Значение «Основ химии»
Университет был центром жизни Д. И. Менделеева, местом, где он передавал слушателям свои неисчерпаемые знания. Целые поколения химиков являются учениками Д. И. Менделеева -- не только те, кто слушал его лекции непосредственно в стенах университета и в других высших учебных заведениях, а и все те, кто изучал химию по его «Основам химии».
«Основы химии были написаны Д.И. Менделеевым вскоре после того, как он начал читать курс неорганической химии в университете. Д.И. Менделеев отмечал: «Писать начал, когда стал после Воскресенского читать неорганическую химию в университете и когда, перебрав все книги, не нашел, что следует рекомендовать студентам...»
Этот труд и поныне является настольной книгой каждого образованного химика как энциклопедия химии. «Эти «Основы»,-- говорил Д. И. Менделеев,-- любимое дитя мое. В них мой образ, мой опыт педагога и мои задушевные научные мысли...»
В «Основах химии» сочетается глубокая научность изложения предмета с раскрытием основных методологических установок или, как говорил Д. И. Менделеев, «философского направления», тесная и неразрывная связь теории и практики и исторический подход к освещению ряда вопросов. Автор считал, что надо «уважать историю» и овладеть культурным наследием прошлого, без чего невозможно идти вперед. Наконец, в этой книге с присущей Д. И. Менделееву последовательностью, ясностью и отчетливостью дается определение основных химических понятий и слов, показывается значение химического эксперимента и методики работа над книгой.
«Основы химии» не просто учат, а приучают к труду. Д. И. Менделеев в предисловии к «Основам химии» писал: «Я старался развить в читателе дух пытливости, не довольствующийся простым описанием или созерцанием, а возбуждающий и приучающий к упорному труду и стремящийся везде, где можно, мысли проверять опытами».
Огромную роль сыграли "Основы химии" в развитии отечественного химического образования. При жизни Менделеева они издавались восемь раз. Первое издание в 4-х выпусках увидело свет в 1868 - 1871 гг., восьмое -- в 1905-1906 гг. Еще пять раз книга переиздавалась в советский период.
Тысячи ученых, инженеров и других специалистов учились по этой книге, в том числе ученики и последователи Д. И. Менделеева: А. А. Банков, В. И. Вернадский, Г. Г. Густавсон, В. Л. Комаров, К. А. Тимирязев, В. Е. Тищенко и другие. Этот образцовый учебник Менделеева был переведен на английский, французский и немецкий языки.
Ученые об «Основах химии»
«Основы химии» - классическое произведение Д.И. Менделеева содержащее изложение неорганической химии с точки зрения периодического закона химических элементов. В этой книге неорганическая химия - наука о химических элементах и образуемых ими соединениях - благодаря периодическому закону, открытому Д.И. Менделеевым в 1869 г. в связи с поисками им общего признака классификации химических элементов, впервые предстала как стройное научное здание, а не беспорядочное накопление отдельных фактов. По богатству и смелости научных идей, по оригинальности освещения фактов, по влиянию, которое они оказали на развитие химии и на ее преподавание, «Основы химии» являются единственным в своем роде трудом в мировой химической литературе.
Теплых высказываний как о Менделееве, так и о его книге «Основы химии» в литературе много.
Известный физико-химик и металловед академик А.А. Байков говорил: «Можно сказать, что химия как наука стала существовать только после Менделеева. До Менделеева были отдельные разрозненные химические знания, но не было химии как отдельной науки, в которой ее многообразное и разнообразное содержание было бы объединено и связано в стройную цельную систему. Эту задачу и выполнил Менделеев, и эта задача получила свое воплощение в том замечательном труде его, который называется «Основы химии» и в котором заключается полное изложение периодического закона». Далее он указывал: «Основы химии представляют собой систематическое изложение всей химии, и периодический закон является средством для того, чтобы разобраться в бесконечном разнообразии отдельных фактов и явлений, из которых слагается химическая наука, и привести их в стройную органически цельную систему. Периодический закон неотделим от «Основ химии».
О значении «Основ химии» Д.И. Менделеева говорят в наши дни слова академика Б. М. Кедрова и В. А. Волкова, высказанные ими в печати в 1982 г.: «Химию можно определить как учение об элементах и их соединениях». Такое определение предмета химии впервые дал
Д.И. Менделеев в 1871 г. в своих «Основах химии».
Предоставим слово одному из основоположников геохимии академику В.И. Вернадскому: «В «Основах химии» проблемы геохимии и космической химии получали не только яркое освещение, но нередко выступали на первое место. Как всегда у Д.И. Менделеева, это не было повторением того, что давалось другими, - на каждом шагу встречается новое, найденное его яркой личностью, схваченное его всеобъемлющим умом».
А теперь возвратимся еще раз к словам А. А. Байкова: «Основы химии» Менделеева, воплотившие в себе периодический закон, - это памятник, который по силе своего замысла, по совершенству исполнения и глубине мысли является таким же величайшим проявлением человеческого гения, как «Божественная комедия», Данте, как «Страшный суд» Микеланджело, как 9-я симфония Бетховена».
«Основы химии» объединяли всех русских химиков, были связующим звеном между ними Дмитрием Ивановичем, а потому все мы являемся его учениками, преданными и его научным заветам...», - так говорил академик Н.Д. Зелинский.
В 1907 г. английский химик Т. П. Торп об «Основах химии» Д.И. Менделеева писал: «Благодаря своему проникновению, умению схватывать детали и принципы, вызывать на размышления, благодаря необычайной силе координации и богатству мыслей - это книга из книг, которая может быть прочитана каждым студентом, независимо от возраста, с пользой и удовлетворением, окрашенным иногда некоторой долей занимательности. Тем, кому посчастливилось лично знать автора, каждая страница напоминает о его личности. Даже подстрочные примечания носят характер индивидуальности и оригинальности. Можно сказать, что менделеевские «Основы» имеют такое же значение для химической науки второй половины девятнадцатого века, как и «Новая система» Дальтона для первой половины этого столетия... Благодаря его способности широко и всеобъемлюще мысленно охватывать химические процессы, Менделеев заслужил звание философа химической науки».
Нас восхищают слова итальянского ученого и историка химии М. Джуа: «Еще в то время, когда я в юношеские годы обратился к изучению химии, привлеченный в Римский университет преподаванием Каниццаро, передо мной предстала в полном блеске фигура Д. И. Менделеева, и не только благодаря созданию им периодической системы элементов, но и как автора «Основ химии», книги, которая стала доступна итальянским ученым благодаря переводам Л. Явейна и А. Тилло на немецкий и Г. Каменского на английский язык».
Академик Д. П. Коновалов был учеником Д. И. Менделеева сменившим своего учителя на кафедре химии Петербургского университета. Для 9-го издания «Основ химии», которое было выпущено к 20-летию со дня смерти Д. И. Менделеева, Коновалов подготовил статью «Основы химии» и их автор», в которой на основе анализа трудов Д.И. Менделеева и своих личных воспоминаний и дал сжатый, но содержательный обзор основных направлений научной деятельности Д.И. Менделеева.
Академик Б.М. Кедров пишет: «На примере Менделеева можно видеть, что открытию периодического закона предшествовал гигантский труд, вложенный их в изучение всего, что касалось химических элементов. Этот труд занял пятнадцать лет ежедневных, ежечасных размышлений, лабораторных исследований, чтения бесчисленных статей и книг по химии. Все это воплощалось Менделеевым в его публикациях, лекциях, докладах и особенно в его «Основах химии».
Высказывания известных людей об «Основах химии» Д.И. Менделеева могли 6ы быть продолжены. Мы их заканчиваем, обращаясь еще раз к словам академика А.А. Байкова: «Для всех нас смерть Д.И. Менделеева была потрясающим событием. Одно для нас являлось утешением, - то, что его жизнь не прошла бесследно, что он оставил нам богатейшее наследство, и в этом наследстве наиболее крупным памятником являются его труды, связанные с периодическим законом и «Основами химии». И поскольку в «Основах химии» воплотился периодический закон, «Основы химии» являются тем памятником, который по грандиозности своего содержания, по величеству замысла, по совершенству выполнения и глубине мысли является величайшим проявлением человеческого гения».
I.Я хочу научиться находить относительную молекулярную массу .Прекрасно! Начинаем учиться. предположим, нам надо найти относительную молекулярную массу сульфата натрия Na 2 SO 4 ,наши действия:
1. Нашли в Периодической системе натрий (№11)
2.Увидели под названием число 22,9 и округлили до 23.
3. Так как атомов натрия два, мы умножим 23 на 2 и получим 46.
4. Нашли в периодической системе серу (№16)
5. Увидели под названием число 32, умножать не будем, т.к. атомов серы один.
6.
Нашли в Периодической системе кислород (№8)
7.Под названием написано 15,9, округляем, получаем 16. Атомов
кислорода в молекуле 4, значит нам надо умножить 16 на 4. Получаем 64.
8 Последнее действие:
46+32+64=142 Ура! мы нашли относительную молекулярную массу сульфата натрия.
Пожалуй, вам стоит поупражняться самостоятельно.
Попробуйте посчитать для:
H 2 SO 4 у вас должно получиться 98
Ca(OH) 2 у вас должно получиться 74
K3PO4 у вас должно получиться 212
Если вы справились, то примите наши поздравления. Вы сделали первый шаг в решении задач.
Напоминаем, что молярная масса численно равна молекулярной, но измеряется в граммах/на моль(г/моль).
II.Я хочу научиться находить количество молей вещества.
Вам потребуются формулы:
n=m /M используем, если нам дана масса
n=v /V M используем, если нам дан объём
n=N/ N A используем, если нам дано количество атомов или молекул .
Задача: найти количество вещества сульфата натрия массой 7,1г.
Дано: решение:
m(Na 2 SO 4)=7,1 г Нам дана масса, значит мы будем использовать формулу с массой
_____________ n=m / M, где М- молярная масса
(если мы не умеем её считать, см.п.I)
Найти: n M((Na 2 SO 4) =46+32+16*4=142 г/моль
n= 7,1г / 142г/моль= 0,05 моль
Ответ: n=0,05 моль
Попробуйте самостоятельно найти количество вещества, если дано
1. 196г H 2 SO 4
(ответ 2 моль)
2.20,2г KNO 3 (ответ 0,2 моль)
3. 16г NaOH (ответ 0,4 моль)
Предлагаем вам самостоятельно решить следующие задачи: (не бойтесь, вы справитесь!)
1. Найдите количество вещества, которое составляеют 49г гидроксида меди (II).
2.Сколько молекул содержат 4,48л водорода?
3.
Найдите массу 5,6л азота.
4. Какой объём занимает оксидсеры (IV) массой 80г?
Решение этих задач покажите своему учителю химии. Задайте вопросы, если что-то непонятно.
III. Я хочу научиться решать задачи с расчетом по уравненению реакции.
Задача: найдите массу оксида магния, который может раствориться в 12,6г азотной кислоты.
Дано:
m(HNO 3)=12.6г
___________
Найти:m(MgO)
Решение: 1
. Первое действие любой подобной задачи - найти количество молей данного вещества
.
для этого мы пользуемся формулой (см.п.2).Так как нам дана масса,
наша формула: n=m / M
n(HNO 3)= 12.6г /M(HNO 3)=12.6 / (1+14+48) =12.6 / 63 =0.2 моль
2.
Второе действие - записать уравнение реакции, расставить коэффициенты.
3.
Третье действие - надписать количество молей
, вычисленное в первом действии, над веществом, для которого оно вычислено, а над искомым поставить х
х
,,,0.2 моль
MgO +2 HNO 3 = Mg(NO 3) 2 + H 2 O
4.
Под этими веществами
записать количество вещества, нужное по уравнению - коэффициент реакции:
х............0.2 моль
MgO +
2
HNO 3 = Mg(NO 3) 2 + H 2 O
1 моль
2 моль
5. Таким образом у нас получилась запись
х............0.2 моль
MgO +2 HNO 3 = Mg(NO 3) 2 + H 2 O
1 моль 2 моль
В этой записи увидим пропорцию: х:1 =0.2: 2 ,
решаем уравнение
(произведение крайних членов пропорции равно произведению средних) х= 0.1, то есть n(MgO
)=0.1моль
5.
Мы нашли количество вещества, а нас спрашивают массу. Используем формулу:
m=n*M
m(
MgO
)=0.1*(24+16) =4г
Ответ: масса оксида магния 4г.
Попробуйте самостоятельно решит задачи: ( Будьте внимательны и аккуратны!)
1.
Вычислите объём оксида серы (IV), который образуется при горении 80г серы.
2. Вычислите массу оксида алюминия, который образуется при горении алюминия в 4,48л кислорода
.
3. Найти объём кислорода, который необходим для сжигания 12г магния.
4.
Найти массу оксида цинка, который образуется при взаимодействии цинка с 11,2л кислорода.
5.
Найти массу оксида натрия, который образуется при взаимодействии натрия с 4,48л кислорода.
6.
Найти объём углекислого газа, который образуется при горении 60г угля.
7.
Найти объём кислорода, который расходуется при горении 3,1г фосфора.
8.
Найти массу фосфора, который может сгореть в 4,48л кислорода.
9.
Найти объём хлора, который необходим для взаимодействия с 5,4г алюминия.
10. Найти объём хлора, с которым могут прореагировать 4,6г натрия.
11.
Найти массу хлорида алюминия, который образуется при взаимодействии с алюминием 1,12л хлора.
12. Найти массу хлорида железа (III), который образуется при взаимодействии с железом 11,2л хлора.
13. Сколько литров кислорода потребуется для сжигания 6,2г фосфора?
14.
Найти массу оксида углерода (IV), который образуется при горении угля в 8,96л кислорода.
IV. Я хочу научиться записывать схему электронной конфигурации атома (электронный паспорт)
Для этого вам необходимо запомнить, что на s-орбитали может
находиться не более 2 электронов, на р- орбитали - не более шести, на d-
орбитали не более 10, на f- орбитали - не более 14.
итак:
S - 2
P - 6
d - 10
f
- 14
Заполнение электронами орбиталей происходит в следующем порядке:
1s2s
2p
3s
3p
4s
3d
4p
5s
4d
5p
6s
4f5d
6p
7s
5f6d
7p
Обратите внимание, что номер d-орбитали всегда на один меньше, чем номер s-орбитали, после которой она расположена.
Количество электронов в атоме равно количеству протонов в его ядре, равно номеру элемента в Периодической системе.
Итак, предположем, что нам надо составить схему электронной конфигурации атома калия.
Его номер 19, значит в атоме 19 электронов.
Начинаем по порядку с 1s, заполня орбитали максимально возможным
для них количеством электронов и записывая это количество как степень
над символом орбитали:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1
На последней орбитали оказывается один электрон, т.к. нам надо "пристроить" всего 19 электронов и записав1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 у нас остается как раз один электрон. Он и будет располагаться на следующей по порядку орбитали 4s.
Проверим себя:
Калий находится в четвертом периоде
следовательно внешний уровень четвертый.
Калий находится в первой группе,
следовательно на внешнем уровне у него один электрон.
Мы написали схему правильно.
Нам требуется потренироваться.
Попробуйте написать электронные паспорта для атомов хлора,
натрия, азота, магния, кислорода. А потом замахнитесь на вольфрам,
сурьму, йод, барий и т.д. У вас получится, надо толко быть акккуратным и
настойчивым.
Проверьте себя:
Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
N 1s 2 2s 2 2p 3
Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
O 1s 2 2s 2 2p 4
V
Я хочу научиться пердсказывать свойства элемента по положению в Периодической системе.
Наиболее энергетически выгодно состояние с заполненным внешним уровнем (8 электронов
). Такую конфигурацию имеют элементы неон, аргон, криптон, ксенон и радон
. они называются инертные)благородные) газы, так как не вступают во взаимодействие. Они расположены в 8-ой группе.
Остальные элементы
или
присоединяют
недостающие до 8 электроны
например Cl на внешнем уровне 7 электронов(напишите его паспорт)
,
не хватает 1 будет присоединять 1 электрон.
например О на внешнем уровне 6 электронов(напишите его паспорт)
, не хватает 2, будет присоединять 2 электрона.
присоединять электроны будут элементы, имеющие на внешенем уровне 4-7 электронов. Такие элементы называются НЕМЕТАЛЛЫ. Чем легче элемент присоединяет электроны, тем он более активный неметалл.
Посмотрите в Периодическую систему и объясните, почему проявляют неметаллические свойства фосфор, мышьяк, селен, бром, азот, фтор, углерод.
или
отдают
электроны с внешнего уровня, в результате чего внешним становится заполненный предыдущий уровень.
например натрий имеет на внешнем уровне 1 электрон, а на предыдущем 8, (напишите его паспорт)
, поэтому натрий отдаёт 1электрон.
например алюминий имеет на внешнем уровне 3 электрона, а на предыдущем 8( напишите его паспорт),
поэтому алюминий отдаёт 3 электрона.
Отдавать электроны будут элементы, имеющие на внешнем уровне 1-3 электрона. Это МЕТАЛЛЫ. Чем легче элемент отдаёт электорны, тем он более активный металл.
Найдите в Периодической системе магний, калий, индий, рубидий, кальций
и объясните их свойства.
Способность брать или отдавать электроны зависит и от расстояния между ядром и внешним уровнем
, которое определяет силу притяжения электронов внешего уровня к ядру.
например, азот и висмут расположены в V группе, значит у них 5
электронов на внешнем уровне и они оба должны быть неметаллами. Но висмут - металл
, так как его внешний уровень
(6-ой, мы это узнали по номеру периода
) расположен далеко от ядра,
притяжение
электоронов внешнего уровня к ядру небольшое
и висмут не присоединяет электроны, а отдает
, поэтому и металл.
Сравните свойства углерода и олова, серы и полония.
Используя "волшебные слова" - расстояние и притяжение
, - объясните свой вывод.
Я хочу научиться распозновать основные классы неорганических веществ и знать их свойства.
Существует 4 основных класса веществ:
оксиды
, кислоты,
основания
и соли.
Вам необходимо выучить определения:
оксиды
- сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.
оксид
- ЭхОу
например: Na 2 O - оксид натрия, CuO - оксид меди(II), P 2 O 5 -оксид фосфора
кислоты
- сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотноо остатка.
кислота - НхА,
где А- кислотный остаток.
например HCl- соляная кислота, H 2 SO 4 - серная кислота, HNO 3 - азотная кислота
основания - сложные вещества, состоящие из атомов металла и гидроксогрупп ОН.
основание - Ме(ОН)х
например: КОН - гидроксид калия, Са(ОН) 2 - гидроксид кальция
соли - сложные вещества, состоящие из атомов металла и кислотного остатка.
соль- МехАу
например: Na 2 SO 4 - сульфат натрия, Cu(NO 3) 2 - нитрат меди (II).
Проверим, как вы поняли классификацию.
В каждой строчке найдите лишнее вещество:
1. NaOH HCl Mg(OH) 2 Fe(OH) 3
2. HNO 3 H 2 SO 4 H 2 O HCl
3. Cl 2 O 7 MnO NaOH K 2 O
4. Ca(OH) 2 CuCl 2 Na 2 SO 3 Mn(NO 3) 2
5.
CuSO 4 NaCl FeCO 3 H 3 PO 4
проверьте свои ответы:
1. HCl - это кислота, а все остальные вещества - основания
2. Н 2 O - это оксид, а все остальные вещества - кислоты.
3. NaOH - это основание, а все остальные вещества - оксиды.
4. Са(ОН) 2
-это основание, а все остальные вещества - соли.
5. H 3 PO 4 - это кислота, а все остальные вещества - соли.
Теперь стоит заняться химическими свойствами.
Свойства оксидов зависят от того, какой элемент образует оксид.
если элемент - металл
, то в большинстве случаев он образует основной оксид
,
если эемент - неметалл
, то его оксид, в боольшинстве случаев, кислотный.
основной оксид + вода = щелочь (растворимое основание) 1
+ кислота = соль и вода 2
+кислотный оксид = соль 3
Запомните эту схему! Она нам очень пригодится. Как же эта схема поможет нам написать уравнения реакций?
Например:
вам нужно закончить уравнение и расставить коэффициенты:
СаО + НNO 3 =
Ваши действия:
1. Выяснить, что за вещества реагируют:
СаО - оксид, оксид металла, значит основной оксид
НNO 3 - кислота
2.
определить номер свойства
основной оксид + кислота - свойство №2, значит должны получиться соль и вода
3. Что такое соль? (Это сложное вещество, состоящее из атомов металла и кислотного остатка)
кто здесь металл? (кальций
)
Где кислотный остаток?(он входит в состав кислоты, этo NO 3)
4. Чтобы правильно записать формулу соли, нужно учесть валентность (у кальция - II, у кислотного остатка - 1).
Пишем уравнение:
CaO +HNO 3 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O
5. Ставим коэффициенты:
CaO +2 HNO 3 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O
А теперь попробуйте самостоятельно закончить уравнения реакций и расставить коэффициенты:
MgO+HCl=
Na 2 O +H 3 PO 4 =
CuO + H 2 SO 4 =
BaO + H 2 O =
Na 2 O +H 2 O =
CaO + CO 2 =
MgO + P 2 O 5 =
Если захотите проверить результат, покажите то, что у вас получилось Александре Евгеньевне. Она с удовольствием проверит, объяснит ошибки, а если их не будет, поставит "5" в журнал.
Давайте теперь рассмотрим свойства кислотных оксидов.
кислотный оксид + вода = кислота 4
+ щелочь = соль + вода 5
+ основной оксид = соль 6
Допустим, нам надо закончить следующее уравнение и расставить коэффициенты:
P 2 O 5 +H 2 O =
Наши рассуждения:
1. К какому классу веществ относится первое вещество? (оксид, оксид неметалла, кислотный оксид).
2. Определяем номер свойства
(кислотный оксид +вода это свойство №4, должна получиться кислота.)
3. Что такое кислота?(
сложное вещество,состоящее из атомов водорода и кислотного остатка)
4. Записываем уравнение:
P 2 O 5 +H 2 O =
H 3 PO 4
Расставляем коэффициенты:
P 2 O 5 +3H 2 O =
2H 3 PO 4
А теперь попробуйте самостоятельно:
CO 2 +H 2 O=
SiO 2 + KOH =
P 2 O 5 + LiOH =
CO 2 +Ca(OH) 2 =
SO 3 + MgO =
Если вы хотите проверить свою работу, покажите её Александе Евгеньевне.
Рассмотрим свойства кислот.
кислота + металл(стоящий в ряду напряжений до водорода
) = соль + Н 2
+ оксид металла = соль + вода
+ основание = соль + вода
+ соль = другая соль + другая кислота ( в этой реакции должен образоваться осадок или выделиться газ
)
Попробуем потренироваться в выборе веществ, способных реагировать с кислотами.
С каким веществом может реагировать соляная кислота?
Медь стоит в ряду напряжений после водорода, поэтому не реагирует с раствором соляной кислоты.
Оксид серы - это кислотный оксид, так как сера - неметалл. С кислотными оксидами кислоты не реагируют.
Вы сделали правильный выбор. Гидроксид магния - это основание. Кислоты взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды.
C неметаллами, коим является кислород, кислоты не взаимодействуют.
А теперь работаем самостоятельно.
В каждой строчке найдите вещество, способное взаимодействовать с раствором серной кислоты.
Ag CuO HNO 3 NaCl
Mg(OH) 2 KCl Hg CO 2
P P 2 O 5 K 3 PO 4 K 2 O
Li 2 SO 4 LiCl LiNO 3 Li 2 CO 3
Ответы: CuO . Mg(OH) 2 . K 2 O. Li 2 CO 3
ЗАПОМНИТЕ:
Все карбонаты реагируют с кислотами, так как в результате
образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же разлагается на
углекислый газ и воду:
H 2 CO 3 = CO 2 + H 2 O
Закончите уравнения реакций, расставьте коэффициенты:
HNO 3 + Ca(OH) 2 =
HNO 3 + MgO =
HNO 3 + К 2 CO 3 =
H 3 PO 4
+ KOH =
H 3 PO 4
+ BaO
=
H 3 PO 4
+ Na 2 SiO 3 =
Рассмотрим свойства оснований.
Растворимые и нерастворимые основания отличаются по свойствам.
щелочь + кислота = соль + вода
(растворимое основание)
+Кислотный оксид = соль +вода
+соль= другая соль + другое основание
( должен выпасть осадок)
Закончи
те уравнения реакций, расставьте коэффициенты
:
Ca(OH) 2
+ CuCl 2
Ca(OH) 2
+ Al(NO 3) 3
Ca(OH) 2
+ ZnSO 4
неравтворимое основание + кислота = соль +вода
при нагревании разлагается = оксид + вода
Закончите уравнения реакций, поставьте коэффициенты:
Cu(OH) 2
+ HCl
Zn(OH) 2
+ H
NO 3
Cu(OH) 2
=
Рассмотрим свойства солей:
Соль + кислота = другая соль +другая кислота
+ щелочь = другая соль + другое основание
+ соль = другая соль + другая соль
+ более активный металл = другая соль + другой металл
(в первых трех реакциях должен выпасть осадок)
Закончите уравнения возможных
реакций, расставьте коэффициенты, укажите вещество, выпадающее в осадок:
ZnSO 4
+KOH
=
ZnSO 4
+K 3 PO 4 =
ZnSO 4 +HNO 3 =
Al(NO 3) 3 +
HCl
=
Al(NO 3) 3 +
P 2 O 5
=
Al(NO 3) 3 +
Cа(OH) 2
=
CuCl 2
+ Mg=
CuCl 2
+ Hg =
Учите, дети, химию!
Прекрасно! В ионных уравнениях нет ничего сложного. От вас потребуется внимательность и аккуратность, ну и, конечно, знание свойств основных классов соединений, о чем уже рассказано выше.
Запомните: На ионы не диссоциируют оксиды, вода и нерастворимыен вещества.
Приступим. Предположим у нас есть уравнение
Mg(OH) 2 +2HCl = MgCl 2 + 2H 2 O
Теперь нам нужно рассмотреть возможность диссоциации каждого из записанных веществ и составить ионное уравнение. Смотрим в таблицу растворимость и ищем Mg(OH) 2 . Видим, что он нерастворим. Это значит, что просто переписываем его
Mg(OH) 2 +и идем дальше.Ищем в таблице растворимости HCl . Видим, что это вещество растворимо. Прекрасно! Мы пишем те ионы, которые написаны в таблице:
Mg(OH) 2 +Н + + Cl - , но в уравнении перед НСl был коеффициент 2, значит у нас 2Н + и 2 Сl -
Mg(OH) 2 +2Н + + 2Cl -
Но в формуле после хлора был индекс 2. Значит у нас 2 хлора. Значит в уравнении перед ионом хлора мы поставим 2.
Mg(OH) 2 +2Н + + 2Cl - =Мg 2+ +2 Cl -
Теперь вода. Но мы помним: вода не диссоциирует, переписываем как есть.
Mg(OH) 2 +2Н + + 2Cl - =Мg 2+ +2 Cl - + 2H 2 O
Мы записали полное ионное уравнение. УРА! Теперь надо найти одинаковые ионы в левой и правой части уравнения и сократить их, как в алгебраическом уравнении.
Mg(OH) 2 +2Н + + 2Cl - =Мg 2+ +2 Cl - + 2H 2 O
Переписываем без них
Mg(OH) 2 +2Н + =Мg 2+ + 2H 2 O
У нас получилось сокращенное ионное уравнение. В результате наша запись выглядит так:
Mg(OH) 2 +2HCl = MgCl 2 + 2H 2 O
Mg(OH) 2 +2Н + + 2Cl - =Мg 2+ +2 Cl - + 2H 2 O
Mg(OH) 2 +2Н + =Мg 2+ + 2H 2 O
Поздравляю. Это ваше первое ионное уравнение. Надеюсь, не последнее. Нужно потренироваться. Сначала воспользуйтесь уже готовыми уравнениями:
2HNO 3 + Ca(OH) 2 =Ca(NO 3) 2 + 2H 2 O
2HNO 3 + MgO =Mg(NO 3) 2 + H 2 O
2HNO 3 + К 2 CO 3 = 2KNO 3 + CO 2 + H 2 O Угольная кислота не существует!
Проверьте себя, найдите ошибки
2HNO 3 + Ca(OH) 2 =Ca(NO 3) 2 + 2H 2 O
2H + +2NO 3 - + Ca 2+ +2OH - =Ca 2+ +2NO 3 - + 2H 2 O
2H + +2OH - = 2H 2 O
2HNO 3 + MgO =Mg(NO 3) 2 + H 2 O
2H + +2NO 3 - + MgO =Mg 2+ +2NO 3 - + H 2 O
2H + + MgO =Mg 2+ + H 2 O
2HNO 3 + К 2 CO 3 = 2KNO 3 + CO 2 + H 2 O
2H + +2NO 3 - + 2 К + +CO 3 2- = 2K + + 2NO 3 - + CO 2 + H 2 O
2H + +CO 3 2- = CO 2 + H 2 O
Надеюсь, что ошибок было немного.
Потренируйтксь еще. Закончите уравнения реакций, расставьте коеффициенты, запишите ионные уравнения:
ZnSO 4 +
Предсказание свойств элемента по положению в Периодической систем е
сновные классы неорганических веществ
Ионные уравнения реакций
Один из самых неоднозначных предметов школьной программы – химия. Она не всем нравиться, чтобы понять смысл и глубину этой науки, требуется либо врожденный интерес и определенный склад ума, либо любопытство, порожденное наслоением знаний. Но что делать тем, кто не понимает и не любит этот одиозный для него предмет? Важно правильно мотивировать себя и научиться любить его. Как понять химию? Что сделать для того, чтобы она не вызывала отвращения, а стала интересна и легко изучалась?
Ведь нашу жизнь сегодня трудно представить без синтезированных веществ, которые добавляют не только в промышленные товары, но и в продукты питания. Зная основы науки, можно хотя бы попытаться обезопасить себя от потребления ненатуральных добавок.
Если вы решили изучать химию по-настоящему, важно попытаться заинтересовать себя этой наукой. Как выучить химию? У каждого может быть свой стимул, свой интерес. Для одного - это желание почувствовать свою власть над предугадыванием реакции каких-либо веществ. Для другого – понимание уравнений, решение которых подчиняется четким законам. Есть еще один стимул, который может помочь в изучении самым приземленным: химия служит основой многих технологических новинок.
Как сделать этот школьный предмет любимым
Есть несколько способов перевести нелюбимый предмет в разряд интересных и приносящих удовольствие.
- В химии важно хорошо начать. То есть сразу учить, а то и зубрить элементы и их валентности. Иначе последующие уроки будут лишь наслаиваться, заводя ученика в тупик.
- Очень важен хороший учитель. Желательно тот, кто сам любит свой предмет. Конечно, учителя выбрать нельзя, но пригласить репетитора – можно. Причем, совсем не обязательно оплачивать его услуги бесконечно. Если специалист хороший – ему будет достаточно провести с вами два-три урока, чтобы влюбить вас в предмет.
- Если вы не можете пригласить репетитора, найдите партнера по изучению предмета. Желательно, чтобы он разбирался в нем лучше вас. Вы увидите, что изучать науку вдвоем интереснее, нежели сидеть с учебником в пустой комнате.
- Как научиться химии планомерно и последовательно? Спланируйте изучение предмета. Составьте для себя график, который поможет либо догнать своих одноклассников, либо выучить предмет полностью. Структуризация никогда не станет лишней, тем более в науке.
- Обязательно подберите для себя литературу наподобие «Занимательной химии». Изучайте предмет всесторонне, чтобы лучше ориентироваться в нем. Поверьте, эти знания не будут лишними, а время на прочтение не будет потрачено впустую.
- Придумайте для себя систему поощрений. Например, после каждой выученной темы разрешаете себе поваляться на диване и посмотреть новый фильм (съесть шоколад, поиграть в компьютерную игру).
- Контролируйте процесс изучения. Если у вас есть план – отмечайте в нем проработанные темы.
- Хороший метод – стать учителем для более слабого ученика. Помогите ему, расскажите на своем примере, как изучить химию. Если вы уже разобрали какой-нибудь раздел и почувствовали, что все понятно, попробуйте рассказать это другому. Увидев в его глазах восхищение вашими знаниями, вы поймете, что результат от приложенных усилий есть.
Кроме всего, нужно понять, что химия не терпит безалаберности и невнимательности. Ну что получится у начинающего химика, который станет рассеянно смешивать различные вещества? Правильно, ничего хорошего. Поэтому во время изучения предмета старайтесь быть собранными и вникать в подробности.
Почему школьники не любят химию
Большинство детей в юные школьные годы с нетерпением ожидают новый предмет - химию, приписывая ему большую долю романтики. Вероятно поэтому, чувствуют разочарование, начиная ее изучать. Ведь эта наука начинается с основ строения вещества, и, прежде чем переходить к опытам и практике, юные химики должны преодолеть несколько ступенек теории. Так как знать химию нужно всем школьникам, важно сразу объяснить ребенку, который приступает к основам, что требуется сразу включить весь внутренний ресурс внимательности и усидчивости, чтобы впоследствии, изучение предмета проходило гладко.
Вспомните великих людей, которые смогли вести в развитие науки солидный вклад (Менделеев, Ломоносов), расскажите о них ребенку. Они не просто любили эту науку, они болели ею и, вероятно, в этом есть смысл. Попробуйте стать любителем химии – и, быть может, вы поймете, что чуть не упустили в своей жизни что-то интересное!
Глава 1.
Общие химические и экологические закономерности.
С чего начинается химия?
Cложный ли это вопрос? На него каждый ответит по-своему.
В середней школе учащиеся изучают химию в течение ряда лет. Многие довольно хорошо сдают выпускной экзамен по химии. Однако…
Беседы с абитуриентами и затем и студентами первых курсов говорят о том, что остаточные знания по химии после средней школы незначительные. Одни путаются в различных определениях и химических формулах, а другие вообще не могут воспроизвести даже основные понятия и законы химии, не говоря уже о понятиях и законах экологии.
У них химия так и не начиналась.
Химия, по-видимому, начинается с глубокого освоения ее основ, и прежде всего, основных понятий и законов.
1.1. Основные химические понятия.
В таблице Д.И.Менделеева рядом с символом элемента стоят цифры. Одна цифра обозначает порядковый номер элемента, а вторая атомную массу. Порядковый номер имеет свой физический смысл. О нем мы будем вести разговор позже, здесь остановимся на атомной массе и выделим в каких единицах она измеряется.
Следует сразу оговориться, что атомная масса элемента, приведенная в таблице, величина относительная. За единицу относительной величины атомной массы принята 1/12 часть массы атома углерода, изотопа с массовым числом 12, и назвали ее атомной единицей массы /а.е.м./. Следовательно, 1 а.е.м. равна 1/12 части массы изотопа углерода 12 С. И она равна 1,667*10 –27 кг. /Абсолютная масса атома углерода равна 1,99*10 –26 кг./
Атомная масса , приведенная в таблице, является массой атома, выраженной в атомных единицах массы. Величина безразмерная. Конкретно для каждого элемента атомная масса показывает, во сколько раз масса данного атома больше или меньше 1/12 части массы атома углерода.
Аналогичное можно сказать и о молекулярной массе.
Молекулярная масса – это масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Величина тоже относительная. Молекулярная масса конкретного вещества равна сумме масс атомов всех элементов, входящих в состав молекулы.
Важным понятием химии является понятие «моль». Моль – такое количество вещества, которое содержит 6,02*10 23 структурных единиц /атомов, молекул, ионов, электронов и т.д./. Моль атомов, моль молекул, моль ионов и т.д.
Масса одного моля данного вещества называется его молярной /или мольной/ массой. Она измеряется в г/моль или кг/моль и обозначается буквой «М». Например, молярная масса серной кислоты М Н 2 SO4 =98г/моль.
Следующее понятие «Эквивалент». Эквивалентом /Э/ называют такое весовое количество вещества, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода или замещают такое его количество в химических реакциях. Следовательно, эквивалент водорода Э Н равен единице. /Э Н =1/. Эквивалент кислорода Э О равен восьми /Э О =8/.
Различают химический эквивалент элемента и химический эквивалент сложного вещества.
Эквивалент элемента – величина переменная. Она зависит от атомной массы /А/ и валентности /В/, которую элемент имеет в конкретном соединении. Э=А/В. Например, определим эквивалент серы в оксидах SO 2 и SO 3 . В SO 2 Э S =32/4=8, а в SO 3 Э S =32/6=5,33.
Молярную массу эквивалента, выраженную в граммах, называют эквивалентной массой. Следовательно, эквивалентная масса водорода МЭ Н =1г/моль, эквивалентная масса кислорода МЭ О =8г/моль.
Химический эквивалент сложного вещества /кислоты, гидроксида, соли, оксида/– такое количество соответствующего вещества, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода, т.е. с одним эквивалентом водорода или замещает такое количество водорода или любого другого вещества в химических реакциях.
Эквивалент кислоты /Э К / равен частному от деления молекулярной массы кислоты на число атомов водорода, участвующих в реакции. Для кислоты H 2 SO 4 , когда оба атома водорода вступают в реакцию H 2 SO 4 +2NaOH=Na 2 SO+2H 2 O эквивалент будет равен Э Н 2 SO4 = М Н 2 SO 4 /n Н =98/2=49
Эквивалент гидроксида /Э гидр. / определяется как частное от деления молекулярной массы гидроксида на число гидроксогрупп, вступающих в реакцию. Например, эквивалент NaOH будет равен: Э NaOH =М NaOH /n ОН =40/1=40.
Эквивалент соли /Э соли / можно рассчитать, поделив ее молекулярную массу на произведение числа атомов металла, вступающих в реакцию, и их валентность. Так, эквивалент соли Al 2 (SO 4) 3 будет равен Э Al 2 (SO 4) 3 =М Al 2 (SO 4) 3 /6=342/2,3=342/6=57.
Эквивалент оксида /Э ок / можно определить, как сумму эквивалентов соответствующих элемента и кислорода. Например, эквивалент СО 2 будет равен сумме эквивалентов углерода и кислорода: Э СО 2 =Э С +Э О =3+8=7.
Для газообразных веществ удобно пользоваться эквивалентными объемами /Э V /. Так как при нормальных условиях моль газа занимает объем 22,4л, то исходя из этой величины, легко определить эквивалентный объем любого газа. Рассмотрим водород. Мольная масса водорода 2г занимает объем 22,4л, тогда его эквивалентная масса 1г занимает объем 11,2л /или 11200мл /. Следовательно Э V Н =11,2л. Эквивалентный объем хлора равен 11,2л /Э VCl =11,2л/. Эквивалентный объем СО равен 3,56 /Э VC О =3,56л/.
Химический эквивалент элемента или сложного вещества используется в стехиометрических расчетах обменных реакций, а в соответствующих расчетах окислительно–восстановительных реакций применяют уже окислительный и восстановительный эквиваленты.
Окислительный эквивалент определяют как частное от деления молекулярной массы окислителя на число электронов, которое он принимает в данной окислително–восстановительной реакции.
Восстановительный эквивалент равен молекулярной массе восстановителя поделенной на число электронов, которое он отдает в данной реакции.
Напишем окислително–восстановительную реакцию и определим эквивалент окислителя и восстановителя:
5N 2 aS+2KMnO 4 +8H 2 SO 4 =S+2MnSO 4 +K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +8H 2 O
Окислителем в этой реакции является перманганат калия. Эквивалент окислителя будет равен массе KMnO 4 деленной на число электронов, принятых окислителем в реакции (nе=5). Э KMnO 4 =М KMnO 4 /nе=158/5=31,5. Молярная масса эквивалента окислителя KMnO 4 в кислой среде равна 31,5г/моль.
Эквивалент восстановителя Na 2 S будет: Э Na 4 S =М Na 4 S /nе=78/2=39. Молярная масса эквивалента Na 2 S равна 39г/моль.
В электрохимических процессах, в частности при электролизе веществ, пользуются электрохимическим эквивалентом. Электрохимический эквивалент определяют как частное от деления химического эквивалента вещества, выделяемого на электроде, на число Фарадея /F/. Электрохимический эквивалент более подробно будет рассмотрен в соответствующем параграфе курса.
Валентность . При взаимодействии атомов между ними образуется химическая связь. Каждый атом может образовывать только определенное количество связей. Количество связей предопределяет такое уникальное свойство каждого элемента, которое называют валентностью. В наиболее общем виде валентностью называют способность атома образовывать химическую связь. За единицу валентности принимают одну химическую связь, которую способен образовать атом водорода. В связи с этим, водород является одновалентным элементом, а кислород – двухвалентным, т.к. с атомом кислорода могут образовывать связь не более двух водородов.
Умение определять валентность каждого элемента, в том числе и в химическом соединении, является необходимым условием успешного усвоения курса химии.
С валентностью соприкасается и такое понятие химии как степень окисления . Подстепенью окисления понимают тот заряд, который имеет элемент в ионном соединении или имел бы в ковалентном соединении, если бы общая электронная пара бала бы полностью смещена к более электроотрицательному элементу. Степень окисления имеет не только цифровое выражение, но и соответствующий знак заряда (+) или (–). Валентность не имеет этих знаков. Например, в H 2 SO 4 степень окисления: водорода +1, кислорода –2, серы +6, а валентность, соответственно, будет 1, 2, 6.
Валентность и степень окисления в числовых значениях не всегда совпадают по величине. Например, в молекуле этилового спирта СН 3 –СН 2 –ОН валентность углерода 6, водорода 1, кислорода 2, а степень окисления, например, углерода первого –3, второго –1: –3 СН 3 – –1 СН 2 –ОН.
1.2. Основные экологические понятия.
За последнее время понятие “экология” глубоко входит в наше сознание. Это понятие, введенное еще в 1869г Э.Геккелем /происходит от греческого oikos – дом, место, жилище, logos – учение/ все больше и больше тревожит человечество.
В учебниках биологии экологию определяют как науку о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Практически созвучное определение экологии дает Б.Небел в своей книге «Наука об окружающей среде» – Экология – наука о различных аспектах взаимодействия организмов между собой и с окружающей средой. В других источниках можно встретить и более широкое толкование. Например, Экология – 1/. Наука, изучающая отношение организмов и их системных совокупностей и окружающей среды; 2/. Совокупность научных дисциплин, исследующих взаимоотношение системных биологических структур /от макромолекул до биосферы/ между собой и с окружающей средой; 3/. Дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня; 4/. Комплексная наука, исследующая среду обитания живых организмов; 5/. Исследование положения человека как вида в биосфере планеты, его связей с экологическими системами и воздействие на них; 6/. Наука о выживании в окружающей среде. /Н.А.Агиджанян, В.И.Торшик. Экология человека./. Однако под термином «экология» понимают не только экологию как науку, а само состояние окружающей среды и его влияние на человека, животный и растительный мир.