Химия : классификация и свойства неорганических соединений
Покупка
Тематика:
Общая и неорганическая химия
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Под ред.:
Делян Владимир Иванович
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 48
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-87623-642-5
Артикул: 440286.02.99
Доступ онлайн
В корзину
Рассмотрены номенклатура, классификация и химические свойства основных классов неорганических соединений. Пособие может быть использовано как для самостоятельной работы студентов, так и на дополнительных занятиях по освоению базовых знаний школьного курса химии. Предназначено для студентов всех институтов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 04.03.01: Химия
- 04.03.02: Химия, физика и механика материалов
- 11.03.04: Электроника и наноэлектроника
- 16.03.01: Техническая физика
- 18.03.01: Химическая технология
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- ВО - Специалитет
- 04.05.01: Фундаментальная и прикладная химия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» № 2084 Кафедра общей и неорганической химии И.Н. Чижова В.Г. Лобанова Химия Классификация и свойства неорганических соединений Учебно-методическое пособие Под редакцией профессора В.И. Деляна Рекомендовано редакционно-издательским советом университета Москва 2012
УДК 546 Ч-59 Р е ц е н з е н т канд. хим. наук В.А. Филичкина Чижова, И.Н. Ч-59 Химия : классификация и свойства неорганических соединений : учеб.-метод. пособие / И.Н. Чижова, В.Г. Лобанова ; под ред. В.И. Деляна. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2012. – 48 с. ISBN 978-5-87623-642-5 Рассмотрены номенклатура, классификация и химические свойства основных классов неорганических соединений. Пособие может быть использовано как для самостоятельной работы студентов, так и на дополнительных занятиях по освоению базовых знаний школьного курса химии. Предназначено для студентов всех институтов. УДК 546 ISBN 978-5-87623-642-5 © И.Н. Чижова, В.Г. Лобанова, 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие........................................................................................................... 4 1. Понятие о веществе........................................................................................... 5 2. Классификация веществ.................................................................................... 9 3. Составление формул веществ и их номенклатура ...................................... 12 3.1. Валентность и степень окисления.......................................................... 12 3.2. Оксиды: составление формул, названия, графические формулы....... 13 3.3. Гидроксиды .............................................................................................. 16 3.3.1. Основания: составление формул, названия, графические формулы ................................................................................ 16 3.3.2. Кислоты: названия, графические формулы.................................... 16 3.4. Соли: составление формул, номенклатура, графические формулы ... 19 4. Оксиды.............................................................................................................. 22 4.1. Классификация оксидов.......................................................................... 22 4.2. Химические свойства оксидов................................................................ 24 4.3. Методы получения оксидов.................................................................... 25 5. Гидроксиды ...................................................................................................... 27 5.1. Основания................................................................................................. 27 5.1.1. Классификация оснований............................................................... 27 5.1.2. Химические свойства оснований .................................................... 28 5.1.3. Методы получения оcнований......................................................... 29 5.2. Кислоты..................................................................................................... 29 5.2.1. Классификация кислот ..................................................................... 29 5.2.2. Химические свойства кислот........................................................... 30 5.2.3. Методы получения кислот ............................................................... 31 5.3. Амфотерные гидроксиды. Химические свойства................................. 31 6. Соли................................................................................................................... 33 6.1. Классификация солей.............................................................................. 33 6.2. Химические свойства солей.................................................................... 34 6.3. Методы получения солей........................................................................ 35 7. Упражнения...................................................................................................... 37 7.1. Оксиды...................................................................................................... 37 7.2. Гидроксиды .............................................................................................. 38 7.3. Соли........................................................................................................... 40 7.4. Смешанные задачи................................................................................... 41 Приложения.......................................................................................................... 43
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящее пособие предназначено для повторения студентами школьного материала по теме «Классификация и свойства неорганических соединений» с целью дальнейшей адаптации к изучению вузовского курса химии. Пособие может быть использовано как для самостоятельной работы, так и на дополнительных занятиях в группах по освоению базовых знаний школьного курса химии. Тема «Классификация и свойства неорганических соединений» является ключевой для успешного изучения студентамипервокурсниками курса общей и неорганической химии в вузе. Приступая к изучению этого курса, студенты должны уметь составлять формулы химических соединений по их названию, пользуясь понятиями валентности и степени окисления элементов; по формуле вещества представлять себе его функциональные особенности, т.е. в какие химические реакции способно вступать данное вещество. Составление уравнений химических реакций, расчеты по этим уравнениям, расчет концентраций растворов – все эти вопросы требуют знания основных классов неорганических соединений, их номенклатуры и химических особенностей. Важным также является вопрос о том, как связаны между собой представители различных классов неорганических соединений.
1. ПОНЯТИЕ О ВЕЩЕСТВЕ Химия – наука о веществах и их превращениях. Вещество – вид материи, обладающей определенными физическими и химическими свойствами; состав вещества может быть выражен химической формулой. Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, ионов. Атом – мельчайшая электронейтральная частица вещества, неделимая далее химическим путем. Согласно современным представлениям атом состоит из положительно заряженного ядра и электронной оболочки. В ядре сосредоточена вся масса атома, оно состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов. Электронная оболочка атома представляет собой совокупность электронов, перемещающихся в некотором объеме пространства, центром которого является ядро. Она определяет химические свойства атома. Основные характеристики (масса и заряд) наиболее важных элементарных частиц (протона, нейтрона и электрона) приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Основные характеристики элементарных частиц Частица Символ1 Масса2, а.е.м. Масса, г Заряд3 Протон 1 1 p 1,0073 1,67 · 10-24 +1 Нейтрон 1 0n 1,0087 1,67 · 10-24 0 Электрон ē 0,00055 9,1 · 10-28 –1 1 Верхний индекс обозначает массовое число, нижний – заряд. 2 За 1 а.е.м. принята 1/12 массы атома изотопа 12С. 3 Элементарный заряд ē = 1,602 · 10-19 Кл. Протон 1 1 p – положительно заряженная частица с величиной заряда, равной одному элементарному заряду ē, и массой, равной 1 а.е.м. Нейтрон 1 0n – электронейтральная частица с массой, приблизительно равной массе протона. Электрон – элементарная частица практически без массы (масса электрона в 1837 раз меньше чем 1 а.е.м.), имеющая единичный отрицательный заряд (элементарный заряд ē = 1,6·10–19 Кл). Заряд ядра атома (Z) определяется числом протонов, а следовательно, положителен, и является основной характеристикой элемен
та. Число электронов в электронной оболочке атома равно числу протонов в ядре, так как атом электронейтрален. Размер электронной оболочки в несколько тысяч раз превышает размеры ядра (диаметр ядра ~ 10–12 см, а диаметр атома ~ 10–8 см). Вид атомов с одинаковым зарядом ядра Z называется химическим элементом. В настоящее время открыто около 110 видов атомов, которые размещены в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева в соответствии с их химическими свойствами. Каждый химический элемент имеет свой символ, образованный от латинского названия химического элемента. Например, H (Hydrogenium) – водород, S (Sulfur) – сера, Fe (Ferrum) – железо и т.д. Некоторые символы состоят из одной начальной буквы латинского названия, а некоторые – из двух. В Периодической системе каждому элементу отведена своя клеточка, в которой указан символ элемента, его латинское и/или русское название, порядковый номер Z и относительная атомная масса (Ar) (см. далее). Порядковый номер элемента в Периодической системе совпадает с зарядом ядра атома, т.е. с числом протонов. Существует большое число вариантов Периодической таблицы, но наиболее распространены клеточные варианты с короткими (8 групп) и длинными (18 групп) периодами. В Приложении 1 представлен современный длиннопериодный вариант Периодической системы, а в Приложении 2 – короткопериодный. Элементы располагаются в таблице в порядке возрастания заряда ядра атома. Вертикальные ряды элементов называются группами, горизонтальные – периодами. Электроны, движущиеся в пространстве около ядра, обладают разной энергией и распределяются по энергетическим уровням. Периоды объединяют элементы с одинаковым числом энергетических уровней. Номер периода показывает число энергетических уровней. Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом. В периоде происходит постепенное изменение свойств от типично металлических к типично неметаллическим. Группы объединяют элементы, имеющие одинаковое строение внешних электронных оболочек. Элементы, расположенные в одной группе (электронные аналоги), проявляют сходные химические свойства. Так, первая группа (IA подгруппа в короткопериодном варианте) Периодической системы объединяет так называемые щелочные металлы, которые названы так потому, что большинство их соеди
нений растворимо. Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) – серебристо-белые, мягкие (режутся ножом), легкоплавкие и химически очень активные. Активность металлов сверху вниз по группе растет. На внешнем энергетическом уровне щелочных металлов находится один электрон. Вторая группа (IIА подгруппа в короткопериодном варианте) содержит Be Mg, а также щелочноземельные элементы: Ca, Sr, Ba, Ra, которые также способны взаимодействовать с водой с образованием водорода и щелочи. В 16-ю группу (VIA подгруппу) входят элементы O, S, Se, Te, Po. Первые четыре элемента, имеющие неметаллический характер, объединяют общим названием «халькогены», что означает «рождающие медные руды» (греч.). В природе халькогены (за исключением кислорода) встречаются в виде соединений с медью. Сверху вниз по группе наблюдается переход от типичного неметалла (кислород) к металлическому полонию. Элементы 17-й группы (VIIA подгруппы) – F, Cl, Br, I, At – называются галогенами (греч. рождающие соли). Все галогены (кроме At) проявляют неметаллические свойства. Элементы 18-й группы (VIIIA подгруппы) – He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn – называют инертными (благородными) газами. Благородные газы имеют устойчивую электронную оболочку и, как следствие, низкую химическую активность. Атомы и молекулы – очень маленькие частицы, поэтому измерять их массу в граммах или килограммах неудобно. Для удобства химическое сообщество пользуется атомной единицей массы (а.е.м.), которая равна 1/12 массы атома изотопа углерода-12: 1 а.е.м. = 1,67 · 10–27 кг. Относительная атомная масса (Ar) выражается в атомных единицах массы и показывает, во сколько раз масса атома больше, чем 1 а.е.м. Например, химический элемент фосфор (Phosphorus) обозначается символом P, имеет порядковый номер Z = 15 и относительную атомную массу Ar = 30,97 (обычно в расчетах ее округляют до 31). Молекула – мельчайшая электронейтральная частица вещества, способная существовать самостоятельно и обладающая его химическими свойствами. Относительная молекулярная масса (Mr) показывает, во сколько раз масса молекулы больше, чем 1 а.е.м.
Молекула состоит из атомов. Качественный и количественный состав молекулы выражается молекулярной формулой. По формуле вещества мы можем узнать: – из атомов каких именно элементов состоит молекула; – сколько атомов каждого элемента входит в состав молекулы (индекс внизу символа элемента указывает число его атомов в молекуле); – к какому классу неорганических соединений относится данное вещество (т.е. охарактеризовать его химические свойства). Мы можем дать название химическому соединению в соответствии с правилами, определяемыми Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) и рассчитать относительную молекулярную массу вещества Mr как сумму относительных атомных масс Ar всех атомов, входящих в состав молекулы, с учетом числа атомов каждого элемента в формуле. При расчете Mr все относительные атомные массы принято округлять до целых чисел, кроме относительной атомной массы хлора, для которого Ar(Cl) = 35,5. Например, молекула Na2SO4 состоит из двух атомов натрия, одного атома серы и четырех атомов кислорода; относится к классу солей; название соли – сульфат натрия. Относительная молекулярная масса Mr(Na2SO4) = 2 · 23 + 32 + 4 · 16 = 142. Ионы – положительно (катионы) или отрицательно (анионы) заряженные частицы. Ионы могут быть простыми, например, Cl– (состоять из одного атома) или сложными, например SO4 2– (состоять из нескольких атомов). С помощью химических формул можно составить уравнение, компактно описывающее химическую реакцию (процесс взаимодействия веществ, приводящий к образованию новых соединений). Такое уравнение, отражающее количественное соотношение между участниками реакции, называют химическим уравнением. При этом вещества, вступающие в химическую реакцию, называют реагентами (исходными веществами), а соединения, образующиеся в результате реакции, – продуктами реакции.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ Многочисленные неорганические соединения весьма разнообразны по своему составу и химическим свойствам. Все химические вещества можно разделить на две большие группы (рис. 2.1): простые и сложные. Рис. 2.1. Классификация веществ 1. Простые вещества – это вещества, молекулы которых состоят из атомов одного химического элемента: N2, Zn, P4, S8, O2, O3 и др. Один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ (аллотропных модификаций). Так, элемент кислород образует два простых вещества: кислород О2 и озон О3. По способности притягивать к себе свои и чужие электроны простые вещества условно делят на металлы и неметаллы. Металлы – это, как правило, твердые кристаллические вещества (кроме ртути Hg) с характерным металлическим блеском, ковкие, пластичные, хорошо проводящие тепло и электрический ток. Атомы большинства металлов на внешнем энергетическом уровне содержат
небольшое число электронов, которые легко теряют в химических реакциях. Неметаллы – это в основном газы (H2, O2, N2, Не и т.д.) или жидкости (Br2), а также твердые вещества (S, P и т.д.), не обладающие заметной электропроводностью. Количественно способность атома притягивать электроны характеризует величина, называемая электроотрицательностью (ЭО). Так, например, ЭО атома лития близка к единице (ЭОLi = 0,98). Самая высокая ЭО у атома фтора (ЭОF = 3,98). Чем выше ЭО элемента, тем более склонен атом притягивать к себе электроны. Если мысленно провести диагональ от B к At, то наиболее электроотрицательные элементы располагаются в правом верхнем углу Периодической системы в главных подгруппах, т.е. соседствуют с фтором. Этим элементам присущи неметаллические свойства – N, O, S, P, Cl, Br и т.д. Чем ближе к фтору расположен химический элемент в таблице, тем более неметаллическими свойствами он обладает. Неметаллы могут присоединять к себе электроны, образуя отрицательно заряженные частицы – анионы (S–2, Cl–). Максимальное число притянутых атомом элемента электронов равно разности: 8 – № группы (номер группы соответствует короткопериодному варианту Периодической системы). Неметаллы могут также терять электроны, но этот процесс происходит труднее, чем присоединение. Металлы, наоборот, легко теряют электроны, образуя положительно заряженные частицы – катионы (Na+, Zn2+, Al3+). Максимальное число потерянных электронов равно номеру группы Периодической системы, в которой находится элемент. 2. Сложные вещества – это вещества, молекулы которых состоят из атомов двух и более элементов, например H2O, H2SO4, NaOH, AlCl3 и т.д.). В свою очередь, сложные вещества разделяют на неорганические (минеральные) и органические (химия соединений углерода). Неорганические соединения классифицируются как по составу, так и по функциональным признакам. По составу они подразделяются на двухэлементные (бинарные) и многоэлементные соединения. Бинарные соединения состоят из атомов двух элементов. К ним относятся соединения элементов: • с кислородом (оксиды: FeO, SO2, SnO2); • водородом (гидриды: LiH, BeH2, PH3, H2Te); • галогенами (галогениды: фториды – NaF, AlF3; хлориды – CaCl2, PCl5; бромиды – CuBr2; иодиды – PbI2, AgI);
• халькогенами (халькогениды: сульфиды – HgS, As2S3; селениды – Cu2Se; теллуриды – Ag2Te); • азотом (нитриды: TiN); • фосфором (фосфиды: Cd3P2); • углеродом (карбиды: Be2C); • кремнием (силициды: Mg2Si) и т.д. К многоэлементным соединениям относятся гидроксиды, соли, комплексные соединения (они изучаются в курсе химии высшей школы), гидраты и кристаллогидраты. Гидраты – это продукты присоединения воды к молекулам, атомам или ионам. Гидраты могут быть газообразными, жидкими и твердыми. В растворе образуются устойчивые гидраты катионов многих металлов, например, [Al(H2O)6]3+. Твердые гидраты называют кристаллогидратами (например, медный купорос CuSO4 · 5H2O).
Доступ онлайн
В корзину