO4 + H2O;
KMnO4 + Na2SO3 + KOH = ? + Na2SO4 + H2O;
KMnO4 + MnSO4 + H2O = ? + KOH + H2SO4.
2.При пропусканні сірководню крізь розчин, що містить 1,35 г хлориду деякого металу, утворюється 0,96 г його сульфіду. Обчислити
еквівалентну масу металу.
Відповідь: 32 г/моль.
3. Знайти формулу речовини, що містить 59,66% Хлору, 26,89% Сульфуру і 13,45% Оксигену. Густина за воднем дорівнює 59,5.
Відповідь: SOCl2.
22
4.При спалюванні 5,76 г речовини утворилось 2,12 г соди, 5,824 дм3 вуглекислого газу (н. у.) і 1,8 г води. Визначити молекулярну формулу цієї сполуки.
Відповідь: С6Н5COONa.
4. Матеріали для аудиторної роботи
4.1. Обладнання для проведення заняття:
Прилад (установка) для визначення еквівалента металу. Аналітичні терези та різноважки. Термометр. Барометр. Наважка металу (х. ч.), сульфатна кислота. Фільтрувальний папір.
4.2. Інтегральні зв’язки
Матеріал даної теми важливий для подальшого вивчення програмного матеріалу з курсу загальної та неорганічної хімії, а також аналітичної та фармацевтичної хімії, при виготовленні титрованих (стандартних) розчинів.
4.3. Зміст і методика проведення заняття
а) Виклад основних теоретичних положень:
−подати загальний принцип складання графічних формул для неорганічних сполук різних класів. Сформулювати сучасне визначення поняття „ еквівалент”;
−навести приклади розрахунку еквівалентів простих і складних речовин на основі хімічної формули, за ваговим або вмістом речовини у відсотках, які вступили у реакцію;
−звернути увагу на обчислення еквівалентів однієї і тієї ж речовини в залежності від типу реакції. Розглянути конкретні приклади.
б) Перелік практичних вмінь та навичок:
−вміти експериментально визначати еквіваленти металів;
−вміти проводити розрахунки еквівалентів простих і складних речовин.
4.4. Інструкції з виконання практичних завдань
Завдання 1. Експериментально визначити еквівалент металу (напр., магнію, цинку тощо).
Якщо елемент витісняє водень з його сполуки (води, кислоти, лугу), то еквівалент такого елемента можна визначити методом витіснення. Так, при взаємодії металу з кислотою, виділяється еквівалентна кількість водню:
Ме + H2SO4 = MeSO4 + H2−.
1.Знаходимо об’єм водню V (в мл), що витісняється металом за температури t° і тиску Р:
V = a2 – a1, де a1 – рівень води в бюретці до реакції;
a2 – рівень води в бюретці після закінчення реакції.
23
2. Приводимо знайдений об’єм водню до н. у. за рівнянням Клайперона:
|
|
|
|
|
P1V1 |
= |
P0V0 |
. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
T1 |
|
T0 |
|||
V0 |
= |
T0 ×V ×(P - h) |
= |
273×V ×(P - h) |
, |
де h – тиск водяної пари при даній |
||||
P0 ×T |
|
|||||||||
|
|
|
760 ×T |
|
|
|
||||
температурі (з таблиці).
3.Обчислюємо масу витісненого водню g, знаючи, що моль Н2 займає за н. у. об’єм 22,4 дм3.
4.Обчислюємо еквівалент металу за формулою: E = b , де
g
b – маса (точна наважка) взятого металу, г; g – маса витісненого водню, г.
5. Порівнюємо одержаний еквівалент металу з теоретичним і обчислюємо відносну помилку досліду А:
А= Е(теор.) - Е(експ.) ×100%
Е(теор.)
Приклад обчислень:
Нехай: b = 0,0275 г (Mg)
t = 17 °C = (273 + 17) = 290 K P = 743 мм рт. ст.
h = 14,53 мм рт. ст. a1 = 12,9 мл
a2 = 43,4 мл Е (Ме) = ?
V = a1 – a2 = 43,4 – 12,9 = 30,5 мл
V0 |
= |
273 × 30,5 × (743 -14,53) |
= 27,52 мл |
|||||
|
|
|
|
|
||||
2 г – 22400 мл |
760 × 290 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g г – 27,52 мл, звідки g = 0,0024 г Н2. |
|
|
||||||
|
|
E = |
b |
= |
0,0275 |
|
=11,46 . |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
g 0,0024 |
|
|
|||
Отже, Еексп(Mg) = 11,46, Етеор(Mg) = 24:2 = 12. А = (12 – 11,46) : 12 × 100 % = 4,5 %.
5. Підведення підсумків та зарахування роботи.
24
Заняття № 4
Тема: Будова атома. Періодичний закон Д.І. Менделєєва
1. Актуальність теми
Знання будови електронних оболонок атомів дає можливість передбачити і описати властивості хімічних елементів, їх валентні можливості та реакційну здатність. Теорія будови атомів є науковою основою періодичного закону Д.І.Менделєєва, що є одним з фундаментальних законів хімії.
2.Мета заняття
−засвоїти основні поняття і положення теорії будови атомів:
−вивчити основні типи і характеристики хімічних зв’язків та окремі види міжмолекулярних взаємодій;
−вміти складати електронні та електронно-структурні формули хімічних елементів для характеристики їх валентних можливостей.
3.Матеріал доаудиторної самостійної роботи
3.1. Засвоїти матеріал навчальної програми
Основні етапи і діалектика розвитку вчення про будову атома. Спектри атомів. Квантовий характер поглинання і випромінювання енергії. Корпускулярно-хвильовий дуалізм мікрочастинок. Рівняння де Бройля. Хвильові властивості мікрочастинок і принцип невизначеності Гейзенберга. Характер руху електронів в атомі. Хвильова функція в системах мікрочастинок.
Електронні енергетичні рівні атома. Головне квантове число. Форма s-, p- і d-орбіталей атома. Орбітальне, магнітне і спінове квантові числа. Їхній фізичний зміст.
Принципи та правила, що визначають послідовність заповнення атомних орбіталей електронами: принцип найменшої енергії, принцип Паулі, правило Хунда, правила Клечковського, правило симетрії. Електронні та електронографічні формули атомів елементів та їх йонів.
Природна та штучна радіоактивність. Токсична дія радіонуклідів. Радіофармацевтичні препарати, що використовують для лікування (препарати Кобальту, Фосфору, Йоду) та діагностики (препарати Калію, Фосфору) різних захворювань.
Періодичний закон Д.І. Менделєєва і його пояснення на основі сучасної теорії будови атомів. Періодичний закон як приклад дії законів діалектики.
Структура періодичної системи елементів: періоди, групи, родини. Варіанти періодичної системи. Періодичний характер зміни властивостей елементів: радіус, енергія активації, енергія спорідненості до електрона, відносна електронегативність. Вплив будови зовнішніх електронних оболонок на хімічні властивості елементів. Періодичний характер зміни властивостей простих речовин, гідридів, оксидів. Внутрішня та вторинна періодичність.
25
3.2. Література до теми
1.Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2003. – 464 с.
2.Практикум з загальної та неорганічної хімії / Є.Я.Левітін, Р.Г.Клюєва, А.М.Бризицька та ін. – Харків: Основа, 1998. – 119 с.
3.Загальна та неорганічна хімія: У 2-х ч./О.М.Степаненко, Л.Г.Рейтер,
В.М.Ледовских, С.В.Іванов. – К.: Пед. Преса, 2002.– Ч. І.– 520 с.;– Ч.ІІ.–
4.Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія. – К.: Ірпінь, 1998. – Розділ
3,4.
5.Григор’єва В.В. і спів. Загальна хімія. – К.: Вища школа, 1991. – Розділ
2,3.
6.Карапетьянц М.Я. Дракин С.И. Строение вещества. – М.: Высшая школа, 1978.
3.3. Матеріал для самоконтролю
а) Дати письмові відповіді на контрольні запитання:
1.Перелічіть найважливіші відкриття, які стали основою для становлення теорії будови атома.
2.Поясніть суть «планетарної» моделі атома.
3.Що означає термін «атомна орбіталь» та які існують форми атомних орбіталей.
4.Перелічіть квантові числа, що характеризують атомні орбіталі та поясніть їх фізичний зміст.
5.Сформулюйте принципи та правила заповнення електронами енергетичних рівнів.
6.Складіть електронні формули атомів Хлору, Нітрогену, Феруму, Купруму та вкажіть їх валентні можливості.
б) Алгоритми розв’ язування типових задач
Задача 1. Один квант світла несе енергію, яка дорівнює 3,06×10–19 Дж. Розрахувати довжину хвилі, частоту коливань та хвильове число, що відповідає цьому випромінюванню.
Коротко записуємо умову задачі.
Дано:
Е = 3,06×10–19 Дж h = 6,63×10–34 Дж×с с = 3×108 м/с
n – ? l – ? n – ?
1. З рівняння Планка: |
|
|
|||||||||||||
E = hν, знаходимо частоту n: |
|
||||||||||||||
n = |
E |
= |
|
3,06 ×10−19 Дж |
= 4,61×1014 c–1 ; |
||||||||||
|
|
h |
6,63×10−34 Дж ×с |
|
|
||||||||||
2. l = C |
= |
3 ×108 м/с = 650×10–9 |
м = 650 нм; |
||||||||||||
|
|
|
|
|
ν |
|
4,61×1014 с−1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
= 1,54×106 |
м–1 |
= 15400 см–1 |
||||
3. n = |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
650 ×10−9 м |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
26
Відповідь: n =4,61×1014 c–1 ; l = 650×10–9 м = 650 нм; n = 15400 см–1 .
Задача 2. Яка швидкість руху електрона, якщо відповідна довжина хвилі становить 10–11 м, а його маса становить 9,1×10–31 кг.
Записуємо коротко умову задачі.
Дано: |
|
|
Записуємо |
рівняння хвилі |
де-Бройля |
λ = |
h |
, з |
||||
l – 10 –11 м |
|
|
||||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mv |
|||
me – 9,1 ×10–31 кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
якого визначаємо швидкість: |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
v = |
h |
= |
|
6,63 ×10−34 Дж × с |
|
=7,28×107 м/с |
|
|
|
Знайти: |
|
|
|
|||||||||
|
mλ |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
v – ? |
|
|
|
10−11 м ×9,1×10−31 Дж |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Відповідь: v = |
7,28×107 м/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
в) Задачі для самостійного розв’ язування
1.Енергія випромінювання мікрочастинки дорівнює 2 еВ. Знайдіть частоту та довжину хвилі цього випромінювання, якщо відомо, що 1 Дж = 6,24.1018
еВ (1 еВ = 1,6.10-19 Дж).
Відповідь: 4,83×1014 с–1 , 621 нм.
2.Обчислити довжину хвилі, яка відповідає a-частинці масою 6,6×10–27 кг, що рухається зі швидкістю 70 м/с.
Відповідь: 1,43 нм.
4. Матеріали для аудиторної роботи
4.1. Обладнання для проведення заняття:
Таблиці спектрів атомів, схеми заповнення електронами енергетичних рівнів атома, періодична система Д.І.Менделєєва.
4.2. Інтегральні зв’язки:
Матеріал даної теми потрібний для вивчення теми про будову молекул органічних речовин на кафедрах органічної та біологічної хімії, а також для кафедри фізики при розгляді теорії різних типів спектрів УФ-, ПМРта ЯМР.
На кафедрі неорганічної хімії розглянутий вище матеріал використовують для характеристики хімічних властивостей всіх елементів періодичної системи.
4.3. Зміст та методика проведення заняття
а) Виклад основних теоретичних положень:
-основні етапи розвитку вчення про будову атомів;
-корпускулярно-хвильовий дуалізм мікрочастинок;
-характеристика рівнянь де-Бройля, Гейзенберга та Шредінгера;
-квантові числа та їх напростіша інтерпретація;
-електронні та електронно-структурні формули атомів;
27
б) Перелік практичних навичок та вмінь:
−вміти проводити розрахунки основних параметрів атома і електрона як мікрочастинки (λ, m, E);
−вміти складати електронні, електронно-структурні форми атомів і йонів та характеризувати їх валентні можливості;
−вміти використовувати періодичну систему Д. І. Менделєєва для характеристики хімічних властивостей елементів;
5.Підведення підсумків та зарахування роботи.
Заняття № 5
Тема: Природа хімічного зв'язку і будова хімічних сполук
1. Актуальність теми
Вчення про хімічні зв’язки дає цінну інформацію про будову речовини, її властивості, реакційну здатність, а в деяких випадках і про біологічну активність.
2.Мета заняття
−засвоїти основні поняття про природу хімічного зв'язку і будову хімічних сполук:
−вміти застосовувати теорії будови речовини для вияснення структури молекул та прогнозування реакційної здатності речовин.
3.Матеріал доаудиторної самостійної роботи
3.1. Засвоїти матеріал навчальної програми
Механізм утворення хімічного зв’язку (ХЗ) між атомами. Типи хімічного зв’язку. Фізико-хімічні властивості сполук з ковалентним, йонним і металічним зв’язком. Експериментальні характеристики зв’язків: енергія, довжина, напрямленість.
Насиченість, направленість і полярність ковалентного зв’язку. Утворення σ і π зв’язків. Метод валентних зв’язків (ВЗ). Визначення кратності і ковалентності за методом ВЗ. Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв’язку.
Гібридизація атомних орбіталей. Просторова будова молекул. Полярні і неполярні молекули. Йонний зв’язок та його властивості. Будова та властивості сполук з йонним типом зв’язку. Металічний зв’язок.
Основні положення методу молекулярних орбіталей (МО). Зв’язуючі, розпушуючі і незв’язуючі МО, їх енергія та форма, енергетичні діаграми МО. Кратність зв’язку в методі МО.
28
Міжмолекулярні взаємодії (орієнтаційні, індукційні, дисперсні). Водневий зв’язок і його біологічна роль.
3.2. Література до теми
1.Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2003. – 464 с.
2.Практикум з загальної та неорганічної хімії / Є.Я.Левітін, Р.Г.Клюєва, А.М.Бризицька та ін. – Харків: Основа, 1998. – 119 с.
3.Загальна та неорганічна хімія: У 2-х ч./О.М.Степаненко, Л.Г.Рейтер,
В.М.Ледовских, С.В.Іванов. – К.: Пед. Преса, 2002.– Ч. І.– 520 с.;– Ч.ІІ.–
4.Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія. – К.: Ірпінь, 1998. – Розділ
3,4.
5.Григор’єва В.В. і спів. Загальна хімія. – К.: Вища школа, 1991. – Розділ
2,3.
6.Карапетьянц М.Я. Дракин С.И. Строение вещества. – М.: Высшая школа, 1978.
3.3. Матеріал для самоконтролю
а) Дати письмові відповіді на контрольні запитання:
1.В чому суть методу валентних зв’язків (ВЗ). Наведіть схеми утворення зв’язків в молекулах O2, N2, NH3 за методом ВЗ.
2.Наведіть основні характеристики хімічних зв’язків та вкажіть одиниці їх вимірювання.
3.В чому суть методу молекулярних орбіталей (МО). Намалюйте енергетичні діаграми молекул F2 та CO за цим методом.
б) Алгоритми розв’ язування типових задач
Задача 1. Обчислити ступінь йонності зв’язку Li–H в молекулі гідриду літію, якщо довжина зв’язку 0,16 нм, а дипольний момент становить
1,97.10-27 Кл.м
Записуємо коротко умову задачі.
Дано: |
|
1. З формули (1) для визначення дипольного |
|||||||
d = 0,16 нм = |
|
моменту m = le знаходимо і підставляємо у |
|||||||
0,16×10–9 м =1,6.10–10 |
|
формулу (2) для обчислення і: |
|
|
|||||
m=1,97×10–27 Кл×м; |
|
l = m/е, і = l/d. |
|
|
|||||
e = 1,6×10–19 Кл. |
|
Підставляємо значення: |
|
|
|||||
|
|
|
|
1,97 ×10−27 |
–8 |
|
|||
|
|
l = m/e = |
|
|
|
= 1,23×10 |
|
м; |
|
|
|
|
|
|
|||||
i – ? |
|
1,6 |
×10−19 |
|
|
||||
|
|
1,23×10−8 |
|
|
|||||
|
|
і = l/d = |
|
|
= 0,768 = 76,8%. |
||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
1,6 ×10−19 |
|
|
||||
Відповідь: і = 76,8 %. |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
|
в) Задачі для самостійного розв’ язування
1.Дипольний момент молекули Н–F становить 1,98 D, а ступінь полярності і = 45 %. Яка довжина зв’язку в молекулі фтористого водню, якщо 1 D =
3,33×10–30 Кл×м.
Відповідь: 0,092 нм.
4. Матеріали для аудиторної роботи
4.1. Обладнання для проведення заняття:
Періодична система Д.І.Менделєєва, довідники з хімії.
4.2. Інтегральні зв’язки:
Матеріал даної теми потрібний для вивчення теми про будову молекул органічних речовин на кафедрах органічної та біологічної хімії, а також для кафедри фізики при розгляді теорії різних типів спектрів УФ-, ПМРта ЯМР.
На кафедрі неорганічної хімії розглянутий вище матеріал використовують для характеристики хімічних властивостей всіх елементів періодичної системи.
4.3. Зміст та методика проведення заняття
а) Виклад основних теоретичних положень:
-типи хімічних зв’язків та їх основні характеристики;
-трактування хімічних зв’язків за методами ВЗ та МО;
-значення теорії будови речовини для вивчення хімічних та біологічних дисциплін.
б) Перелік практичних навичок та вмінь:
-вміти характеризувати хімічний зв’язок у сполуках за методами ВЗ і МО;
-вміти прогнозувати хімічні властивості та реакційну здатність сполук за характеристиками хімічних зв’язків, що їх утворюють.
5.Підведення підсумків та зарахування роботи.
Заняття № 6
Тема: Вчення про розчини. Способи вираження складу розчинів
1. Актуальність теми
Знання основ сучасної теорії розчинів необхідне провізору тому, що більшість важливих біохімічних процесів в живих організмах відбувається в розчинах, а також значна кількість лікарських засобів застосовується у вигляді рідких лікарських форм.
30