- •В.М. Васюков
- •Курс лекций
- •Часть I. Теоретическая химия
- •Глава 1. Основные понятия и законы химии
- •Основные понятия химии
- •Основные положения атомно-молекулярной теории
- •Газовые законы
- •Глава 2. Строение атома и периодический закон Модели строения атома
- •Квантовые числа электронов
- •Электронные конфигурации атомов
- •Ядро атома и радиоактивные превращения
- •Периодический закон
- •Глава 3. Химическая связь Валентность и степень окисления
- •Ковалентная связь
- •Ионная связь
- •Металлическая связь
- •Межмолекулярные взаимодействия
- •Глава 4. Комплексные соединения
- •Глава 5. Состояние вещества
- •Глава 6. Физико-химические закономерности протекания химических реакций Химическая термодинамика
- •Химическая кинетика и катализ
- •Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия
- •Глава 7. Физико-химическая теория растворов электролитов и неэлектролитов Механизм образования растворов и их классификация
- •Идеальные и реальные растворы. Растворение как физико-химический процесс
- •Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
- •Законы разбавленных растворов
- •Способы выражения концентрации (состава) растворов
- •Электролиты и электролитическая диссоциация
- •Гидролиз солей
- •Глава 8. Дисперсные системы
- •Классификации дисперсных систем
- •Оптические и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •Поверхностные и адсорбционные явления
- •Коллоидные (коллоидно-дисперсные) системы
- •Глава 9. Теория окислительно-восстановительных процессов Окислительно-восстановительные реакции
- •Химические источники электрической энергии. Электродные потенциалы
- •1) Металлы, обладающие более электроотрицательным потенциалом, способны вытеснить менее активные металлы (с более положительным потенциалом) из водных растворов их солей;
- •Коррозия металлов
- •Электролиз
- •Восстанавливается вода Восстанавливается вода и катионы металла Восстанавливается катионы металла
- •Глава 10. Качественный и количественный анализ веществ
- •Качественный анализ
- •Классификация катионов на аналитические группы
- •Классификация анионов на аналитические группы
- •Количественный анализ
- •Химические методы анализа
- •Физические и физико-химические методы анализа
- •Часть II. Неорганическая химия
- •Глава 11. Важнейшие классы неорганических соединений
- •Основания (гидроксиды металлов)
- •Кислоты
- •Глава 12. Элементы I группы
- •Водород
- •Глава 13. Элементы II группы
- •Бериллий
- •Глава 14. Элементы III группы
- •Алюминий
- •Лантаноиды
- •Актиноиды
- •Глава 15. Элементы IV группы
- •Углерод
- •Кремний
- •Глава 16. Элементы V группы
- •Глава 17. Элементы VI группы
- •Кислород
- •Глава 18. Элементы VII группы
- •Глава 19. Элементы VIII группы
- •Часть III. Органическая химия Глава 20. Общая характеристика органических соединений
- •Теория строения органических соединений
- •Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности; углерод во всех органических соединениях четырехвалентен.
- •Свойства вещества определяются не только качественным составом, но и его строением, взаимным влиянием атомов, как связанных между собой химическими связями, так и непосредственно не связанных.
- •Строение молекул может быть установлено на основе изучения их химических свойств.
- •Формулы органических соединений
- •Классификация органических соединений
- •Номенклатура органических соединений
- •Изомерия органических соединений
- •Взаимное влияние атомов в молекуле и реакционная способность органических соединений
- •Общая характеристика органических реакций
- •Промышленное производство органических соединений
- •Глава 21. Алканы Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 22. Циклоалканы Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Глава 23. Алкены (олефины) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 24. Алкадиены (диеновые углеводороды) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 25. Алкины (ацетилены) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 26. Ароматические углеводороды (арены) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Правила ориентации (замещения) в бензольном кольце
- •Применение
- •Глава 27. Гидроксильные соединения (спирты)
- •Одноатомные спирты (алкоголи) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Многоатомные спирты
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 28. Карбонильные соединения (оксосоединения) Номенклатура и изомерия
- •Метаналь этаналь
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 29. Карбоновые кислоты Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 30. Сложные эфиры. Жиры Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Жиры и масла
- •Глава 31. Углеводы (сахара)
- •Моносахариды Номенклатура и изомерия
- •Физические и химические свойства глюкозы
- •Дисахариды
- •Полисахариды
- •Глава 32. Амины
- •Предельные алифатические амины Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Ароматические амины
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 33. Аминокислоты, пептиды и белки
- •Аминокислоты Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Пептиды
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Биологическое значение белков
- •Глава 34. Гетероциклические соединения
- •Шестичленные гетероциклы
- •Пятичленные гетероциклы
- •Нуклеиновые кислоты Строение нуклеиновых кислот
- •Биологическая роль нуклеиновых кислот
- •Глава 35.Синтетические высокомолекулярные соединения
- •Общая характеристика полимеров
- •Пластмассы
- •Волокна
- •Каучуки
- •Литература
- •Приложения Растворимость неорганических веществ в воде при 25°c
Восстанавливается вода Восстанавливается вода и катионы металла Восстанавливается катионы металла
Анодный процесс:
1. На нерастворимых анодах при конкуренции аниона бескислородных кислот (Cl–, Br–, I–, S2– и др.) с молекулами воды окисляется анион кислот;
2. На нерастворимых анодах при конкуренции аниона кислородсодержащих кислот (SO42–, NO3–, CO32– и др.) с молекулами воды окисляется вода
2Н2О – 4ē → О20 + 4Н+;
3. На растворимых (активных) анодах анионы из раствора не окисляется, а происходит разряжение (растворение) самого анода (кроме Pt и Au).
Пример 1. Составьте уравнения и опишите процессы, происходящие на электродах при электролизе раствора хлорида калия на инертных электродах (графит или Pt).
Калий в ряду напряжений металлов находится в группе с Li по Al, следовательно, на катоде восстанавливается вода; Сl– – бескислородный кислотный остаток, следовательно, он и будет окисляться на аноде:
КСl ↔ К+ + Сl–
Н2О
Катод– | К+; Н2О | Н2О + 2ē → Н20 + 2ОН– | 2 | 1
Анод+ | 2Сl–; Н2О | 2Сl– – 2ē → Сl20 | 2 | 1
2К+ +2Сl– + Н2О → 2К+ + Н20 + 2ОН– + Сl20 (суммарное ионное уравнение)
2КСl + Н2О → 2КОН + Н2↑ + Сl2↑ (молекулярное уравнение)
Пример 2. Составьте уравнения и опишите процессы, происходящие на электродах при электролизе раствора нитрата серебра на инертных электродах.
Серебро в ряду напряжений металлов находится в группе после водорода, следовательно, на катоде восстанавливается не вода, а катионы серебра; NO3– – кислородсодержащий кислотный остаток, следовательно, на аноде будет окисляться вода:
AgNO3 ↔ Ag+ + NO3–
Н2О
Катод– | Ag+; Н2О | Ag+ + 1ē → Ag0 | 1 | 4
Анод+ | NO3–; Н2О | 2Н2О – 4ē → О20 + 4Н+ | 4 | 1
Суммируем уравнения, с учетом коэффициентов и ионов NO3–, неразряжающихся на электродах, но присутствовавших в растворе (т.к. по формуле AgNO3 на один ион серебра приходится один нитрат-иона, то коэффициент «4» перед NO3– обусловлен присутствием четырех Ag+):
4Ag+ + 4NO3– + 2Н2О → 4Ag0 + 4NO3– + O20 + 4Н+ (суммарное ионное уравнение.
4AgNO3 + 2Н2О → 4Ag + 4НNO3 + O2↑ (молекулярное уравнение)
Пример 3. Составьте уравнения и опишите процессы, происходящие на электродах при электролизе раствора сульфата цинка на инертных электродах.
Цинк в ряду напряжений металлов находится в группе после Аl и до Н, следовательно, на катоде восстанавливается и вода и катионы цинка, SO42– – кислородсодержащий кислотный остаток, следовательно, на аноде будет окисляться вода:
ZnSO4 ↔ Zn2+ + SO42–
Н2О
Катод– | Zn2+; Н2О | Zn2+ + 2ē → Zn0 | 2 | 1 | 2
| Н2О + 2ē → Н20 + 2ОН– | 2 | 1 | 2
Анод+ | SO42–; Н2О | 2Н2О – 4ē → О20 + 4Н+ | 4 | 2 | 1
Суммируем уравнения, с учетом коэффициентов и ионов Zn2+ и SO42–, не разряжающихся на электродах, но присутствовавших в растворе (коэффициент "2" перед анионом SO42– обусловлен присутствием в растворе двух катионов цинка):
2Zn2+ + 2SO42– + 6Н2О → 2Zn0 + 2SO42– + 2Н20 + 4ОН– + О20 + 4Н+ (ионное уравнение)
2ZnSO4 + 6Н2О → 2Zn0 + 2Н2SO4 + 2Н2↑ + Zn(ОН)2 + О2↑ (молекулярное уравнение)
Пример 4. Составьте уравнения и опишите процессы, происходящие на электродах при электролизе раствора сульфата меди на медном аноде.
Медь в ряду напряжений металлов находится в группе после водорода, следовательно, на катоде восстанавливается не вода, а катионы меди; на аноде будет происходить окисление самого металла анода:
Cu(NO3)2 ↔ Cu2+ + 2NO3–
Н2О
Катод– | Cu2+; Н2О | Cu2+ + 2ē → Cu0 | 2 | 1
Анод+ (Cu) | NO3–; Н2О | Cu0 – 2ē → Cu2+ | 2 | 1
Продукты электролиза: на катоде – металл, на аноде – ионы металла, образующие в анодном пространстве соль с перешедшими туда из катодного пространства анионами. В результате концентрация соли в растворе остается постоянной, т.к. сколько металла оседает на катоде, столько же его уходит в раствор с анода в виде ионов.
Электролиз растворов кислот
Катодный процесс: при конкуренции катиона водорода кислот и молекул воды, на катоде восстанавливается водород 2Н+ + 2ē → Н20
Анодный процесс: (см. электролиз растворов солей).
Пример 4. Составьте уравнения и опишите процессы, происходящие на электродах при электролизе раствора серной кислоты на инертных электродах.
На катоде восстанавливаются катиона водорода кислот; на аноде будет окисляться вода, т.к. SO42– – кислородсодержащий кислотный остаток.
H2SO4 ↔ 2H+ + SO42–
Н2О
Катод– | H+; Н2О | 2Н+ + 2ē → Н20 | 2 | 1 | 2
Анод+ | SO42–; Н2О | 2Н2О – 4ē → О20 + 4Н+ | 4 | 2 | 1
Суммируем уравнения, с учетом коэффициентов и иона SO42–, неразряжающегося на аноде, но присутствовавшего в растворе (коэффициент «2» перед анионом SO42–обусловлен присутствием в растворе четырех катионов водорода). Затем в молекулярном уравнении сократим одноименные ионы в правой и левой частях:
4Н+ + 2SO42– + 2Н2О → 2SO42– + 2Н20 + О20 + 4Н+ (ионное уравнение)
2Н2О → 2Н2↑ + О2↑ (молекулярное уравнение)
Таким образом, фактически при электролизе раствора серной кислоты идет электролиз воды.
Электролиз растворов щелочей
Катодный процесс: (см. электролиз растворов солей).
Анодный процесс: при конкуренции гидроксид-анионов (ОН–) и молекул воды, на аноде окисляется ОН-группа 4ОН– – 4ē → 2Н2О + О20
Пример 5. Составьте уравнения и опишите процессы, происходящие на электродах при электролизе раствора гидроксида натрия на инертных электродах.
Натрий в ряду напряжений металлов находится в группе с Li по Al, следовательно, на катоде восстанавливается вода; на аноде будут окисляться ОН–:
NaOH ↔ Na+ + OH–
Н2О
Катод– | Na +; Н2О | 2Н2О + 2ē → Н20 + 2OH– | 2 | 1 | 2
Анод+ | OH–; Н2О | 4ОН– – 4ē → 2Н2О + О20 | 4 | 2 | 1
Суммируем два уравнения с учетом коэффициентов и иона Na, неразряжающегося на катоде, но присутствовавшего в растворе (коэффициент «4» перед катионом натрия обусловлен присутствием в растворе четырех гидроксид-анионов). Затем в молекулярном уравнении сократим одноименные ионы в правой и левой частях:
4Na + + 4OH– + 4Н2О → 4Na + + 2Н20 + 4OH– + 2Н2О + О20 (ионное уравнение)
2Н2О → 2Н2↑ + О2↑ (молекулярное уравнение)
Таким образом, фактически при электролизе раствора гидроксида натрия идет электролиз воды.