РОСЖЕЛДОР Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Учебное пособие для самостоятельной

работы студентов

Утверждено методическим советом университета

Ростов-на-Дону

УДК 541(07) + 06

Общая химия: учебное пособие для самостоятельной работы студентов / Ю.Ф. Мигаль, С.Б. Булгаревич, В.Н. Доронькин [и др.] ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д, 2010. – 191 с. Библиогр. : 11 назв.

Содержатся сведения по основным разделам курса общей химии: классы неорганических соединений, химическая термодинамика, скорость химических реакций, химическое равновесие, строение вещества, растворы, окислительно-восстановительные реакции, электрохимия, полимеры. Приводятся примеры решения типичных задач, задачи прикладного характера по железнодорожной тематике, схемы, показывающие логическую связь химических понятий, и рекомендуемая литература.

Учебное пособие одобрено к изданию кафедрой химии РГУПС и предназначено студентам 1-го курса всех специальностей.

Рецензенты: д-р хим. наук, проф. А.Г. Бережная (ЮФУ); канд. техн. наук, доц. Г.Н. Соколова (РГУПС)

© Ростовский государственный университет путей сообщения, 2010

ВВЕДЕНИЕ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Теоретическую основу современной химии составляет атомномолекулярное учение.

Атом – это наименьшая, химически неделимая частица химического элемента. Нейтральный атом состоит из положительно заряженного ядра и соответствующего этому заряду числа электронов. В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов, движущихся вокруг ядра.

Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Атомы химических элементов могут соединяться друг с другом, образуя простые , состоящие из одинаковых атомов (О 2 , Н 2 , Р 4 , C и другие), илисложные , состоящие из атомов различных химических элементов,вещества (H2 SO4 , C12 H22 O11 , NaOH) . Сложные вещества называютхимическими соединениями . Для многих химических соединений справедлив

закон постоянства состава вещества (Ж.Л. Пруст, 1808 г.) – любое ве-

щество молекулярного строения имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа его получения.

Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая его состав и основные химические свойства.

Ионы – электрически заряженные частицы, образующиеся из атомов (или групп атомов) в результате присоединения или потери определенного числа электронов.Катионы – положительно заряженные ионы,анионы – отрицательно заряженные ионы.

		Уравнение процесса
	Na+ – катион	Na0 – 1ē = Na+
	S2– – анион	S0 + 2ē = S2–

Химическая формула – символическая запись состава и простейшего численного соотношения атомов различных элементов, которые образуют химическое соединение. Качественный состав вещества обозначается символами химических элементов, количественный состав – нижними индексами у символов химических элементов, которые показывают число атомов данного элемента в соединении; если в соединение входит один атом элемента, то индекс «единица» не записывают. Например, в состав

молекулы серной кислоты H2 SO4 входят 2 атома водорода (H2 индекс 2 ), 1 атом серы (S1 не пишется ) и 4 атома кислорода (O4 ).

Химические явления, или химические реакции, – это явления, при

которых одни вещества переходят в другие, отличающиеся от исходных веществ своими свойствами; элементный состав вещества при этом не изменяется.

Закон сохранения массы (М.В. Ломоносов, 1748 г.) – масса ве-

ществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции.

Абсолютная масса атома или молекулы выражается в граммах,

килограммах или атомных единицах массы. Например,

m (H) = 1,674 10–24 г = 1,674 10–27 кг = 1 а.е.м.

Атомная единица массы (1 а.е.м.) равна 1/12 части массы атома изотопа углерода 12 C.

1 а.е.м. = 1/12 m (12 С) ≈ 1,66 10–24 г ≈ 1,66·10–27 кг.

Относительная атомная масса элемента (A r )равна отношению средней массы, приходящейся на атом в природной смеси изотопов, к 1/12 части массы изотопа углерода 12 С. Относительная атомная масса – безраз-

мерная величина, A r (Cl) = 35,453;A r (O) = 15,9994;A r (S) = 32,0660.

Относительная молекулярная масса (M r )равна отношению сред-

ней массы, соответствующей химической формуле вещества, найденной с учетом состава природной смеси изотопов химических элементов, к 1/12 массы атома изотопа 12 C, то есть к 1 а.е.м. Следовательно, относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс всех элементов, входящих в состав химического соединения. Для химических расчетов значенияA r иM r часто округляют до целых чисел, за исключением некоторых случаев, например хлора (35,5). Например,M r (H2 SO4 ) = 1∙2 + 32∙1 + 16∙4 = 98.

Моль – количество вещества (n ,), содержащее столько же частиц вещества (атомов, молекул, ионов, электронов …), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода12 С.

Постоянная Авогадро (NA ≈ 6,02 1023 моль-1 ) – число структурных единиц в одном моле любого вещества.

Молярная масса – масса одного моля вещества. Единица измерения

– г/моль; кг/кмоль; мг/ммоль.

Количество вещества n («число молей») можно определить по массе или по количеству структурных единиц:

где m – масса вещества,M – молярная масса вещества,N – число структурных единиц,N A – число Авогадро.

Закон Авогадро – в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Первое следствие из закона Авогадро – один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объем.

При нормальных условиях (н.у.): T = 273,15 K (t = 0 ˚C) иP = 101 325 Па (1 атм = 760 мм ртутного столба) 1 моль идеального газа занимает объем 22,4 л. Мольные объемы реальных газов при нормальных условиях очень близки к этой величине.

Количество газообразного вещества n газ находится по формуле

n газV V газ ,

где V газ – объем газа;V M – мольный объем газа (V M = 22,4 л/моль при н.у.).

Уравнение Клапейрона – Менделеева:

PV M m RT,

где P – давление газа,V – объем газа,m – масса газа,M – молярная масса газа,R – универсальная газовая постоянная,R = 8,314 Дж/(моль К).

Валентность – способность атома химического элемента образовывать определенное количество химических связей с атомами других химических элементов.

Электролиты – вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток; к электролитам относятся кислоты, основания, соли.

Неэлектролиты – вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток.

Электролитическая диссоциация – распад электролита на ионы при растворении или плавлении. Диссоциация – обратимый процесс; обратный процесс называется ассоциацией.

Кислота – электролит, при диссоциации которого образуются только катионы водорода H+ и анионы кислотного остатка.

НСl H+ + Cl–

Многоосновные кислоты – кислоты, в состав которых входят несколько атомов водорода; многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

H2 SO4	H+ + HSO4 –	(1-я ступень);
HSO4 – H+ + SO4 2–		(2-я ступень);
H2 SO4	2H+ + SO4 2–

Диссоциация многоосновных кислот преимущественно протекает по первой ступени.

Основание – электролит, при диссоциации которого образуются только гидроксид-анионы OH– и катионы металла или аммония.

NaOH Na+ + OH–

Многокислотные основания – основания, в состав которых входит несколько гидроксид-анионов OH– , они диссоциируют ступенчато:

Al(OH)3	Al(OH)2 + + OH–	(1-я ступень);
Al(OH)2 + AlOH2+ + OH–		(2-я ступень);
AlOH2+ Al3+ + OH–		(3-я ступень);
Al(OH)3	Al3+ + 3OH–	(суммарное уравнение диссоциации).

Диссоциация многокислотных оснований преимущественно протекает по первой ступени.

Средняя соль – электролит, при диссоциации которого образуется катион металла или аммония и анион кислотного остатка:

NH4 Cl NH4 + + Cl–

K2 SO4 2K+ + SO4 2– .

Кислая соль – электролит, при диссоциации которого образуются катион металла и анион кислотного остатка, содержащий атом водорода. Анион кислотного остатка участвует в процессе вторичной диссоциации:

NaHSO3 Na+ + HSO3 – HSO3 – H+ + SO3 2–

Оснόвная соль – электролит, при диссоциации образуются катион, состоящий из металла и гидроксогрупп, и анион кислотного остатка. Гидроксокатион металла также способен к диссоциации:

СaОHСl CaOH+ + Cl– CaOH+ Ca2+ + OH–

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых атом кислорода в степени окисления –2. Оксиды относятся к неэлектролитам и в растворах не диссоциируют.

Ионные уравнения

В растворах многие реакции протекают между ионами; реакции могут быть обратимыми и необратимыми.

Обратимая реакция

– в молекулярном виде:

NaCl + KNO3 NaNO3 + KCl;

– в ионном виде:

Na+ + Cl– + K+ + NO3 – Na+ + NO3 – + K+ + Cl– .

Набор ионов в левой и правой части приведенного уравнения одина-

Необратимо реакции протекают в том случае, если образуются нерастворимые (1), малодиссоциирующие (2) или газообразные (3) продукты, то есть происходит удаление некоторых продуктов реакции из сферы реакции.

2 в молекулярном виде 2NaOH+ H 2 SO4 = Na2 SO4 + 2H2 O

в полном ионном виде 2Na+ + 2OH– + 2H+ + SO4 2– =

		2Na+ + SO4 2– + 2H2 O
в сокращенном		H+ + OH– = H2 O
3 в молекулярном виде		Na2 S + H2 SO4 = Na2 SO4 + H2 S
в полном ионном виде		2Na+ + S2– + 2H+ + SO4 2– =
		2Na+ + SO4 2– + H2 S
в сокращенном		2H+ + S2– = H2 S

Основы номенклатуры неорганических соединений можно изложить следующим образом:

1 Атомы неметаллов в бинарных соединениях (кроме соединений с водородом) называют, добавляя суффикс – ИД к латинскому названию

элемента, например: О–2 – оксид, Cl– – хлорид, I– – йодид, N–3 – нитрид, P–3

– фосфид, S–2 – сульфид и т. д.

2 Формулы большинства сложных неорганических веществ записывают в последовательности «от катиона к аниону» в солях, основаниях и кислотах, например, Na+ Cl– , H+ 2 S–2 , (NH4 )+ 2 SO4 –2 . В водородных соединениях элементов главных подгрупп IV и V групп на первом месте ставится этот элемент, а затем водород: CH4 – метан, SiH4 – силан, NH3 – аммиак, PH3 – фосфин, AsH3 – арсин и другие.

В России названия оксидов, оснований и солей часто составляют «от аниона к катиону», называя справа налево входящие в это соединение атомы или группы и указывая степень окисления главного (центрального) элемента, если она может иметь разные значения в различных веществах1 . Например: MgО – оксид магния, SO2 – оксид серы (IV), SO3 – оксид серы

(VI), FeCl2 – хлорид железа (II), FeCl3 – хлорид железа (III), Cu(OH)2 – гид-

роксид меди (II), (ZnOH)2 SO4 – сульфат гидроксоцинка (или гидроксосульфат цинка), (NH4 )2 HPO4 – гидрофосфат аммония.

Таблица 1

Названия некоторых неорганических веществ и анионов или катионов, входящих в их состав

	Название	Формула кислотного
соединения	соединения	остатка, аниона или
		катиона и их название
HNO2	азотистая кислота	NO2 – – нитрит
HNO3	азотная кислота	NO3 – – нитрат
		NH4 + – аммоний
H2 SiO3	кремниевая (метакремние-	SiO3 2– – силикат
	вая) кислота
HMnO4	марганцевая кислота	MnO4 – – перманганат
H2 SO3	сернистая кислота	SO3 2– – сульфит
H2 SO4	серная кислота	SO4 2– – сульфат
	сероводородная кислота	S2– – сульфид
H2 CO3	угольная кислота	CO3 2– – карбонат
HClO4	хлорная кислота	ClO4 – – перхлорат
HClO3	хлорноватая кислота	ClO3 – – хлорат
	хлорноватистая кислота	ClO– – гипохлорит
	хлороводородная (соляная)	Cl– – хлорид
	Фтороводородная (плавико-	F– – фторид
	вая) кислота
HPO3	метафосфорная кислота	PO3 – – метафосфат
H3 PO4	ортофосфорная кислота	PO4 3– – ортофосфат (фос-
H4 P2 O7	пирофосфорная кислота	P2 O7 4– – пирофосфат
	гидроксид натрия	OH– – гидроксид

1 Комиссия по номенклатуре IUPAC рекомендует строить названия начиная с катиона, например: NaCl – натрий хлорид, MgCl(OH) – магний гидроксид хлорид.

1 КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

	ЭЛЕМЕНТЫ
Типичные	Амфотерные	Типичные
		неметаллы
Оснó вные	Амфотерные	Кислотные
K2 O, CaO	ZnO, Al2 O3	CO2 , SO3
	(+ H2 O)
	ГИДРОКСИДЫ
Основания	Амфотерные
	основания
KOH, Ca(OH)2	Zn(OH)2 , Al(OH)3	H2 CO2 , H2 SO4

Рис. 1.1. Основные классы неорганических соединений и их взаимосвязь

3 Кислородосодержащие кислоты, имеющие в своем составе атом неметалла или металла в высшей степени окисления, имеют суффикс – НАЯ (кислота), в предыдущей – -ИСТАЯ (кислота), например: HNO3 – азотная кислота и HNO2 – азотистая кислота, H2 SO4 – серная кислота и H2 SO3 – сернистая кислота.

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления –2.

Оксиды классифицируются на солеобразующие (большинство) и несолеобразующие (CO, N2 O, NO).

Солеобразующие оксиды подразделяют на кислотные, амфотерные и оснόвные.

Общие способы получения оксидов

1 Окисление простых веществ (металлов и неметаллов) кислородом:

2Zn + O2 = 2ZnO S + O2 = SO2

2 Окисление (горение) сложных веществ (органических и неорганических):

СH4 + O2 = СO2 + 2H2 O 2H2 S + 3O2 = 2SO2 + 2H2 O 2CO + O2 = 2CO2

3 Превращения сложных веществ:

а) разложение (без изменения степени окисления) кислородсодержащих кислот, оснований и некоторых солей:

H2 SO3 = SO2 + H2 O Cu(OH)2 = CuO + H2 O CaCO3 = CaO + CO2

б) окислительно-восстановительные реакции: 2Al + Fe2 O3 = 2Fe + Al2 O3

Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3 )2 + 2NO2 + 2H2 O 4CuO = 2Cu2 O + O2

Кислотные оксиды – оксиды неметаллов (CO2 , SO3 , SiO2 , P2 O5 ) и оксиды переходных металлов, обычно в степени окисления +5, +6, +7 (V2 O5 , CrO3 , Mn2 O7 ).

Химические свойства кислотных оксидов:

1 Взаимодействие с водой (кроме SiO2 ): SO3 + H2 O = H2 SO4

CrO3 + H2 O = H2 CrO4

Различают качественный, количественный и атомный состав вещества. Качественный состав указывает на элементы, образующие вещество. Количественный состав выражается отношением масс элементов, образующих вещество. Атомный состав выражается отношением количеств атомов элементов, образующих вещество. Химический состав вещества определяется разными методами. Качественный состав определяется посредством качественных реакций, т. е. действием на вещества характерными реактивами, которые при наличии в веществе того или иного элемента влекут за собой характерные реакции. Например, если при действии на вещество раствором азотнокислого серебра выпадает белый, нерастворимый в кислотах осадок, то это означает, что в состав вещества входит хлор. Если при действии иодистым калием на раствор вещества первоначально образуется ярко-красный осадок, который растворяется в избытке реактива, то это означает, что в состав вещества входит ртуть. На практике определение качественного состава вещества связано со сложными операциями. Количественный состав вещества определяется методами синтеза и анализа. В простейших случаях это сводится или к соединению простых веществ в сложные, или к разложению сложных веществ на простые. Пример I, При сжигании магния из 3 г его получено 5 г окиси магния. Вычислить " количественный состав окиси магния. Решение. Определить количественный состав окиси магния-значит установить отношение масс магния и кислорода в окиси магния. Нам известна масса магния, а массу кислорода мы узнаем, вычитая из массы окиси магния массу магния: Следовательно, количественный состав окиси магния выражается отношением: Пример 2» При сжигании 9,7 г сульфида цинка получено 6,4 г двуокиси серы, состав которой выражается отношением: ms: mo =1:1. Вычислить количественный состав сульфида цинка. Решение. Вычисляем массу серы, содержащейся в полученной двуокиси серы. Из приведенного состава двуокиси серы следует, что масса серы и масса кислорода в ней одинаковы. Поэтому Вычисляем массу цинка nq разности массы сульфида цинка и массы серы: Следовательно, количественный состав сульфида цинка выражается отношением: Пример 3. При разложении карбоната кальция из 2 г его получено 1,12 г окиси кальция и 0,88 г двуокиси углерода. Известно, что количественный состав окиси кальция выражается отношением: /пса: то = 5: 2, а двуокиси углерода - отношением: тс: то =3:8. Вычислить количественный состав карбоната кальция. Решение. Из условия задачи видно, что карбонат кальция состоит из кальция, углерода и кислорода. Чтобы найти количественный состав карбоната кальция, надо вычислить, сколько кальция, углерода и кислорода содержалось во взятой навеске карбоната кальция. Для этого по количественному составу окиси кальция вычисляем, сколько кальция и кислорода содержалось в полученном количестве окиси кальция. Делим массу окиси кальция пропорцией нально числам отношения, выражающего ее состав. Из элементарной арифметики известно, что для деления числа на пропорциональные части, находящиеся в определенном количественном отношении, надо число разделить не сумму чисел отношения и умножить на каждое из них. Согласно этому ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВЕЩЕСТВА Этом же методом по количественному составу двуокиси углерода вычисляем, сколько углерода и кислорода содержалось в полученном количестве ее: Вычисляем массу кислорода, содержащегося в массе карбоната кальция, взятого для определения. В результате разложения карбоната кальция часть кислорода, содержавшегося в нем, перешла в окись кальция, другая часть в двуокись углерода. Суммируя эти количества, получаем: то = 0,32 На основании произведенных вычислений находим количественный состав карбоната кальция, а именно: ПРОЦЕНТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТА В ВЕЩЕСТВЕ И ПРОЦЕНТНЫЙ СОСТАВ Процентное содержание элемента в веществе есть частный случай выражения состава вещества. Для вычисления следует установить отношение масс элемента и вещества и пересчитать его на проценты. Пример. При разложении 4,900 г бертолетовой соли выделилось 1,420 г кислорода. Сколько процентов кислорода содержится в бертолетовой соли? Решение. Согласно величинам, указанным в условии, Процентное содержание кислорода вычисляем методом нахождения части от целого. Так как целое составляет 100%, то процент Приведенный пример иллюстрирует метод нахождения процентного содержания отдельного элемента в соединении. Если же требуется вычислить полностью процентный состав соединения, т. е. процентное содержание каждого из элементов в нем, то сначала находят количественный состав соединения методом, рассмотренным выше, а затем делят пропорционально числам отношения, выражающего количественный состав. В соответствии с этим процентный состав карбоната кальция вычисляется по количественному составу его, установленному выше, следующим образом: процент процент процент " процент Атомный состав соединения может быть вычислен путем деления чисел отношения, выражающего количественный состав, на атомные массы элементов. Если в результате получаются дробные числа, их приводят к целым числам. В качестве примера вычислим атомный состав карбоната кальция по найденному выше количественному составу его. Обозначим количество атомов кальция, углерода и кислорода через tjcg, Тогда атомный состав карбоната кальция можно будет выразить следующим отношением: ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВЕЩЕСТВА Отбрасывая общий знаменатель у полученных дробей (от чего отношение не меняется), получаем: Это означает, что в карбонате кальция на каждый атом кальция приходится 1 атом углерода и 3 атома кислорода.

Важнейшей характеристикой вещества является его состав: качественный и количественный. Качественный состав – это перечень всех образующих вещество химических элементов.

Количественный состав – это число атомов каждого элемента в составе мельчайшей частицы вещества – его молекулы.

Одним из основных законов химии является закон постоянства состава , который утверждает, что многие вещества, независимо от нахождения в природе или способа получения их в лаборатории, всегда имеют один и тот же состав .

§2. Химическая формула

В приборе для электролиза воды пропустим через воду электрический ток.

Под его действием молекулы воды разрушаются. Продукты протекающей химической реакции – два бесцветных газообразных вещества собираются в трубках прибора. Трубки прибора градуированы, и это позволяет определить, что объёмы газов относятся как 2:1. Если поднести тлеющую лучинку к трубке, содержащей меньший объём газа, и открыть кран, то лучинка ярко вспыхнет: один из неизвестных газов оказывается кислородом. При проверке другого газа горящей лучинкой раздается негромкий хлопок. Так сгорает водород. Следовательно, при разложении воды электрическим током образовались два газообразных вещества: водород и кислород, объемные отношения которых выражаются как 2:1.

Известно, что 1 литр водорода имеет массу, равную 0,089 г, а 1 литр кислорода – 1,429 г. Найдем соотношение масс образовавшихся в проведенном опыте веществ и получим соотношение 2:16. Известно, что масса атома кислорода равна 16, а масса атома водорода – 1. Следовательно, в молекуле воды на два атома водорода приходится один атом кислорода.

Эти расчеты подтверждают закон постоянства качественного и количественного состава вещества.

Если мы захотим описать качественный и количественный состав молекулы воды, то нам нужно сделать такую запись: 2 атома водорода, 1 атом кислорода . Эта запись не слишком удобна, ее лучше сделать при помощи химических знаков Н и О. Число атомов покажем при помощи индексов – чисел, которые записываются справа и снизу от химического знака, при этом число 1 не пишем. У нас получилась такая запись – Н 2 О. Данная запись и есть химическая формула.

Химическая формула – это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.

При прочтении химической формулы произносится обозначение и индексы.

Например, формула серной кислоты читается как H 2 SO 4 и обозначает, что молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.

Формула углекислого газа – CO 2 , обозначает, что его молекула состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Формула хлорида натрия NaCl читается так: натрий хлор. Хлорид натрия – это вещество немолекулярного строения и в нем на один атом натрия приходится один атом хлора.

§3. Описание качественного и количественного состава вещества при помощи химических формул

Чтобы получить вещество, которое называется сульфид железа, нужно смешать железо и серу в массовых отношениях 7:4. Если порошки железа и серы смешать в других массовых соотношениях, например 10 г железа смешать с 4 г серы, то реакция произойдет, но 3 г железа в реакцию не вступят.

Зная массы атомов железа (56) и серы (32), можно найти отношения чисел атомов этих элементов в сульфиде железа.

Для расчетов можно воспользоваться пропорцией: 7 массовых частей железа соединяются с 4 массовыми частями серы, а 56 массовых частей железа – с неизвестным числом массовых частей серы. 56 умножаем на 4 и делим результат на 7, получаем 32. Так как масса атома железа равна 56, а масса атома серы – 32, то в сульфиде железа на один атом железа приходится один атом серы.

Следовательно, химическая формула будет следующей – FeS .

Запись СО 2 имеет сразу два смысла: вещество углекислый газ и одна молекула углекислого газа. Иногда требуется сделать запись, обозначающую другое число молекул, тогда используют коэффициенты.

Коэффициент – это число, которое записывается перед формулой и обозначающее количество молекул, отдельных атомов или других частиц. Коэффициент 1, как и индекс 1, не записывается.

Например, запись 5 H 2 O обозначает пять молекул воды. Если нужно сделать выводы об общем количестве атомов, необходимо помнить, что коэффициент относится ко всей молекуле и в пяти молекулах воды содержится 10 атомов водорода и 5 атомов кислорода.

Запись 10 Cu обозначает 10 отдельных атомов меди, а запись 7 O 2 – 7 молекул простого вещества кислорода, содержащих 14 атомов кислорода.

Таким образом, качественный и количественный состав веществ можно описать при помощи химических формул посредством химических знаков и индексов. Число молекул, отдельных атомов или других частиц можно указать при помощи коэффициентов.

Литература:

Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.

Для визуального оформления использовались источники:

Качественный (присутствуют визуальные сигналы)

1. элементный состав (устанавливает элементы которые там находятся)

NaCL, Na2CO3, Na2SO4

2. функциональный анализ

3. ионный (устанавливает какие ионы содержатся в вещ-ве)

SO4²¯, SO3²¯,S²¯.

4. молекулярный (Какая молекула содержится)

СН3ОН, С2Н5ОН.

5. Определение изомеров

Количественный (основан на взвешивании продуктов реакции)

1. определение макроэлементов(то вещество, которого много содержится)

2. определение микроэлементов (определ. Содержания вещ-ва от 0.1 до 0.001)

3.определение следовых содержаний(от миллионный долей % и менее)

Структурный

Определяет кристаллические структуры

16. Аналитическая реакция. Аналитический сигнал. Дробный и систематический анализ.

Химические реакции, используемые для целей качественного или количественного анализа называются аналитическими.

Аналитическая реакция приводит к резкому изменению свойств анализируемого объекта, которое легко обнаруживается.

Аналитический сигнал – это внешний эффект аналитических реакций.

Аналитический реагент – это реактив, под действием которого обнаруживаемый компонент вступает в аналитическую реакцию

Если результат ожидаемый совпадает с наблюдаемым, то компонент есть.

Выделяют виды аналит. Сигналов:

Выпадение осадка(физич свойства: цвет, форма и размер кристаллов; хим. Св-ва: взаимодействие с реагентами)

Пример: ионы серебра, при их обнаружении наблюдают осадок бел цвета, и он раствор. В гидроксиде аммония

Изменение цвета. (Обнаруж. Ионов хрома III наблюдают измен. Цвета с зеленого на желтый)

Выделение газа. Обнаруж по выделению пузырьков или по запаху

Примеры: обнаруж карбонат ионов – выделение углекис. Газ. При обнаруж сульфид-ионов- запах сероводорода.

Аналитические реакции делятся:

Групповые (1 реактив одиноково взаимод с неск ионов)

Избирательные (1 реакт. С небольш. Числом ионов)

Специфические или селективные (взаимод только 1 вещ-во)

Различают дробный и систематический анализ.

Дробный. В нем обнаруж. Каждого иона осущ в отдельных порциях исходного анализ раствора ппри помощи спецефич реакций.

Применяют если состав анализир. Пробы прост (3-5 ионов) и надо выяснить есть там тот или иной ион.

Систематический. При помощи групповых реактивов ионы разделяют на аналит группы. При необх. Проводят внутригрупповое разделение.с полученными раствор проводят реакции на каждый обнаруж ион.

Есть 6 групп. В каждой гр проводят неск реакций.

17. Метод микрокристаллоскопии. Определение катионов цинка, калия, натрия.

Микрокристаллоскопия - метод кач. Микрохимич. анализа, основанный на образовании характерных кристаллич. осадков при действии небольших кол-в реактивов на каплю анализ. раствора на предметном стекле. Осадок исследуют под микроскопом о его составе судят по форме кристаллов, а также по их цвету и размеру. Образующ. кристаллы приобретают характерную форму в разбавленных растворах. При высоких концентрациях осаждаемых веществ, а также при наличии посторонних соединений возможно искажение формы кристаллов.. Микрокристаллоскопию применяют обычно для анализа очень небольших объектов (растительных клеток, включений в металлах, минералах и так далее).

критерии		действия	результат
	1.Ртутно-радановый реактив СН3ООН/ HСL	Добавляем реактив	Бел. Кристалл. осадок
		На предмет стекло к анализ. Р-ру+ реактив +СН3ООН/HСL	В укс.к-те крист. В виде крестов и дендридов. В солян к-те-треугольники и клинья
	Смесь ацетата цинка и ацетата уранила	Анализ. Р-р+ реактив	Бледно – желтый кристалич. осадок.
			На предмет. Стекле- крист в виде тетраэдров и октаэдров.
Заряд + (обнаруж. Калия проводится после обнар. аммония.)	1. гексанитрокобальтиат	Анализ.р-р+реактив	Желт. Кристалич. осадок.
	2.смесь нитритов		Черн. Крист.осадок черн. Крист. В виде квадратов и прямоуг.

18.Свинец, серебро, алюминий в объектах судебных исследований. Идентификация

		В виде металла	В виде соединения
		Изг. Пулей, автомоб. аккумуляторы, емкости для переноса радиоактив. В-в. печатные клише в типограф.	Пигмент красок(бел., красн-корич., желт), детонатор взрыв в-в.,коспонент автомоб. Аккум.яды замед действ.(соли свинца). фальсификация бензина.
		Ювелир.изд., дет. д/электротехники,катод в батарейках, обеззараж. Воды,отраж.поверхн. зеркал.	Фотопластинки, фотоленты,детонатор
Аллюминий		Провода, посуда, баночки д/пива,фольга, радиаторы, корпуса самолетов, двигатель авто,ювелир. Сплавы(фальсифик. Серебра)	Драг.камни:рубин(красн),сапфир(син), сорбент(поглотитель)

		результат
	1.р-р хромата натрия	Образ. Желт.крист. осадок. Котор. раствор в щелочи.
	2.р-р йодида калия	Образ.желт.крист.осадок, котор раствор в избытке йодида калия
	р-р аммиака	Бел.крист.осадок к нему +2й реагент и осадок растворится Затем провер. Реакции при помощи азот к-ты или иодидом калия
алюминий	Ализарин s+ р-р аммиака	Если алюмин. Нет – р-р фиолет, если есть то красный.

19. Железо, медь, ртуть в объектах судебных исследований. Идентификация

		В виде металла	В виде соединения
		Кузов авто,мосты,железобет.строения, Оружие,пули,снаряды, посуда, трубы,для электродвиг. И тд.	В сост крови, лекарства,краситель чернил,ржавчина,
		Градусник,термометр
		Чист.металл:провода,оюмотка электродвиг,тормозн.сист.авто,газовые линии,монеты,кресты,предметы быта. Сплавы: ювелир.золото(чист зол + медь) никель+медь-монеты, посуда, латунь(медь+цинк) гильзы,дет авто, гайки,болты,краны водопров. штекеры,вилки,розетки и тд. Бронза(медь + олово)монеты,статуэтки, оружие и др, дюралюминий (медь+алюминий) трубы,корпуса,детали машин.	Антисептик, пестицид, удобрение (медн.купорос), малахит. Ювелир украш. Зеленые краски.

20. Кальций, никель, аммоний в объектах судебных исследований. Идентификация

		В виде металла	В виде соединения
		Не исп. Тк сразу окисляется	Мел,известняк,накипь,бел.кирпич,скорлупа яич.,жемчуг,гипс,фосфорная мука,кости,негашеная и гашеная известь.
		Основа большинства сплавов – жаропрочных материалов,применяемых в аэрокосмической промыш для деталей силовых установок. 1) с железом и хромом – нержавейка(посуда,трубы) 2) никель+золото+серебро = белое золото 3) нихром=никель+хром для нитей накала в электронагревательной технике 4) для монет 5) для никелирования в целях защиты от коррозии 6) радиоактивный изотоп 63Ni – источник бета-излуч	(редко, почти не встречается)
		В виде солей,котор помогают разлагаться живым сущ. Р-р аммиака в воде NH4OH 2)нашатырный спирт – р-р хлорида аммония в спирте NH4Cl 3)аммиачная селитра NH4NO3 – удобрение и компонент взрыв.в-в 4) фосфат аммония и гидрофосфаты аммония - удобрения

21. Идентификация нитратов и сульфатов в объектах судебных исследований.

Сульфат-ион – SO4 z 2-

Реагентом является растворимая соль бария (хлорид бария, нитрат бария)

При приливании реагента к анализируемому вещ-ву образуется белый кристаллический осадок, которые не растворяется в кислотах и щелочах.

Но для того что бы убедиться нужно провести проверочную реакцию, прилив кислоту к осадку, но не использ. Серную кислоту.

Нитрат-ион – NO3 ¯

Для того что бы обнружить ионы нитрата используется реакция бурого кольца.

Для этого к анализ р-ру приливают раствор сульфата железа II , к этой смеси осторожно приливаем концентрир. Серную к-ту, не смешивая 2 жидкости, на границе этих 2х жидкостей происходит окрашивание в коричневый цвет, это и будет бурое кольцо.

22. Идентификация карбонатов и хлоридов в объектах судебных исследований.

На каждый анион существует специфическая реакция, поэтому анализ смеси этих анионов производится дробным методом, т.е. к 1-2 каплям анализ. Р-ра приливают реагент и наблюдают аналитический сигнал, по которому определяют наличие анионов в анализ. В-ве.

Для обнаружения хлорид ионов CL¯ реагентом является нитрат серебра с добавлением азотной к-ты. В результате выпадает белый осадок, нужно выполнить проверку, к осадку прилить р-р аммиака затем прилить азотною к-ту, наблюдаем повторное выпадение осмадка или помутнение р-ра.

Карбонат-ионы.CO3 z 2-.

Реагентом явл. Р-р сильной к-ты. (серная, азотная,соляная)

При приливании к анализ. В-ву неск. капель к-ты в р-ре наблюдается выделение пузырьков газа. При этом пробирку можно нагреть в руках.

23. Титрование. Точка эквивалентности.

Титриметрический метод анализаь – это метод количественного анализа основанный на измерении объема раствора реагента известной концентрации необходимого для взаимодействия с определяемым веществом.

Титриметрия – один из классических и наиб. Распр. Методов аналит.химии, который не утратил свое значение не смотря на то, что уделяется внимание новым методам. По положительным свойствам титриметрия занимает 1 из первых мест среди многочислен. Методов колич. Анализа.(простота аппаратуры и операций, высокая точность определения)

Процесс титрирования заключается в том, что к определяемому объему анализ. Р-ра, приливают титрант(р-р которым титрируют). Титрирование продолжается до тех пор, пока кол-во прибавленного реагента не станет эквивалентным кол-ву определ. Вещества.

Точка эквивалентности – это момент при котором кол-во прибавленного реагента становится эквивалентным кол-ву определ. В-ва. Момен эквивалентности можно установить разными способами,напр. Изменением окраски индикатора.

24. Метод нейтрализации. Индикаторы в аналитич. химии.

Титриметрическим методом анализа называют метод количественного анализа, основанный на измерении объема реагента известной концентрации, необходимого для взаимодействия с определяемым веществом.

Берем титрант (это раствор известной нам концентрации) , добавляем небольшими порциями в раствор неизвестной концентрации и, когда прошла нейтрализация, индикатор окрашивается в другой цвет и сравнивая объемы находим концентрации.

Прямое титрование - это когда титруем определяемое вещество. Например, титруем кислоту щелочью, записываем объем, находим концентрацию.

ОБратное титрование - это если например кислоты в пробе немерено, то добавляем сразу на глаз немерено щелочи (замеряем, естественно, сколько) и оттитровываем оставшуюся щелочь кислотой. По разнице находим исходную концентрацию кислоты.

Основное уравнение титриметрии: С(fэкв стандарта) *Vст = С (fэкв Х) *Vx

С(fэкв стандарта)- нормальная концентрация стандартного раствора (р-р реагента известной концентрации), моль/л

С (fэкв Х) –норм концентрация определяемого в-ва в анализируемом р-ре, моль/л

fэкв – фактор эквивалентности

Vст- объем стандарт.р-ра, необх для завершения реакции с определяемым в-вом, л

Vх – объем анализируемого р-ра, взятого для титрования, л (точно измеренный размер - аликвота)

Основные индикаторы: - метилоранж(интервал изменения окраски при рН 3,1-4,4)

Фенолфталеин (рН 8,0-9,8)

25. Метод комплексонометрии. Установление происхождения воды по солевому составу.

Комплексонометрия (трилонометрия) - титриметрический метод, основанный на реакциях образования комплексных соединений ионов металлов с органическими реагентами (комплексонами). При этом образуются очень прочные, хорошо растворимые в воде комплексонаты. Метод отличаетсы быстротой и высокой точностью. Метод позволяет определять практически все катионы и многие анионы. В качестве титрантов используют производные полиаминокарбоновых кислот (например: трилон Б).

Установление происхождения воды по солевому составу: в колбу для титрования добавляем 10мл исследуемой воды, пару капель HCl и нагреваем. После охлаждения к исследуемому р-ру добавляем 5 мл аммиачного буферного р-ра и немного хромагена, р-р окрасился в розовый цвет. Затем четыре раза титруем р-р до изменения окраски на сине-зеленый с помощью трилона Б. выясняем содержание солей, смотрим по таблице, оп и все, вы великолепны! Формула общ жесткости: * 10(это типа степень)

Й. Я. Берцелиус предложил обозначать химические элементы первой буквой их латинских названий. Так, символом кислорода стала первая буква его латинского названия: кислород - О (читается «о», так как латинское название этого элемента oxygenium). Соответственно, водород получил символ - Н (читается «аш», так как латинское название этого элемента hydrogenium), углерод - С (читается «цэ», так как латинское название этого элемента carboneum). Но латинские названия хрома (chromium), хлора (chlorum) и меди (cuprum), так же как и углерода, начинаются на букву «С». Как же быть? Й. Я. Берцелиус предложил гениальное решение: такие символы записывать не одной, а двумя буквами - первой и одной из последующих букв, чаще всего второй. Так, хром обозначается Сr (читается «хром»), хлор - С1 (читается «хлор»), медь - Сu (читается «купрум»).

Русские и латинские названия, знаки наиболее употребляемых в школе двадцати химических элементов и их произношение приведены в таблице 2.

Таблица 2
Названия и символы некоторых химических элементов

В нашей таблице уместилось всего 20 элементов. Чтобы увидеть все 110 известных на сегодняшний день элементов, нужно обратиться к таблице химических элементов Д. И. Менделеева.

Чаще всего в состав веществ входят атомы нескольких химических элементов. Изобразить мельчайшую частицу вещества, например молекулу, можно с помощью моделей-шариков так, как вы это делали на предыдущем уроке. На рисунке 40 изображены объемные модели молекул воды (а), углекислого газа (б), метана (в) и сернистого газа (г).

Рис. 40.
Объемные модели молекул:
а - воды; б - углекислого газа; в - метана; г - сернистого газа

С помощью символов химических элементов и индексов записываются химические формулы веществ. Индекс показывает, сколько атомов данного элемента входит в состав молекулы вещества. Он записывается справа внизу от знака химического элемента. Например, формулы веществ, изображенных на рисунке 40, записывают так: а - Н 2 O; б - СO 2 ; в - СН 4 ; г - SO 2 .

Химическая формула - основная знаковая модель в нашей науке. Она несет очень важную информацию. Химическая формула показывает:

качественный состав вещества, т. е. атомы каких элементов входят в состав данного вещества;

количественный состав , т. е. сколько атомов каждого элемента входит в состав молекулы вещества.

По формуле вещества можно определить также, является оно простым или сложным.

Например, водород Н 2 , железо Fe, кислород O 2 - простые вещества, а вода Н 2 O, углекислый газ СO 2 и серная кислота H 2 SO 4 - сложные.

Вопросы и задания

1. Знаки каких химических элементов содержат заглавную букву С? Запишите их и произнесите.
2. Из таблицы 2 выпишите отдельно знаки элементов-металлов и знаки элементов-неметаллов. Произнесите их названия.
3. Что такое химическая формула? Напишите формулы следующих веществ:
   • а) серной кислоты, если известно, что в состав ее молекулы входят два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода;
   • б) сероводорода, молекула которого состоит из двух атомов водорода и одного атома серы;
   • в) сернистого газа, молекула которого содержит один атом серы и два атома кислорода.

   Что объединяет все эти вещества?

4. Изготовьте из пластилина объемные модели молекул следующих веществ:
   • а) аммиака, молекула которого содержит один атом азота и три атома водорода, расположив атомы водорода по отношению к атому азота под углом 110°;
   • б) хлороводорода, молекула которого состоит из одного атома водорода и одного атома хлора;
   • в) хлора, молекула которого состоит из двух атомов хлора.

   Напишите формулы этих веществ и прочитайте их.

5. На рисунке 40 изображены модели молекул четырех химических веществ. Сколько химических элементов образуют эти вещества? Назовите их, запишите символы этих элементов и произнесите их.
6. Возьмите пластилин четырех цветов. Скатайте самые маленькие шарики белого цвета - это модели атомов водорода, красные шарики побольше - модели атомов кислорода, черные шарики - модели атомов углерода и, наконец, самые большие шарики желтого цвета - в качестве моделей атомов серы. Изготовьте объемные модели молекул, изображенных на рисунке 40.