Химия. Базовый уровень
Учебник для образовательных организаций, реализующих образовательные программы среднего профессионального образования
Покупка
ФПУ
Тематика:
Общая и неорганическая химия
Издательство:
Просвещение
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 336
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-09-111351-8
Артикул: 830042.02.99
Электронная форма учебного пособия (ЭФУП) — компонент УМК по химии базового уровня авторов Г. Е. Рудзитиса, Ф. Г. Фельдмана в серии «Учебник СПО». Химия — общеобразовательный предмет в образовательной программе среднего профессионального образования. Электронное издание по структуре, содержанию и художественному оформлению соответствует печатной форме учебного пособия и предоставляет возможность реализовать общеобразовательную программу среднего профессионального образования. Электронное издание дополнено мультимедийными элементами и интерактивными ссылками, в том числе интерактивным оглавлением. Такая форма позволяет учащимся быстро перемещаться по разделам книги, при необходимости увеличивать иллюстрации и изменять размер шрифта, легко искать информацию по ключевым словам. В качестве дополнительных материалов к каждому параграфу приведены: его краткое содержание, галерея рисунков по теме параграфа, интересные факты. В конце каждой главы размещены тестовые задания, которые можно использовать как при закреплении изученного материала, так и для контроля знаний. Использование электронной формы учебного пособия в образовательном процессе способствует формированию интереса к предмету, развитию предметных и метапредметных компетенций, расширяет возможности самообразования. В учебном пособии по химии базового уровня авторов Г. Е. Рудзитиса и Ф. Г. Фельдмана традиционность и фундаментальность сочетаются с современными образовательными тенденциями. В книге систематизированы сведения по основам органической, общей и неорганической химии, а также химической технологии. Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования и предназначено для реализации образовательных программ среднего профессионального образования. Материал учебника даёт возможность отрабатывать широкий спектр необходимых умений и компетенций.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Учебник для образовательных организаций, реализующих образовательные программы среднего профессионального образования Г. Е. Рудзитис Ф. Г. ФЕльдман Базовый уровень Москва «Просвещение» 2024 Допущено Министерством просвещения Российской Федерации З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 377.167.1:54+54(075.32) ББК 24.1я723 Р83 Серия «Учебник СПО» основана в 2023 году Учебник и разработанное в комплекте с ним учебное пособие допущены к использованию при реализации образо вательных программ среднего профессионального образования, реализуемых на базе основного общего образования или интегрированных с образовательными программами основного общего и среднего общего образования, при освоении учебных предметов, курсов, дисциплин (модулей) основного общего образования и (или) среднего общего образования в соответствии с Приказом Министерства просвещения Российской Федерации № 858 от 21.09.2022 г. (в ред. Приказа Минпросвещения России № 119 от 21.02.2024). ISBN 978-5-09-111351-8 © АО «Издательство «Просвещение», 2024 © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2024 Все права защищены Рудзитис, Гунтис Екабович. Химия : базовый уровень : учебник для образовательных организаций, реализующих образовательные программы среднего профессионального образования / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. — Москва : Просвещение, 2024. — 336 с. : ил. — (Учебник СПО). ISBN 978-5-09-111351-8. Данный учебник разработан в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования в редакции Приказа Министерства просвещения Российской Федерации № 732 от 12.08.2022 г. и предназначен для реализации образовательных программ среднего профессионального образования. В книге систематизированы сведения по основам органической, общей и неорганической химии, а также химической технологии. Материал учебника позволяет отрабатывать широкий спектр необходимых умений: выявлять общие химические закономерности; выбирать эффективные способы решения расчётных задач; использовать современные средства поиска и анализа информации; содействовать сохранению окружающей среды, применять принципы бережливого производства. Эффективный самоконтроль учащимся поможет осуществить рубрика «Личный результат». УДК 377.167.1:54+54(075.32) ББК 24.1я723 Р83 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Как работать с учебником Вы уже знакомы с важнейшими химическими понятиями, основными законами химии и со свойствами многих классов неорганических соединений. Вы умеете составлять химические формулы и уравнения реакций, решать задачи, проводить химический эксперимент. Эти знания пригодятся вам и при изучении органических соединений, и при обобщении и углублении знаний по общей и неорганической химии. Усвоение и запоминание учебного материала будет более эффективным, если придерживаться определённой системы при его изучении. Каждый параграф начинается с вопросов на повторение. Эти вопросы помогут вам вспомнить то, что вы уже изучали на других предметах (физика, биология) или на предыдущих уроках химии. Определения понятий нужно запомнить. На информацию, приведённую в этой рубрике, нужно обратить особое внимание. Материал, напечатанный мелким шрифтом, предназначен тем, кто заинтересовался химией и хочет расширить и углубить свои знания. Основные понятия в конце параграфа нужно запомнить и уметь объяснять. Их же удобно использовать для поиска информации в Интернете. Требования к освоению материала каждого параграфа сформулированы в рубрике «Личный результат». Ориентируясь на них, вы сможете осуществить самоконтроль и самопроверку. В конце учебника приведён предметный указатель — список терминов со ссылками на те страницы, где эти термины встречаются, и даны ответы на расчётные задачи. Желаем успеха! Так выделены сведения об учёных- химиках и интересные факты. Запоминать этот материал необязательно. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Раздел 1 Органическая химия З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
ГЛАВА I ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ. ПРИРОДА ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ Предмет органической химии. Теория строения органических веществ • Какой элемент лежит в основе всех органических веществ? • Как составить структурную формулу вещества? • С какими органическими соединениями вы сталкиваетесь в быту? Органические вещества. В 9 классе при изучении химии элемента углерода вы узнали, что такие соединения углерода, как оксид углерода(IV), оксид углерода(II), угольная кислота, карбонаты и ряд других, изза их свойств относят к неорганическим веществам. А вот соединения углерода с водородом — углеводороды и родственные им соединения — спирты, карбоновые кислоты, альдегиды и др. — относят к органическим веществам. Помимо углерода и водорода, в состав молекул органических веществ могут входить кислород, азот, фосфор, сера и галогены. Строение и свойства органических веществ изучает ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ — особый раздел химии. Выделение органической химии в самостоятельную науку вызвано, во-первых, многочисленностью органических соединений (их число приближается к 90 млн и продолжает быстро увеличиваться) и, во-вторых, чрезвычайной важностью этих соединений для человека. Достаточно сказать, что из углеводородов состоит нефть — основа современной энергетики и химической промышленности. Возникает вопрос: почему органических веществ так много? Их многообразие связано с тем, что атомы углерода могут соединяться между собой как простой, так и двойной и тройной связью, образуя цепочки разной длины (линейные, разветвлённые и замкнутые). К атомам углерода могут присоединяться атомы или группы атомов других элементов. § 1 З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Необходимо отметить, что принципиальных различий между органическими и неорганическими веществами не существует. Особенность органических соединений состоит в том, что большинство из них имеет молекулярное строение и, как следствие, низкие температуры кипения и плавления. Почти все органические вещества горючи и разлагаются при нагревании. Со многими органическими веществами вы знакомы из повседневной жизни: это уксусная и аскорбиновая кислоты, природный газ, бензин, резина, различные пластмассы, шерстяные и хлопчатобумажные изделия, изделия из синтетических волокон и др. (рис. 1). Становление органической химии как науки. В начале XIX столетия все известные вещества делили по их происхождению на две группы: вещества минеральные и вещества органические. Многие учёные того времени считали, что органические вещества могут образовываться только в живых организмах при помощи особой «жизненной силы». Такие взгляды назывались виталистическими (от лат. vita — жизнь). Развитие науки позволило постепенно преодолеть устоявшиеся заблуж дения. Так, в 1828 г. немецкий химик Ф. Вёлер впервые получил органическое вещество из неорганического: это была мочевина, которая образуется в организме человека и животных. Дальнейшие органические синтезы (в 1845 г. немецкий учёный А. Кольбе искусственным путём получил уксусную кислоту, в 1854 г. французский учёный М. Бертло синтезировал жир, а в 1861 г. русский учёный А. М. Бутлеров получил сахаристое вещество) полностью опровергли утверждение виталистов о том, что органические вещества могут образовываться только в живых организмах. (В настоящее время синтезированы не только те органические вещества, которые встречаются в природе, но и такие, каких в природе нет: красители, лекарственные препараты, полимеры и др.) К середине XIX столетия было установлено, что в состав всех органических веществ входит углерод. Органическую химию стали называть химией соединений углерода. В 50-е гг. XIX в. в науку вошло понятие «валентность». В 1858 г. немецкий учёный Ф. Кекуле установил, что углерод в органических соединениях всегда четырёхвалентен. Рис. 1. Ткани состоят из органических веществ З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
С начала XIX столетия начали разрабатываться новые методы синтеза органических веществ, но этому мешал недостаток теоретических знаний. Например, учёные не могли объяснить валентность углерода в таких соединениях, как этан С2Н6, пропан С3Н8 и др. Было непонятно, почему могут существовать различные вещества с одинаковой относительной молекулярной массой. Например, молекулярная формула глюкозы, как и фруктозы (одной из составных частей мёда), — С6Н12O6. Одинаковую молекулярную формулу С2Н6О имеют этиловый спирт и диметиловый эфир. Учёные- химики также не могли объяснить, почему два элемента — водород и углерод — могут образовывать такое большое число различных соединений и почему органических веществ существует так много. К 50-м гг. XIX в. особенно актуальной стала задача выявления зависимости свойств веществ не только от их состава, но и от их строения. Требовалась разработка теории, которая смогла бы связать воедино отдельные факты, обобщить и систематизировать накопленный материал. Такой теорией стала теория химического строения органических соединений, которая объяснила строение молекул органических веществ и их свойства, а также позволила предвидеть существование неизвестных и новых веществ, найти пути их синтеза. Теория строения органических соединений. Создание теории строения органических соединений связано с именами химиков XIX в.: Э. Франкланда, Ш. Жеpapa, Ф. Кекуле, А. Купера и др. Большая роль в развитии этой теории (1861) принадлежит великому русскому учёному Александру Михайловичу Бутлерову. Бутлеров подробно разработал понятие о химическом строении веществ, установил, что химическое строение вещества определяет его свойства, и доказал, что его теория позволяет предсказывать существование новых веществ с заданными свойствами. Бутлеров Александр Михайлович (1828—1886) Русский химик-органик. Развивал теорию химического строения органических веществ (1861). Предсказал и изучил изомерию множества органических соединений. Синтезировал многие вещества (например, уротропин). Кекуле Фридрих Август (1829—1896) Немецкий химик-органик. Его исследования были сосредоточены в области теоретической органической химии и органического синтеза. Высказал мысль о валентности как целом числе единиц сродства, которым облада- ет атом (1857). Углерод считал четырёхосновным (т. е. четырёхвалентным) элементом. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Основные положения теории строения органических веществ 1. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определённой последовательности согласно их валентностям. Порядок соединения атомов в молекуле и характер их связей А. М. Бутлеров назвал химическим строением. Химическое строение молекул можно изобразить с помощью структурных формул, учитывающих геометрическое расположение атомов. При составлении структурных формул органических веществ учитывают, что в органических соединениях углерод всегда четырёхвалентен, а также то, что его атомы способны образовывать цепи и циклы. Соединение атомов углерода в цепи можно изобразить так: Мы получили углеродный скелет молекулы. К свободным связям атома углерода присоединяются атомы или группы атомов других элементов, например атомы водорода: В структурных формулах органических веществ часто не изображают связи между атомами углерода и водорода. Такие формулы называют сокращёнными структурными формулами: Н3С СН2 СН2 СН2 СН3 Во многих соединениях атомы углерода располагаются вдоль прямой, образуя линейные цепи, как, например, в молекуле пентана. В других соединениях атомы углерода образуют разветвлённые цепи, например такие: З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Рис. 2. Объёмные и шаростержневые модели двух органических веществ Атомы углерода могут образовывать замкнутые цепи, т. е. циклы, например такие: Для изображения строения органических веществ часто используют шаростержневые или объёмные модели молекул, где атомы разных элементов представлены в виде шариков разного размера и цвета (рис. 2). Эти модели позволяют судить о взаимном расположении атомов, входящих в молекулу. Модели можно изготавливать из пластмассы, пластилина, металла и других материалов. Для каждого элемента установлен свой цвет (С — чёрный, Н — белый, О — красный, N — синий, S — жёлтый и т. д.). 2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и сколько их входит в состав молекул, но и от порядка соединения атомов в молекулах. Данное положение теории объяснило, в частности, явление изомерии. ИЗОМЕРИЯ — это явление, заключающееся в существовании нескольких веществ, имеющих один и тот же состав и одну и ту же молекулярную массу, но различающихся строением молекул. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Соединения, которые содержат одинаковое число атомов одних и тех же элементов, но связанных в различном порядке, называют изомерами. Изомеры обладают разными свойствами (в частности, разной температурой плавления). Например: Изомерия органических соединений очень распространена; с ней мы встретимся при изучении всех классов органических веществ. 3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы — предвидеть свойства. В дальнейшем мы убедимся, что органические вещества с одинаковыми молекулярными формулами, но с разным строением (например, диметиловый эфир и этиловый спирт, см. § 15) различаются по физическим и химическим свойствам. 4. Атомы и группы атомов в молекулах веществ влияют друг на друга. Как нам уже известно, свойства неорганических соединений, содержащих гидроксильные группы (гидроксогруппы) ОН, зависят от того, с какими атомами эти группы связаны — с атомами металлов или неметаллов. Так, например, гидроксогруппу содержат как основания, так и кислоты. Однако свойства этих веществ разные; сравните, например, свойства ионного соединения гидроксида натрия (едкой щёлочи) и свойства серной кислоты, имеющей молекулярное строение: Органические соединения также могут иметь различные свойства в зависимости от того, с какими атомами или группами атомов связаны гидроксогруппы. Научные методы познания. Органическая химия — интересная, непрерывно развивающаяся дисциплина. Как и неорганическая химия, эта З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .