Учебник Химия 7 класс Аскаров

И.Р. Аскаров, Н.Х. Тухтабаев, К.Г. Тапиров ХИМИЯ Учебник для учащихся 7 классов общеобразовательных щкол Издание 3-е, переработанное Утвержден Министерством народного образования Республики Узбекистан ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ ИЗДАТЕЛЬСКО-ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ АКЦИОНЕРНОЙ КОМПАНИИ «SHARQ» ТАШКЕНТ-2009 Мой дорогой юкый друг! С этого учебного года ты начинаешь изучать одну из естественных наук — химию. Мы желаем тебе удачи в постижении ее тайн. Не забывай, что ты являешься потомком таких великих ученых, как Абу Али ибн Сина, Абу Райхан Бе-руни, Мирзо Улугбек, Захириддин Мухаммад Бабур. Твои родители, учителя, твоя Родина — Узбекистан хотят, чтобы ты вырос настоящим человеком, хорошим специалистом. Помни! В мире науки еще много нераскрытых тайн. Их открытие возложено на тебя. С пожеланием удачи и счастливого пути. Авторы Под общей редакцией И.Р. АСКАРОВА — доктора химических наук, профессора. Заслуженного изобретателя и рационализатора Узбекистана К. Романова О. Гаюпова Ф. Таджиева М. Рахимов Ш. Гафуров, 3. Акбаров Н. Рахматуллаев Г. Шоисаева Рецензенты: преподаватель химии высшей категории школы № 178 г. Ташкента, Отличник просвещения Узбекистана, преподаватель химии школы № 34 г. Ташкента, преподаватель химии школы № 102 г. Ташкента, преподаватель высшей категории школы с углубленным изучением химии № 2 Шахриханского тумана Андижанского ви-лоята. преподаватели высшей категории школы с углубленным изучением химии № 53 Шахриханского тумана Андижанского вилоята. профессор кафедры химии Ташкентского гос. пед. университета, гл. методист отдела преподавания химии Республиканского центра образования. X. Исламова, консультант по иллюстрациям, преподаватель химии высшей категории. Отличник народного образования Узбекистана. Издан за счет Республиканского цслсвот книжного фонда для выдачи в apeioiy. Все права, относящиеся к этому изданию, принадлежат авторам и защищаются на основе соответствующего законодательства. Полная или частичная перепечатка текста и иллюстраций из него без согласия авторов и издательства запрещаются. ISBN 978-9943-00-073-5 © Аскаров И.Р., Ту-хтабасв H.X., Тапиров К.Г., 2(Ю4, гОО."), 2009. © Главная редакция ИПЛК *Sharq», 2004, 2005, 2007, 2009. ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ § I. ПРЕДМЕТ ХИМИИ И ЕЕ ЗАДАЧИ. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ХИМИИ КАК НАУКИ • Химия — это наука о веществах, их сгроепии, свойствах и взаимопревращениях. • Химия — это точная наука, которая, основываясь на том, <гго все существующее в природе сосюит из химических веществ различного вида, изучает их свойсзва и закономерности превращения из одного вида в другой. Земля, вода, воздух, небесные тела, все живые и неживые существа, предметы быта, используемые в повседневной жизни, продовольственные товары, лекарственные средства, все приборы и аппараты, применяемые в сельском хозяйстве, промышленности и других отраслях народного хозяйства, — словом, все сущее вокруг нас состоит из веществ. Вещества же — это соединения, образованные в результате связывания между собой в том или ином виде 118 известных на настоящий момент химических элементов. Поэтому химия, определяя свойства вепюств, образующихся в результате химических изменений в природе, и устанавливая пути их использования, непосредственно участвует в решении ряда важных для человечества проблем. Не существующие в природе, полученные синтетическим способом полиэтилен, пластмасеы, лекаретвенные вещества (средства), такие волокна, как капрон, нейлон, многие запасные части автомобилей и других технических средств, являются синтетическими химическими веществами. Природные и синтетические химические вещеетва широко используются в изготовлении с помощью химических способов искусственных органов для организма человека, лекарств, продовольственных продуктов, одежды, различных предметов, необходимых для жизни, строительных материалов и др. 3 Поэтому изучение химических и физических свойств веществ считается одной из основных задач химии. В связи с тем, что naiuy жизнь нельзя представить без химии, для понимания сущности происходящих вокруг нас изменений необходимо знать свойства химических веществ и закономерности их превращений. Для того чтобы в будущем вы стали хорошими специалистами в какой-либо области, вы обязательно должны овладеть элементарными знаниями, умениями и навыками в области химии, поскольку экономист, фермер, рабочий, ученый, врач, правовед, строитель, инженер — словом, представители всех профессий в своей деятельности будут непосредственно связаны с веществами и различной продукцией, изготовляемой из них, а также с химическими процессами. Человечество издавна использовало для своих потребностей химические вещества и их превращения. В Китае, Египте, Центральной Азии щироко пользовались химическими веществами и явлениями в борьбе с вредителями сельского хозяйства, при производстве различных красок, создании архитектурных памятников, изготовлении одежды. Прославленные на весь мир наши великие предки Ахмад аль-Фергани, Абу Бакр Мухаммад ибн Закария ар-Рази, Абу Наср Фараби, Абу Райхан Бе-руни, Абу Али ибн Сина еще в VIII—X вв. в своих научных грудах приводили ценные первоначальные сведения о способах использования химических веществ в повседневной жизни и при лечении различных заболеваний. Абу Али ибн Сина заложил основы закона постоянства состава и сформировал первоначальные понятия атомно-молекулярною учения. Это свидетельствует о том, какие глубокие корни имеет история изучения химии у нас на Родине. Развитие наук в Европе в средние века отразилось и на химии. В XVII в. немецкий ученый Г. Шталь изложил теорию флогистона, а в XVIII в. русский ученый М. Ломоносов, высказав мысль об элементах и корпускулах, развил представление об атомно-молекулярном учении. Французский ученый А. Лавуазье создает теории о процессах горения и окисления. Английский ученый Дж. Дальтон, основываясь на своих опытах, изложил основы атомистической теории, а в 1869 г. русский ученый Д. Менделеев успешно классифицировал все известные к тому времени химические элементы, создав знаменитую Периодическую систему. А. Бутлеров изложил основы теории строения органических веществ. В развитие химии внесли свой вклад Г. Дэви, Н. Бор, М. Цвет, Э. Фраи-кленд, А. Кекуле, В. Марковников, М. Фарадей, Ш. Вюрц, Л. Гей-Люссак, С. Аррениус, Э. Резерфорд, М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, Н. Зелинский, Н. Зинин, М. Кучеров, А. Фаворский, П. Шорыгин, Н. Семенов, А. Несмеянов, Н. Кочеткова, В. Сергеев, И. Азербаев, А. Куатбеков, 4 А. Садыков, С. Юнусов, X. Усманов, М. Набиев, X. Арипов, С. Собиров, К. Утениязов и другие известные ученые. К концу XX в. химия стаза развиваться еще более интенсивно. В 1991 г., когда Узбекистан добился независимости, в республике открылись большие возможности для развития химии и химической промышленности. В результате открытия не(1)тегазовых месторождений Мингбу-лак, Кокдумазак, Шуртан и др., а также развития на их основе химических производств появилась возможность отказаться от ввоза из-за границы нефти и нефтепродуктов и в то же время экспортировать их из Узбекистана в зарубежные страны. Кроме того, благодаря рациональному использованию месторождений полезных ископаемых иачазось производство десятков ценных для промышленности химических товаров. Результативным достижением химической науки является изготовление в Узбекистане синтетической химической продукции, необходимой для производства запасных частей тракторов и самолетов, автомобилей марки «Отаёл», а также «Дамас», «Тико», «Нек-сия», «Матиз», «Ласетти». § 2. ВКЛАД В ХИМИЧЕСКУЮ НАУКУ УЧЕНЫХ-ХИМИКОВ УЗБЕКИСТАНА Наряду с учеными-химиками мира узбекистанские ученые-химики также вносят свой вклад в развитие химической науки и промышленности. В Узбекистане проводятся научные исследования по различным направлениям химии в Институте общей и неорганической химии, Институте химии и физики полимеров. Институте биоорганической химии. Институте химии растительных веществ и в ряде научно-исследовательских лабораторий Академии наук, а также на химических факультетах и кафедрах вузов. Важное значение в развитии и прославлении на весь мир химической науки и промышленности Узбекистана имеют результаты научных исследований, проводимых сегодня такими известными узбекскими учеными-химиками, как К.С. Ахмедов, Н.А. Парпиев, Ш.И. Сатихов, Н.Р. Юсупбеков, М.А. Аскаров, С.Н. Нигматов, А.А. Абдувахабов, З.С. Сати-мов, С.Ш. Рашидова, М.О. Абидова, Т.М. Миркамилов, Б.М. Беглов, С.И. Искандаров, Х.Р. Рустамов, Ю.Т. Ташпулатов, Ш.Т. Татипов, Х.А. Асланов, Р.А. Абдурасулова, А.Г. Махсумов, Х.М. Шахидоятов, К.С. Тиллаев, А.С. Тураев, У.Н. Мусаев, Д.Ю. Юсупов, С.М. Турапжанов, Дж.М. Махкамов, У.М. Азизов, М.П. Ирисметов, Т.С. Сирлибасв, А.А. Юльчибаев, А.Г. Муфтахов, К.А. Ахмеров, И.И. Исмаилов, Г.Х. Хакимов и др. А.С. Садыков (1913—1987) — академик АН РУз, доктор химических наук, профессор. Автор свыше 600 научных статей, более 100 изобретений. Подготовил 10 докторов, 80 кандидатов наук. В 1985 г. награжден золотой медалью им. Д.И. Менделеева за работы, посвященные результатам комплексного химического исследования веществ, выделенных из хлопчатника. Был удостоен звания Героя труда. Заложил основы Института биоорганический химии АН РУз. Он вошел в книгу о мировых ученых-химиках как известный узбекский ученый. С.Ю. Юнусов (1909-1991) — академик АН РУз, доктор химических наук, профессор. Автор свыше 600 научных статей, более 100 изобретений и 10 монографий. В 1969 г. был удостоен звания Героя труда. Награжден золотой медалью им. Д.И. Менделеева. Запо-жил основы Института химии растительных веществ АН РУз, создал школу химии растительных веществ. Основные научные труды принадлежат к области алкалоидной химии. Он установк-т более 2000 алкалоидов в более чем 3600 растениях, встречающихся в Узбекистане. Н.А. Парписв (род. 1931) — академик АН РУз, доктор химических наук, профессор, Заслуженный деятель науки Узбекистана. Автор свыше 500 статей, 7 монографий, 3 учебников, обладатель 22 авторских свидетельств. Под его руководством подготовлено 11 докторов и 32 кандидата наук. Научные труды посвящены стереохимии координационных соединений и их строению. Pa3pa6oTaji термический способ получения молибдена высокой чистоты и метод определения молибдена, рения, вольфрама и рту'ти. Ш.И. Салихов (род. 1944) — академик АН РУз, доктор биологических наук, профессор. Автор свыше 275 научных статей, монографий, более 40 патентов. Под его руководством подготовлено 5 докторов и 25 кандидатов наук. Создал школу по изучению влияния белков и их химического строения на организм. Около 10 препаратов ученого, таких, как «Лагоден», «Ти-моптин», «Газолидон», внедрены в медицинскую практику. Созданные под его руководством феромонные ловушки используются в течение нескольких лет для защиты хлопчатника от вредителей. Н.Р. Юсупбеков (род. 1940) — академик АН РУз, доктор технических наук, профессор. Заслуженный деятель науки Узбекистана, лауреат Государственной премии им. Беруни. Автор свыше 300 научных статей, более 30 изобретений и нескольких монографий. Под его руководством подготовлено 14 докторов и 70 кандидатов наук. Научные труды относятся к области химической кибернетики. Он создал научную школу по исследованиям автоматизации производственных процессов. Х.У. Усманов (1916—1994) — академик АН РУз, доктор химических наук, профессор. Заслуженный деятель науки и техники Узбекистана, лауреат Государственной премии им. Беруни. В 1951 г. организовал первую в республике лабораторию химии полимерных веществ. Под его руководством разработан ряд технологических систем получения хлопковой целлюлозы, отвечающих требованиям мировых стандартов. •ШЧ V А.А. Абдувахабов (род. 1941) — академик АН РУз, доктор химических наук, профессор. Автор свы-ще 400 научных статей, более 20 изобретений и 5 монографий. Под его руководством подготовлено 4 доктора и 27 кандидатов наук. Имеет научные труды в области химии элементоорганических соединений, проблем тонкого органического синтеза, определения химической сущности механизма влияния низкомолекулярных биорегуляторов, пространственной химии. Разработал и внедрил в сельское хозяйство методы синтеза (1)еромонов. Т.М. Миркамилов (1939—2004) — академик АН РУз, академик АН Международной высшей школы, доктор технических наук, профессор. Автор свыше 450 научных статей, более 40 изобретений, 4 монографий и 5 учебников. Под его руководством подготовлено 8 докторов и 20 кандидатов наук. Научные труды посвящены проблемам химической технологии полимерных веществ и синтеза пластмасс, искусственных волокон, огнестойких кииофотопленок, а также физиологически активных полимеров. Ю.Т. Ташпулатов (1932—2008) — академик АН РУз, доктор химических наук, профессор. Заслуженный деятель науки Узбекистана. Автор свыше 410 научных статей, 35 патентов и изобретений, 3 монографий, 2 учебников, 15 учебных пособий. Под его руководством подготовлено 8 докторов и более 30 кандидатов наук. Его препарат К-1 широко используется на заводах химических волокон и текстильных предприятиях в качестве вещества, уменьшающего трение химических волокон о металлическую поверхность в процессе их получения. Известен как ученый, создавший научную школу в области хлопковой целлюлозы. А.Г. Махсумов (род. 1936) — доктор химических наук, профессор. Заслуженный изобретатель Узбекистана. Автор свыше 850 научных статей и изобретений, более 10 учебников и монографий. Под его руководством подготовлено 6 докторов и 34 кандидата наук. Научные труды посвящены производным пропаргилового спирта и синтезу новых физиологически активных веществ на основе гетероциклических соединений. Известен как ученый, создавший свою школу в области органической химии. Предложил современную интер-прегацию теории химического строения на основе микрочастиц. Новая специальность в системе химических дисциплин под названием «Классификация и сертификация товаров на основе химического состава» 8 основана в 1997 г. узбекскими учеными И.Р. Аскаровым и Т.Т. Рискиевым. Важное значение в формировании этой новой химической дисциплины имели результаты научных исследований, проводимых такими узбекскими учеными, как А.А. Ибрагимов, Г.Х. Хамракулов, М.А. Рахимджанов, М.Ю. Исаков, К.М. Каримкулов, О.А. Ташпулатов, А.А. Намазов, Б.Я. Абдуганиев, Ш.М. Миркамилов, О. Кулимов, Н.Х. Тухтабаев и др. § 3. ВЕЩЕСТВО И ЕГО СВОЙСТВА Химия, биология, физика — эго науки, изучающие природу, а природа — это воздух, земля, вода. Солнце, Луна, растения, животные, люди. Земля, Солнце, дом, автомобиль, ложка, книга — это тела. Химический стакан, колба, пробирка также относятся к телам. Эти емкости состоят из стекла. Ложка может быть изготовлена из алюминия, серебра. А.1юминий, серебро, стеюю, вода, сера, мел, сахар, кислород, азот, железо — это вещества. • Тела состоят из веществ. В природе встречается очень много веществ, и их наличие не зависит от человека. Хотя мы и не видим воду в воздухе, она имеется в реках и морях. Мы не видим кислород и не думаем о нем, но он присутствует в составе воздуха, мы им дыщим. Свойства веществ. Нам известны такие вещества, как сахар, мел, соль, сера, вода, спирт, серная кислота (то, что используется в повседневной жизни). Сахар, соль, мел, сера — это твердые вещества', вода, спирт, серная кислота — жидкости. Как можно отличить друг от друга перечисленные выше твердые вещества? Сахар, соль, мел — белого цвета, сера — желтая, значит, эти вещества обладают различным цветом. Если одноцветные вещества сахар, соль, мел поместить в воду, то мел не растворится, а сахар и соль растворятся. Соль и сахар отличаются друг от друга по вкусу. 9 Рис. /. Вещества йод, бром и хлор Все перечисленные здесь жидкие вещества не имеют цвета. Как их можно различить? Спирт обладает резким запахом, вода и серная кислота не пахнут. Но плотность их различна; воды — 1000 кг/м\ а серной кислоты — 1840 кг/м1 Эти жидкости обладают также различной температурой кипения: t КИП. волы = 100°С, t, кип. спирта 78°С, t КИП. серн. кисл. 338°С. • Признаки, по которым одни вещества отличаются от других, называются свойствами веществ. Цвет, запах, плотность, вкус, агрегатное состояние (твердое, жидкое, газообразное) — это свойства вещества. Вещества и их свойства не зависят от человека, они воздействуют на наши органы чувств, и мы видим их цвет, чувствуем их вкус и запах, различая их таким образом (рис. 1, 2). Рис. 2. Различные минеральные вещества, встречающиеся в природе Ключевые слова: вещество, тело, природа, воздух, колба, стакан, стекло, алюминий, железо, серебро, кислород, сера, азот, спирт, серная кислота, растворение, свойство, температура кипения, цвет, запах, вкус, плотность. Вопросы и задания: 1. Приведите примеры известных вам тел. 2. Назовите известные вам вещества. 3. Какими свойствами может обладать вещество? 4. Укажите отличительные свойства изученных и известных вам веществ. 10 Практическое занятие № 1 ЗНАКОМСТВО с ПРАВИЛАМИ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ПРИБОРАМИ В ХИМИЧЕСКОМ КАБИНЕТЕ При проведении лабораторных работ и практических занятий по химии необходимо работать в халате. На рабочем столе не должно быть лишних веществ, а необходимые предметы должны быть чистыми. Этапы проведения каждого занятия нужно записывать в специальную тетрадь в следующем порядке. 1. Дата проведения занятия, время и порядковый номер работы. 2. Тема занятия. 3. Схема прибора для выполнения работы. 4. Краткое описание выполнения опыта. 5. Уравнения реакции. 6. Изменения, наблюдаемые в веществах в ходе реакции. 7. Заючючение, выводы. По окончании опытов необходимо вымыть стеюянную посуду и вычистить приборы, сдав их вместе с использованными веществами лаборанту. В результате несоблюдения необходимых требований при проведении лабораторных работ и практических занятий по химии могут возникать нежелательные последствия. Их причины, в основном, связаны с выбросом жидкости из сосуда в результате чрезмерного перегрева, с использованием фязной стею'шнной посуды и палочек, их поломкой, соприкосновением металлического натрия с влагой и водой, переходом жидкости из одного сосуда в другой, с неосторожным обращением с веществами. Чтобы предотвратить подобные случаи, необходимо собдюдать следующие правила техники безопасности. 1. Не начинать эксперимент, полностью не освоив порядок выполнения работы и не убедившись в том, что установка правильно собрана. 2. Категорически запрещается непосредственно нюхать, трогать и пробовать неизвестные вещества на вкус. II 3. Эксперименты по возможности проводить в вытяжном шкафу. 4. Если в ходе эксперимента сломался термомелр, то ртуть из него следует быстро собрать особым приемом, засыпая места попадания ртути серой. 5. Металлический натрий следует хранить под слоем керосина, ликвидируя остатки путем их растворения в спирте. 6. Не держать на экспериментальном столе в избытке горючие и летучие вещеслва, хранить их вдали от электрических плит и источников открытого огня. 7. Для нагревания по возможности необходимо использовать изолированные нагревательные приборы. 8. В случае возгорания надо потушить его источник, затем засыпать песком или накрыть покрывалом. Если сушествует угроза распространения пламени, необходимо использовать огнетушитель. 9. Пробирки, другую стеклянную посуду следует нагревать осторожно, направив ее горлышко в сторону от работающих. 10. При нагревании растворов кислол и щелочей необходимо надеть специальные очки. 11. Нельзя наклоняться над сосудами, где происходит химическая реакция или процесс нагревания. 12. При разбавлении кислот нужно добавлять их в воду тонкой струей, по стенке сосуда, а не наоборот. 13. Запрещается измерять обл>емы концентрированных кислот и щелочей химической пипеткой. Их нужно измерять только с помощью бюретки. 14. Кислоты, содержащиеся в сосудах, нельзя разливать и разбрызгивать. 15. Нужно соблюдать особые меры предосторожности при работе с веществами, которые могут образовывать взрывчатые смеси. 16. Неосторожность может привести к порче одежды, нанести вред глазам, коже. Поэтому следует избегать неосторожных движений. 17. По окончании опыта необходимо выключить газ, электричество и воду, а также приборы. 18. Рабочее место всегда должно быть чистым. 12 Практическое занятие № 2 ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ ПЛАМЕНИ. МЕТОДЫ РАБОТЫ С ЛАБОРАТОРНЫМ ШТАТИВОМ, СПИРТОВОЙ ЛАМПОЙ, ГАЗОВЫМИ ГОРЕЛКАМИ, ЭЛ ЕКТРОНАГРЕВАТЕЛ ЕМ Работа с лабораторным штативом 1. Строение лабораторного штатива (рис. 3). Штатив — самый важный прибор, необходимый для проведения химических опытов. Он состоит из подставки и стержня, на котором с помощью зажимов закрепляются различные кольца, держатели и другие приспособления. Стержень вставляется в специальное отверстие в подставке до конца и закрепляется. Лабораторный штатив имеет пять видов различных приспособлений: /— песочная или водяная баня, используемая при перегонке жидкостей с различной температурой кипения, а также для проведения реакций при разной температуре; 2— кольцо для удержания колб и фарфоровых чашек различных объемов; 3— сетчатая асбестовая подставка, предназначенная для подогревания различных веществ в колбах, стаканах и фарфоровых чашках с плоским дном; 4 — зажим для удержания пробирок; 5 — зажим для лабораторных шлангов и других вспомогательных средств. Различные приспособления можно двигать по стержню вверх и вниз или снимать. В зависимости от цели эксперимента они могут быть установлены в любом количестве. Укрепление или ослабление зажима осушествляется посредством винта. Поскольку приспособления можно свободно передвигать по стержню, их можно передвинуть в любое место, установив под любым углом. 2. Пользование штативом. При работе с лабораторным штативом строго соблюдайте следующие правила. 13 Рис. 3. Лабораторный штатив Рис. 4. Спиртовая лампа и строение ее пламени Рис. 5. Обугливание сахара в пламени горелки • При укреплении стеклянного прибора нельзя сильно зажимать его, так как он может сломаться. • Необходимо придат ь зажимному винту удобное положение. • Пробирки и колбы укрепляются на держателях в различных положениях. • Стаканы ставят на кольцо с использованием специальной сетки. Это дает возможность не перегревать дно стакана. • Фарфоровые чашки и тигли можно ставить без сетки. Работа со спиртовой лампой 1. Строение спиртовой лампы (рис. 4 а). Спиртовая лампа состоит из сосуда для заливки спирта (I), металлического диска (2), фитиля (3) и крышки (4). 2. Подготовка спиртовой лампы к работе. • Необходимо удостовериться в пригодности спиртовой лампы. • В ее сосуд с 1юмоиц>ю воронки осторожно на.тивае'гся спирт до половины. • В дискообразной металлической трубке устанавливается ниточный фитиль, конец которого срезается ножницами, выравнивается и смачивается спиртом. • Спиртовая лампа прикрывается крышкой. Пе забывайте, что спиртовая лампа всегда должна находиться в прикрытом виде! 3. Зажигание и тушение спиртовой лампы. • Спиртовая лампа зажигается спичками или уже зажженной простой лучиной. • Спиртовая лампа не зажигается от другой уже зажженной спиртовой лампы. • При тушении спиртовой лампы необходимо прикрыть фитиль крышкой. Нельзя тушить спиртовую лампу, дуя на нес! Попробуйте зажечь и потушить спиртовую лампу. 14 4. Строение пламени. Нагревание спиртовой лампой. Рассмотрите пламя горящей спиртовой лампы (рис. 4 б). Пламя можно разделить на три части: / — верхняя часть пламени с тусклыми краями — самая горячая часть; 2 — средняя часть пламени — яркая, горячая часть; 3 — нижняя часть пламени, близкая к фитилю, — очень тусклая, иего-рячая. Самая горячая часть пламени — это область верхних тусклых краев. Ее используют для нагрева пробирок (рис. 5). Необходимо контролировать, чтобы пробирка не соприкасалась с фитилем, потому что нагреваемая стеклянная посуда, задевая относительно холодный фитиль, может расколоться. Спиртовой лампой можно нагревать посуду, изготовленную из химического стекла. Работа с газовой горелкой В газовой горелке газ, смешиваясь с кислородом или воздухом, поджигается. В химических лабораториях используются газовые горелки Бунзена и Теклю. Их строение различно, но принцип работы одинаков. 1. Общее строение газовых горелок (рис. 6). Газовые горелки состоят из металлической трубки, мешалки, кольца, регулирующего поток воздуха или кислорода, и устройства, нормирующего поток газа. 2. Зажигание и тушение газовой горелки. Для управления скоростью потоков газа и воздуха имеются кольцо и винт. Для того чтобы зажечь горелку, нужно поднести спичку или зажженную лучину к отверстию, открыв газовый кран. Если поднести прямо, то поток газа может потушить пламя. Устанавливается такой воздушный поток, при котором газ сгорал бы полностью. Если газ сгорает полностью, окраска пламени будет бесцветной. Рис. 7. Нагревание в пламени газовой горелки 15 Для того, чтобы потушить газовую горелку, следует повернуть газовый кран до конца в обратную сторону. 3. Нагревание на газовой горелке (рис. 7). В средней части пламени газовой горелки температура довольно низкая, в верхней части и по краям — высокая. Поэтому нагревание проводится именно в этой части. На открытом пламени можно нагревать только тонкостенную химическую посуду и пробирки. Для этого сначала обогревается вся пробирка, а затем та часть, где находится вещество. Стаканы и колбы нагревают, ставя на проволочную или асбестовую сетку. § 4. АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ. РЕАЛЬНОСТЬ (СУЩЕСТВОВАНИЕ) АТОМОВ И МОЛЕКУЛ. ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И ХИМИЧЕСКИЙ ЗНАК Первоначально древнегреческие философы выдвинули идею о том, что мир вокруг нас состоит из очень мелких неделимых частиц — атомов (от греческого atomos — неделимый), но они не имели возможности доказать это опытным путем. Наши великие предки Джабар ибн Хайян (Габер), Ахмад аль-Фергани (Ааьфраганус), Абу Бакр Мухаммад ибн Закария ар-Рази (Разес), Абу Наср Фараби, Абу Райхан Беруни, Абу Али ибн Сина (Авиценна) в своих произведениях, отразивших их мировоззрение, говорили о сложном строении мира вокруг нас, непрерывном изменении тел, признавали то, что причина многих явлений — не видимые глазу мелкие элементы, и пытатись объяснить их природу. В средние века подобные взгляды постепенно развивались и в странах Европы, а благодаря работам Ломоносова, Дачьтона, Авогадро и других ученых были выдвинуты идеи об атомно-молекулярном строении вещества. Эти идеи, основываясь на реальном существовании атомов и молекул, были закреплены принятием конкретных пояснений к этим понятиям на Международном конгрессе химиков в Карлсруэ в 1860 г. Атомно-молекулярное учение было признано всеми учеными, и с его точки зрения стапи рассматривать все химические превращения. В настоящее время основные положения атомно-молекулярного учения формулируются так: • Вещества состоят из молекул — мельчайших частиц, сохраняющих все их химические свойггва. 16 Рис. 8. Фотоснимок атомов кремния, полученный с помощью электронного микроскопа • Молекулы состоят из атомов. • Атомы имеют' сложное строение и сосго-ят из электронов, протонов, нейтронов и других микрочастиц. • Молекулы и атомы находягся в непрерывном движении. Атомно-молекулярное учение — одна из основных теорий естественных наук, подтверждающая материальное единство мира. Молекулы не изменяются при физических, но подвергаются изменениям при химических явлениях. В настоящее время имеется возможность определения порядка связи атомов в молекуле, вычисления массы и размеров отдельной молекулы. Фотоснимки некоторых атомов и молекул получают при помощи электронного микроскопа (рис. 8). Из курса физики известно, что при изменении температуры изменяется объем тела. Причиной этого является то, что вещества состоят из очень мелких частиц — атомов или молекул, и с повышением температуры расстояние между ними в определенной степени увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Атомы и молекулы невозможно увидеть, но то, что они действительно существуют, можно увидеть и снять с помощью электронного микроскопа. На рис. 9 изображен переход вещества (йода) сначала (при нагреве) из твердого состояния в газообразное (пар), а затем (при охлаждении с помощью льда) — из газообразного снова в твердое. Между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания. Молекула обладает массой, размером, химическими свойствами. Молекулы одного вещества отличаются от молекул другого вещества своим составом, массой, размерами и свойствами. К примеру, состав и строение молекул йода и воды различаются так: Рис. 9. Переход вещеетва (йода) из одного еостояпия в другое 17 Молекулы находятся в постоянном движении. Из курса ботаники известно, что английский ученый Броун в 1827 г. под микроскопом наблюдал беспрерывное движение твердых частиц в жидкости. Такое движение носит название броуновского. Молекулы одного вещества распределяются между молекулами другого вещества, и это явление называется диффузией. Броуновское движение, диффузия (например, распространение запаха в воздухе), растворение сахара в воде и подобные этим явления доказывают существование молекул и их беспрерывное движение. • Молекула — это маленькая частица, проявляющая химические свойства вещества. • Молекула прсдсгавляег собой частицу, состоящую из связанных между собой атомов. Молекулы состоят из атомов. При разложении воды путем пропускания электрического тока (в специа.,1ьном приборе) было установлено, что объем газа, образовавшегося в одной трубке, в два раза больше объема газа, собравшегося в другой трубке. Газ, занимающий больший объем, горит. Это водород. Газ, имеющий меньщий объем, не горит, но он поддерживает горение. Это кислород. В результате данного опыта из воды образованись водород и кислород, т.е. было установлено, что молекула воды состоит из еще более мелких частиц — атомов водорода и кислорода. • При химических реакциях молекулы распадаются на атомы или изменяют свой состав. • Атомы при химических реакциях осгаюгея без изменений. • Из атомов образуются молекулы. • Атом -> молекула -> вещество — типы движения материи. • Химическая реакция (изменение) — тип движения атомов. Это химическая форма движения материи. В природе встречаются атомы, различающиеся по массе, размеру и свойствам. • Определенный тип а гомов сос тавляет хи.нический элемент. В настоящее время известно 118 видов атомов или 118 химических элементов. Объекты живой и неживой природы в основном состоят из этих элементов. Каждый химический элемент имеет свое название и свой химический знак. 18 • в 1813 г. но предложению шведскою химика Я. Берцелиуса химические элементы стали обозначать начальной или начальной и одной из последующих букв латинского названия данного элемента; первая буква всегда прописная, вторая — строчная. Например, Н (аш) — химический знак водорода, его латинское название Hydrogenium (образующий воду); Hg (Hydrargiriim) — химический знак ргу-ти, который представлен первыми буквами ее латинского названия. Сведения о некоторых химических элементах представлены на третьей странице обложки. Таким образом, химический знак представляет химический элемент в виде одного его атома. /Стчевые слова: атом, молекула, материя, масса, размер, броуновское движение, элемент, химический знак элемента, диффузия. Вопросы и задания: 1. Из чего состоят вещества? 2. Как изменение температуры влияет па объем тела? 3. Что такое молекула? 4. Можно ли хранить газы в открытой колбе? 5. Найдите слова, определяющие свойства молекулы и соединений: масса, размер, состав, плотность, температура кипения, температура плавления. 6. Что такое химический элемент? 7. Какие элементы входят в состав следующих соединений: 1) мел (карбонат кальция СаСОз); 2) вода (НгО); 3) кислород (Ог); 4) алмаз (С); 5) этиловый спирт (С2Н5ОН)? § 5. РАЗМЕРЫ АТОМОВ. ИХ ОТНОСИТЕЛЬНАЯ И АБСОЛЮТНАЯ МАССА Атомы являются основной единицей, составляющей материю, и в диаметре имеют размер, равный 1А (1А=10 '®м) (см. рис. 10). Ангстрем А — величина, используемая для измерения размера атомов. Например, диаметр атома хлора равен 1,8А. В настоящее время эта единица измерения используется наряду с единицами измерения по международной системе СИ —нанометр {нм). В этом случае диаметр атома хлора по системе СИ будет иметь размерность 0,18 нм. Абсолютная масса атомов — очень маленькая величина. Например, абсо- 19 Рис. 10. Расположение атомов германия в структуре кремния лютная масса атома водорода равна 0,00000000()00()()0000000000000167 кг или 1,67- 10'^’ кг. Атом углерода имеет абсолютную массу, равную 19,93-1(Г^^ кг. При расчете абсолютной массы использование этих величин вызывает определенные трудности. Поэтому в химии пользуются относительной физической величиной, так называемой относительной атомной массой элемента {А,). • Оптосителышя атомная масса — величина, показываю1цая, во сколько раз атомная масса элемента больше 1/12 атомной массы элемента углерода. 1/12 часть массы атома углерода равна 19,93- 10~^^ кг 12 = 1,66- 10 -27 Эта величина называется атомной единицей массы (а.е.м.). • 1 а.е.м, = 1,66- 10“” кг. Например, атомная масса кислорода равна 26,60- 10~^^ кг, а его относительная атомная масса будет равна: 26,60- 10'^' 1,66- 10-^' Следовательно, атом кислорода в 16 раз тяжелее 1/12 части атома углерода. • Относительная атомная масса является количественным показателем элемента. К1Ночевые слова: углерод, относительная, абсолютная атомная масса, ангстрем — А, нанометр — н.ы, атомная единица массы. Вопросы и задания: 1. Какова размерность атомов? 2. Что такое относительная атомная масса? 3. Какими величинами измеряется диаметр атомов? 4. Известны абсолютные массы следующих атомов. Найдите их отно- сительные атомные массы: I) железо род 1,67- 10 ^ кг; 3) уран 396,67- 10'^’ кг. 93,13- 10 кг; 2) водо- 20 § 6. АТОМЫ И МОЛЕКУЛЫ - СОСТАВНЫЕ ЧАСТИЦЫ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ • Вес соединения имеют определенный химический состав. • Все природные вещества соспоят из химических элсмешов. Видя разнообразие окружающего нас мира и его непрерывную изменяемость, человек не может не удивляться тому, что мир состоит в основном из 118 элементов. Они распределены и распространены в природе неравномерно; 90% полезных ископаемых в основном состоят из пяти элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция, а тело человека состоит из трех элементов: кислорода, водорода и углерода. Более 20 элементов редко встречаются в природе или могут быть получены лишь в лабораторных условиях. Химические вещества могут состоять из одного, двух или более элементов. Так, путем пропускания электрического тока через воду можно получить отдельно кислород и водород. Таблица / Сравнение свойств воды, водорода и кислорода № Свойство Вода Водород Кис.11ород 1 Агрегатное состояние (20°С, 1 атм.) Жидкость Газ Газ 2 Температура кипения, °С 100 -253 -183 3 Плотность (20”С, 1 атм.) 1,00 г/мл 0,090 г/л 1,43 г/л 4 Горение Не горит Горит Не горит Из табл. 1 видно, что свойства воды резко отличаются от свойств входящих в ее состав элементов. При образовании нового вещества элементы теряют свои прежние свойства. Следовательно, при пропускании электрического тока через воду ее можно разложить на отдельные вещества. • Химическое соединение — сложное вещество, которое можно разложить на более простые. Состоящая из водорода и кислорода молекула воды может быть разделена на составляющие ее части. Однако, разлагая водород и кислород, нельзя получить простые вещества. Водород и кислород состоят только из атомов. Следовательно, химическое вещество — это объединение атомов и молекул. 21 Ключевые слова: кислород, кремний, алюминий, железо, водород, натрий, Х;Юр, электрический ток, соединение. Вопросы и задания: 1. Какие вещества образуются при разложении воды? 2. Что такое вещество? 3. Сравните свойства воды и составляющих ее элементов. 4. Что такое химическое соединение? 5. Можно ли разложить натрий и хлор на отдельные вещества? А поваренную соль? Почему? § 7. ВЕЩЕСТВА МОЛЕКУЛЯРНОГО И НЕМОЛЕКУЛЯРНОГО СТРОЕНИЯ • Вещества в зависимости от составляющих их частиц и их природы разделяются на имеющие молекулярное и нсмолекулярнос строение. Вещества молекулярного строения состоят из одинаковых молекул, поэтому их состав не изменяется (такие вещества называют дальтонидами, по имени английского ученого Дж. Дальтона, впервые давщего определение этому явлению). Обычно газообразные вещества имеют молекулярное строение. У жидких и твердых веществ расстояния между молекулами относительно малы, и их силы взаимодействия значительно больще, чем у газообразных веществ. Это и oбycлoвли^^aeт их газообразное или твердое агрегатное состояние. К веществам нсмолекулярного строения относится больщинство твердых веществ, имеющих кристатлическое строение. В узлах кристаллической рещетки этих веществ находятся не молекулы, а атомы или другие частицы (ионы). Газообразные вещества в твердом состоянии также относятся к веществам с молекулярным строением (лед, «сухой лед» — СО2, йод, нафтатин). Молекулы в кристаллической решетке в отличие атомов или ионов слабо связаны друг с другом. Это обусловливает их высокую летучесть и сравнительно низкую температуру кипения. Если в узлах кристаллической решетки расположены атомы, такие вещества являются твердыми и обладают высокой температурой плавления (па-пример, алмаз). Если в узлах кристаллической решетки располагаются ионы, такие вещества обладают высокой температурой плавления, но они не летучи (поваренная соль). Между атомами металлов или их положительно заряженными ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки, находятся свободные элек-'фоны. Поэтому металлы обладают блеском, пластичностью, пропускают тепло и электрический ток. Свойства веществ, изложенные выше, более подробно будут рассмофе-ны на уроках химии в 8 классе. 22 Ключевые слова: электрон, ион, молекулярное строение, немолекулярное строение, кристаллические решетки, электро- и теплопроводность, металлический блеск, «сухой лед». Вопросы и задания: 1. Что такое молекулярное строение? 2. Что такое немолекулярное строение? 3. Чем отличается молекулярное и немолекулярное строение веществ? Приведите примеры веществ молекулярного и немолекулярного строения. § 8. ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СМЕСИ Происходящие вокруг нас явления можно объяснить известными нам понятиями о природе и составляющих ее веществах. Для объяснения таяния льда, горения древесины и других явлений необходимо знать их строение. Окружающие нас различные типы веществ можно разделить на отдельные чистые вещества. Что такое чистое вещество? Вещества бывают двух типов: чистые и смеси, которые состоят из двух или нескольких веществ. • Вещества, имеющие отхииаковый состав и свойства во всем объеме, называются чистыми веществами. • Смеси имеют неодинаковый состав и физическими методами могут быть разделены на отдельные чистые вещества (см. рис. II). Смеси можно разделить на отдельные компоненты отстаиванием, фильтрованием, перегонкой, экстракцией, действием магнитных полей, сублимацией, хроматографированием, ступенчатым плавлением. Как было сказано выше, чистые вещества обладают одинаковым составом и свойствами во всем объеме. В этом случае вещество называется гомогенным. При растворении соли и сахара в воде образуется прозрачный раствор. Подобные растворы-смеси имеют тот же состав и обладают теми же свойствами, что и растворенные в них вещества. Однако они отличаются от чистых веществ различными свойствами, зависящими от количества частиц, составляющих данную смесь (так, стакан воды, содержащий I чайную ложку сахара, замерзает при -2°С, а стакан воды, в котором растворена 1 чайная ложка поваренной соли, замерзает при -4°С). Такие смеси называются гомогенными смесями. Если мы попробуем растворить почву в воде, то увидим, что почва в воде не растворится и образует муть. Следовательно, данная смесь не состоит из одинаковых частиц. Такой раствор называется гетерогенным, и он может быть разделен на гомогенные составляющие части. 23 примером чистого вещества могут служить водяной пар, медная проволока, а к смесям относятся йодированная поваренная соль, мед, молоко, растительные масла. Чтобы определить свойства вещества, необходимо по возможности получить ею в чистом виде. Даже незначительное содержание посторонних частиц может сильно изменить свойства вещества. В природе нет чистых веществ, все они находятся в виде смеси, состоящей из большого количества различных веществ. Так, в воде всегда содержится множество растворенных солей и газов. Обычно название смеси происходит от названия компонента, преобладающего в данной смеси (железная ложка на 90% состоит из железа, алюминиевая ложка содержит 99% а.1юминия). Для обозначения чистоты химических веществ применяют следующие знаки (символы): т (технически чистый), ч (чистое вещество), н.д.а. (чистый для анализа), х.ч. (химически чистый), с.ч. (сверхчистый). Рис. II. Разделение емеси веществ (1)ильтрованисм, отстаиванием (а, б, в), с помощью делительной воронки (г) и хроматографированием (д) 24 «Технически чистое» вещество содержит значительное количество посторонних примесей. В остальных вышеперечисленных веществах количество примесей убывает от х.ч. до с.ч. «Сверхчистые» вещества отличаются высокой степенью чистоты, в них может содержаться очень незначительное количество посторонних примесей. Ключевыг слова: чистое вещество, смеси, раствор, гомогенный, гетерогенный, технически чистое вещество, чистый для анализа, химически чистый, сверхчистое вещество. Вопросы и задания: 1. Укажите чистые вещества и смеси; молоко, мед, золото, вода, железо. 2. Что означает понятие «гомогенное вещество»? Молоко — вещество гомогенное или гетерогенное? 3. В чем сходство технической поваренной соли, йодированной соли и железной ложки? Практическое занятие № 3 ОЧИСТКА ПОВАРЕННОЙ СОЛИ Растворение загрязненной поваренной ( Загрязненная поваренная соль соли В посуду, содержащую 20 мл дистиллированной воды, порциями, перемешивая стеклянной палочкой, вносят поваренную С Растворение соли I соль, которую добавляют до тех пор, пока ^ вся соль не растворится. Определите, какие Фильтрование соли Т С Чистая соль 3 ^ Выпаривание фильтрата ^ 3 изменения протекают при этом процессе. Фильтрование мутного раствора соли Для фильтрования мутного раствора используют обезжиренный складчатый фильтр. Приготовление фильтра. Для этого квадратную фильтровальную бумагу С1С1адывают вчетверо. Угол квадрата срезают ножницами, как показано на рис. 12. После этого бумаге придают конусообразную форму и вставляют в воронку. При этом ее края должны быть на 0,5 см ниже края воронки. Затем 25 Рис. 12. Приготовление фильтра мутный раствор поваренной соли сливают в воронку с фильтром при помощи стеклянной палочки, не касаясь стенки воронки. Пропущенный через фильтр раствор называют фильтратом. Выпаривание фильтрата Фи-1ьтрат сливают в фарфоровую чашку и устанавливают на кольцо штатива. Чашку нафевают при помоши спиртовой или газовой горелки. Пламя горелки должно быть таким, чтобы оно обволакиваао дно фарфоровой чашки. Для того чтобы кипяшая жидкость не разбрызгивалась, ее постоянно перемешивают стеклянной палочкой. После образования осадка на дне фарфоровой чашки нагревание прекрашают и рассматривают образовавшуюся соль. По окончании эксперимента составляют отчет в следуюшем порядке. 1. Содержание проведенной работы. 2. Список использованных приборов, приспособлений и химических реактивов. 3. Определение этапов работы и краткое изложение содержания эксперимента. Изображение использованных приборов. В заключение описание наблюдаемых явлений. 4. Выводы на основании полученных результатов. § 9. ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА Вещества бывают простыми и сложными. • Вещества, состоящие из атомов одною элемента, называются простыми, например, водород, кислород, железо, сера. • Вещества, состоящие из атомов разных элементов, называются сложными, например, вода, поваренная соль, сахар. • Образование различных простых веществ из атомов одинаковых элементов называется о/ыотропией. Классификация веществ в зависимости от их состояния: 26 • Вещество — гомогенное соединение, имеющее определенный химический состав. • Раствор — гомогенное соединение с различным химическим составом. Каждый из 118 элементов, известных в настоящее время, можно рассматривать как отдельное простое вещество. Вместе с тем некоторые из них могут образовывать ряд простых веществ в виде аллотропических видоизменений. В таких веществах различия определяются количеством или взаимосвязью атомов в их составе. Углерод может образовывать такие простые вещества, как алмаз, графит, карбин, флюорен. Сера образует такие простые вещества, как ромбическая и пластическая сера, кристаллическая и аморфная сера. Фосфор бывает красным, белым и черным (см. рис. 13). Кислород встречается в виде обычного кислорода и озона. Явление аллотропии простых веществ наглядно показывает различия между веществом и элементом. Например, химический элемент углерод представляет собой скопление атомов одного вида. Он обладает только ему присущими свойствами. Однако сильно различаются по своим свойствам графит, находящийся в карандаще, и апмаз — драгоценный камень (самостоятельно сравните свойства графита и алмаза). .1 Рис. 13. Белый и красный фосфор 27 графит и алмаз, являясь аллотропическими видоизменениями углерода, могут переходить друг в друга, при этом резко меняются и их свойства. Несмотря на то, что графит и алмаз воспринимаются как разные вещества, они состоят из атомов углерода. Наличие в их составе элемента углерода можно доказать их горением в кислороде, при котором образуется одно и то же вещество — оксид углерода (IV). Оксид углерода (IV) — сложное вещество, состоящее из атомов различных элементов — углерода и кислорода. Количество сложных веществ составляет несколько миллионов. • Процесс определения сосгава веществ называется аиа.1изом. • Процесс создания соединений называется синтезом. • Сосгав веществ определяется методом анализа. • Установление составных элементов, образующих соединение, называется качественным анализом. • Определение количества элементов, входящих в состав соединения, называется количественньш анализом. /Сгючевые слова: простое вещество, элемент, соединение, сложное вещество, аллотропия, аллотропическое видоизменение, графит, алмаз, углерод, оксид углерода, анализ, синтез, качественный анализ, количественный анализ. Вопросы и задания: 1. Приведите примеры простых веществ. 2. Приведите примеры сложных веществ. 3. Что вы понимаете под атлотропией? 4. Назовите элементы, образующие различные простые вещества. 5. В чем состоит различие анализа и синтеза? 6. Дайте определения понятиям качественного и количественного анатиза. § 10. АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА Вам уже известно, что воздух, кислород, азот и водород являются газообразными веществами; спирт, вода и серная кислота — жидки.ми веществами; углерод, графит, сера, железо, алюминий — твердые вещества. А теперь ответим на вопрос, что такое газообразное, жидкое и твердое состояние веществ и какими свойствами обладают вещества в зависимости от своего состояния. • Газ нс обладает онределенным видом, размером и объемом. Газ принимает форму и В1Щ сосуда, в котором он находится. В сосуд с меньщнм 28 объемом его можно иомес'гить путем сжагия, в большом сосуде он, расширяясь, занимает весь обьем. Расстояние между молекулами газа больше, чем между молекулами в жидких и твердых веществах. • Жидкости также принимают форму сосуда, но не расширяются, как газы. Жидкости занимаю!' определенный объем, в обычных условиях их трудно нодвершуть сжагию. • Твердое вещество в отличие от газа и жидкости механически устойчиво, имеет определенную форму и занимает определенный об’ьем. • В жидких и з вердых вещесгвах расезояние между атомами и молекулами намного меньше но сравнению с газами (см. рис. 14). • Газгюбразное, жидкое или твердое состояние вещества является его агрегатным состоянием. Агрегатное состояние вещества зависит от температуры и давления. Вода при температуре выше 1()0°С имеет газообразное (парообразное) состояние, а при температуре ниже 0°С переходит в твердое (лед)состояние. Переход из одного состояния в другое (например, превращение льда в воду) — результат физического превращения. При этом не протекает процесс образования нового вещества. Жидкие вещесгва занимают промежугочное положение между твердыми и газообразными веществами, поскольку они обладают текучестью, легко меняют форму, как газы, и не подвергаются сжатию, как твердые вещества. При действии на вещества температуры и высокого давления они постепенно переходят из газообразного в жидкое, а затем в твердое состояние. В отдельных случаях вещества, не переходя в жидкое состояние, могут из газообразного состояния переходить в твердое. К примеру, такими свойствами обладают «сухой лед» — оксид углерода, йод, нафталин (см. рис. 9). Рис. 14. Газ, жидкость и твердое состояние — афсгатные состояния вещества • Переход вещества из твердого состояния в газообразное минуя жщщое называется сублимацией, или возгонкой. К/1ючевые слова: газ, жидкость, твердое состояние, агрегатное состояние, «сухой лед», йод, нафталин, сублимация, возгонка. 29 Вопросы и задания: 1. Что понимается под выражением «агрегатное состояние вещества»? 2. Какими свойствами обладают газы? 3. Какими свойствами обладают жидкости? 4. Какими свойствами обладают твердые вещества? 5. Приведите примеры: 1) жидкого состояния метатла; 2) веществ, переходящих из т15ердого в газообразное состояние минуя жидкое. § 11. ХИМИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА И ВЫВОДЫ НА ЕЕ ОСНОВЕ. ВАЛЕНТНОСТЬ. ПОНЯТИЕ ОБ ИНДЕКСАХ Каждому атому в составе вещества соответствует свой химический знак. Значит, состав вещества можно выразить на основе соответствующих знаков элементов, составляющих вещество, т.е. иначе говоря, с помощью химической формулы. • Химическая формула — это выражение состава вещества с помощью химических знаков и тщексов. Химическая формула показывает: • из каких элементов состоит вещество (качественный состав); • сколько атомов каждого элемента входит в состав одной молекулы вещества (количественный состав); • одну молекулу вепщетва. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода (Н), одного атома кислорода (О) и выражается формулой Н2О. Цифра 2, стоящая справа внизу около химического знака водорода, называется индексом, который показывает число атомов водорода в составе молекулы воды. Цифра, стоящая справа внизу около химического знака в формуле, всегда показывает, сколько атомов этого элемента входит в состав каждой молекулы вещества. Большая цифра, стоящая перед химическим знаком или формулой, называется коэффициентом, который указывает на число отдельных атомов и молекул. Например: 20 2 атома кислорода - коэффициент О2 — одна молекула кислорода t---- индекс ЗО2 — 3 молекулы кислорода 'индекс - коэффициент 5H2SO4 — 5 молекул серной киелоты т т I—'— индексы ------ коэффициент В каждой молекуле имеется 2 атома водорода, I атом серы и 4 атома кислорода. 30 Понятие о валентности. Атом одного элемента может присоединять определенное число атомов другого элемента. Чтобы правильно написать формулу молекулы, нужно иметь представление о важном свойстве элементов — валентности. • Валентностью называется способность атомов одних элементов присоединять онределенное число атомов других элементов. Атом водорода никогда не может присоединить более одного атома дру-гого элемента. Поэтому валентность водорода принята в качестве единой меры определения валентности других элементов. Если атом элемента присоединяет один атом водорода, то его валентность равна 1 и он считаетоя одновазензным. Если атом элемента присоединяет два или три атома водорода, то он соответственно двух-, грехвалентен и Т.Д. Например, в веществе НС1 хлор одновалентен, в Н2О кислород двухвалентен, в NH3 азот трехвалентен. Некоз'орые элементы имеют постоянную валентность. Na, К, Н — всегда одновалентны, Са, Mg — всегда двухва;1ентны, А1 — всегда трехвазентен. Многие элементы обладают переменной валентностью. Например, железо в ЕеО двухваюнтно, а в ЕезОз — зрехвазентно, медь в СпзО одноваюнтна, а в СиО — двухвалентна, сера с водородом и металлами двухва1ентна (H2S, NaaS), а в соединениях с кислородом (SO2 и SO3) бывает четырех- и шести-вазентной. Кислород обычно двухвалентен. Вазентность обычно пишется римскими цифрами либо над химическим I II III II знаком элемента; Н2О, AI2O3, либо указывается в скобках рядом с химическим знако.м элемента или названием: Си (111), Си (1). Вазентность элементов можно определить из формулы, и наоборот, на основе вазентности можно составить формулу вещества. • В соединении, состоящем из двух элементов, произведение валентности на количесгво атомов одного элемента равно произведению валенгности на количесгво азомов другого элеменга. Например, молекула ЕсзОз содержит два атома железа (вазентность железа равна 3) и три атома кислорода (валентность равна 2). Согласно правилу, 3-2 = 2-3; 6 = 6. Определение валентности элементов по формуле. Если известна формула бинарного соединения и валентность одного из элементов (д), то валент- пу пость второго элемента {т) можно определить по формуле: т=------ (х, у — индексы, указывающие на число атомов в соединении). Например, в SO3 31 валентность серы равна 2- 3 i = 6: 2 — вапентность кислорода, 3 — число атомов кислорода, 1 — число атомов серы. В К2О — калий одновалентен, в СаО — кальций двухвалентен, в АЬОз — алюминий трехвалентен, в SO2 — сера четырехвалентна, в Р2О5 — фосфор пятивалентен. Составление формулы по известным валентностям элементов. Зная валентность элементов, мы можем составить формулу бинарного соединения. Например, бинарное соединение состоит из кислорода и фосфора: валентность кислорода — 2, а фосфора — 5. Формулу этого соединения можно записать как Р^Оу. Согласно правилу, 5л- = 2у, если л = 2, а у = 5, то формула этого соединения, состоящего из пятивалентного фосфора и двухвалентного кислорода, будет Р2О5. • Валеилиость — важная количественная характеристика элемента. Графическое изображение формул. Формулы веществ можно изображать графически. При графическом изображении каждая валентность обозначается черточкой (табл. 2). Таблица 2 Эмпирические и структурные формулы некоторых веществ BeiuecTBO Формула вещества Графическое изображение формулы Вода HjO н-о-н Аммиак NH3 H-N-H 1 Н Оксид серы (VI) SO3 o=s=o II О Сульфид цинка ZnS Zn=S Не забывайте, что при графическом изображении формул сумма ва^лент-ностей атомов одного элемента в бинарном соединении равна сумме валентностей атомов другого элемента, т.е. тх = пу. 32 К/1тчевые слова: химический знак, химическая формула, индекс, коэффициент, валентность, бинарное соединение, постоянная валентность, переменная валентность, графическое изображение формул. Вопросы и задания: Как записываются химические формулы? А графические формулы? Что такое индекс и коэффициент? Что называется вааентностыо? Приведите примеры элементов с постоянной и переменной валентностью. 5. Определите валентность элементов в соединениях N2O3, PHj, AS2O5, НВг, СН4 и запишите их графические формулы. § 12. РАЗМЕР, ОТНОСИТЕЛЬНАЯ И АБСОЛЮТНАЯ МАССА МОЛЕКУЛ. МОЛЬ И МОЛЯРНАЯ МАССА. ПОСТОЯННАЯ АВОГАДРО Объемные размеры молекул так же малы, как и атомов, их диаметр достигает ЗОА (300 нм). Диамезры большинства молекул находятся в интервале 1-10 А. Как и у атомов, их абсолютные массы выражаются очень малыми числами. Например, масса одной молекулы воды составляет 28,948-10'^’ кг. Работа с такими маленькими числами сопряжена с различного рода трудностями. Поэтому целесообразно использовать относительную физическую величину — относительную молекулярную массу |Л/^|. • Относительная молекулярная масса вещества — величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы вещества болыие 1/12 части массы атома углерода — 12. • Относительная молекулярная масса — величина, равная сумме относительных масс атомов, составляющих молекулу. Например, относительная молекулярная масса воды Л/ДН20)=1-2+1-16=18. • Относительная молекулярная масса — важная количественная характеристика вещества. Моль. В химии наряду с такими физическими величинами, как масса, объем, плотность, используется также и выражение количества вещества (v) — моль. • Количество вещества — это число частиц, составляющих данное вещество. • Моль — мера количества вещества. • Моль — это количество вещества, содержащее число частиц (атомов, молекул и др.), равное числу атомов в 0,012 кг углерода. Химия, 7 класс 33 Давайте определим число атомов в 0,012 кг углерода. Для этого разделим 0,012 кг на массу одного атома углерода (19,93-10^^ кг): /Va = 0,012 кг/моль 19,93-10 ” кг = 6,02- 10 моль Полученное число 6,02-10^^ моль ' называется числом или постоянной Авогадро по имени итальянского физика и химика Амедео Авогадро (1776—1856) и обозначается Ад. Значит, моль — это количество вещества, содержащее 6,02- 10^^ частиц (атомов, молекул и др.). 1 моль воды содержит 6,02-10^^ молекул воды. 1 моль атомарного кислорода содержит 6,02-10” атомов кислорода. 1 моль молекулярного кислорода содержит 6,02- 10” молекул кислорода. Определенному количеству вещества соответствует определенная масса. • Отношение массы вещества (т) к его количеству (г) называется молярной массой вещества (Л/): М = т Масса вещества выражается в килограммах (кг) и граммах (г), а количество вещества — в молях. Молярная масса вещества выражается в кг/молях или г/молях. Вычислим численное значение молярной массы М. Если V = 1, то W — масса молекул, число которых Ад (6,02- 10”). • Молярная масса вещества численно равна его относительной молекулярной массе {Mr). Молярная масса воды — 0,018 кг/моль или 18 г/моль. Молярная масса кислорода — 0,032 кг/моль или 32 г/моль. Молярная масса атомарного кислорода — 0,016 кг/моль или 16 г/моль. № Вещество Относительная молекулярная масса Число молекул Количество вен^ества, моль Молярная масса, г/моль название формула 1 Вола НгО 18 6,02- 10” 1 18 2 Кислород Ог 32 6,02- 10” 1 32 3 Углекислый газ СО, 44 6,02- 10” 1 44 4 Едкий натрий NaOH 40 6,02 - 10” 1 40 34 Ключевые слова: относительная молекулярная масса, абсолютная молекулярная масса, моль, количеапво вещества, постоянная Авогадро, кг/моль, г/моль, молярная масса. Вопросы и задания: 1. Вычислите относительные молекулярные массы следующих веществ: H2SO4, AI2O3, Саз(Р04)2. 2. Что такое количество вещества и в каких единицах оно выражается? 3. Что такое моль? 4. Чему равна молярная масса любого вещества? 5. Что такое постоянная Авогадро? 6. Определите массы 0,5 моля атомарного и молекулярного кислорода, а также водорода. 7. Сколько всего молекул содержится в 18 г воды и 17 г аммиака? § 13. СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В природе постоянно происходят изменения, и каждое изменение — это явление. Движение Земли, передвижение человека, таяние льда, кипение и испарение воды, горение спички, растворение сахара в воде, растворение ме-татла в кислоте — все это явления. При нагревании лед превращается в воду, а вода, испаряясь, переходит в пар. При охлаждении пар превращается в воду, а вода — в лед. Лед, вода, пар — не разные вещества, а различные агрегатные состояния одного вещества — воды. Таяние льда, испарение воды, превращение пара в воду, замерзание воды — это физические изменения. При этом изменяется агрегатное состояние воды, но вода как вещество не подвергается изменению. Если кусочек мела, которым пишут на доске, превратить в порошок, изменяется форма тела, но мел как вещество не изменяется. Это такие же, как и слом или спилка дерева, физические явления. • При физических изменениях (превращениях) изменяются лишь отдельные свойства вещества или тела: его агрегатное состояние, форма, объем, место расположения (нахож.дения). При физических явлениях не происходит образования новых веществ. Теперь нагреем в ложечке сухой сахар. Сахар — твердое, белое, сладкое на вкус вещество без запаха. Сначала сахар плавится. Это — физическое явление. Потом изменяется его цвет. Появляется неприятный запах гари. Из сахара образовалось новое вещество — остаток черного цвета. Это вещество без запаха и вкуса при нафевании, подобно сахару, не плавится. Это уголь 35 (рис. 5). Теперь сахара нет, на ею месте образовалось новое вещество с новыми свойствами. Это говорит о том, ччо произошло химическое превращение — химическое явление. • Явления превращения вещесгв в другие называюгся химическими явлениями. • Химические явления называют химическими реакциями. При горении магния выделяются свет и тепло, а также новое вещество — белый твердый порощок. При горении серы выделяются свет, тепло и образуется новое вещество — газ с неприят[«ым запахом. Все приведенное выше может быть примером химических превращений. Химические явления можно узнать по: 1) изменению цвета, запаха, состояния вещества; 2) образованию не растворимого в воде осадка; 3) образованию газа; 4) поглощению или выделению тепла. Магний горит, а серная кислота — нет. Цинк растворяется в разбавленной серной кислоте, а серебро — нет. Свойства веществ, вступающих во взаимодействие с другими веществами, называются химическими свойствами. Физические и химические свойства, характеризующие вещество, в совокупности составляют качество вещества. При химических превращениях изменяются не только отдельные свойства вещества, но и его качество; образуются новые вещества. Ключевые слова: превращение, явление, физическое превращение, физическое явление, химическое превращение, химическое явление, свойства вещества, качество вещества. Вопросы и задания: 1. Приведите примеры известных вам явлений в природе и повседневной жизни и разделите их на физические и химические. 2. При каких явлениях нс образуются новые вещества? 3. При каких явлениях изменяется качество вещества? 4. Какие явления наблюдаются при разрыве и поджигании листа бумаги? 5. Определите молекулярную массу SO3, а также число молекул и количество вещества в 16 г SO3. 6. К каким явлениям относятся плавление, измельчение и ржавление железа? 36 § 14. УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. УРАВНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ. КОЭФФИЦИЕНТЫ Если обыкновенная свеча стоит на открытом воздухе, никаких явлений не происходит, но если ее зажечь, то начинается химическая реакция. Природный газ в закрытом помещении не взаимодействует с воздухом, но маленькая искра от электрического прибора или тлеющая сигарета при наличии газа могут послужить причиной сильного взрыва. Кусочек железа медленно взаимодействует с кислородом, содержащимся в воздухе (ржавеет), а белый фосфор на воздухе тут же сгорает. На предыдущем уроке мы говорили о превращениях веществ — химических и физических. Мы узнали, что протекание химических реакций сопровождается образованием новых веществ, исчезновением признаков исходных веществ и появлением признаков новых, поглощением или выделением тепла. Для протекания химических реакций необходимо выполнение определенных условий. 1. Для протекания некоторых химических реакций необходима подача тепла. Проанализируем приведенные выще явления: свеча стоит на воздухе без изменений, но если поднести к ее фитилю горящую лучину, она начинает плавиться (физическое явление) и гореть (химическое явление) до тех пор, пока не потухнет. Здесь подача тепла необходима для того, чтобы реакция началась, но затем, в процессе реакции, также выделяет- Выделение тепла Выделение газа Поглощение тепла и прилипание влажной бумаги ко дну колбы во время реакции Рис. 15. Признаки протекания химичееких реакций 37 ся тепло. При горении дерева, бумаги и других горючих материалов происходят такие же явления (рис. 15). Но для некоторых реакций необходима непрерывная подача тепла, так как при прекращении нагревания реакция прекращается. Примером тому может послужить реакция разложения сахара. 2. Молекулы веществ, вступающих в химическую реакцию, должны сталкиваться. Для того, чтобы молекулы вепдеств соприкасались друг с другом и поверхность взаимодействия была больщой, вещества измельчают, превращают в порошок, а если они обладают хорошей растворимостью, то их растворяют. Таким образом облегчается проведение химических реакций. То же самое необходимо и для протекания реакций между железом и кислородом, фосфором и воздухом: достаточно лишь их соприкосновения друг с другом. Но для большинства веществ этого мдю. Например, медь не взаимодействует с кислородом воздуха при комнатной температуре (для этого нужно несколько лет), но чтобы быстро осуществить эту реакцию, необходимо нагреть медь. Значит, химические реакции сами по себе не протекают, для этого должны создаваться определенные условия, рассмотренные выше. • Чтобы облегчить прогекание реакции, нужно измельчить твердые вещества или при необходимости привести их в порошкообразное состояние, ч'юбы увеличить поверхность соприкосновения. • ^1тобы ускорить протекание реакции, нужно но возможиосзи пользоваться растворами веществ (рис. 16). • Для облешения нрозекания реакций необходимо нагревание, причем Д1я некоторых — непрерывное. С=с> V_y BaS04, HCl ICO2 О Са(КОз)2, Н2О Рис. 16. Образование осадка (а) и газа (б) в растворе 38 Химические реакции, протекающие в природе или в лаборатории, можно выразить химическими формулами. Например, при реакции между кислородом и водородом образуется вода. Формулы кислорода, водорода и воды известны: О2, Н2, Н2О. При написании уравнения химической реакции необходимо обратить внимание на следующее. Формулы веществ, вступающих в реакцию, пишутся слева от знака равенства (=), а ([юрмулы образующихся веществ — справа. Меж,ту исходными и образующимися веществами ставится знак «=». Левая часть Н2+О2 = Н2О <- правая часть. Число атомов в составе веществ, вступающих в реакцию, должно быть равно числу атомов в составе образовавщихся веществ, так как в результате реакции число атомов остается неизменным. Для этого необходимо ставить коэффициенты перед формулами веществ. В реакции образования воды количество атомов кислорода слева и справа неодинаково, поэтому для уравнивания их числа нужно поставить коэффициент 2 перед молекулой воды: Н2 + О2 = 2Н2О. Теперь количество атомов кислорода слева и справа одинаково, но справа атомов водорода стало 4, а слева — 2. Если перед водородом поставить коэффициент 2, получится верное равенство: 2Н2 + О, = 2Н2О. Теперь обе стороны уравнения уравнены. Оно читается так: «2ащ2 + О2 = 2аш20». • Химическое уравнение — это выражение химической реакции посредством формул и знаков. • При необходимости уравнивания используются коэффициенты. КАючевые слова: химическая реакция, химическое превращение, физическое изменение, цвет, запах, осадок, газ, нагревание. 39 Вопросы и задания: 1. Укажите признаки протекания химических реакций и приведите их примеры. 2. Укажите условия, обеспечивающие быстрое протекание химических реакций. 3. Предметы, сделанные из меди или бронзы, чернеют или зеленеют при нахождении на открытом воздухе в течение нескольких лет. Объясните это явление. 4. При разложении известняка (СаСОз) образуются оксид кальция (СаО) и углекислый газ (СОг). Напишите уравнение этой реакции. 5. Подберите коэффициенты для следующих уравнений химических реакций: Mg + 02= MgO, HgO = Hg + O2, Fe + CI2 = FeClj, Na + CI2 = NaCl. § 15. ЗАКОН ПОСТОЯНСТВА СОСТАВА ВЕЩЕСТВА В процессе изучения различных форм движения материи, зависимостей и связей между природными явлениями человек открывает законы природы. Химические законы наряду с законами других наук являются отражением законов природы. Великий мыслитель Абу Али ибн Сина, описывая в труде «Канон врачебной науки» простые и сложные лекарства, говорил, что каждое лекарственное средство имеет определенный состав, изложив тем самым исходные представления о постоянстве состава. Предложенный в 1799 г. французским уче}1ым Дж. Прустом закон постоянства состава вещества в 1809 г. был признан в научном мире. • Любое чистое вещество независимо от местонахождения и способа получения имеет посгоянный состав. Например, вода состоит из водорода и кислорода (качественный состав). Массовая доля водорода в воде — 11,11%, а кислорода — 88,89% (количественный состав). Воду можно получать различными способами, но в каждом случае чистая вода будет иметь один и тот же состав. Пероксид водорода Н2О2 обладает таким же качественным составом, что и вода, но отличается от нее количественным составом. Массовая доля водорода в пероксиде водорода — 5,89%, а кислорода — 94,11%. Пероксид водорода по своим свойствам резко отличается от воды. 40 • Количсегвснныс изменения приводят к качественным. • Количество и качество находятся в постоянной зависимости. Английский ученый Дж. Дальтон высказал мысль о том, что соединения образуются при связывании определенного числа атомов одного элемента с определенным числом атомов другого элемента (иначе говоря, соединения образуются при связывании конкретного числа атомов двух или более элементов). При связывании друг с другом нескольких элементов образуются различные соединения, отличающиеся друг от друга определенным значением отношения масс этих элементов. Например, углерод с кислородом образуют два соединения. Одно из них — оксид углерода (II) содержит 42,88% углерода и 57,12% кислорода. Второе соединение — оксид углерода (IV) содержит 27,29% углерода и 72,71% кислорода. При изучении этих соединений Дж. Дапьтон в 1803 г. открыл закон кратных отношений. • Если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то масса одного элемента в соединении oi носится к массе другого приходящегося на него элсме1гга как небольшие целые числа. Этот закон непосредственно устанавливает конкретное количество элементов, входящих в состав соединения. Рассчитаем массовое количество кислорода, присоединяемого одним и тем же количеством углерода при образовании оксида углерода (II) и (IV). Для этого попробуем разделить друг на друга величины, показывающие количество углерода и кислорода в обоих соединениях. В результате получается, что на одно и то же количество углерода в оксиде углерода (IV) кислорода приходится в два раза больше, чем в оксиде углерода (II) (табл. 3). Таблица 3 Соединение Количество, м.д. Число массовых единиц кислорода. Приходящихся на углерод С О СО 42,88 57,12 1,33 СО, 27,29 72,71 2,66 41 Закон постоянства состава и закон кратных отношений возникли на основе атомно-молекулярного учения. Вещества молекулярного строения состоят из одинаковых молекул. Поэтому естественно, что состав таких веществ постоянен. Если из двух элементов образуется несколько веществ, то их атомы соединяются друг с другом в молекулы разного типа, но определенного состава. Например, оксид углерода (II) СО состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода, а оксид углерода (IV) СО2 — из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Отсюда видно, что кислород присоединяется к определенной массе углерода в отнощении 2:1. Kjimneebie слова: закон постоянства состава вещества, закон кратных отношений, массовая доля, количественные изменения, качественные изменения. Вопросы и задания: 1. Что понимают под постоянством состава? 2. Каков качественный и количественный состав воды? 3. Определите массовые доли элементов, входящих в состав FcO и FC2O.V В каком из соединений массовая доля железа больше? § 16. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ • Ничто в природе не исчезает бесследно. При изучении условий протекания многих химических реакций было установлено, что масса исходных веществ количественно равна массе образующихся. Такие явления наблюдапи нащи великие предки Абу Райхан Беруни, Абу Али иби Сипа и другие мыслители в своих лабораториях при проведении опытов по нагреванию веществ в запаянных сосудах. В 1748 г. русский ученый М.В. Ломоносов, проводя опыт в запаянной колбе-реторте, постарайся объяснить это явление. В 1772—1789 гг. французский ученый А. Лавуазье, также проводя опыты в закрытом сосуде, наблюдал неизменность общей массы и воспринял это как своеобразное новшество — новый закон. Так был открыт один из основных законов природы — закон сохранения массы. • Общая масса вещеегв, вегупивших в реакцию, равна общей массе образовавшихся веществ. 42 На основе этого закона А. Лавуазье сделал важный вывод о том, что атомная масса каждого элемента, вступающего в реакцию, в течение всего процесса не изменяется. А это говорит о том, что атом одного элемента в химической реакции не превращается в атом другого элемента. При химических реакциях атомы не исчезают, их общее число не изменяется. Атомная масса каждого элемента остается без изменений, поэтому и общая масса веществ не изменяется. Этот закон показывает, что мы в природе не потребители, а преобразователи. При добыче железной руды из земных недр и изготовлении необходимых изделий число атомов железа на нашей планете не уменьшается, его можно потом восстагсовить или вообще перевести в трудно-делимые формы. Например, при ржавлении железных изделий нельзя восстановить даже 50% затраченного железа. Конечно, расходуя необходимую энергию, можно осуществить любое химическое превращение. Но известно, что энергоресурсы не безграничны. Поэтому ими и вещественными запасами следует пользоваться экономно. Значит, закон сохране[1ИЯ массы, являясь частным случаем основного закона природы — закона сохранения материи и движения, говорит о том, что из ничего не может возникнуть что-то и, наоборот, только одно переходит в другое. К/гючевые слова: колба-pemop/va, закон сохранения массы, материя, энергоресурсы. Вопросы и задания: 1. Объясните закон сохранения массы. 2. При разложении 50 г известняка СаСО^ было получено 28 г твердого остатка — СаО. Куда исчезли 22 г? Обз.яснитс это явление. 3. Изменяется ли число атомов при химической реакции? 4. Превращается ли один элемент в другой при химической реакции? § 17. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ • Эквивалент — значит равноценный. Согласно закону постоянства состава, составные части соединения при его образовании связываются друг с другом в строгих количественных соотношениях. Поэтому важное значение в химии приобретают такие понятия, как эквивалент и эквивалентная масса. 43 • Эквивалентностью элемента называется такое его количество, которое связывается с I молем атомов водорода или может заместить такое же его количество при химической реакции. • Масса одното эквивалента элемента называется эквивалентной массой (для водорода I г/моль). Например, эквивалент атома кислорода в молекуле воды — 1/2 моль, а его эквивалентная масса равна 16:2 = 8 г/моль. Обычно эквивалент и эквивалентная масса определяются при изучении состава соединения и того, какое число атомов одного элемента замещается атомами другого. Для этого совсем не обязательно пользоваться водородным соединением этого элемента. Можно использовать вещество в соединении с другим элементом, эквивалент которого известен. Например, при нахождении эквивалента и эквивалентной массы кальция в негашеной извести СаО, зная эквивалентную массу кислорода О по воде — 8 г/моль, можно сказать, что на 40 г/моль Са приходится 16 г/моль О, а на 8 г/моль О, следовательно, будет приходиться 20 г/моль Са, что соответствует его эквивалентной массе. Многие элементы, связываясь между собой в различных соотношениях, образуют ряд соединений. Значит, в зависимости от количества элемента в соединении его эквивалентность и эквивалентная масса могут принимать различные значения. В таких случаях эквива^ленты (эквивалентные массы) одного элемента в различных соединениях относятся друг к другу как небольшие целые числа. В двух соединениях углерода — угарном газе СО и углекислом газе СОг его эквивалентные массы соответственно равны 6 г/моль и 3 г/моль, а их соотношение составляет 6 : 3 = 2 : 1. • Эквивалент сложного вещества — это такое его количество, которое без остатка взаимодействует с одним эквивалентом водородга или любого другого вещества. Значит, вещества реагируют между собой согласно их эквивалентам. Это — закон эквивалентов. • Вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, равных или иро110рционалы1ых их эквивалентам. • Массы (объемы) взаимодействующих веществ пропорциоиальны их эквивалентным массам (объемам). • Эквивалентный объем — обьем, занимаемый одним эквивалентом веще-с'гва в газообразном состоянии (эквивалентный объем Н — 11,2 л/моль, О — 5,6 л/моль). 44 К/почевые слова: эквивалент, эквивалентная масса, эквивалентный объем, закон эквивалентов. Вопросы и задания: 1. Что выражает понятие эквивалента? 2. Вычислите эквиваленты и эквивалентные массы элементов в HCI, HjS, NHj, СН4. 3. Укажите сходства и различия между законом эквивалентов и законом кратных отношений. 4. Эквивалентная масса хлора равна 35,45 г/моль. Найдите эквивалент и эквивалентную массу натрия, если 1,5 г последнего вступило в реакцию с клором и образовалось 3,81 г поваренной соли (NaCl). § 18. ЗАКОН АВОГДДРО. МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ Объем газа в известном количестве — величина непостоянная, она зависит от температуры (Г) и давления (Р). В 1811 г. А. Авотадро, изучая явления, связанные с газами, пришел к следующему выводу. • В равны.х объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. Проведенные впоследствии опыты доказали правильность этого утверждения, и этот закон стал называться законом Авогадро. А. Авогадро определил, что молекулы простых веществ в газообразном состоянии двухатомны (Hi, О2, N2, F2, CI2). Закон Авогадро применим только к газам. Жидкости и твердые вещества ему гге подчиняются, потому что при низких давлениях расстояние между молекулами газов в тысячи раз больше их размеров. Этими размерами можно пренебречь. При одинаковом давлении и температуре расстояние между молекулами различных газов почти одно и то же. Таким образом, одинаковое количество молекул различных газов при одинаковых условиях занимает равный объем. Объем жидких и твердых веществ из-за межмолекуляриого расстояния зависит не только от числа молекул, но и от их размеров. При очень ггизких температурах или высоких давлениях межмолекулярное расстоягзие в газах приближается к размерам молекул в жидком состоянии. Тут закон Авогадро теряет свою силу. 45 Из предыдущих уроков (см. § 12) известно, что 1 моль любого вещества содержит 6,02- 10^^ частиц (атомов, молекул). Значит, согласно закону Авога-дро, любой газ, содержащий 6,02- 10” частиц, при одинаковых условиях занимает один и тот же объем. Вычислим объем, занимаемый 6,02- 10^^ частиц некоторых газов при нормальных условиях (температура 0°С, давление 101,325 кПа). Для этого поделим молярную массу газа Л/ на его плотность р (масса в килограммах 1 м^ газа при нормальных условиях): У = М Таблица 4 Молярные массы, плотности и молярные объемы некоторых газов Газ Формула Мо.пярная масса, кг/моль Плотность, кг/м’’ Молярный объем, м’’/моль Водород И, 0,002 0,09 0,0224 Кислород О, 0,032 1,43 0,0224 Оксид углерода (П) СО 0,028 1,25 0,0224 6,02- 10” частиц (1 моль) любого газа занимают объем, равный 22,4 л. • Отношение объема вещества (fO к его количеству (г) называется молярным объемом: Уы = Молярный объем газа выражается в мУмоль или л/моль (табл. 4). При нормальных условиях 6,02-10”’ молекул жидкого или твердого вещества занимают различный объем. Например, вода занимает объем, равный 0,018 л. К/чочевые слова: закон Лвогадро, объем газа, нормальные условия, низкая температура, высокое давление, атмосферное давление, тютность, кг/м'\ м^/моль, л/моль. 46 Вопросы и задания: 1. Вычислите объем, количество молекул и общее число атомов в II г оксида углерода (IV) при нормапьных условиях. 2. Какой объем при нормальных условиях займет 3,01 10^^ молекул водорода? 3. Чему равно число молекул в газовой смеси, состоящей из 0,2 моля азота, 1,5 моля кислорода и 0,3 моля водорода? 4. Во сколько раз увеличивается объем воды при испарении в нормальных условиях? (Ответ: в 1244 раза.) § 19. ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ: ПРИСОЕДИНЕНИЯ, РАЗЛОЖЕНИЯ, ОБМЕНА И ЗАМЕЩЕНИЯ. ХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. ЭКЗО- И ЭНДОТЕРМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ Химические реакции классифицируются по типам. • Химические реакции подразделяются на несколько типов в зависимости от вступающих в реакцию исходных веществ (реагентов), количества образуюнщхся продуктов реакции и выделения или поглощения энергии. Рис. 17. Образование различных веществ (реакции присоединения) По количеству образующихся и вступающих в реакцию компонентов их можно разделить на следующие типы: 1. В реакциях присоединения (рис. 17) из одного или нескольких исходных веществ получается одно новое вещество: А + В + ... = С: 47 2Н2 + 02 = 2Нг0; СаО + СО2 = СаС02- 2. В реакциях разложения из одного вещества образуется несколько новых веществ: С = А + В 2Н2О = 2Н2О + О2; СаСОз = СаО + СО2. 3. В реакциях замещения простое вещество, вступая в реакцию со сложным веществом, занимает место в составе сложного вещества, в результате образуются новое простое и сложное вещества: АВ + С = АС + В: Zn + 2HCI = ZnCl2 + Н2; Fe + CUSO4 = FeS04 + Си. 4. В реакциях обмена составные части сложных веществ взаимообмени-ваются: АВ + CD = AD + ВС: NaOH + HCl = NaCl + H2O; BaCb + N82804 = BaS04 + 2NaCl. В процессе протекания химических реакций может выделяться или поглощаться тепло. • Энергия, выделяющаяся в процессе химической реакции, 11азывается химической энергией. Химическая энергия может быть превращена в тепловую, световую, механическую и электрическую энергию. В большинстве случаев химическая энергия превращается в тепловую энергию и наоборот. Рис. 18. Экзотермические реакции 48 • Количество В1>шслясмой или поглощаемой во время химической реакции энергии называется mewtoeiAM эффектом (Q). Тепловой эффект наблюдается в результате разрыва или возникновения химической связи и количественно выражается в килоджоулях (кДж). • Реакции, сопровож^тающиеся выделением тепла (энергии), называются экзотермическими (ек/о — наружу) (см. рис. 18). В этих реакциях тепловой эффекз' изображается знаком «+» (плюс). Fe + S = FeS + 96 кДж; S + О, = SO2 + 297 кДж. • Реакции, сопровождающиеся поглощением тепла (энергии), называются эндотермическими (eiido — внутрь). В таких реакциях тепловой эффект обозначается знаком *—» (минус): N2 + О2 = 2NO - 181 кДж; ЗО2 = 20з - 289 кДж. Ключевые слова: реакции присоединения, разложения, замещения, обмена; экзотермические, эндотермические реакции; реагент, тепловой эф(1)скт. Вопросы и задания: 1. Приведите примеры на каждый тип химичеекой реакции. 2. Завершите приведенные реакции, уравните их и определите, к какому типу они отноеятея: А1(ОН)з -> N320 + Р2О5 -> C11SO4 + Fe -> Са(0Н)2 + Р2О5 ^ N32C03 + Si02 —> Н2О2 —> Na2Si03 + H2SO4 —» N2 + Н2 —> 3. Объясните, что такое тепловой эерфект реакции. 4. Какая энергия называется химической? РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ Расчет относительной молекулярной массы и количества вещества Для определения относительной молекулярной массы вещества (Л/Д необходимо сложить величины относительных атомных масс, входящих в состав молекулы элементов. 49 Например, Л/;.(НзР04) = ? Зная относительную атомную массу водорода, фосфора и кислорюда, вычисляем относительную молекулярную массу Н3РО4: Л(Н)= 1;Л(Р) = 31;Л(0)= 16; Л/ДН3РО4) = I • 3 + 31 • I + 16 • 4 = 98. 1. Определите относительную молекулярную массу следующих веществ: а) РегОз; б) Рез04; в) СаСОз; г) Na2S04. Расчет массовой доли элементов в сложных веществах Массовые доли (содержание) элементов в составе вещества выражаются в процентах (%). Найдем процент содержания (о>) углерода и кислорода в углекислом газе COj. Расчет: 1. Вычисляем относительную молекулярную массу COj: Л/ЛСО2) = 12 • 1 + 16 • 2 = 44. 2. Находим массовую долю кислорода в СО2: 2Аг(0) 2 16 32 __ со(0) = --------=------=-----= 0,73 или 73%. Мг^СОг) 44 44 3. Находим массовую долю углерода в СО2: 12 со(С) = MriCOi) 44 = 0,27 или 27%. О т в е т: 73% О и 27% С. 1. Определите массовые доли элементов, входящих в сосгав следующих веществ: а) РеО; б) Р2О5; в) Na2C03; г) А12(504)з. 2. Каковы массовые доли (%) S и О в составе оксида серы (IV)? 3. На предприятии «Ферганаазот» производится минеральное удобрение NH4NO3. Сколько процентов азота в этом удобрении? 4. В каком из этих удобрений процентная доля азота наибольшая: NaN03, KNO3? 50 Определение формулы вещества по количественным отношениям входящих в его состав элементов I. Определите формулу соединения, в состав которого входит 50% серы и 50% кислорода. Вычисление; Из условия задания известно, что вещество содержит атомы серы (S) и кислорода (О). Следовательно, формулу вещества можно изобразить как SxOy. Для установления соотношения атомов в молекуле вещества и расчета значений X i\ у необходимо процент содержания каждого элемента разделить на относительную атомную массу входящих в состав вещества атомов: х = -|= 1,5625, >' = ^=3,125, 1о 1,5625 : 3,125 = 1:2. Отсюда формула вещества — SO2. 2. Определите формулу соединения, содержащего 2,4% Н, 39,1% S и 58,5% О. Расчет: Известно, что в состав вещества входят атомы Н, S и О. Искомая формула вещества будет иметь вид H^SyOz- Для нахождения х, у, z необходимо процент содержания элементов разделить на их атомные массы и найти их численные соотнощения: 2,4 X = I = 2,4, 39 I У=^ = 1,221875, 32 58,5 16 3,65625, 2,4 : 1,221875 : 3,65625 = 2:1:3. Из этого следует, что формула вещества — H2SO3. Задачи для самостоятельного решения 1. Определите относительную молекулярную массу следующих соединений: а) AI2O3; б) Н2СО3; в) KNO3; г) Саз(Р04)2. 51 2. Найдите массовые доли элементов в пирите (FeS2). 3. В каком из этих веществ больше массовая доля меди: CU2O, СиО? 4. Определите формулу вещества, содержащего следующие элементы: К - 39,7%; Мп - 27,9%; О - 32,4%. 5. Определите формулу вещества, содержащего кислород и фосфор, где фосфора 56,4%. Вычисление эквивалента простых и сложных веществ 1. Определение эквивалента простых веществ и элементов. Эквивалент химического элемента (Е) — отношение атомной массы {А^) и валентности элемента (У), которое вычисляется по формуле: Пользуясь этой формулой, можно легко вычислить эквивалент элеменга. Например, алюминия — 27, а его валентность У — 2. Подставляя эти значения в формулу, находим его эквивалент: f =—'■=— = 9. У 3 Если элемент обладает переменной валентностью, то меняется и его эквивалент. Например, медь может иметь валентность 1 и 2, при этом в первом случае ее эквивалент будет равен 64, а во втором — 32. 2. Определение эквивалента оксидов. Чтобы определить эквивалент оксида, необходимо его относительную молекулярную массу (Mr) разделить на произведение ваюнтности (У) на. число элемента (п), образующего оксид: оксида Mr У- п Например, эквивалент оксида меди (СиО) будет равен: „ _ М/. _ 80 СиО У- п 2 • 1 40. 3. Определение эквивалента оснований. Для определения эквивалента оснований следует относительную молекулярную массу вещества (Л/Д разделить на число (л) гидроксильных групп, имеющихся в составе основания: 52 основания п(0\^) Например, эквивалент гидроксида меди Си(ОН)з будет равен: Cu(OII) Mr 2 9« = 49. w(OH) 2 4. Определение эквивалента кислот. Для определения эквивалента кислот нужно относительную молекулярную массу вещества {Mr) разделить на число (и) водородных атомов, входящих в состав кислоты: г = Mr «(Н) Например, эквивалент Н,Р04 определяется так: 98 _ Mr _ = 32,66. ■ ^ 4 и(Н) 3 5. Определение эквивалента солей. Для определения эквивалента солей следует относительную молекулярную массу вещества {Mr) разделить на произведение валентности {V) металла на число атомов металла, входящего в состав соли (я): Mr V- п Например, эквивалент хлорида меди (И) (СиСЬ) определяется так: _ Mr _ 135 _ ---67,5. Решение задач на закон эквивалентов • Под эквивалентностью вещества понимают количество учас'твующего в определенной реакции вещества с I г водорода (£'(Н)=1) или с 8 г кислорода (£’(())=8). • Вещества вступают в реакции нронорционалы10 их эквивалентам. • При вступлении в реакцию вещества Л и вещества В математическое выражение их эквивалентной закономерности будет следующим: т(А) Е(Л) т(В) Е(В) I. В составе оксида алюминия имеется 52,94% алюминия и 47,06% кислорода. Найдите эквивалент алюминия, если известно, что эквивалент кислорода равен 8. 53 Решение: Из условия задачи известно массовое соотношение А1 и О: 52,94 : 47,06 т(А) _ Е(А) В соответствии с формулой т(В) Е(В) 52,94 отсюда X = 9. 47,06 8 Следовательно, эквивалент алюминия А1 равен 9. Задачи для самосгоятельного решения 1. Валентность железа во многих соединениях равна 3. Определите его эквивалент. 2. Определите эквива-яент следующих соединений: СггОз, СгОз, РЬ(ОН)з, НРОз, AIPO4, Мвз(Р04>2, КСЮ. 3. I г металла в реакции с водой вытеснил 0,05 л водорода. Определите эквивалент металла. Если валентность металла равна 2, чему равна его атомная масса? 4. В составе оксида олова имеется 86,6% олова. Определите валентность и эквивалент олова в этом веществе. Расчеты по уравнениям химических реакций и закону сохранения массы Массы всех веществ, участвующих в химических реакциях, находятся в постоянных пропорциональных соотношениях. Например: а V б г в V гг СиО + H2SO4 = CUSO4 + Н2О, 80 г 98 г 160 г 18 г йг_ ^г_ 6H2O + 6CO2. В биомассе Земли кислород полностью меняется каждые 20—30 лет. В литосферу кислород переходит из атмосферы в виде СО2, который связывается и превращается в СаСОд (например, в раковинах моллюсков), а затем эти карбонаты при термическом разложении образуют углекислый газ, который возвращается в атмосферу: СаСОд = СаО + СОд. Эта реакция наблюдается в основном в зонах повышенной вулканической деятельности, тем самым постепенно обновляя углекислый газ в атмосфере. Воздух. Атмосферный воздух — это природная смесь многих газов. Помимо азота и кислорода, являющихся основной составной частью воздуха, в его состав входят в иебольщом количестве инертные газы, углекислый газ, пары воды и водород (табл. 6). Кроме них, в воздухе встречаются, в зависимости от внешних условий, пыль, некоторые случайные примеси. Кислород, азот и инертные газы являются постоянными составляющими воздуха, они встречаются в любом месте почти в одинаковом количестве. Содержание же углекислого газа, паров воды и пыли изменяется в зависимости от условий. Таблица 6 Состав сухого воздуха на поверхности моря (в %) N2 О2 СО2 Н2 Аг Ne Не Кг Хе По объему 78,03 20,99 0,03 0,01 0,933 0,00161 0,(Ю046 0,00011 0,000008 По массе 75,6 23,1 0,046 0,0007 1,286 0,00012 0,(Ю007 0,0003 0,00004 Один ли'ф воздуха при 20°С и нормальном атмосферном давлении весит 1,293 г. При — 192°С и давлении 101,33 кПа воздух превращается в бесцветную прозрачную жидкость. Из жидкого воздуха выделяются азот, кислород и инертные газы. Углекислый газ и водяные пары воздуха выполняют функцию защитного экрана, препятствующего распространению во Вселенной тепла Земли, а озон не пропускает губительные для жизни на Земле коротковолновые улырафио-летовые лучи, исходящие от Солнца и звезд. Твердые частицы воздуха (пыль) служат основой для образования дождевых капель (в состав пыли входят минеральные вещества, частицы угля, растительная пыль и различные бактерии). К случайным примесям воздуха относятся сероводород и аммиак, образующиеся при гниении органических остатков, выбрасываемый промышленными предприятиями сернистый газ, образующиеся в результате электрических 3 — Химия, 7 класс 65 разрядов оксиды азота, которые периодически выводятся из состава воздуха дождем и снегом. Воздух является необходимой составной частью жизни на Земле. Сохранение его чистоты имеет огромное значение для человечества. Для защиты воздуха от техногенных загрязнений необходимо использовать новые безотходные технологии, предупреждать уменьшение биомассы Земли, обеспечивать нормальную рабо'гу естественных механизмов очисгки воздуха. • Воздух — бесценное достояние человечесгва. • Лбу Али иби Сипа подчеркивал, что если бы нс было ныли, человек жил бы тысячу лет. Ключевые слова: (!ютосиитез, дыхание, биомасса, озоновый слой, состав воздуха, ультрафиолетовые лучи, сухой воздух, жидкий воздух. Вопросы и задания: 1. Какой, по-вашему, должна быть схема круговорота кислорода в природе? 2. В чем сущность процессов с1ютосинтеза и дыхания? 3. Что вы знаете о составе воздуха? 4. Что необходимо сделать, чтобы сохранить чистоту воздуха? Рис. 22. Горение магния в чистом кислороде § 24. ГОРЕНИЕ. ВИДЫ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ • Реакция, протекающая с участием кислорода и сопровождающаяся выделением большого количества света и тепла, называется горением. В чистом кислороде, по сравнению с воздухом, вещества горят во много раз быстрее (рис. 22). В обоих случаях выделяется равное количество теплоты, но в кислороде этот процесс протекает быстрее и выделяющаяся теплота не расходуется, как в случае с воздухом, па нагревание азота. Температура при горении в чистом кислороде выше, чем в воздухе. Опуская тлеющую лучину в сосуд с чистым кислородом, можно увидеть, как она сразу загорается. А в воздухе тлеющая лучина может вскоре и потухнуть. Если эта лучина зажжена, то она продолжает гореть на воздухе, потому что выделяющееся при горении тепло требует большей температуры, чем температура воспламенения лучины. 66 • Температура, необходимая д.ия 1юджи1дния ве-щесгва на воздухе, называезся температурой восп/юменеиия. Значит, для обеспечения горения веществ, нужно нагревать их до температуры воспламенения и подавать кислород в достаточном количестве. Для того чтобы потушить пламя, необходимо ликвидировать факторы, обеспечивающие его появление, т.е. охладить вещество до температуры ниже температуры возгорания и прекратить подачу кислорода (рис. 23). Чтобы потушить горящую вещь, снача^та следует понизить температуру, используя невоспламеняю-щиеся средства, затем накрыть источник возгорания одеялом или брезентом, чтобы прекратить подачу воздуха. В непредвиденных ситуациях для тушения пожара необходимо использовать специальные средства, а если их нет, то применять указанный выше способ. Вообще процесс горения имеет офомное значение в промышленности и в повседневной жизни. Рис. 23. Тушение пламени • Материал, образующий тепло в результате своей горючести, называется топливом. • Топливо бывает твердым, жидким и газообразным. 1'азооб разнос: природный газ, генераторный газ, Н2, СО Твердое: уголь, торф, сланцы, древесина Жидкое: нефть, бензин, мазут, спирт От твердого топлива остается минеральный осадок — пепел. Жидкое и газообразное топливо такого недостатка не имеет. Но любое топливо независимо от места добычи, промыгпленного объема, экономической эффективности имеет только свое место применения, и возможности по его взаимозамеше-нию ограничены. Неправильное сжигание топлива приносит вред народному хозяйству. Топливо позволяет спокойно переносить холод, варить пищу, которая не употребляется в сыром виде, получать металлы из руд путем их выплавки, обеспечивать движение транспорта, получать другие виды энергии. 67 в Узбекистане уголь (звердое топливо) добывают в основном в Ангрен-ском, Шаргуньском и Байсунском месюрождениях. Общие запасы угля в Узбекистане составляют 2 млрд т. Жидкое топливо (нефть) добывается в Устюртском, Бухаро-Хивинском, Юго-Занадно-Гиссарском, Сурхандарьинском и Ферганском районах. Самые крупные месторождения таза у нас в республике — Шуртанское и Мубарекское. Экономное и рациональное использование запасов топлива в нашей республике должно с тать одной из наших основных задач. Ключевые слова: горение, температура воспламенения, сжигание, тушение тамени, горючесть, топливо, виды тоттва. Вопросы и задания: 1. Объясните сущность процесса горения. 2. Раескажите о значении процееса горения в промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, в повседневной жизни. 3. Что такое температура воспламенения? 4. Понаблюдайте за горением свечи и объясните сто. 5. Расскажите о видах топлива, используемого в местах вашего проживания. Практическое занятие № 4 ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА И ЗНАКОМСТВО С ЕГО СВОЙСТВАМИ Для получения кислорода воспользуемся следующими веществами: КМп04, КСЮз, KNOj, МпОз, HjOj. Получение и сбор кислорода. Пробирка на 1/4 заполняется перманганатом калия и закрывается пробкой с газоотводной трубкой. Прибор устанавливают на железный штатив, как показано на рис. 24. Затем проверяется прочность и герметичность установки. Часть пробирки, которую занимает перманганат калия, нагревают спиртовой лампой. Выделяющийся кислород проверяют тлеющей лучиной, ее возгорание доказывает выделение кислорода. Выделяющийся при этом кислород собирается при вытеснении воздуха или воды. Горение угля в кислороде. На железную ложечку кладут небольшой кусочек древесного угля и нагревают его в пламени спиртовой лампы до появления дыма. Тлеющий уголек опускается в сосуд с кислородом. (Объясните происходящее явление). 68 Затем после сгорания угля в этот сосуд нативакуг известковую воду и взбалтывают. (Объясните происходящее явление). В других сборниках кислорода понаблюдайте возгорание тлеющей лучины, горение таких веществ, как сера и фосфор. Отчет о проделанной работе записывается в следующем порядке: 1. Тема работы. 2. Перечень необходимых приборов и реактивов. 3. Название каждой отдельной части работы, краткое описание порядка выполнения работы. Изображение приборов, используемых в работе. Выводы на основе наблюдаемых явлений. 4. Написание уравнений реакций. 5. Изложение заключительных выводов на основе всей работы. Примечание: Преподаватель, исходя из возможностей химической лаборатории, может использовать любой один метод получения кислорода из указанных выше веществ. ТЕСТЫ К ГЛАВЕ II I. Из каких веществ получают кислород в лабораторных условиях? I. HgO. 2. КМПО4. 3. KCIOi. А) I; В) 2, 4; С) 2, 3; 4. Н2О2. D) 1, 4; Е) 1, 2, 3, 4. 2. Какое соединение образуется при горении железа в кислороде? А) FeO; В) Рс20з; С) Рез04; D) Ре(ОН)з; Е) железо в кислороде нс горит. 69 3. Какие из следующих соединений, вступая в реакцию с кислородом, образуют только твердые вещества? 1.С. 2. CS2. 3. S. А)1,3, 4, 6; В) 2, 5; С) 6; 4. Р. 5. СН4. D) 4, 6; Е) 4. 6. Си. 4. При сгорании 1 моля какого вещества затрачивается наибольщее количество кислорода? А) S; В) Р; С) С; D) На; Е) СН4. 5. Для сжигания серы затрачено 16 г кислорода. Сколько атомов составляет это количество кислорода? А) 3,01 ■ 10“; В) 6,02 • 10^^ С) 9,03 ■ 10”; 0)12,04 ■ 10”; Е) 2. 6. Сколько литров кислорода необходимо для полного сгорания 18 г углерода? А) 33,6; В) 22,4; С) 11,2; 0)5,6; Е) 48. 7. В каком из следующих соединений массовая доля кислорода наибольшая? А) AI2O3; В) ЕеаОз; С) СгаОз; О) В и С; Е) А, В и С. 8. Нагрели вещество А и опустили его в банку с кислородом. В результате банка заполнилась белым дымом. Вещество А — это... А) С; В) S; С) Ее; О) Р; Е) Hj. 9. Рассчитайте массу и число молекул в 0,25 моля кислорода. A) 8 г и 1,505 • 10”; B) 12 г и 2,2575- Ю”; C) 16 г и 3,01 • 10”; D) 24 г и 4,515- 10”; E) 32 г и 6,02 - 10”. 10. При сгорании какого топлива образуется вода? 1. Уголь. 2. Природный газ. 3. Дрова. A) вода не образуется; B) при сгорании всех видов топлива; C) при сгорании угля; D) при сгорании природного газа; E) при горении природного газа и дров. 70 ВОДОРОД § 25. ВОДОРОД КАК ХИМИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТ В 1766 г. английский ученый Г. Кавендиш открыл «горючий воздух». В 1783 г. в Париже Ж. Шарлем был запущен шар, заполненный водородом (рис. 25), в 1787 г. А. Лавуазье объяснил, что открытый Г. Кавендишем «горючий воздух» входит в состав воды, и дал ему название «gidrogenium» (Hydrogenium), что означает «рождающий воду». В настоящее время водород обозначается первой буквой этого слова — Н. • Химический знак — Н. • Формула простого вещества — Нг. • Валентность — I. • Относительная атомная масса — 1,0078. • От110сителы1ая молекулярная масса — 2,0156. Рис. 25. Полет воздушного шара, заполненного водородом. Париж, 1783 г. В свободном виде водород встречается на Земле в малом количестве. Он выделяется вместе с другими газами при вулканическом извержении и добыче нефти. Но он щироко распространен в виде соединений. Водород — это элемент, образующий наибольшее число соединений. Он составляет 0,88% общей массы земной коры и воздуха. Он составляет 1/9 часть массы молекулы воды, входит в состав всех растительных и животных организмов, нефти, природных газов, ряда минералов. Водород — самый распространенный во Вселенной элемент. Он составляет основную часть массы Солнца и других звезд. Водород входит в состав газообразных туманностей, межзвездного газа, звезд во Вселенной, где его атомы превращаются в атомы гелия. Этот процесс происходит с выделением энергии {термоядерная реакция), что служит для многих звезд, в том числе и 71 , I ,1 Н (I) I Is' iH T КШ1., °C -259,1 T замерз., ‘C -252,6 Открыт 1766 г., Г.Кавендти Изотопы -254,4 -249,55 1932 г., Г. Юри |Т^ -251,85 -248,1 1934 г., М.Олифамта Вода Природные кислоты Органические сослинення Метан н. Применение синтез аммиака; топливо; гидрогенизация; в производстве полимеров; восстановитель при пол>’чении твердых жиров из жидких масел. Солнца, основным источником энергии. Эта энергия необходима для многих природных процессов. Солнечная энергия согревает Землю, приводит в движение воздушные массы атмосферы и воду рек, морей и океанов, обеспечивает процесс фотосинтеза у зеленых растений, наконец, является основным условием для существования жизни. Водород широко распространен на Земле в виде свободной воды, кристаллизационной воды минера-'юв, метана и углеводородов нефти, различных гидроксидов, растительной и животной биомассы, органического вещества почвы. Ключевые слова: водород, термоядерная реакция, свободная вода, кристаллизационная вода, метан, гидроксид. Вопросы и задания: 1. Какое слово дало название химическому знаку водорода? 2. Что вы знаете о распространении водорода в природе? 3. Расскажите о распространении водорода во Вселенной. 4. Рассчитайте массовую долю (%) водорода в следующих соединениях: а) СН4; б) NH3; в) С2Н2; г) QH,20fi. 72 § 26. ПОНЯТИЕ О КИСЛОТАХ Среди соединений водорода, встречающихся в природе, особое место занимают кислоты (кислые воды). Вспомните услаждающий вкус газированной воды и других прохладительных напитков или сок урюка и кислый вкус ревеня в жаркий летний день. Наверное, каждый знает кисловатый вкус лимона. В природе встречается очень много кислот. В плодах ци'фусовых (лимон, апельсин, мандарин) содержится лимонная кислота, в свежих фруктах (яблоки, айва, гранат) — яблочная кислота, в листьях щавеля и подорожника — щавелевая кислота, в брющке у муравьев (а также в яде пчел) — муравьиная кислота, в газированной воде содержится угольная кислота. Многие для приготовления пищи, а особенно печеного, используют уксусную кислоту, которая также применяется для приготовления консервов из овощей. Известно, что уксусную кислоту можно получить брожением винограда или яблок. Если вы будете наблюдать за прокисанием молока, то узнаете, что причиной этого является молочная кислота. В сельской местности готовят силос, в результате чего образуются молочная, масляная и другие кислоты. Для всех вышеназванных кислот характерен кислый вкус, и все они являются соединениями водорода. Помимо натуральных есть еще синтетические кислоты, производимые химической промышленностью, которые также являются водородными соединениями. Всем известно, что при желудочно-кишечных расстройствах по указанию врача необходимо принимать слабый раствор соляной кислоты, или то, что серная кислота применяется в акку.муляторных батареях автомобилей. Кислоты — это сложные вещества, которые обладают некоторыми общими свойствами. • Вещества, меняющие свою окраску в зависимосгги от специфических свойств соединений, называются иидикаторами. Рис. 26. Влияние растворов кислот на индикаторы 73 Такие вещества, как лакмус, метилоранж, универсальный индикатор, по-разному окрашиваются в растворах кислот: лакмус краснеет, метилоранж становится розовым, универсальный индикатор приобретает красную окраску (рис. 26). При взаимодействии металлов (магний, цинк, железо, медь) с растворами кислот (неорганических кислот, полученных синтетическим путем) реакция протекает по-разному, в частности, магний вытесняет водород из кислоты быстрее, цинк и железо — медленнее, а медь вообще не вытесняет. Значит, кислоты — это вещества, которые обладают следующими общими свойствами: 1) растворы кислот обладают кислым вкусом (в этом можно убедиться на примере природных кислот; пробовать на вкус синтетические кислоты опасно для жизни); 2) растворы кислот изменяют окраску индикаторов; 3) водные распворы почти всех кислот, взаимодействуя с целым рядом химически активных металлов, теряют водород. Ключевые слова: кислота, индикатор, лакмус, метилоранж, универсальный индикатор. Вопросы и задания: 1. Какие кислоты встречаются в природе? 2. Какие кислоты, получаемые синтетическим путем, вы знаете? 3. Какие вещества называются индикаторами, как они влияют на кислоты? 4. Какие свойства кислот вы знаете? 5. Одна из кислот, полученных синтетическим путем, имеет следующий состав; Н — 2,1%, N — 29,8% и О — 68,1%. Найдите ее формулу. § 27. ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА Валентность водорода всегда постоянна и равна I. Поэтому в соединениях, состоящих из двух элементов (бинарных соединениях), одним из которых является водород, число его атомов показывает валентность другого элемента: II I II III I IV I на, НзО, NHj, СН4. Следовательно, благодаря тому что водород обладает постоянной валентностью, по нему легко определить валентность других элементов. 74 Получение водорода в лаборатории. В лаборатории водород получают в результате взаимодействия цинка или железа с соляной кислотой (рис. 27); Zn + 2НС1 ^ ZnCb + НгТ. Для этого используют специальную установку или аппарат Киппа (рис. 28). Аппарат Киппа в любое время готов к работе, которую можно прекратить также в любой момент. Аппарат состоит из сосуда А и воронки Б и представляет собой соединенные между собой шарообразные и полушарообразиые полые резервуары. При установлении воронки Б между ее концом и узкой частью соединения шара и полушара возникает щель. Через тубус В засыпаются кусочки металла такого размера, чтобы они не проходили через шель. В воронку наливается раствор кислоты, который заполняет полушар и достигает, проходя через щель, кусочки металла. Затем подача кислоты прекращается. Между металлом и кислотой протекает реакция, начинает выделяться газ, который выводится наружу посредством газоотводной трубки Г с пробкой, установленной на тубусе. По окончании опыта крап Г закрывается. В результате перекрывается путь для выхода газа. Газ, собираясь, оказывает давление на кислоту, кислота начинает подниматься по воронке, не соприкасаясь с кусочками металла, и в результате реакция прекращается. В щарообразной части сосуда можно хранить водород для его последующего использования. В случае отсутствия аппарата Киппа из имеющейся в лаборатории посуды можно легко изготовить специальную установку. Принцип ее работы такой же, как и у аппарата Киппа. Рис. 27. Вытеснение водорода цинком из соляной кислоты HCI Б1Уг ____________Cli ^ Рис. 28. Составные части аппарата Киппа (а); заменяющая его специа.'1Ы1ая установка (б); работа аппарата Киппа (в) 75 Получение водорода в промышленности. В связи с тем, что водород широко применяется в народном хозяйстве, мы познакомимся с промышленными способами его получения. Водород как простое вещество встречается в природе в незначительном количестве. Чтобы получать его в промышленных масштабах, используют самые распросзраненные в природе соединения. К таким соединениям относятся вода и метан, являющийся основной составной частью природного газа. Из них водород получают следующим образом: 1. Электролиз воды: 2Н2О = 2Н2 + О2. 2. Переработка метана: СН4 + Н2О = СО + ЗН2 + 206 кДж (эта реакция проводится при 425—450°С в присутствии никелевого катализатора). Ключевые слова: валентность водорода, цинк, железо, соляная кислота, серная кислота, газообразный водород, аппарат Киппа, воронка, тубус, газоотводная трубка, пробка. Вопросы и задания: 1. Определите Ba,ieiiTiiocTb водорода и других элементов в следующих соединениях: H2S, NaH, H2SO4, PHj, СН4. 2. С помощью реакций между какими метаалами и кислотами можно получить водород? Напишите уравнения реакций. 3. Объясните принцип работы аппарата Киппа. 4. Сколько железа и серной кислоты необходимо для получения 4,48л водорода? § 28. ВОДОРОД КАК ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО. ЕГО ФОРМУЛА И МОЛЯРНАЯ МАССА. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА Как простое вещество водород состоит из двух атомов (Н2). Его относительная молекулярная масса равна ~ 2 г/моль, он является самым легким и хорощо проводящим теплоту газом. При обычных условиях он встречается в атмос([)ере в небольших количествах. Водород обладает способностью растворяться в металлах. Как самый легкий газ, он обладает самой большой скоростью диффузии. Его молекулы по сравнению с молекулами других газов быстро распределяются в среде соотвегствуюгцего вещества, легко проходят через различные препятствия. При высоком давлении и температуре эта его способность значительно возрастает. Физические свойства. Водород — это газ без цвета, вкуса и запаха, плохо растворяется в воде (в 1 л при нормальных условиях растворяется 21,5 мл), хорошо растворяется в некоторых металлах (никель, палладий, платина). Это самый легкий газ — в 14,5 раз легче воздуха. Температура кипения -252,6°С; при -259, ГС образуются прозрачные кристаллы. 76 Химические свойства. При обычной темперачуре ак1ивность молекулярного водорода небольшая, но атомарный водород очень активен. Водород образует летучие соединения почти со всеми неметаллами. В зависимости от активности неметапла реакция протекает быстро или медленно. I. Со фтором он взаимодействует уже при комнатной температуре: Н2 + Р2 = 2HF + 539,2 кДж. 2. С хлором вступает в реакцию на свету, а при нагревании взрывается (в темноте и без нагревания соединяется медленно): Н2 + СЬ = 2НС1 + 184,4 кДж. 3. При обычных условиях с кислородом не взаимодействует. Смесь водорода и кислорода в объемном соотношении 2:1 называется «ipe-мучим газом», который при внешнем воздействии взрывается. Водород горит в кислороде: 2Н2 + 02 = 2Н2О. При этой реакции температура может достичь 3000°С. Со многими неметаллами водород вступает в реакцию при высоких температуре и давлении, в присутствии катализаторов (например, с серой и азотом). 1. При высоких температурах водород восстанавливает (вытесняет) метш1-лы из их оксидов: СиО + Нг = Си + Н2О. 2. Щелочные и шелочноземельные металлы образуют с водородом при высоких температурах солеподобные соединения — гидриды: Na + Нз = 2NaH. Атомарный водород при комнатной температуре вступает в реакцию с серой, мышьяком, фосфором, кислородом, восстанавливает метаплы из оксидов. Ключевые слова: молекулярный водород, атомарный водород, диффузия, легкий газ, «гремучий газ», оксиды, гидрид. Вопросы и задания: 1. Чему равна масса I л водорода при нормальных условиях? 2. Какая смесь называется «гремучим газом» и почему? 3. Какие вещества называются гидридами? Напишите уравнения реакций их получения. 4. Напишите уравнение реакции, протекающей по следующей схеме: Си -» СиО -> Си. 5. Какой об1)СМ водорода необходим для восстановления 3,2 г океида железа (II) (РсО)? 77 § 29. ВОДОРОД КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ТОПЛИВО И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Водород — это топливо будущего, которое при горении образует только воду и не загрязняет окружающую среду, поэтому имеет огромные перспективы в качестве экологически чистого топлива. Термоядерные реакции превращения водорода в гелий, протекающие на Солнце, являются единственным неисчерпаемым источником энергии для многих природных процессов. Если решится проблема управления этим процессом в искусственных условиях, то человечество будет обладать неиссякаемыми источниками энергии. Водород используется в большом количестве в химической промышленности для производства аммиака. Основная часть этого аммиака используется для получения удобрений и азотной кислоты. Помимо этого водород расходуется на производство метилового спирта и хлористого водорода (соляной кислоты), гидрогенизацию (насыщение водородом) жиров и масел, угля и нефтепродуктов. При гидрогенизации масел образуется маргарин, а благодаря гидрогенизации угля и нефтепродуктов получают легкое топливо. Температура водородо-кислородного пламени (~3000°С) позволяет резать и паять тугоплавкие металлы и кварц. Применение водорода в металлургии позволяет получать металлы, хорошо очищенные от оксидов и галогенидов. Жидкий водород используется в технике низких температур, в реактивной технике — как самое высокоэффективное топливо. Водород имеет офомное значение при получении атомной энергии и проведении научных исследований. Ключевые слова: экологически чистое топливо, термоядерная реакция, гидрогенизация, маргарин, легкое топливо, водородо-кислородное пламя, жидкий водород. Вопросы и задания: 1. Что вы понимаете под выражением: «Водород — топливо будущего»? 2. В каких целях используется водород в химической промышленности? 3. Напишите уравнение реакции, протекающей в водородо-кислородном пламени. 4. Какие виды топлива вы знаете? 5. Сколько тепла выделяется при взаимодействии 1 кг водорода и необходимого количества хлора? 78 РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ В химических реакциях наряду с жидкими и твердыми веществами участвуют и газы. Осуществление расчетов с газообразными веществами происходит обычно в единицах объема (см^ или мл; дм^ или л; м^). В равных объемах раз,1ичных 1азов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. Например, в 22,4 л любого газообразного вещества при 0°С и 101,325 кПа содержится 6,02 • 10^^ молекул. Плотность газа р — это отиощение молярной массы газа {М) к его молярному объему (Км): М Относительная плотность газов рассчитывается как отношение их молекулярных масс по уравнению: D = Mr {2) Вычисление объема газов по уравнениям химических реакций I. Какой объем занимают 6,8 г H2S при нормальных условиях? Решение: A/;.(H2S) = 34; 1 моль = 34 г. 34 г H2S при нормальных условиях занимают объем 22,4 л, а 6,8 г H2S — X л. Решая пропорцию, находим: х--«13У_=4,48. 34 Ответ: 4,48 л. 2. Какой объем водорода при нормальных условиях выделится при растворении 3,25 г цинка в избытке соляной кислоты? Решение: Напишем уравнение реакции и уравняем его: 3,25 г л- л Zn + 2НС1 = ZnCb + Н2. 65 г 22,4 л 79 Составим на основе уравнения реакции пропорцию и решим задачу; 3,25 хл 3,25-22,4 65 Ответ; 1,12л. 22,4 X = 65 = 1,12 . 3. Какой объем водорода необходим для восстановления 28,8 г FeO? Решение; Составим уравнение реакции; FeO + На = Fe + HjO. Из уравнения реакции видно, что на восстановление 1 моля (72 г) FeO нужен 1 моль (22,4 л) водорода. Для восстановления 72 г FeO необходимо 22,4 л На, а 28,8 г FeO — х л На. 28,8 • 22,4 „ X =----ZT----= 8,96. 72 Ответ; 8,96 л. 4. Для получения кислорода в лабораторных условиях используют термическое разложение бертолетовой соли. Какой объем кислорода и какое количество КС1 образуется из 4,9 г этой соли при нормальных условиях? Решение; Напишем уравнение реакции разложения бертолетовой соли КСЮз и уравняем его; 4,9 г Л' г у л 2КС10., -> 2КС1 + ЗОа; 245 г 149 г 67,2 л У = 4,9- 149 245 4,9 • 67,2 245 = 2,98; - = 1,344. Ответ; 1,344 л Оа и 2,98 г КС1. Вычисление объемных соотношений газов но химическим уравнениям 5. В каком объемном соотношении необходимо взять водород и кис;юрод, чтобы они прореа1'ировали без остатка? Какой объем кислорода вступает в реакцию с 10 л водорода? 80 Решение: 1) Напишем уравнение реакции взаимодействия кислорода с водородом: 2Н2 + 02 = 2Н2О. Из уравнения известно, что 2 моля водорода без остатка реагируют с 1 модем кислорода. 2 моля водорода занимают объем 44,8 л, а 1 моль кислорода — 22,4 л. Объемные соотношения составят: 44,8 : 22,4 = 2; 22,4 : 22,4 = I. Следовательно, водород вступает без остатка в реакцию с кислородом при объемных соотношениях, составляющих небольшие целые числа — 2:1, т.е. 2 л водорода без остатка реагируют с I л кислорода. 2) Найдем объем кислорода, вступающего в реакцию с 10 л водорода. С 2 л водорода взаимодействует I л кислорода, с К) л — X л. X = 5 л. О т в е т: 2:1; 5 л О2. Вычисление абсолютной и относительной плотности газов 6. Рассчитайте абсолютную плотность фтористого водорода и его относительную плотность по водороду. Решение: I) Найдем плотность HF. Молярная масса 1 моля HF — 20 г, а молярный объем — 22,4 л. P(HF) = 20 22,4 = 0,89 г/л. 2) Найдем относительную плотность HF по Нг. Л/, 20 = М-, •= 10. 7. Относительная плотность паров серы по азоту при комнатной температуре равна 9,14. Определите формулу паров серы. Решение: Определим молярную массу паров серы. Л/, (N2) = 28; Z)^ = 9,14; Л/Д8„) = ? A/,.(Sn) = /Wr(N2> • ^)^ = 28 • 9,14 = 256. 81 Если относительная молекулярная масса паров серы равна 256, то, поделив ее на относительную атомную массу серы — 32, мы получим число атомов в молекуле паров серы, т.е. 256 : 32 = 8. Значит, формула паров серы — S». Задачи для самостоятельного решения 1. Вычислите массу 5,6 л кислорода, измеренного при нормальных условиях. 2. Какой объем водорода вступает в реакцию с 10 м^ азота и сколько по объему аммиака образуется? 3. Смешали 2 л хлора и 3 л водорода и взорвали. Определите объем продукта реакции и оставшегося в избытке газа. 4. Определите п;ютность по воздуху и по водороду ан1идрида карбоната и кислорода. 5. Плотность паров фосфора по водороду равна 62. Определите молекулярную массу и формулу паров фосфора. 6. Определите плотность по водороду и по воздуху соединения, состоящего из 91,2% фосфора и 8,8% водорода. ТЕСТЫ К ГЛАВЕ III 1. При заполнении шара каким газом он может подняться в воздух? А) СЬ; В) HjS; С) СН4; D) А г; Е) СО2. 2. При каком объемном соотношении водорода и кислорода образуется «гремучий газ»? А) 2:1; В) 1:1; С) 1:2; D) 2:2; Е) при любом объемном соотношении. 3. С какими из нижеприведенных веществ вступает в реакцию водород? 1 - FeO, 2 - S, 3 - О2, 4 - HjO, 5 - KjO, 6 - N2, 7 - Са, 8 - Ag, 9 - Р, К) - НС1. А) 1, 2, 3, 8, 9, 10; В) 1, 2, 3, 6, 7, 9; С) 3, 6, 7, 8, 9, 10; D) 4, 5, 10; Е) только с 3. 4. В каких обт>емных соотношениях метан реагирует с кислородом без остатка? 82 А) 1:2; В) 1:1; С) 2:2; 0)2:1; Е) в любых объемных соотношениях. 5. Определите плотность по водороду смеси, состоящей из 50% кислорода и 50% углекислого газа. А) 16; В) 22; С) 38; О) 19; Е) нельзя определить плотность смеси газов по другому газу. 6. В промышленности водород получают путем конверсии метана водяным паром. Чему равна сумма коэффициентов в уравнении реакции: метай + вода углекислый газ + водород? А) 3; В) 4; С) 5; D) 8; 7. В природе водород... Е) 12. A) составляет 0,15% массы земной коры, 11,11% — воды, почти 50% — Солнца; B) составляет 1% массы земной коры, 20% — воздуха, 1/4 часть — Солнца; C) составляет 0,15% массы земной коры, 11,11% — воды, на Солнце не встречается; D) встречается в довольно большом количестве; E) встречается только в составе соединений. 8. Чему равна процентная доля водорода в составе воды? А) 11,11; В) 22,22; С) 8,96; 0)12,12; Е) 0,5. 9. Определите среднюю молекулярную массу «фемучего газа». А) 1; В) 2; С) 12; О) 16; Е) 32. 10. Какими способами получают водород в химической лаборатории? A) воздействуя на цинк соляной кислотой; B) нагреванием воды; C) воздействуя на медь соляной кислотой; Д) разложением металла; Е) в химической лаборатории водород получить невозможно. 83 ВОДА И РАСТВОРЫ § 30. ВОДА КАК СЛОЖНОЕ ВЕЩЕСТВО. ЕЕ ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ, МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ, ФОРМУЛА И МОЛЯРНАЯ МАССА • Вода — одно из важнейших химических соединений, широко распространенное на земном шаре. Вода — Э'Ю сложное вещество, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода (рис. 29). Молекулярная формула воды — Н2О. Атомы водорода образуют с кислородным атомом угол 104,3°. Молекулы воды в природе существуют в виде соединения и обозначаются (НгО),!. t О ^ -Г Рис. 29. Молекулярное строение воды: а — фафическое строение; б — объемное CTpoefine; в — расположение молекул воды в жидком состоянии Относительная молекулярная масса воды равна сумме относительных атомных масс водорода и кислорода: Mr (Н2О) = 2 • I + 1 • 16 = 18. Следовательно, масса 1 моля воды — 18 г, а молярная масса воды — 18 г/моль. 84 Ключевые слова: вода, молекула воды, молярная масса воды. Вопросы и задания: 1. Определите плотность паров воды по водороду. 2. Как можно определить элементный состав воды? 3. При разложении воды образуется 8 г водорода. Сколько кислорода выделяется при этом? 4. Какой объем водорода и кислорода, измеренных при нормальных условиях, необходимо для образования 7,2 г воды? § 31. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ Физические свойства. Чистая вода — прозрачная жидкость без цвета, вкуса и запаха. Вкус и запах воде придают растворенные в ней примеси. Многие физические свойства воды очень своеобразны. При соответствующих обстоятельствах они являются аномальными, т.е. отклоняются от привычных. Например, плотность воды при переходе из твердого состояния (лед) в жидкое не уменьшается, как у большинства веществ, а увеличивается (рис. 30). Плотность растет и при нагревании воды от 0°С до + 4°С, достигая своего максимума — 1 кг/м’ или I г/мл. Еще одно свойство воды — это ее высокая теплоемкость (4,18 Дж/кг) (для сравнения: у песка — 0,79; известняка — 0,88; поваренной соли — 0,88; глицерина — 2,43; этилового спирта — 2,85). Поэтому вода в ночное время или при переходе от летне- и го сезона к зимнему медленно остывает, а в дневное время и при смене зимы летом так же медленно нагревается. Вода замерзает при 0°С (при этой же температуре лед начинает таять) и превращается в пар (кипит) при 100°С. Вода, являясь универсальным растворителем, растворяет многие органические и неорганические вещества. Химические свойства. Молекулы воды очень устойчивы к нагреванию, но при темперазуре выше 1000°С пары воды начинают разлагаться на водород и кислород: 2Н2О = 2Н2 + 02t. Реакционная способность воды очень велика. Активные металлы, взаимодействуя с водой, выделяют из нее водород: 2Na + 2Н2О = 2NaOH + Hjt. 85 при взаимодействии с водой оксидов многих металлов и неметаллов образуются основания и кислоты: СаО + НзО = Са(ОН)2; SO3 + Н2О = H2SO4. Некоторые соли образуют с водой соединения, называемые кристаллогидратами'. CUSO4 + 5Н2О = C11SO4 • 5Н2О. Нагретое железо вступает в реакцию с парами воды: 3Fe + 4Н2О = Рез04 + 4H2t. Вода катализирует ряд химических процессов: при ее отсутствии «гремучий газ» не взрывается даже при высокой температуре, угарный газ не горит в кислороде, натрий и фосфор не окисляются на воздухе, не взаимодействуют с хлором и не происходит травления стекла фтористым водородом. Ключевые слова: вода, лед, пар, аномальные ceoiwmea, плотность, теплоемкость, крис-та.1логидраты. Вопросы и 'задания: 1. Расскажите о физических свойствах воды. 2. Какими химическими свойствами обладает вода? 3. Напишите уравнения реакций взаимодействия с водой следующих веществ: К2О, ВаО, Р2О5, SO2, Са, К. 4. При взаимодействии с I молем воды каких металлов (одиовалепт-иых или двухвалентных) выделяется больше водорода? § 32. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОДЫ В ПРИРОДЕ. ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ Три четверти поверхности земного шара покрыто водой в виде океанов, морей, озер, рек. Вода распространена в атмосфере в виде паров, на горных вершинах и полюсах — в виде ледников и снега. Сушествуют также подземные воды, увлажняющие почву и горные породы. Объем Мирового океана составляет 1,35- 10^ км’. На него приходится 97,2% всей воды на Земле. Вода в виде ледников на полюсах и горных вершинах составляет 2,1%, подземные грунтовые воды и пресная вода рек и озер — 0,6%, колодезная и соленая вода — 0,1%. Вода имеет огромное значение в жизни растений, животных и людей. По современным представлениям, происхождение и развитие жизни на Земле 86 было связано с морем. Вода — это среда, которая обеспечивает жизнедеятельность каждого организма посредством химических процессов, в ней протекающих. Кроме того, вода сама участвует в ряде биохимических процессов. Аномальные физические свойства воды имеют важное значение в обеспечении жизненных процессов. Если бы плотность воды при переходе из жидкою состояния в твердое изменялась так же, как и у других веществ, то с приходом зимы поверхность воды, замерзая при 0°С, оседала бы ниже и уступала бы свое место 6o;iee теплому слою, который также замерза! бы и оседа! на дно. Таким образом вся вода превратилась бы в лед и многие формы жизни прекратили бы свое существование. Но то, что вода при +4°С обладает максимальной шютнослью, не дает происходить подобному явлению, так как обладающий меньщей плотностью лед остается на поверхности воды и предохраняет от замерзания более глубокие теплые слои. Высокая теплоемкость воды также имеет больщое значение для жизни на Земле. На нафевание воды необходимо затратить больще энергии, чем на на-февание любого другою вещества, т.е. вода, поглоливщая тепло, нагреваегся при более низкой температуре, чем любая другая жидкость. Одна третья часть поглощаемой энергии Солнца расходуется на испарение воды Мирового океана и других водных бассейнов. Вода выполняет специфическую роль терморегулятора и тем самым обеспечивает норма.льную жизнедеятельность на поверхности Земли. Водные ресурсы земного щара могут быть как солеными, так и пресными, но все они имеют важное значение для иромыщленности. Промыщленность приспособлена для пофебления в основном пресной воды. По имеющимся сведениям, в 10д на одного жителя планеты приходится в среднем 8000 л воды. Э'го количество воды используется как в бытовых, так в сельскохозяйственных и промыщленных целях. Только 10% расходуемой воды приходится на бытовые расходы, а остальное количество зафачивается на промыщленность и сельское хозяйство. Для получения 1 кг сахара необходимо 400 л воды, для обработки 1 кг зерна — 1500 л, а для получения 1 кг синтетической резины необходимо примерно 2500 л воды. В иромыщленности вода в основном используется как растворитель, охладитель и очиститель. Пресная вода щироко используется в сельском хозяйстве для полива полей и питья в животноводстве. Повсеместное использование воды в иромыщленности связано с проблемами возникновения сточных вод и зафязнения окружающей среды. Для ре-щения этих проблем необходим комплексный подход. • Нс забывайте, что вода является бесценным богатством! 87 Ключевые слова: соленая еода, пресная вода, водные ресурсы, сточные воды. Вопросы и задания: 1. Чем воды Мирового океана отличаются от вод полярных ледников? 2. Что вы понимаете под термином «пресная вода»? 3. В чем ценность соленой воды? 4. Используя информацию о роли воды в жизнедеятельности человека, подготовьте красочный буклет (рисунок). 5. Скажите: питьевая вода — это чистое вещество или смесь? § 33. МЕРЫ ПО СОХРАНЕНИЮ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ Для жизнедеятельности (т.е. для бытовых нужд, сельского хозяйства и промышленности) используют воды озер, рек, подземные воды и воды искусственных водоемов. Для водообеспечения большое значение имеет сохранение чистоты воды, которая загрязняется, проходя через систему канализационных сетей, промышленных предприятий, подвергаясь «обработке» путем смыва химических средств с полей. Возвращаемые в водоемы сточные воды должны проходить соответствующую очистку, поскольку они могут быть загрязнены выбросами ферм, мусоросборников, городской канализацией, дренажными водами, остатками минеральных удобрений, инсектицидами, гербицидами, отходами больниц, торговых предприятий, общественного питания, заводов, фабрик и лабораторий. Такие воды должны быть подвергнуты многоступенчатой очистке. Сначала вода пропускается через механические фильтры, на которых задерживаются песок и другие частицы. Мелкие же частицы и многие бактерии осаждаются путем добавления в воду сначала извести, а затем сульфата алюминия. При пропускании воздуха через такую воду в ней усиливается разложение органических веществ. На последней стадии, чтобы очистить воду от бактерий, ее обрабатывают озоном или жлором. После такой стерилизации воду можно использовать для потребления. При применении данного метода очистки вода очищается от вредных веществ. Но в некоторых случаях появляется необходимость ее очистки от ионов кальция и магния, повышающих жесткость воды. Эти ионы в сочетании с мылом образуют в воде нерастворимые соединения, отрицательно влияющие на эффективность синтетических моющих веществ. Такая вода при кипячении дает накипь. Многие подземные воды подвергаются такой очист- 88 ке, потому что в результате взаимодействия известняка, а также других соединений магния и кальция содержание их ионов в воде возрастает. Эта вода обрабатывается гашеной или негашеной известью, а также содой. Потом проводят ее обработку квасцами. Такая вода полностью готова к употреблению. Для очистки сточных вод сушествует особый способ, состоящий из трех стадий. На первой стадии очистку проходят 30% воды, на второй 60%, 10% воды не подвергаются очистке. При этом на первой стадии фильтрованием отделяются крупные твердые частицы, 60% которых могут выпасть в осадок. Если не подвергать такую воду вторичной очистке, то следует провести ее обеззараживание хлором и отправить в водоем. При вторичной очистке посредством воздуха разлагаются органические вещества, увеличивается количество аэробных бактерий, которые, питаясь остатками органических веществ, очищают воду. Затем они осаждаются, а вода подвергается обработке хлором и сливается в водоем. На этой стадии можно осадить до 90% твердых частиц. Вода, прощедщая первичную и вторичную обработку, может содержать значительное количество соединений фосфора и азота, что приводит к размножению водорослей в водоемах. Помимо этого, многие химические вещества, содержащиеся в сточных водах, пройдя эти стадии очистки, могут снова загрязнять окружающую среду и водные бассейны. Однако полная очистка воды от многих металлов и органических веществ — очень дорогостоящая процедура. Поэтому вода в незначительных количествах подвергается третичной обработке, при которой с помощью спе-циа.'1ьных средств такие примеси ликвидируются. /С/1Н)чевые слова: водообеспечение, водоем, сточные воды, фильтр, бактерии, стерилизация, аэробные бактерии. Вопросы и задания: 1. Опишите схему приготовления питьевой воды. 2. Как очищаются сточные воды? 3. Что вы можете предложить для сохранения чистоты водоемов? 4. Какие очистные сооружения и водоемы имеются в месте вашего проживания? Расскажите о них. 89 § 34. ВОДА - ОДИН ИЗ ЛУЧШИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ. РАСТВОРИМОСТЬ Вода имеет огромное значение в жизни и практической деятельности человека. Процесс усвоения пищи связан с переводом питательных веществ в растворимые формы посредством воды. Все физиологически важные жидкости (кровь, лимфа и др.) — водные растворы. В основе многих сфер производственной деятельности лежат процессы, в которых используются водные растворы. • Жидкие растворы — это жидкие гомогенные (однородные) системы, состоящие из двух или более компонентов. Общая поверхность Земли составляет 510100000 км^, 375000000 км^ из них покрыто водой. Масса океанических и морских вод составляет (не учитывая растворенные в них соли) 1,4-1018 т, пресной воды суши и ледников — 4-1015 т; воды, входящей в состав живых организмов, почвы и горных пород, — 10'^ т. В теле человека весом 70 кг содержится 49 кг воды, тела некоторых медуз содержат 98% воды. В природе вода широко распространена в виде растворенных в ней солей. Такие реки, как Ганг или Миссисипи, растворяют до 100 млн т солей в год, а все реки мира — 2,735 млрд т солей. Почти все вещества растворяются в воде (рис. 31): некоторые — очень хорошо, другие — средне, а остальные — плохо. Проходя через нижние слои атмосферы, дож/тевая вода может растворить значительное количество различных веществ. При выпаривании 1000 г дождевой воды остается 3—5 г твердого осадка. Растворенные и попавшие в почву вещества, химически взаимодействуя с компонентами почвы и горных пород, активно участвуют Рис. 31. Растворение различных веществ в воде: / — хлорид кальция; 2 — перманганат калия; 3— пищевая соль; 4 — бихромат калия; 5 — карбонат натрия; 6 — бертолетова соль Рис. 32. Растворение сахара в воде 90 в непрерывном процессе образования почвы и минералов, разрушения горных пород. Вода — универсальный растворитель, который может растворять и газы (кислород, водород, углекислый газ и др.), и жидкости (спирт, кислоты и др.), и твердые вещества (соли, минералы и др.). В воде растворяются в небольшом количестве даже те вещества, когорые, казалось бы, совсем не растворяются в ней. К.В. Шееле, кипятя в течение 12 дней в колбе дистиллированную снеговую воду, отметил небольшое разъедание стенок колбы. А. Лавуазье, кипятя определенное количество воды в колбе в течение 101 дня, заметил, что масса сосуда уменьшилась на определенное число, а масса осадка, полученного после выпаривания воды, равняется этому числу. Следовательно, даже стекло незначительно растворяется в воде. • Способность вещества растворяться называется растворилтстью. Например, понаблюдаем растворение сахара в воде (рис. 32). При комнатной температуре (20°С) в 100 г воды может раствориться 200 г сахара. Большее количество сахара при этой температуре не растворится. Такой раствор называется насыщенным. • Мера растворимости опреде-ляегея количеством вещества в насыщенном растворе при определенных условиях. Растворимость определяется растворением вещества в 100 г растворителя. Если в растворителе растворяется больще 10 г вещества, то оно считается хорощо растворимым, если меиь-ще 1 г — малорастворимым, если меньще 0,01 г — практически нерастворимым. Растворимость многих твердых веществ возрастает с повы-щением температуры. Эту зависимость можно представить в виде графика (рис. 33). Растворимость газов при по-выщении температуры умень-щается (при кипячении воды Температура, °С Рис. 33. Кривые растворимости рапичных солей 91 растворенные в ней газы выделяются). Но повышение давления приводит к возрастанию их растворимости (открывая бутылку минеральной воды, мы уменьшаем давление внутри сосуда, и поэтому растворенный в ней углекислый газ начинает интенсивно выделяться). Ключевые слова: универсшьный растворитель, растворимость, раствор, насыщенный раствор. Вопросы и задания: 1. Подтвердите примерами утверждение, что вода являетея одним из лучших растворителей. 2. Как образуются насыщенные растворы? 3. Чем определяется мера растворимости? 4. Что вы можете сказать о растворимости газов и твердых веществ? 5. Сколько сахара останется на дне сосуда при выпаривании 650 г его насыщенного раствора? 6. Какими путями можно превратить насыщенный при 10°С раствор КС1 в ненасыщенный? 7. Растворимоеть нитрита натрия при 10°С равна 80,5 г. Сколько нитрита натрия может растворитьея в 500 г воды при тех же условиях? § 35. ПОНЯТИЕ О РАСТВОРАХ И ИХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ • Раствор — это однородная система, состоящая из растворителя, расгво-ренного вещества и продуктов их взаимодействия. Веп;ество в растворе измельчено до молекул, атомов или других частиц и равномерно распределено между молекулами растворителя, так как размеры частиц растворенного вещества составляют ~ 10 ^ м и меньше. Например, спиртовый раствор йода в аптеках предсташшет собой молекулы йода, распределенные между молекулами спирта. Это раствор, ничего не оставляющий на фильтре. Такие растворы называются истинными. Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными. Примерами жидких растворов могут быть водные растворы соли, сахара, спирта; твердых растворов — зологометешлические изделия, сплавы типа дюрачюминия; газообразных растворов — воздух или другие смеси газов. При образовании растворов наблюдается выделение или поглощение тепла. Растворы могут хорошо проводить или не проводить электрический ток. Растворы обладаюг свойствами как механических смесей, так и химических соединений (табл. 7). 92 Таблица 7 Свойства растворов Механические смеси Растворы Химические соединения Переменный состав Переменный состав Постоянный состав При образовании не наблюдается выделение или поглощение тепла Образование происходит с выделением или поглощением тепла Составные части можно выделить физическими способами Составные части нельзя выделить физическими способами При практическом применении растворов важное значение имеет точное определение количества вещества, растворенного в общей массе раствора. Состав раствора (в частности, количество растворенного вещества) можно установить различными способами и выразить в размерных величинах (концентрациях). Когда речь идет о компонентах раствора, под ними подразу.меваются чистые вещества, при смещиваиии которых образуется раствор. При этом большее количество вещества принимается за растворитель, а меньшее — за растворенное вещество (рис. 34). Эти термины бьиш приняты для удобства, потому что при смешивании двух компонентов их нельзя строго разделять. При образовании раствора из чистой жидкости и твердого вещества обычно за растворитель принимается жидкий компонент. Независимо от того, что является растворенным веществом — газ, жидкость или твердое тело, — когда мы говорим о составе раствора, то обязаны учитывать отношение растворенного вещества к раствору. Это относительное количество называется концентрацией и выражается в различных величинах. Обычно в химии концентрация выражается: — в массовых долях вещества, растворенного в одной весовой части раствора; — в процентах растворенного вещества, содержащегося в 100 г раствора; — в молях или эквивалентах растворенного вещества, содержащегося в I л раствора. Рис. 34. Соли {а) и их растворы (6) 93 К/1ючевые слова: раствор, растворитель, растворенное вещество, концентрация. Вопросы и задания: 1. Охарактеризуйте понятие раетвора. 2. Из каких компонентов еоетоит раствор? 3. В чем сходство и различие растворов с механическими смесями и химическими соединениями? 4. Объясните смысл понятия концентрации. § 36. МАССОВАЯ ДОЛЯ, ПРОЦЕНТНАЯ, МОЛЯРНАЯ И НОРМАЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ Как уже было сказано при изучении предыдущей темы, при определении состава раствора необходимо учитывать природу и количество его компонентов. • Насыщенный раствор — это раствор, который при данной температуре не может растворить большего количества вещества. • Ненасыщенный раствор — это раствор, который при данной температуре продолжает растворят ь вещест во. • Если количест во растворенного вещества очень мало, то такой раствор называется разбавленным. • Если количество растворенного вещества будет достаточно высоким, то такой раствор называется концентрированным (рис. 35). В химии в основном пользуются ненасыщенными растворами. В химической практике для выражения вещества широко применяются следующие ве- Рис. 35. Взаимодействие цинка с растворами серной кислоты различной концентрации растворенного количества личины: 1. Массовая доля (са) — отнощение массы растворенного вещества (т,) к массе раствора (m2), выражающееся обычно числами меньше 1: ю < 1. - со —----. тг 2. Цроцентная концентрация (С%) — выражение в процентах отношения массы растворенного вещества (Wi) к массе раствора (m2). Здесь масса раствора принимается за 100%; следовательно, С%<100: С% m2 100% или С% = со- 100%. 94 3. Молярная концентрация (С,) — отношение количества растворенного вещества в молях (Л/) к объему раствора {V), т.е. если в 1 л (1000 мл) раствора растворен 1 моль вещества, такой раствор называется одномолярным (1М): ^ _ т ЮОО " М- V ’ Здесь М — молярная масса вещества. 4. Норма.||ьная концентрация (С„.) — отношение количества эквивалентов растворенного вещества (£) к объему раствора (V), т.е. если в 1 л (1000 мл) раствора растворен 1 г-экв. вещества, такой раствор называется однонормальным (1н.): ^ _ т ■ \ 000 " E~V ’ Здесь Е — эквивалентная масса вещества. Зная нормальные концентрации растворов, можно легко подсчитать, в каких объемах их необходимо взять, чтобы они провзаимодействовази друг с другом без остатка. При взаимодействии друг с другом л раствора вещества А концентрации jVi с У^л раствора вещества Б концентрации N2 в реакцию вступают К| • /'// — эквивалентное количество вещества А с Уг ■ N2 — эквивалентным количеством вещества Б. Зная то, что вещества прореагировали в эквивалентном количестве, можно вывести следующее равенство; F, • /V/ = y2-N2 или У\\Уг^ N2: N,. Таким образом, объемы растворов веществ, вступающих в реакцию, обратно пропорциональны значениям их нормальных концентраций. На основе этой зависимости можно подсчитать не только необходимые для реакции объемы растворов, но и по ним — их концентрации. Ключевые слова: насыщенный раствор, ненасыщенный раствор, разбавленный раствор, концентрированный раствор, концентрация, массовая доля, процентная концентрация, молярная концентрация, нормальная концентрация, количество эквивалентов. Вопросы и задания: 1. Охарактеризуйте понятие насыщенного раствора. 2. Охарактеризуйте понятие ненасыщенного раствора. 3. В чем разница между массовой долей и процентной концентрацией раствора? 4. В чем сходство и различие между молярной и нормальной концентрацией? 5. Для нейтра,1изации 40 мл серной кислоты израсходовано 24 мл 0,2 н. раствора щелочи. Определите нормальность раствора кислоты. 95 § 37. ЗНАЧЕНИЕ РАСТВОРОВ ДЛЯ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА Растворы имеют очень важное значение для жизни человека. Конечно, самый большой класс растворов — это водные растворы. Вода в живом организме занимает особое место как растворитель, переносчик питательных веществ, среда, обеспечивающая жизнедеятельность и осуществление различных процессов (таких, как регуляция температуры тела, вывод вредных веществ из организма). Две трети части тела человека состоят из воды в виде различных растворов: кровь содержит 83% воды, мозг и сердце — 80%, кости — около 20—25%; 80% тела рыбы, 95—98% тела медузы, 95—99% тела водорослей, 50—75% тела растений суши составляет вода в виде различных растворов. Основным компонентом клеток живых организмов являются водные растворы, которые имеют огромное значение как среда или непосредственный участник протекания жизненных процессов, обеспечивающих их существование. К важному источнику нашего питания — растениям — вода проходит через почву. Основным условием урожайности также является вода. Вода растворяет органические и минеральные вещества в почве и поставляет их растениям. При недостатке воды растения не могут усваивать питательные вещества, ослабляется активносзь фотосинзеза, замедляется их рост, и в результате снижается урожайность. Вода — растворитель, без которого сложно представить промышленные процессы. Вода является уникальной средой для протекания многих химических реакций. Без воды невозможно было бы дубить и перерабатывать кожу, крахмалить и красить ткани, производить мыло и т.д. В медицине вода применяется при изготовлении различных лекарственных растворов, которые используются для лечения многих заболеваний. Простая минерализованная вода представляет собой раствор различных целебных солей и используется в лечении и профилактике некоторых заболеваний. Водные растворы различных веществ широко применяются в технике. Например, растворы кислот и оснований используются в простых энергетических аккумуляторах, позволяющих обеспечить электроэнергией автомобили и другие средства передвижения. Помимо воды прочное место в жизни человека занимают бензин, растворы различных спиртов и органических кислот. Этиловый спирт широко используется при изготовлении как продтоваров, так и лекарственных препаратов или применяемых при охлаждении различных механизмов антифризов. 96 Мы также знакомы с использованием бензина и подобных ему растворителей в качестве средств химической чистки при выводе пятен с одежды. Основу различных косметических средств, красок и лаков также составляют растворители. Вся жизнь человека тесно связана с растворами. Практическое занятие № 5 ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ ВЕ1ДЕСТВ ОПРЕДЕЛЕННОЙ МАССОВОЙ ДОЛИ И молярной концентрации Рис. 36. Приготовление раствора вещества Приго'1'овление раствора поваренной соли 1. Для приготовления 50 г раствора поваренной соли с массовой долей 0,06 рассчитываются необходимые массы соли и воды. Примечание: В зависимости от возможностей лаборатории можно приготовить растворы разных веществ с различной концентрацией. 2. Рассчитанное количество соли взвешивается на весах, а воды — определяется с помощью мерной пробирки (рис. 36). Примечание: Вспомните правила взвешивания на весах и измерения объемов жидкостей. 3. В колбу насыпается взвешенная соль, заливается вода и все это перемешивается до образования однородного раствора. 4. Приготовленный раствор выливается в специальный сосуд, на который приклеивают этикетку с надписью формулы соли, концентрации раствора и времени приготовления. 5. Подготовить отчет о проделанной работе. 4 — Химия, 7 класс 97 Практическое занятие № 6 ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНО-ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ В НЕМ ЩЕЛОЧИ Почва чаще всего имеет кислую реакцию, и для ее нейтрапизации в сельском хозяйстве используют известь, избыток которой приводит к выщелачиванию почвы. Приготовление почвенного раствора На весах взвешивается около 5 г образца почвы и засыпается в пробирку. Затем туда приливают 12,5 мл 1М раствора хлорида капия. Пробирку закрывают пробкой и для лучшего смешения встряхивают в течение определенного времени. При 10-минутном стоянии на стенках пробирки оседают остатки почвы, для осаждения которых на дно пробирку с раствором вращают по часовой стрелке. После этого пробирку оставляют укрепленной на штативе до следующего утра. Определение среды почвы Через день в пробирке образуются осадок и надосадочный слой жидкости (раствора), откуда с помощью пипетки 5 мл переносится в другую пробирку, куда опускают универсальную индикаторную бумажку. Изменение цвета индикаторной бумаги с желтого на малиновый говорит о щелочной среде почвы. РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ Нахождение массовой доли растворенного вещества I. Какова концентрация раствора, полученного смешением 50 г поваренной соли с 450 г воды? Решение: Найдем процентную концентрацию растворенного вещества по формуле: С% = Шг ■ 100%. Для этого, сложив массы соли и воды — 50 и 450 г, получим массу образовавшегося раствора — 500 г. 98 Wi = 50, Wl C% Шг = 450 + 50 = 500, 50 m-, 100 500 100 = 10%. Ответ; 10%. 2. Концентрация солей в воде некоторых озер близ Аратьского моря составляет 4%. Какое количество соли останется при выпаривании 10 кг такой озерной воды? 1-й с II о с о б. 4%-ный раствор — это значит, что в 100 г раствора содержится 4 г соли (в 100 кг раствора 4 кг соли). Если в 100 кг раствора содержится 4 кг соли, то в 10 кг раствора — х. 10 • 4 X = 100 = 0,4 кг или 400 г. Ответ: 0,4 кг или 400 г. 2-й с п о с о б. Из формулы С% = Шг ■ С% --- 100% Ответ: 0,4 кг или 400 г. m2 10 • 4 100 • 100% следует: = 0,4 кг или 400 г. Нахождение молярности растворенного вещества в растворе определенного объема. Молярная концентрация 1. В 2 л водного раствора гидроксида натрия содержится 16 г NaOH. Рассчитайте молярную концентрацию этого раствора. Решение: 1) Л/г (NaOH) = 40. 1 моль NaOH — 40 г. Значит, A/(NaOH) = 40 г/моль; 2) если в 2 л (2000 мл) раствора содержится 16 г NaOH, то в 1 л (1000 мл) раствора — 8 г NaOH; 3) содержание в 1000 мл раствора 8 г или 0,2 моля (-ттг = 0,2) NaOH говорит о том, что он 0,2М или его концентрация О т в е т: 0,2 моль/л или 0,2М. 40 0,2 моль/л. 2. Сколько соли необходимо для приготовления 500 мл 2М раствора жло-рида кальция? Как можно приготовить такой раствор? Решение: 1) М (СаСЬ) =111 г/моль; 2) 2 моля СаСЬ = 222 г; 99 3) 2 моль/л значит, что в 1 л (1000 мл) раствора содержится 2 моля, т.е. 222 г CaClj. Теперь определим, сколько соли необходимо для приготовления 500 мл раствора. Если в 1000 мл содержится 222 г соли, то в 500 мл — х. 500 • 222 1000 111. 4) 111 г СаСЬ взвешивают на весах и насыпают в мерную колбу на 500 мл. Понемногу к соли добавляют воду до полного ее растворения. После растворения соли колбу заполняют до метки (500 мл) водой. Раствор хорошо перемешивают, выливают в сосуд с этикеткой и закрывают его горлышко крышкой или пробкой. Ответ; 111 г. Задачи для самостоятельного решения 1. В аптеках продается 10%-ный спиртовый раствор йода. Сколько йода и растворителя необходимо для приготовления 500 г такого раствора? 2. Рассчитайте массу осадка, образующегося при взаимодействии 200 г 7,1%-иого раствора сульфата натрия с избытком раствора хлорида бария. 3. Сколько сульфата алюминия необходимо взять для приготовления 5 л 0,1М раствора этой соли? 4. Рассчитайте молярную концентрацию 10%-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,056 г/см^). 5. Найдите массовую долю соли в растворе, полученном при смешении 200г 10%-ного раствора соли с 300 г 20%-ного раствора той же соли. ТЕСТЫ К ГЛАВЕ IV I. А граммов соли растворено в В граммах воды. Укажите формулу, позволяющую определить процентную концентрацию растворенного вещества. А) С% = ■ >00%; В) С% = А + в • 100%; С) С% = . 100%; 100 D) C% = В ■ 100%; E) C% = {A+ В) - 100%. 2. По какой формуле рассчитывается молярная концентрация? A) С„ = B) См С ) См = D) См = E) См = т • 1000 м • V Е- 1000 М • V м- 1000 т • V т • 1000 Е • V V- 1000 М • т 3. В каких случаях растворимость газов в воде возрастает? A) при повышении температуры; B) при повышении давления; C) при помешивании; D) правильные ответы А, В, С; E) нет правильного ответа. 4. Какие из веществ мало растворимы в воде? 1. Сахар. 2. Поваренная соль. 3. Гипс. 4. Сода. 5. Кислород. А) 1,2, 4; В) 3, 5; С) 2, 3; 0)4; Е) 2. 5. Что такое растворимость? A) количество вещества, которое может раствориться в 100 г растворителя; B) количество вещества, которое может раствориться в 1000 г растворителя; C) количество вещества, которое может раствориться в 10 г растворителя; D) количество вещества, которое может раствориться в 1 г растворителя; E) количество вещества, которое может раствориться в 1 л растворителя. 101 6. Чему равна процентная концентрация 100 г раствора, содержащего 34 г соли? А) 0,34; В) 3,4; С) 34; D) 6,8; Е) 68. 7. Чему равна молярная концентрация раствора объемом 2 л, содержащего 3 моля вещества? А) 3; В) 6; С) 1,5; D) 4,5; Е) 0,3. 8. Чему равна нормаявная концентрация раствора объемом 2 л, содержащего 3 г-экв вещества? А) 1,5; В) 3; С) 4,5; D) 6; Е) 1. 9. Чему равна процентная концентрация раствора, если массовая доля растворенного вещества равна 0,034? А) 0,034; В) 0,34; С) 3,4; D) 34; Е) 100. 10. Определите объем 18 г воды при 4°С. Какой объем займет это количество воды при температуре свыще 100°С? А) 18 мл, 2240 мл; В) 18 мл, 18 мл; С) 22400 мл, 22400 мл; D) 18 мл, 1800 мл; Е) 22400 мл, 1800 мл. 11. Зимой поверхностный слой воды в водоемах замерзает, однако лед не оседает на дно. Объясните причину этого явления? A) Одно из аномальных физических свойств воды состоит в том, что вода обладает наибольщей плотностью — 1 г/мл при +4°С. Как при температуре выще +4°С, так и при низкой температуре плотность воды составляет менее 1 г/мл. Поэтому лед остается на поверхности водоема; B) Твердые вещества ле1че жидкостей; C) Лед тяжелее воды, он конечно оседает; D) Лед оседает или не оседает в зависимости от температуры воздуха; E) Плотность льда меньще плотности воды. 102 важнейшие классы НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ § 38. МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ Неорганические вещества по своему составу бывают сложными и простыми (рис. 37). Первоначальные сведения об этих веществах были изложены при изучении темы «Простые и сложные вещества». Рис. 37. Образцы простых и сложных веществ: ' — бихромат калия; 2 — хлорид калия; 3 — оксид меди (II); 4 — известняк; 5 — цинк; 6 — уголь; 7 — медный купорос; 8 — сера • Вещество, не разлагающееся на составные элементы, называется простым веществом, например, натрий, хлор, водород, кислород. 103 ripoc'ibie вещества no своим свойствам подразделяются на метаплы и неметаллы. Металлы состоят из атомов мезазлов, например, медь (Си) (рис. 38), натрий (Na), калий (К), железо (Fe), магний (Mg), серебро (Ag) и др. Неметаллы состоят из атомов неметаллов, например, хлор (СЬ), кислород (О2), озон (О3), сера (Ss), фосфор (Р4), азот (N2) и др. Металлы и неметазлы в большинстве своем обладают противоположными химическими и физическими свойствами (это объясняется различиями в электронном строении их атомов) (табл. 8). Таблица 8 Рис. 38. Образец природной меди Сравнение некоторых свойсзгв металлов и неметаллов Простые вещества Агрегатное состояние (н.у.) Некоторые физические свойства Тип кристаллической решетки Тип связи Металлы Кроме Hg и Fr, все твердые Наличие металлического блеска, электро- и теплопроводность, пластичность, тяг>'честь Метал- лическая Метал- лическая Неметазлы Твердые — сера (Ss), фосх|юр (Р4), йод (I2) и др., жидкие — бром (ВГ2), газообразные — хлор (CI2), кислород (О2), озон (О3), водород (Нг), азот (N2). Отсутствие металлического блеска, слабая тепло- и электропроводимость или ее отсутствие Атомная (азмаз, бор) Молекулярная (для твердого хлора, азота, кислорода) Неполяр- по- ковалентная Целесообразно для юзассификации неорганических веществ воспользоваться следующей схемой; 104 Неорганические вещества Ключевые слова: неорганические вещества, простые вещества, сложные вещества, металл, неметалл, кристаллическая решетка, тип связи. Вопросы и задания: 1. Какие ВСШССТ1Ш называются простыми? 2. Каковы важнейшие свойетва простых веществ? 3. Чем металлы отличаютея от неметаллов? 4. Кремний — метатл или неметалл? Ответ обоснуйте. 5. Какие элементы персрабатываютея в Узбекиетапе в качеетве простых веществ? § 39. КЛАССИФИКАЦИЯ СЛОЖНЫХ ВЕЩЕСТВ • Вещества, состоящие из атомов различных элементов, называются сложными, например: вода состоит из атомов водорода и кислорода, а нишевая соль — из атомов натр11я и хлора. Сложные вещества обычно подразделяются на органические и неорганические: органическими веществами являются углеродсодержащие соединения (за исюлючением СО, СО2, Н2СО3 и карбонатов, HCN и цианидов), остальные относятся к неорганическим соединениям. Сложные вещества по составу (состоящие из двух элементов, т. е. бинарные и состоящие из нескольких элементов) и по химическим свойствам (классифицируются по функционащным признакам и группам) подразделяются на оксиды, основания, кислоты и соли. 105 Сложные вещества коренным образом отличаются от простых тем, что их можно разложить до простых веществ. Между сложными веществами существует тесная взаимосвязь. 1Сзассификация сложных веществ отдельно представлена на приведенной выше схеме. Сложные вещества состоят из атомов различных элементов. В частности, оксиды являются сложными веществами, состоящими из атомов двух видов элементов (бинарные соединения); основания — из атомов трех элементов; кислоты — из атомов двух или трех элементов; соли могут иметь в своем составе атомы двух, трех или четырех элементов. Ключевые слова: сложное вещество, бинарные соединения, функциональный признак, функциональная группа, оксид, основание, кислота, соль, карбонат, цианид, карбид. Вопросы и задания: 1. Какие вещества называются сложными? 2. На чем основано подразделение сложных веществ на бинарные и по функциональным группам? 3. Расскажите о сложных неорганических веществах, встречающихся в месте вашего проживания. 4. Какие неорганические сложные вещества добываются и перерабатываются в Узбекистане? 5.2. ОКСИДЫ § 40. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И НОМЕНКЛАТУРА ОКСИДОВ • Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород. Оксиды — бинарные соединения. • Обнщя формула оксидов: ЕгОп (В — элемент, я — Ba-neimiocTb элемента). В оксидах атомы кислорода связаны не друг с другом, а с другим элементом. Эмпирические и арукту'рные формулы оксидов изображаются так: MgO Mg = 0 Оксид магния А1А .О А1 О А1 О Оксид алюминия СО, о = с = о Оксид углерода (IV) Р2О5 р = о \ О / р = о о Оксид фосфора (V) 106 Номенклатура. Название оксида элемента, имеющего постоянную валентность, образуется путем прибавления к слову «оксид» названия элемента в родительном падеже, например, оксид магния, оксид алюминия. Если элемент имеет переменную вапентность и образует несколько оксидов, после слова «оксид» пишется название элемента в родительном падеже, а в скобках римскими цифрами указывается его валентность. Например, СО2 — оксид углерода (IV), СО — оксид углерода (П), Р2О5 — оксид фосфора (V), Р2О3 — оксид фосфора (Ш). Оксиды иногда обозначаются прибавлением к химическому знаку кислорода греческого названия цифры, указывающей число атомов кислорода в оксиде: например, СО2 — диоксид углерода, SO2 — диоксид серы, SO3 — триоксид серы, RUO4 — тетраоксид рутения. При назывании оксидов иногда используются их бытовые и исторические названия: негашеная известь — СаО; вода — Н2О; песок, кварц — Si02; магнезия — MgO; железный колчедан — Ре20з (рис. 39). Рис. 39. РсзОз — минерал железного колчедана Итчевые слова: оксид, название оксида, эмпирическая формула, структурная (формула. Вопросы и задания: 1. Какие вещества называются оксидами? 2. Как изображаются эмпирические и структурные формулы оксидов? Объясните на примерах. 3. Как можно называть оксиды? 4. Напишите формулы и названия оксидов, образованных следующими элементами: 1) калий; 2) цинк; 3) кремний (IV); 4) хром (III); 5) хлор (VII); 6) ртуть (II). 5. Напишите структурные формулы следующих оксидов: I) Си?0; 2)РзОз; 3) M112O7; 4) SO3; 5) N2O3. 6. В составе оксида железа имеется 72,2% железа и 27,8% кислорода. Назовите и напищите формулу данного оксида. 107 § 41. КЛАССИФИКАЦИЯ ОКСИДОВ Оксиды по своим химическим свойствам бывают солеобразующими и несолеобразующими. • Оксиды, образующие при химических реакциях соли, делятся на основные (Na^O, СаО, FeO), киаютные (СОг, SO2, Р2О5), амфотерные (ZnO, СГ2О3, AI2O3). Амфотерность — это проявление двойственных свойств — основности и кислотности. Более подробно амфотерные оксиды будут изучаться в курсе химии 8 класса. • Оксиды, которые не образуют солей при химических реакциях, называются иесолеобразующими (NO, SiO, N2O и др.) или безразличными, индифферентными. Оксиды EjOn Основные оксиды — оксиды, образующие соль с кислотами или кислотными оксщзами Кислотные оксиды — оксиды, образующие соль с основаниями или основными окенлами Амфотерные оксиды — оксц/ця, образующие соль как с кислотами, так и с щелочами Иесолеобразующие оксиды — оксиды, не образующие солей Основные и кислотные оксиды обладают противоположными свойствами, а амфотерные в зависимости от условий могут проявлять как основные, так и кислотные свойства (табл. 9). 108 Таблица 9 Некоторые свойства основных, кислотных и амфотерных оксидов Свойства ОКСИДОВ Оксиды основные кислотные амфотерные Агрегатное состояние Т вердые Твердые, жидкие, газообразные Т вердые Характер гидроксидов Осмование Кислота Проявляют свойства кислот и оснований Взаимодействие с щелочью Ие взаи м оде йству ют Взаимодействуя, образуют соли Взаимодействуя, образуют соли Взаимодействие с кислотой Взаимодействуя, образуют соли Не взаи моде йству ют Взаимодействуя, образуют соли Взаимодействие с оксидами: а) с основными б) с кислотными Не взаимодействуют Взаимодействуя, образуют соли Взаи модействуя, образуют соли Не взаимодействуют Взаимодействуя, образуют соли Взаимодействуя, образуют соли Ключевые слова: солеобразующие оксиды, иесолеобразующие оксиды, основный оксид, кислотный оксид, амфотерный оксид. Вопросы и задания: 1. Какие оксиды называются: а) основными; б) кислотными; в) амфотерными; г) несолеобразующими? 2. Найдите массу соли, образующейся при реакции между 20 г оксида магния и 63 г азотной кислоты. (О т в с т: 74 г.) 3. Напишите <1юрмулы и названия: оксидов железа (HI), марганца (II, VII), хрома (II, III, VI), серы HV, VI), хлора (I, VII). 4. Напишите реакции взаимодействия оксида цинка с серной, азотной, фосфорной кислотами и гидроксидом калия. § 42. СВОЙСТВА И ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ Получение оксидов 1. В результате взаимодействия простого вещества с кислородом (горение): 4А1 + ЗО2 = 2АЬОз; 4Р + 50з = 2Р2О5. 2. В результате взаимодействия сложного вещесгва с кислородом (горение): СН4 + 20, = СО2 + 2Н2О; 2H2S + 362 = 2Н2О + 2SO2. 109 3. в результате разложения сложных веществ (оснований, кислот и солей): Си(ОН)2 = СиО + Н2О; HjSiOa = Н2О + Si02; Си2(ОН)2СОз = 2CuO + СО2 + Н2О. 4. В результате некоторых других реакций: 2HCIO4 + Р2О5 = 2НРО, + CI2O,; Na2CO,3 + Si02 = Na2Si03 + СО2. Химические свойства 1. При взаимодействии оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой образуются гидраты — растворимые в воде основания (щелочи): N320 + Н2О = 2NaOH; СаО + Н2О = Са(0Н)2. 2. Оксиды некоторых неметаллов, взаимодействуя с водой, образуют кислоты: SO2 + Н2О = H2SO3; Р2О5+ЗН2О = 2Н3РО4. 3. Оксиды металлов, взаимодействуя с кислотами, образуют соль и воду: СаО + 2НС1 = СаСЬ + Н2О; ВаО + 2HNO3 = Ba(N0j)2 + Н2О. 4. Оксиды неметаплов, взаимодействуя с основаниями, образуют соль и воду: SO2 + 2NaOH = N32S03 + Н2О; Р2О5 + ЗСа(ОН)2 = Са,(Р04)2 + ЗН2О. 5. Оксиды метазлов, взаимодействуя с оксидами неметаллов, образуют соли: MgO + SO2 = М§80з; ВаО + СО2 = ВаСОз- Вопросы и задания: 1. Какими способами можно получить оксид углерода (IV)? 2. Напишите уравнения реакций, протекающих по следующим схемам: Си -> СиО; (СиОН)2СОз -> СиО; Си(0Н)2 СиО. 3. Напишите уравнения реакций, протекающих межау веществами, представленными в следующей таблице: ПО Вещества SO3 S1O2 BaO CuO AI2O3 ZnO HjO H2SO4 NaOH 4. Сколько граммов меди образуется при вз<1имодействии 16 г оксида меди (11) с водородом, измеренным при нормальных условиях? § 43. ПРИМЕНЕНИЕ ВАЖНЕЙШИХ ОКСИДОВ Ушекислый газ — СОг Данный оксид является постоянной составной частью воздуха, его массовая доля в нем — 0,03%. Он — основная пиша растений. Все зеленые растения, поглощая листьями из воздуха углекислый газ, а корнями — воду, превращают их, под действием солнечного света, в органические питательные вещества — сахара, выделяя при этом в воздух кислород. Этот процесс называется фотосинтезом. Углекислый газ широко используется при газировании прохладительных напитков. В качестве охлаждающего средства применяется «сухой лед» — углекислый газ в твердом состоянии. Он также является сырьем для производства стиральной, питьевой соды и многих других веществ (рис. 40). Рис. 40. «Сухой лсд» и его взаимодействие с раствором щелочи, содержащим фенолфгалеип, в результате которого происходят сю нейтрализация и исчезновение окраски индикатора 111 Оксид кремния (IV) — SiOj Оксид кремния (IV) широко распространен в природе и встречается главным образом в виде песка. Песок считается одним из важнейших строительных материалов. Одним из видов этого оксида кремния является кварц, который имеет кристаллическое строение. Из-за того, что он обладает способностью полностью пропускать ультрафиолетовые лучи, он широко используется в медицине в приб<1рах с ультрафиолетовым излучением. Благодаря слишком затрудненной плавкости его используют для изготовления стеклянной химической посуды. Различные природные видоизменения кварца: аметист, сапфир, халцедон, рубин — используются в качестве драгоценных и полудрагоценных ювелирных камней. Помимо этого кремний считается одним из основных материалов при изготовлении полупроводников. Оксид кальция — СаО Этот оксид — негашеная известь, жженая известь или просто известь. Его получают термическим разложением широко распространенного в природе известняка. Он считается важным сырьем в производстве строительных материалов. Из него изготавливают различные растворы, цемент. В определенном количестве он также используется для нейтрализации повышенной кислотности почв. Применение его водных растворов дает хорошие результаты при уничтожении вредителей деревьев и других растений. Он также имеет огромное значение в производстве химических веществ. Оксид серы (VI) — SO3 Этот оксид называют также серным ангидридом. Он не встречается в природе в свободном виде. Его получают окислением сернистого ангидрида (оксид серы (IV) — SO2), который образуется при прока.пивании в токе кислорода железного колчедана. Он используется главным образом для производства серной кислоты. Серная кислота является основным сырьем для получения многих других веществ, лекарственных препаратов, используется также в аккумуляторных батареях автомобилей. Оксид азота (ГУ) — NOz Этот оксид в природе на встречается (рис. 41). Он получается в основном синтетическим путем и расходуется на получение азотной кислоты. Азотная же кислота является основным сырьем в производстве минерачьных азотных удобрений, нифосо-единений, многих лекарственных веществ. Рис. 41. NO2 в газообразном и в охлажденном виде 112 5.3. ОСНОВАНИЯ § 44. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И НОМЕНКЛАТУРА ОСНОВАНИЙ • Основаниями называются сложные вещества, состоящие из атома мета.1-ла и одной или нескольких гидроксильных групп (гщдроксид аммония NH4OH также относится к этой группе веществ). • Ко;1Ичество гидроксильных групп в составе оснований соответствует валентности атомов металлов, потому что гидроксильная группа условно одновалентна. • Основания принадлежат к веществам функциональных г|)унн. • Общая формула оснований выражается в виде Л/(011)п, где М — атом металла, а я — его валентность. Атом кислорода в основании расположен между атомами водорода и металла, образуя с каждым из них связь. Эмпирические и структурные формулы оснований можно представить следующим образом; NaOH Na - О — И Гидроксид натрия Mg(OH)2 ^0-Н Mg -о-н г идроксид магния Bi(OH)3 ^ О - Н Bi - О - И ^ О - И Г идроксид висмута (III) Номенклатура. Название оснований, в состав которых входит металл с постоянной ва«'1ентностью, образуется следующим образом: «гидроксид + название атома металла в родительном падеже»: гидроксид калия — КОН, гидроксид бария — Ва(ОН)2, гидроксид лантана — Еа(ОН)з. Если металл обладает переменной валентностью и образует соответственно несколько гидроксидов, то название такого основания образуется аналогично приведенному выще с указанием в скобках римскими цифрами ваюнт-ности метазла, например, гидроксид висмута (111) — В1(ОН)з, гидроксид меди (11) - Си(ОН)2. Гидроксиды также можно называть по числу гидроксильных фупп, используя греческие названия цифр: Са(ОН)2 — дигидроксид кальция, В1(ОН)з — зригидроксид висмута. К/тчевые слова: атом металла, гидроксильная группа, название гидроксида. 113 Вопросы и задания: 1. Какие вещества называются основаниями? 2. Как называют основания? 3. Напишите эмпирические и структурные формулы гидроксидов бария, катия, кальцин, лантана, тория. 4. Напишите формулы и названия гидроксидов, соответствующих следующим оксидам: СаО, Li20, FeO, AI2O3. § 45. КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВАНИЙ В зависимости от физических свойств оснований, т.е. растворимости или нерастворимости в воде, они классифицируются на щелочи и не растворимые в воде основания, а по химическим свойствам — еше и на амфотерные. • Растворимые в воде основания называются щелочами (NaOH, КОН). • К не растворимым в воде основаниям относятся все остальные гидро-кеиды (Си(ОН)2, Ре(ОН>2). • Амфотерные основания — это основания, проявляющие CBOi'ieiBa как кислот, так и ocHOBaHiiii(Zn(OH)2, Cr(OH)j, Al(OH)i). Основания М(ОН)„ Щелочи — растворимые в воде основания Не растворимые в воде основания Амфотерные основания — основания, обладающие свойствами и кислот, и оснований Растворимые в воде основания способны разъедать кожу и ткани и поэтому называются едкими щелочами, например: КОН — едкий калий, NaOH — едкий натрий. При работе с щелочами необходима осторожность. Ключевые слова: щелочь, не растворимые в воде основания, амфотерные основания. Вопросы и задания: 1. На какие классы можно разделить основания? 2. Как иначе называются растворимые в воде основания? 3. В чем состоит связь свойств амфотерных оснований с положением в Периодической системе метал;юв, их образующих? 4. Напишите формулы амфотерных оснований, образованных алюминием, хромом и цинком, а также уравнения реакций, подтверждающие их амфотерные свойетва. 5. Определите формулу основания, в состав которого входят следующие элементы: Мп - 61,8%; О - 36%; Н - 22,2%. 114 § 46. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ОСНОВАНИЙ Получение. Основания получают следующими способами. 1. Взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой (рис. 42): 2Na + 2Н,0 = 2NaOH + Hjt; Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + Hjt. 2. Взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой: N320 + Н2О = 2NaOH; СаО + Н2О = Са(0Н)2. 3. Взаимодействием растворов солей с щелочью — нерастворимые основания: NiS04 + 2NaOH = Ni(OH)24 + N32804; BiClj + ЗКОН = Bi(0H>3 i + 3KC1. Физические свойства Рис. 42. Взаимодействие Na с Н2О Основания — твердые вещества различного цвета: КОН, NaOH, Са(ОН)2 — белого, Ni(0H)3 — зеленого, Ре(ОН)з — кирпично-красного и т.д. Гидроксиды щелочных и щелочноземельных метатлов (кроме бериллия и магния) растворимы в воде. Другие основания маторастворимы или вообще не растворимы в воде. В узлах кристачлических рещеток твердых оснований находятся ионы метаплов и гидроксид-ионы. Химические свойства I. Растворимые в воде основания изменяют окраску многих индикаторов. Например, водно-спиртовый раствор фенолфталеина под влиянием щелочи приобретает мапиновую окраску. Идяикатор 1|вет в нейтральной среде Цвет в щелочной среде Лакмус Фиолетовый Синий Метилоранж Оранжевый Желтый Фенолфтапеим Бесцветный Мапиновый 115 2. Основания, взаимодействуя с кислотами, образуют соли и воду (эта реакция носит название реакции нейтрализации): NaOH + НС1 = NaCl + Н2О; Mg(OH)2 + HCl = Mg(OH)Cl + H2O; Ca(OH>2 + H3PO4 = CaHP04i + 2H2O. 3. Основания взаимодействуют и с кислотными оксидами, образуя соли и воду (эта реакция также может послужить примером реакции нейтрализации): Са(ОН)2+ С02= СаСОз^+ Н2О. 4. Щелочи взаимодействуют с солями, образуя новые основания и соли (среднюю или основную — в зависимости от условий): а) среднюю соль: NiCb + 2NaOH = Ni(OH)24 + 2NaCl; б) основную соль: СиСЬ + NaOI-l = Cu(OH)Cl + NaCl. 5. При нагревании основания разлагаются на оксид метаала и воду (за исключением КОН и NaOH): Cu(OH)2= CuO + Н2О. Ключевые слова: основания, растворимые в воде основания, основная соль, не растворимые в воде основания. Вопросы и задания: 1. Какие соединения называются основаниями? 2. Объясните на примерах реакцию нейтрализации. 3. Напишите уравнения реакций между следующими соединениями: 1) гидроксид калия + азотная кислота; 2) гидроксид калия + хлорид никеля (II); 3) гидроксид висмута + серная кислота; 4) гидроксид калия + кремниевая кислота; 5) гидроксид натрия + сульфат магния. 4. Какое количество продуктов образуется при реакции между 8 г гидроксида натрия и 19 г серной кислоты? 116 § 47. ПРИМЕНЕНИЕ ВАЖНЕЙШИХ ОСНОВАНИЙ Гидроксид натрия (едкий натрий) — NaOH NaOH — вещество белого цвета, хорошо растворимое в воде, плавится при поглощении водяных паров на воздухе (си;1ьно гигроскопично). Слабый водный раствор гидроксида натрия мыльный на ощупь и разъедает кожу, поэтому он имеет еще техническое название «едкий натр» или «каустическая сода». Гидроксид натрия производится в промышленных масштабах. В промышленности его получают путем электролиза (разложения под действием электрического тока) раствора поваренной соли (хлорида натрия). Гидроксид натрия — один из важнейших видов сырья для химической промышленности. Он используется при очистке продуктов нефтепереработки, в производстве мьыа, бумаги, искусственных волокон и в других отраслях п ро м ы IU л е н н ости. Гидроксид калия (едкий калий) — КОН КОН — твердое вещество бело10 цвета, хорошо растворимое в воде. По свойствам очень похож на едкий натр. В промышленности, как и едкий натр, получается электролизом раствора хлорида калия. Но из-за того, что его себестоимость дороже, он применяется в меньшей степени, чем NaOH. Гидроксид кальция (гашеная известь) — Са(ОН)2 Са(ОН)2 — белое пористое вещество, являющееся сильным основанием, в воде малорастворимо: в 1 л при 20°С 1,56 г. Его однородный водный раствор называется «известковой водой» (насыщенный — «известковым молоком») и имеет щелочную среду. В промышленности его получают термическим разложением известняка, продукт которого — негашеная известь (или простая известь) — взаимодействует с водой и дает целевой продукт: СаСОл ^ СаО ^ Са(ОН)2. Гашеная известь используется в основном в сфоительстве при изготовлении цементных, песочных и других растворов (в частности, его раствор с водой и песком называется «известковым раствором», который применяется при укладке кирпичей), для нейтра/тизации почв с повышенной кислотностью, как средство борьбы с сельскохозяйственными вредителями. 117 Ключевые слова: едкий натр, каустическая сода, гигроскопичное вещество, электролиз, едкий калий, гашеная известь, известковая вода, известковое молоко, известковый раствор. Вопросы и задания: 1. Какими способами можно получить гидроксид кальция? Напишите уравнения реакции. 2. Что выражают понятия «негашеная известь», «гашеная известь», «известковое молоко», «известковая вода»? 3. Напишите уравнения реакций получения гидроксидов натрия и калия. 4. Сколько известняка необходимо взять для получения 14,8 г гашеной извести? 5.4. КИСЛОТЫ § 48. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И НОМЕНКЛАТУРА КИСЛОТ • Кис.лотами называются сложные вещества, состоящие из атомов водорода, снособшях замещаться на атомы мета.||ла, и кислотного осгатка. • Число атомов водорода в составе кислот соответствует валентности кислотного остатка, так как водород одновалентен. • Кислоты нринад.1ежаг к веществам функциональных групп. • Общая формула кислот выражается в виде П„К, где К — кислотный остаток, aw — валентность кислотного остатка. Водород в кислотах соединяется с кислотным остатком, образуя прямую связь. Эмпирические и структурные формулы кислот можно представить следующим образом: на HNO, H-0-N H2SO4 S Н-0^ ^0 Н,Р04 Н-0\ н-а Н-0 - Р = 0 Н-0 ^ Соляная Азотная Серная Фосфорная кислота кислота кислота кислота Номенклатура. Названия кислот образуются от латинского названия центрального элемента с изменением суффикса или префикса по мере изменения ватентности этою элемента. Эти названия необходимо запомнить (черточками указана валентность кислотного остатка) (табл. 10). 118 Названия кислот Таблица Ю Кислотный остаток Формула кислотного остатка Соответствующая кислота Формула кислоты Фторид -F Фтористоводородная HF Хлорид -С1 Соляная НС1 Бромид -Вг Бромистоводородная ПВг Йодид -I Йодистоводород! 1ая HI Цианид -CN Синильная HCN Сульфид =S Сероводородная H2S Сульфит =so, Сернистая H2SO3 Сульфат =so. Серная H2SO4 Н итрит -N02 Азотистая HNO2 Н итрат -NO, Азотная HNO, Ортофосфат ^P04 Ортофосфорная Н,Р04 Фосфит =PO, Фосфористая Н3РО3 Метафосфат -PO, Метафосфорная HPOj Пирофосфат ^РгО, П ирофосфор! 1ая Н4Р2О7 Дихромат =Сгг07 Дв>'х ромовая И2СГ2О7 Хромат =СЮ4 Хромовая И2СЮ4 Силикат =SiO., Кремниевая H2SiO, Борат =BOj Борная Н3ВО3 Перманганат -МПО4 Марганцевая НМПО4 Мангаиат =Mn04 Марганцовистая Н2МПО4 Арсемат =As04 Мышьяковая II3ASO4 Арсен ит =AsO, Мышьяковистая H3ASO3 Перхлорат -CIO4 Хлорная HCIO4 Хлорат -CIO, Хлорноватая НСЮз Хлорит -CIO2 Хлористая HC102 Г ипохлорит -CIO Хлорноватистая нею Бро МИТ -ВЮ2 Бромистая ИВЮ2 Пербромат -ВЮ4 Бромная НВЮ4 Карбонат =CO, Угольная Н2С03 119 Ключевые слова: кислота, кислотный остаток, фторид, хлорид, бромид, йодид, цианид, сульфид, сульфит, сульфат, нитрит, нитрат, ортофосфат, фосфит, метафосфат, пирофосфат, дихромат, хромат, силикат, борат, перманганат, манганат, арсенат, арсенит, перхюрат, хлорит, гипохлорит, бромит, пербромат, ацетат, оксалат, карбонат. Вопросы и задания: 1. Какие вещества называются кислотами? 2. Что вы понимаете под принадлежностью кислот к веществам функ-ционгыьных групп? 3. Как образуются названия кислот? 4. Напишите структурные формулы следующих кислот: H2S, H2SO3, нею. § 49. КЛАССИФИКАЦИЯ КИСЛОТ Кислоты в зависимости от присутствия или отсутствия в их составе кислородных атомов делятся на бескислородные и кислородсодержащие. Кислород- содержащие кислоты В качестве примера можно при- В качестве примера можно при- вести: вести: HF, на, НВг, HI, HCN, H2S H2SO4, HNO3, Н3РО4, Н2СГО4, Н2$Юз, Н3ВО3 Основность кислот Кислоты в зависимости от числа атомов водорода в их составе, способных замещаться атомами металлов, подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоосновные (табл. II). 120 Основность кислот Таблица // Одноосновные Двухосновные Трехосновные Многоосновные HF Н2С2О4 H3ASO4 Н4Р2О7 HCI Н2СО3 H^AsO^ ИВг H2S Н3РО3 HI H2SO3 Н3ВО3 HCN H2SO4 HNO2 Н2СГ2О7 HNO3 Н2СГО4 К/почевые слова: бескислородные киаюты, кислородсодержащие кислоты, одноосновная кислота, двухосновная кислота, трехосновная кислота, многоосновная кислота. Вопросы и задания: 1. По каким признакам классифицируются кислоты? 2. Укажите вещества, которые могут образовывать одноосновные кислоты: СО, SO2, NO2, Р2О5, CI2, S. 3. Какие вещеетва помимо серы дают, соединяясь непосредственно с водородом, двухосновные кислоты? 4. Приведите примеры многоосновных кислот. § 50. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КИСЛОТ Получение. Кислоты получают следующими способами: 1. Кислородсодержащие кислоты можно получить взаимодействием кислотных оксидов с водой: Р2О5 + ЗН2О = 2Н3РО4; SO, + Н2О = H2SO3. 2. Бескислородные кислоты можно получить растворением в воде продуктов взаимодействия неметаллов с водородом: 121 Нг + CI2 = 2НС1 (водный раствор которого — соляная кислота); Нг + S = H2S (водный раствор которого — сероводородная кислота). 3. Кислоты можно получить взаимодействием их солей с другими кислотами: 2CH,COONa + H2SO4 = 2СН,СООН + N32804; FeS + 2НС1 = FeCb + H2S t; NaCI + H2S04(kohu) = NaHS04 + HCit; Na2Si03 + 2HC1 = Н25Юз1 + 2NAC1. Физические свойства. Кислоты могут быть твердыми (борная, ортофос-фориая) и жидкими (серная, азотная). Большинство из них хорошо растворимы в воде. Водные растворы некоторых газов (хлористый водород — НС1, бромистый водород — НВг, сероводород — H2S) также являются кислотами. В молекулах кислот водород образует прямую связь с кислотным остатком. Химические свойства. Химические свойства кислот доказывают их довольно высокую активность: I. Кислоты изменяют окраску многих индикаторов. В приведенной ниже таблице указано изменение окраски индикаторов под воздействием кислот. Индикатор Цвет 11ентра.>1Ы10го раствора Цвет раствора кислоты Лакмус Фиолетовый Красный Фенолфтазеин Бесцветный Бесцветный Метилоранж Оранжевый Розовый 2. Кислоты, взаимодействуя с основаниями, образуют соль и воду (эта реакция называется реакцией нейтрализации) (рис. 43): Рис. 43. Исчезновение окраски индикатора при нейтрализации щелочного раствора, содержащего фенолфталеин, раствором кислоты 122 H2SO4 + 2NaOH = NajSO^ + 2H2O; HCI + Mg(OH), = Mg(OH)Cl + H2O; H3PO4 + KOH = KH2PO4 + H2O. 3. Кислоты, взаимодействуя с основными оксидами, образуют также соль и воду (эта реакция также может послужить примером реакции нейтра^тизации): 2HNO3 + СаО = Ca(NO.,)2 + Н2О. 4. Кислоты взаимодействуют с метал;1ами, образуя соль и выделяя водород или другие продукты в зависимости от условий (рис. 44): Zn + H2SOi = ZnS04 + НгТ. Металлы, стоящие в ряду активности слева от водорода, вытесняют его из кислот, стоящие же справа — не вытесняют или дают другие продукты (рис. 45): Рис. 44. Растворение цинка в серной кислоте и выделение водорода Си + 4HN03(koh».) = Cu(N0.3)2 + 2N02t + 2Н2О. Рис. 45. Взаимодействие меди и некоторых других мстаплов с различными кислотами Ряд активности металлов Вытесняют водород Li Cs К Са Na Mg А1 Мп Zn Сг Fe Ni Sn Pb He вытесняют Си Ag Hg Au Pt Н, 123 5. Кислоты, взаимодействуя с солями, образуют новые соль и кислоту (среднюю или кислую соль в зависимости от условий): а) средняя соль и новая кислота: BaCl2 + H2S04(paj6.) “ BaS04 i + 2HC1; б) кислая соль и новая кислота: NaCI + H2S04(k«hu.) = NaHS04 + HCl t; в) только кислая соль: СаСОз + Н2СО3 = Са(НСОз)2. 6. При нагревании кислоты разлагаются на кислотный оксид и воду: N28103 —> Si02 “1“ Н2О. Ключевые слова: киаюта, кислородсодержащая кислота, бескислородная кислота, реакция нейтрализации, кислотный оксид, кислая соль, ряд активности л/е-таллов. Вопросы и задания: 1. Какими способами можно получать кислоты? Напишите уравнения реакций получения серной, сероводородной и угольной кислот. 2. Напишите формулы кислотных оксидов, соответствующих борной, марганцовистой, серной, сероводородной, азотной, ортофос(1юрной кислотам. 3. Какие из следующих метазлов вытесняют водород из соляной кислоты: калий, барий, ртуть, железо, медь, серебро, натрий, магний, азюминий, цинк? 4. Напишите уравнения следующих реакций: 1) гидроксид капия + азотггая кислота; 2) серная кислота + хлорид натрия; 3) оксид меди (11) + серная кислота; 4) карбонат натрия + оксид кремния (IV); 5) соляная кислота + карбонат магния. 5. Какое количество продукта образуется при реакции между 196 г дигидроксида меди и 73 г соляной кислоты? 124 Практическое занятие № 7 РЕАКЦИИ ОБМЕНА МЕЖДУ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ, ОКСИДОМ МЕДИ (Н) И ОКСИДОМ ЖЕЛЕЗА (III). ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИЙ Это практическое занятие позволяет ознакомиться с условиями протекания реакций взаимодействия оксидов металлов с кислотами. Проведение этих реакций можно осуществлять параллельно. 1. Записывается уравнение взаимодействия оксида метапла с серной кислотой. 2. В пробирку осторожно нативают 5 мл раствора серной кислоты. Раствор нагревают до кипения. Будьте очень осторожны при работе с серной кислотой и ее нагревании. 3. К горячему раствору серной кислоты понемногу добавляют оксид меди (II), постоянно перемешивая стеклянной палочкой до полного растворения оксида. 4. Раствор фильтруют в фарфоровую чашку, которую устанавливают на штатив с кольцом и нагревают в пламени спиртовой лампы до образования кристаллов соли. 5. Обратите внимание на внешний вид и цвет кристаллов полученной соли. Отчет о проделанной рабоге записывается следующим образом: 1. Тема работы. 2. Перечень оборудования и реактивов, необходимых в работе. 3. Наименование каждой части работы, краткое описание порядка проведения работы. Изображение приборов, используемых в процессе проведения работы. Выводы о происходящих явлениях. 4. Написание уравнений реакций. 5. Заключительный вывод о проделанной работе. 125 § 51. ПРИМЕНЕНИЕ ВАЖНЕЙШИХ КИСЛОТ Рис. 46. Влияние серной кислоты на древесину Серная киаюта — H2SO4 Маслянистая жидкость без цвета и запаха, почти в два раза тяжелее воды. Очень хорошо растворима в воде. Серная кислота используется для осушки воздуха и других газов, а также других веществ (рис. 46). Концентрированная серная кислота, попадая на кожу, вызывает сильные ожоги. Поэтому в работе с ней необходима осторожность. Нужно оберегать кожу и одежду от соприкосновения с этой кислотой. При смешивании серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла, поэтому для приготовления ее раствора необходимо приливать кислоту к воде постепенно по сгенкам сосуда или по стеклянной палочке (рис. 47). Если же приливать воду к кислоте, раствор плохо смешивается и сильно нафевается. Это может привести к расгрескива-нию стеюзянного сосуда и разбрызгиванию кислоты, которая может попасть на одежду, кожу, в глаза. • Для цригоз'овлсния раегвора кислоты необходимо приливать кислоту к воде. Серная кислота применяется во многих областях народного хозяйства, в частности в: ❖ производстве минерапьных удобрений, ❖ очистке нефтепродуктов, 126 Рис. 48. Сернокислотные аккумуляторные батареи производстве хлора, производстве различных солей, кислот и лекарственных препаратов, приготовлении взрывчатых веществ, производстве красителей, производстве целлюлозы, травлении черных металлов, приготовлении кислотных аккумуляторов (рис. 48). Соляная кислота — HCI Получаемая растворением хлористого водорода в воде, эта бесцветная жидкость немного тяжелее ее, обладает резким запахом (рис. 49), потому что молекулы хлористо-го водорода постоянно выделяются из раствора. Концентрированную соляную кислоту называют также «дымящей» кислотой. Причиной тому являются выделяющиеся молекулы хлористого водорода, которые образуют с водяными парами воздуха туман. Соляная кислота является составной частью желудочного сока и имеет важное значение в процессе пищеварения. Соляная кислота применяе'гся во многих областях народного хозяйства, в частности в: ❖ травлении металлов, ❖ производстве хлоридов. Рис. 49. Растворение газообразного НС1 в воде и образование раствора соляной кислоты 127 производстве медицинских препаратов, ❖ производстве красителей, ❖ производстве пластмасс. Азотная кислота — HNO3 Азотная кислота — бесцветная жидкость, в 1,5 раза тяжелее воды, подобно соляной кислоте, «дымит» на воздухе. При высоких концентрациях кислоты раствор приобретает желтоватую окраску, так как находясь на свету, азотная кислота разлагается, образуя бурый газ NO2, что приводит к ошибочному выводу о цветности кислоты. Это неверно. Чистая кислота бесцветна. Поскольку холодная концентрированная азотная кислота пассивирует железо, хром и алюминий, ее можно хранить в сосудах, изготовленных из этих металлов. Эта кислота взаимодействует со всеми металлами, кроме золота, платины, тантала, родия и иридия. Азотная кислота используется во многих областях народного хозяйства, в частности в производстве: азотных удобрений, азотсодержащих органических соединений, лекарственных препаратов, красителей, взрывчатых веществ, серной кислоты нитрозным способом. Ключевые слова: серная кислота, соляная кислота, азотная кислота. Вопросы и задания: 1. Расскажите, н каких областях народного хозяйства применяются серная, соляная и азотная кислоты. 2. В каких целях используются серная, соляная и азотная кислоты в повседневной жизни? 3. Подготовьте иллюстрации, рассказывающие об областях применения серной, соляной и азотной кислоты в народном хозяйстве и повседневной жизни. 128 5.5. СОЛИ § 52. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И НОМЕНКЛАТУРА СОЛЕЙ • Солями называются сложные вещества, состояние из атомов металла (или ионов аммония NH4) и кислагного опагка. • Соли образуются нрн замещении водорода кислоты на атом металла или пщроксида основания на кислотный остаток. • Соли нринад.||сжат к веществам функцнона41Ы1ых групп. • Общая формула солей выражается в виде М„К„„ где М — атом металла (или катион аммония NH 4); К — кислотный остаток; п — валентность кислотного осзатка; т — валентность атома металла. • В случае, когда валентность атома металла в составе солей равна валентности кислотного ос'гагка (// = т), индексы не ставятся. Атомы металлов в солях соединяются с кислотными остатками, образуя прямую связь. Эмпирические и структурные формулы солей можно представить следующим образом; NaCI KNO, CUSO4 AIPO4 Na-Cl //О K-0-N О О О а/ ''о'' ^0 А1-0-Р =0 Хлорид Нитрат Сульфат Фосфат натрия кат и я меди (II) алюминия Номенклатура. Названия солей образуются от названий атомов металла и кислотного остатка (табл. 12). Таблица 12 Соли Атом металла Кислотный остаток Соль Формула соли Калий Фторид Фторид калия KF Натрий Хлорид Хлорид натрия NaCI Медь Бромид Бромид меди (I) CuBr Калий Йодид Йодид кат и я KI Железо Сульфид Сульфид железа (II) FeS Цинк Сульфат Сульфат цинка ZnS04 5 — Химия, 7 класс 129 Продолжение таблицы 12 Аммоний Нитрат Нитрат аммония NH4NO3 Азюмипий Ортофосфат Ортофосфат алюминия AIPO4 Ка.чий Хромат Хромат калия К2СЮ4 Калий Перманганат Перманганат калия КМПО4 Натрий Ацетат Ацетат натрия CHjCOONa Калий Оксалат Оксалат калия К2С2О4 Натрий Г идрокарбоиат Гилрокарбонал налрия NaHCO, Калий Г идросульфид Гидросульфид калия KHS Литий Гидросульфат Гидросулы1)ат лития UHSO4 Магний Гидроксобромид Гидроксобромид ма1ния Mg(OH)Br Алюминий Г идроксосульфат Гидроксосульфат аноминия AI(0H)S04 Соли подразделяются на средние, основные и кислые и называются соответствующим образом. 1. Рассмотрим способы наименования средних солей. Название солей, содержащих металл с постоянной валентностью, образуется по схеме: «название кислотного остатка + название атома метапла в родительном падеже». Если мы имеем дело с металлом, обладающим переменной валентностью и образующим несколько типов солей, то название такой соли образуется аналогично с той лишь разницей, что в конце названия римскими цифрами в скобках указывается валентность метазла. 2. Рассмотрим способы наименования кислых солей. Название таких солей, содержащих металл с постоянной вазентностью, образуется так: «гидро + название кислотного остатка + название атома металла в родительном падеже». В случае с металлами с переменной вазентностью ее указывают римскими цифрами в скобках в конце названия. 3. Рассмотрим способы наименования основных солей. Название таких солей, содержащих металл с постоянной вазентностью, образуется так: «гидроксо + название кислотного остатка + название атома металла в родительном падеже». Аналогично образуются названия солей, содержащих металл с переменной вазентностью, которая указывается римскими цифрами в скобках в конце названия. 130 Ключевые слова: атом металла, кислотный остаток, гидро-, гидроксо-, соль. Вопросы и задания: 1. Какие соединения называются солями? 2. Опишите строение и дайте названия следующих солей: Наг804, К3РО4, KNO3, СаСЬ, MgS04, Са(НСОз)з, (СиОН)2СОз. 3. Какие известные вам соли используются в повседневной жизни? 4. Сколько можно написать различных формул солей, содержащих остаток серной кислоты? § 53. СОСТАВЛЕНИЕ ФОРМУЛ СОЛЕЙ Можно считать, что соли состоят из остатков кислот и оснований (атомов металлов или NH4 и др.). При составлении формул солей необходимо помнить следующее правило: • Произведение индекса кислотного остатка на его валентность равно нро-изведению индекса остатка основания (атома металла или N11^4 и др.) на его валентность. Если А — остаток основания, К — кислотный остаток; т — ва.чентность остатка основания, п — ва.чентность кислотного остатка; л: — индекс остатка основания, 'd у — индекс кислотного остатка, то формула соли будет иметь т п следующий вид: Ку. Ва^(Р04), Ca^(Hi04), (MgOH)/p64), 2х = 3у 2х— \у 1л' = х = 3, у = 2 Х=], у = 2 д- = 3, у=1 Ва,(Р04)2 Са(Н2Р04)г (Мв0Н)зР04 В качестве примера составим формулу сульфата атюминия А1д(504)^.: Алюминий — остаток основания, и его валентность равна 3. Сульфат — остаток серной кислоты, и его валентность — 2. Найдем наименыпее общее 131 кратное чисел 3 и 2, выражающих соответственно валентность алюминия и кислотного остатка. Это значение равно 6. Число атомов атюминия в молекуле соли равно: х = 6 : 3 = 2; а кислотного остатка: = 6 : 2 = 3. Следовательно, формула соли А12(504)з. Таким способом можно составить формулу любой соли. Ключевые слова: формула соли, остаток основания, кислотный остаток, атом металла. Вопросы и задания: 1. Какие соли вы знаете? 2. Составьте формулы солей, состоящих из следующих остатков: 1) гидроксофосфат и магний; 2) алюминий и фосфат; 3) медь и хлорид. 3. Напишите формулы следующих солей: сулы1>ат железа (III), дигидрофосфат магния, дигидроксохлорид алюминия. 4. Напишите структурные формулы и названия следующих солей: Ваз(Р04>2, Са(Н2Р04)2, (Мв0Н)зР04, AIPO4, К2СГО4, КМПО4, CHjCOONa, К2С2О4, NaHC03, KHS, UHSO4, Mg(OH)Br, AI(0H)S04. § 54. КЛАССИФИКАЦИЯ СОЛЕЙ Соли в зависимости от способа образования и строения делятся на средние, кислые и основные. Соли Средние соли: KNO3, Na2S04, СаСОз Кислые соли: NaHS04, Са(НСОз>2 Основные соли: Си(ОН)2СОз, CaHCl Средние соли — сложные вещества, состоящие из кислотного остатка и атомов металла, которые заместили все атомы водорода в составе исходной кислоты (фосфат алюминия — AIPO4, хромат калия — К2СГО4, перманганат калия — КМПО4, ацетат натрия — CH3COONa, оксалат калия — К2С2О4). Кислые соли — сложные вещества, состоящие из кислотного остатка и атомов металла, которые частично заместили атомы водорода в составе исходной кислоты (гидрокарбонат натрия — NaHC03, гидросульфид калия — KHS, гидросульфат лития — LiI!S04). 132 • Основные соли — сложные всшспва, в состав каюрых наряду с атомами металла и кислотным остатком входит и гадроксогрунна. Такие соли образуются при неполной нейтрализации оснований кислотой (гндроксо-бромид магния — Mg(OH)Br, гидроксосульфат алюминия — A1(0II)S04). Известны также соли, в которых содержатся атомы двух разных металлов, соединенные друг с другом и всзречающиеся вместе, которые называются двойными (смешанными) солями. Они могут записываться как в виде одной формулы, так и соединенных двух: например, сульфат калия-алюминия (квасцы) KA1(S04)2 или K2SO4 • Al2(S04)j, хлорная известь Са(ОС1)С1. Представителями комплексных солей являются красная — Кз[Ре(СЫ)б] и желтая — K4[Fe(CN)6| кровяные соли. Ключевые слова: соль, средняя соль, кислая соль, основная соль, двойная соль, ком1ыексная соль. Вопросы и задания: 1. На какие виды подразделяются соли? 2. Как можно получить средние соли? 3. Как можно получить кислые соли? 4. Как можно получить основные соли? 5. Какое строение имеют двойные соли? § 55. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СОЛЕЙ Получение. Существует множество способов получения солей, которые приведены в табл. 13 (цифрами обозначен порядковый номер способа): Получение солей Таблица 13 Вещества Металлы Основные оксиды Основания (щелочи) Соли Неметаллы Неметаллы (кроме О2) 1 — 10 14 — Кислотные оксиды — 6 8 12 — Кислоты 2 5 7 11 — Соли 3 — 9 13 14 Метаплы — — 4 3 1 133 1. Взаимодействием металла и неметалла: Fe + S = FeS. 2. Взаимодействием металла с кислотой: Zn + 2НС1 = ZnCb + N2! 3. Взаимодействием металла с солью: Си + Hg(N03>2 = Cu(NO,)2 + Hg. 4. Взаимодействием металлов, образующих амфотерные оксиды, с щелочами: Zn + 2NaOH = NajZnOj + t. 5. Взаимодействием основных оксидов с кислотами: СаО + 2ИС1 = СаСЬ + Н2О. 6. Взаимодействием основных оксидов с кислотными: MgO + Si02 = MgSiOj. 7. Взаимодействием оснований с кислотами: 2КОН + H2SO4 = K2SO4 + 2Н2О; КОН + H2SO4 = KHSO4 + Н2О; Bi(OH>3 + на = Bi(OH)2Cl + Н2О. 8. Взаимодействием оснований с кислотными оксидами: NaOH + СО2 = NaHCOj; 2NaOH + СО2 = Na2C03 + H2O. 9. Взаимодействием щелочей с солями: СиСЬ + NaOH = Cu(OH)Cl + NaCl; C11CI2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaCl. 10. Взаимодействием щелочей с неметаллами: 2NaOH + CI2 = NaCl + NaClO + H2O. 11. Взаимодействием солей с кислотами: ВаСЬ + H2SO4 = BaS04 + 2НС1. 12. Взаимодействием солей с кислотными оксидами: Na2C03 4" SI02 ~ Na2Si03 "Ь СОз^ СаСОз + СО2 + Н2О = Са(НСОз)2. 134 13. Взаимодействием солей с солями: Ва(НОз)г + Na2S04 = BaS04 + 2NaNO,. 14. Взаимодействием солей с неметаллами: 2KI + СЬ = 2KCI + Ь. Физические свойства. Соли — твердые различного цвета вещества кристаллического строения с различной растворимостью в воде. В составе солей может содержаться кристачлизационная вода (рис. 50). Рис. 50. Образцы солей: сульфат меди CUSO4 (/) и содержащий кристачлизациоиную воду медный купорос CiiS04-5H20 (2) Химические свойства. Соли, являясь химически активными веществами, подвергаются различным превращениям. 1. Соли взаимодействуют со щелочами — при этом образуются новая соль и новое основание или основная соль: MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaCl; MgCb + NaOH = Mg(OH)CI + NaCl. 2. Соли взаимодействуют с кислотами, образуя новую кислоту и соль — среднюю или кислую: Ва(ЫОз)2 + H2SO4 = BaS04^ + 2HNO,; Саз(Р04>2 + 2H2SO4 = Са(Н2Р04)г + 2CaS04. 135 Рис. 51. Образование осадка Agl при взаимодействии AgNOj с Nal Образуется только кислая соль: NaaS + H2S = 2NaHS. 3. Соли взаимодействуют между собой, образуя новые соли. Если один из продуктов плохо растворим, то обменная реакция идет до конца (рис. 51): AgNOi + Nal = NaNOs + Agli. 4. Соли взаимодействуют с металлами, образуя новую соль и металл. Металлы, стоящие в ряду активности левее, вытесняют из солей те, которые находятся правее от них. Металлы, стоящие слева от магния (Li, К, Ва, Са, Na и др.), не используются для вытеснения правостоящих металлов из водных растворов или солей, так как вступают в реакцию с водой: C11SO4 + Ее = FeS04 + Cui; Hg(N03)2 + Си = Cu(N03>2 + Hg. 5. Некоторые соли при нагревании разлагаются: СаСОз -> СаО + COjt. Ключевые слова: соль, основание, кислота, основный оксид, кислотный оксид, амфотерный оксид, металл, неметалл. Вопросы и задания: 1. Какими способами можно получать соли? 2. Напишите уравнения реакций между следующими веществами: 1) железо + соляная кислота; 2) серная кислота + гидроксид натрия; 3) нитрат бария + сулы|)ат натрия; 4) хлорид алюминия + гидроксид калия. 3. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить следующие превращения; Си -> СиО -> C11SO4 Си(ОН)2 СиСЬ -> Си; Zn ^ ZnO -> ZnS04 Zn(OH>2 -> Na2Zn02; P ^ P2O5 -> H3PO4 ^ НазР04 -> Саз(Р04)2; Mg -> MgO -> Mg(OH>2 MgCl2 -> Mg(N03)2. 4. Какими способами можно получить соль сульфат бария? Напищите уравнение реакции. 136 § 56. ПРИМЕНЕНИЕ ВАЖНЕЙШИХ СОЛЕЙ Самыми распространенными неорганическими веществами, широко используемыми в народном хозяйстве, являются соли. Их значение для нормального протекания жизненных процессов на Земле очень велико. Человеческий организм нуждается в постоянном сохранении солевого баланса, и эту функцию выполняют различные соли, составляющие 5,5% общей массы организма. Например, при уменьшении содержания солей кальция в организме появляется желание употреблять в пищу продукты, содержащие кальций, чтобы восстановить его бш1анс. При быстрой потере жидкости, с которой выходят и соли, организм должен пополняться ими за счет физиологических растворов различных солей. Соли, содержащие кальций, железо, калий, натрий и другие металлы, используются в медицине в качестве лекарственных средств от различных заболеваний. Соли, содержащие азот, фосфор, калий, серу, кальций, натрий и так называемые микроэлементы, широко используются в сельском хозяйстве в качестве удобрений, как средства борьбы против некоторых вредителей, как регуляторы роста, повышающие всхожесть и урожайность. Карбонаты и силикаты используются в сгроительных целях. Хлорид натрия — NaQ Мы все хорошо знаем, для каких целей используется в повседневной жизни поваренная соль. В промышленности поваренная соль используется для получения хлора, щелочи, металлического натрия, в медицине — для приготовления физиологического раствора. Карбонат кальция — СаСО Эта соль применяется в строительстве в виде мрамора и известняка. Мрамор широко используется для украшения зданий. Им украшены станции Ташкентского метрополитена. Нитрат аммония — NH4NO3 Широко используется в сельском хозяйстве под названием аммонийная селитра. Производится на Ферганском заводе азотных удобрений. Соли широко примеггягот в промышленности для получения металлов и других солей. Например, сульфидные соли железа используют в производстве чугуна и стали. 137 На территории нашей республики обнаружены природные запасы различных солей, применяемых в народном хозяйстве: • Мрамор (СаСО.0 добывают в Нуратииском н Газгаиском мссторож;|е- 11ИЯХ. • Поваренную соль (NaCI) и сильвинит (NaCI- KCI) добывают в Ходжаи-канском, Тубокатском, Барсакельмесском, Байбнчаканском и Аккалнн-ском месторож/1еннях. • Фосфориты (Саз(Р04>2) добывают в Централыюкызылкумском, Каракат-ском и Северноджетытауском месторождениях. • Сульфиды ряда цвегных мегаллов добывают в Алмалыкском месюрождс-нии. Их иснользую'1 для нроизводсгва металлов, серы и различных химических соединений. Ключевые слова: соли, карбонаты, силикаты, мрамор, фосфорит, удобрения. Вопросы и задания: 1. Какие вещества можно получить из карбоната кальция? Напишите уравнения реакций. 2. Напишите уравнения реакций образования железа, оксида железа (II), гидроксида железа (II), хлорида железа (II) из FeS04- 3. Как из известняка и других источников можно получить соль (хлорид кальция), из которой в медицине изготавливают лекарственное средство для «горячего укола»? 4. Один из способов получения катьцисвой селитры состоит в нейтрализации разбашюнной азотной кислоты известью. Напишите уравнение этой реакции. 5. Ниже приведены технические названия и формулы широко используемых солей. Напишите их химические названия. Питьевая сода — НаНСОз. Обезвоженная сода — ЫазСОз. Мел, мрамор, известняк — СаСОз. Поташ — К2СО3. Ляпис — AgN03. 138 ТЕСТЫ К ГЛАВЕ V I. Какие из следующих оксидов, всту'пая в реакцию с водой, образуют кислоты? I. КзО. 2. PjOv 3. SO,. 4. Si02. 5. HgO. 6. AIjO,. 7. CO2. 8. FejO,. A) 1,6, 8; B) 2, 3, 4; C) 2, 3, 7; D) 5, 6, 7, 8; E) все. 2. Какие из следующих оксидов вступают в реакцию с кислотами? 1. К2О. 2. СО2. 3. MgO. 4. Р2О5. 5. SO2. 6. AI2O3. 7. ВаО. А) 2, 4, 5; В) 2, 5, 6; С) 1, 3, 6, 7; D) 1, 2, 5, 7; Е) все. 3. В каком из следующих соединений, взятых в одинаковом количестве, содержится больше железа? А) ЕеО; В) Ес20з; С) Еез04; D) FeS04; Е) FeSj. 4. Как получают гидроксид меди (И)? A) воздействием воды на медь; B) воздействием воды на оксид меди; C) воздействием щелочи на водорастворимые соли меди; D) воздействием кислоты на любую соль меди; E) воздействием кислоты на водные растворы соли меди. 5. Как можно получить гидроксид кальция? A) воздействием воды на кальций; B) воздействием воды на оксид кальция; C) воздействием щелочи на водорастворимые соли ка^зьция; D) воздействием кислоты на любую соль кальция; E) правильные ответы А и В. 6. Сколько молей серной кислоты необходимо для нейтрализации раствора, содержащего 2 г гидроксида натрия? А) I; В) 0,5; С) 0,25; D) 0,025; Е) 0,0025. 139 7. Определите отвег, в котором правильно выражено химическое свойство серной кислоты. A) вступает в реакцию с металлическим Zn; B) вступает в реакцию с Si02; C) вступает в реакцию с Mg(OH)2, образуя водород; D) вступает в реакцию с Р2О5; E) вступает в реакцию с HNO3. 8. Валентность центрального элемента какой кислоты равна 5? А) H2SO3; В) H2SO4; С) Н3РО4; D) Н2СЮ4; Е) КМПО4. 9. Как можно узнать, что данный бесцветный раствор — раствор кислоты? A) попробовать на вкус: если кислый, то это раствор кислоты; B) лакмус: окрашивается в красный цвет; C) фенолфталеин: становится розовым; D) метилоранж: становится красным; E) при нагревании образуется белый осадок. 10. Сколько граммов СаО можно получить при нагревании 5 г СаСОз? А) 5,6; В) 2,8; С) 1,4; D) 0,7; Е) 0,35. 140 ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ ОКСИДОВ, ОСНОВАНИЙ, КИСЛОТ И СОЛЕЙ § 57. ПОЛУЧЕНИЕ ОСНОВАНИИ, КИСЛОТ И СОЛЕЙ ИЗ ОКСИДОВ. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ И СОЛЕЙ ИЗ ОСНОВАНИЙ. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ И СОЛЕЙ ИЗ КИСЛОТ. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДОВ, ОСНОВАНИЙ И КИСЛОТ из СОЛЕЙ Между химическими соединениями существует генетическая связь. Из простых веществ можно получать сложные: 4Р + 50г = 2Р2О5. Из сложных веществ можно получать простые: 2HgO -> 2Hg + О2. Из веществ, относящихся к одному классу, можно получать вещества, относящиеся к другому классу. Например, фосфор при горении образует оксид фосфора (V), который, взаимодействуя с водой, дает кислоту, а из нее можно получить соль. Из этой соли можно получить другую соль: Р -> Р2О5 Н3РО4 -э Na3P04 Саз(Р04)г. Магний, сгорая, образует оксид, который вода помогает перевести в гидроксид, а из него можно получить соль: Mg ^ MgO Mg(OH)2 -> Mg3(P04)2. При взаимодействии кальция с водой можно получить его гидроксид, который, вступая в реакцию с СО2, дает соль СаСОз. Эта соль при нагревании разлагается, образуя углекислый газ и оксид кальция. Из них можно опять получить карбонат ка.чьция: Са Са(ОН)2 -> СаСОз -> СаО СаСОз 141 Как видно, между простыми веществами и классами неорганических соединений существует генетическая связь. С ее помощью из одних веществ можно получить другие и снова возвращаться к исходным. Генетическую связь между основными классами неорганических веществ можно выразить в виде схемы: 1. Из оксидов можно получить основания, кислоты и соли. И наоборот, из оснований, кислот и солей можно получить оксиды: NajO + Н2О + 2NaOH; SO3 + Н2О = H3SO4; CaO + ЗЮз = CaSiOs; Cu(OH)2 = CuO + H2O; H2CO3 = CO2 + H2O; CaCOj = CaO + CO2. 2. Из оснований можно получить оксиды и соли, и наоборот, из оксидов и солей можно получить основания: Ге(ОН)2 = FeO + Н2О; Cu(OH)2 + 2НС1 = CuClj + 2Н2О; CaO + H2O = Са(ОН)з; FeCb + 2KOH = Fe(OH)2 + 2KC1. 3. Из кислот можно получить оксиды и соли, и наоборот: HjSiOj = SiOj + Н2О; Р2О5 + ЗН2О = 2Н3РО4; HNO3 + NaOH = NaNOj + H2O; K2S + 2HC1 = H2S + 2KC1. Связь между соединениями и их превращениями доказывает единство элементного состава вещества. 142 Ключевые слова: генетическая связь, простое вещество, сложное вещество, металл, неметалл, оксид, основание, кислота, соль. Вопросы и задания: 1. Какие вещества взаимодействуют друг с другом: оксид меди (II), серная кислота, гидроксид кальция, оксид углерода (IV), гидроксид цинка, гидроксид натрия? Напишите уравнения реакций. 2. С какими классами соединений взаимодействуют мсталл1>1? Напишите соответствующие уравнения реакций. 3. При взаимодействии друг с другом соединений каких юзассов образуются соли? Напишите уравнения реакций. 4. Напишите уравнения реакций, подтверждающих генетическую связь между соединениями цинка и железа на основе вышеприведенной схемы. Практическое занятие Л*» 8 РЕШЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ ОБОБЩЕНИЯ ЗНАНИЙ О ВАЖНЕЙШИХ КЛАССАХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Для каждого этапа при решении задач по важнейшим классам неорганических соединений необходимо подготовить нужное оборудование и реактивы. Опыты следует выполнять, соблюдая правила техники безопасности. Задача 1. Зная, как физически разделить смесь железных и медных опилок, отделите медь химическим методом. Напишите уравнения реакций. Задача 2. Имеется черный порошок — соединение меди. Предложите способ определения опытным путем, чистый ли это оксид меди (II) или он содержит примеси, и докажите это путем эксперимента. Напишите уравнения реакций. Задача 3. Имеются три пронумерованные пробирки с бесцветными растворами. Как можно определить, в какой из них хлорид натрия, серная кислота, едкий натр? Напишите уравнения реакций. Задача 4, Проделайте необходимые опыты для осуществления следующих превращений: СиО CuClj -> Cu(OH)2 CuO. Напищите уравнения соответствующих реакций. 143 Задача 5. В трех пробирках содержатся растворы соды, жидкого стекла и каустической соды. Определите с помощью реакций каждое вещество. Напи-щите уравнения реакций. Задача 6. В трех сосудах содержатся мел, гашеная известь, алебастр. Определите, какой строительный материал находится в каждом из них? На-пищите уравнения реакций. Задача 7. Имеются карбонат калия, хлорид алюминия и сульфат натрия. Найдите способ их определения, используя только один реактив. Напишите уравнения реакций. Задача 8. В трех пробирках содержатся сульфид, сульфит и сульфат натрия (сухие порошки). Найдите способ их определения. Напишите уравнения реакций. Задача 9. В трех пробирках имеются растворы хлорида, бромида, йодида натрия. Найдите два способа определения, в какой из пробирок содержится раствор какой соли. Задача 10. В трех сосудах содержатся концентрированные растворы серной, азотной и соля[юй кислот. Имея в своем распоряжении лишь кусочки меди, определите эти вещества. Напишите уравнения реакций. Подготовьте отчет о каждой выполненной экспериментальной задаче. Отчет о проделанной работе записывается в следующем порядке: 1. Тема работы. 2. Перечень необходимых для работы реактивов и оборудования. 3. Наименование каждой части проделанной работы, краткое объяснение порядка проведения работы. Иллюстрации приборов, используемых в процессе работы. Заключение на основе происходящих явлений. 4. Написание уравнений реакций. 5. Заключительный вывод о результатах работы. ТЕСТЫ К ГЛАВЕ VI 1. Укажите вещество А в схеме: Fe -э /4 Ре(ОН)з. А) FeO; В) РезО^; С) FeCb; D) FeS04; Е) правильные ответы С и D. 2. Определите вещества А н В ъ следуюидих превращениях: А В ^ СиСЬ Си(ОН)2 -> 5 -> /4. A) Си и СиО; B) СиО и Си; 144 C) Си и CU2O; D) CU2O и Си; E) вещества А п В СиО. 3. Какое из веществ в результате одного превращения дает СиСЬ? I. Си. 2. CliS. 3. Cu(OH)2. 4. (СиОН)2СОз. А)1; В) 1,2; С) 1, 2, 3; Е) ни одно из этих веществ. D) 1, 2, 3, 4; 4. С какими из следующих веществ вступает в реакцию серная кислота? 1. Zn; 2. ZnO; 3. Zn(OH>2; 4. ZnS. A)l,2, 3, 4; В) 1,2,3; С) 1, 2; D) 1; E)4. 5. C чем должен провзаимодействовать металлический цинк, чтобы получился хлорид цинка? 1. НС1. 2. СиСЬ. 3. HgCb. 4. NaCl. А) 1; В) 2,3; С)2, 3, 4; D) 1, 2, 3, 4; Е) 1, 4. 6. В результате какой из следующих реакций образуется соль? A) водород + кислород; B) сульфид натрия + соляная кислота; C) кальций + вода; D) оксид меди (И) + водород; E) малахит (нагревание) -> ... 7. Гидроксид натрия можно получить взаимодействием металлического натрия или его оксида с водой. Можно ли таким же способом получить гидроксид меди (II)? A) да, можно; B) можно получить, нагревая медь и оксид меди (II); C) можно получить, имея горячий водяной пар; D) можно получить путем взаимодействия медных опилок с горячей водой и оксида меди (II) с холодной водой; E) нет, нельзя. 8. Были проведены следующие превращения: Си -> СиО -> СиСЬ -> Си(ОН)2 СиО Си. Масса исходной меди — 12,8 г. Будет ли она равна массе меди, которая получится после всех этих превращений? 145 A) нет. Образуется 6,4 г меди; B) нет. Образуется 64 г меди; C) да. Образуется 12,8 г меди; D) да. Образуется 12,8 г меди, если на каждой стадии не будет потерь; E) нет, так как две последние реакции не протекают. Следовательно, в результате превращений медь не образуется. 9. Определите вещества А w В ъ указанных ниже превращениях: А -> FeS04 -> -> FeO ->/!-> FeC^ -> FeO -> A. A) Fe и Fe(OH)2; B) Fe(OH)2 и Fe; C) FeCOj и FeClj; D) FeS и Fe(OH)3; E) Вещества A и В — Fe(OH)2. 10. Сколько литров углекислого газа, измеренного при нормальных условиях, необходимо для нейтрализации раствора щелочи, полученной из 12,4 г оксида натрия? А) 22,4; В) 44,8; С) 2,24; D) 4,48; Е) 1,12. II. Из каких нижеприведенных веществ можно получить кислоту, осуществив только одно превращение? I. SO,. 2. К2О. 3. Cu(OH)2. 4. Р2О5. 5. СО2. 6. CaCIj. 7. MgO. 8. H2SO4. A) 1,5, 7; B)l,2, 4, 5, 7; C) 3, 6, 8; D) 2, 3, 6, 7; E) I, 4, 5. 12. Какое количество металла меди образуется при восстановлении 8 г оксида меди (II)? А) 6, 4 г; В) 1,6 г; С) 9, 8 г; D) 3, 4 г; Е) 4 г. 146 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Лабораторная работа № 1 ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ВЕЩЕСТВАМИ, ИМЕЮЩИМИ РАЗЛИЧНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Важное значение при изучении свойств веществ имеет полная их характеристика. Запишите свойства имеющихся в на.личии веществ в виде следующей таблицы: Название ве1цсства Агрегатное состояние Цвет Запах Плот- ность Растворимость в воде Твердость т ^кип. Поваренная соль Сахар Питьевая сода Медный купорос Алюминий Цинк Железо Медь Вода Спирт Сера Йод 147 1. Определите агрегатные состояния веществ при обычных условиях. 2. Визуально определите цветность веществ при обычном освещении. 3. Соблюдая осторожность, определите запах веществ (запах незнакомого вещества может быть ядовитым или может разъедать дыхательные пути). 4. При определении плотности веществ используйте свои знания по физике. 5. При определении растворимости или нерастворимости имеющегося в наличии вещества в воде необходимо отсыпать неболыпое его количество в стакан или пробирку, прилить воды и перемешать. Вещество считается растворимым в воде, если оно растворяется в ней полностью или ощутимо. 6. При определении твердости веществ воспользуйтесь шкалой твердости, в случае же ее отсутствия сравните твердость имеющегося вещества с веществами, твердость которых известна, например, ногтя (твердость 2—2,5), стекла (твердость 5) и др. 7. Используя справочники, занесите в таблицу значения температур плавления и кипения веществ. 8. Не пробуйте на вкус неизвестные вещества. 9. Расскажите о свойствах имеющихся в наличии веществ в следующем порядке: • Название вещества. • Агрегатное состояние. • Цвет. • Запах. • ПЛОТНОСЗ'Ь. • Растворимосгь в воде. • Твердость. • Температура плавления и кипения. Лабораторная работа № 2 ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ 1. Плавление парафина (свечи). Озрежьте от свечи 2 см и, положив этот брусок в фарфоровую чашку, нагрейте его на пламени спиртовой лампы. Остудите расплавленную свечу. Объясните происходяшие явления. 148 2. Растворение в воде поваренной соли и выпаривание ее раствора. Возьмите одну чайную ложку поваренной соли и пронаблюдайте ее растворение в стакане с небольшим количеством воды. Полученный раствор перелейте в фарфоровую чашку, которую следует затем нагреть в пламени спиртовой лампы, постоянно помешивая раствор. С появлением кристаллов соли необходимо прекратить нагрев. Объясните происходящие при этом явления. 3. Определение по запаху разбавленных растворов этилового спирта, уксусной кислоты и паров эфира. Образцы этих веществ в пробирках отличаются по запаху (соблюдайте правила определения запаха незнакомых веществ). Лабораторная работа № 3 ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ 1. Горение бумаги, спирта, газа, спичек. Зажгите спичку и поднесите ее к кусочкам бумаги, спиртовой лампе, газовой горелке. Наблюдайте за пламенем. Объясните, какое происходит явление. 2. Нагревание медной пластинки или волокна в пламени спиртовой лампы. Обратите внимание на внещний вид медной пластинки или волокна. Нагрейте пластинку (волокно) в пламени спиртовой лампы, закрепив их на держателе (щипцами). Образовавшийся черный налет соскоблите на бумагу. Опять нагрейте и снимите налет. Проделайте эту операцию несколько раз. Сравните медь с образовавшимся черным веществом. Объясните произошедшее явление. 3. Воздействие соляной кислоты па мел, мрамор, известняк. Два-три кусочка мела, мрамора, известняка величиной с горошину положите в пробирку и добавьте раствор соляной кислоты (рис. 52). Поднесите к пробирке тлеющую лучину так, чтобы она не соприкасалась с жидкостью. Объясните происходящее явление. Рис. 52. Воздействие соляной кислоты на мел 149 Лабораторная работа № 4 ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА. МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ 1. Знакомство с образцами минералов, горных пород, металлов и неметаллов. Внимательно ознакомьтесь с имеющимися образцами минера/Юв горных пород, кусочками металлов и неметаллов. Обратите внимание на их внешний вид и цвет. Разделите их на простые и сложные вещества. 2. Разделение простых веществ на металлы и немета.илы. Разделите на метазлы и неметазлы вещества, которые вы отнесли к простым. Объясните, по каким их свойствам вы разделяете эти вещества. Лабораторная работа № 5 ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ 1. Присоединение (гашение извести). Назейте в химический стакан 50 мл воды и опустите туда несколько кусочков негашеной извести. Какое явление наблюдается? Полученному «молоку» дайте отстояться. Затем добавьте в пробирку небольшое количество прозрачного раствора и 1—2 капли фенолфталеина. Наблюдайте за изменением окраски. Объясните наблюдаемые явления. 2. Разложение (разложение малахита). В пробирку насыпьте вещество зеленого цвета, называемое малахитом, и закрепите ее в штативе. Нагрейте в пламени спиртовой лампы часть пробирки с веществом. Поднесите к горлышку пробирки горящую спичку. Понаблюдайте и объясните происходящие явления. 3. Замещение (опускание в раствор хлорида меди (И) очищенного железа). Заполните пробирку на 1/4 раствором хлорида меди (II). Опустите в раствор железный гвоздь, привязанный за нить. Через 2—3 минуты вытащите гвоздь. Объясните изменения на поверхности гвоздя. Положите в пробирку немного железных стружек. Через некоторое время обратите внимание на изменение цвета раствора. Напишите уравнение реакции. 150 Лабораторная работа № 6 ЗНАКОМСТВО С ОБРАЗЦАМИ ОКСИДОВ Ознакомьтесь с образцами имеющихся в наличии оксидов. Обратите внимание на их агрегатное состояние, цвет и запах. Перепишите следующую таблицу в тетрадь и заполните ее. Название вещества Химическая формула Агрегатное состояние Цвет Запах Лабораторная работа № 7 ЗНАКОМСТВО С РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ ГОРЮЧЕГО И СПОСОБАМИ ИХ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Внимательно рассмотрите образцы различных видов горючего. Самостоятельно составьте и заполните таблицу, отражающую физические свойства имеющихся видов горючего. Расскажите о мерах безопасности и способах использования данных видов горючего. Лабораторная работа № 8 ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ЦИНКА С РАСТВОРОМ КИСЛОТЫ I. В пробирку постепенно опустите 4—5 кусочков цинка и сверху прилейте 2—3 мл соляной кислоты. Наблюдайте происходящее явление. Из какого вещества выделяется водород? Напишите уравнение реакции. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. После выхода воздуха попробуйте поджечь выделяющийся водород, предпринимая все меры безопасности. 151 2. Когда выделение газа прекратится, нанесите несколько капель раствора на стекло и медленно нагрейте его в пламени спиртовой лампы. Обратите внимание на пятна, оставшиеся на стекле. Какое новое вещество образовалось? Лабораторная работа № 9 ИЗУЧЕНИЕ взаимодействия водорода С ОКСИДОМ МЕДИ (И) И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ЭТОЙ РЕАКЦИИ Получите водород, как показано в лабораторной работе № 8. Выделяющийся водород через газоотводную трубку направьте в пробирку с оксидом меди (II). Нагрейте в пламени спиртовой лампы часть пробирки с оксидом меди (II). Что образуется на стенках нагреваемой пробирки? Объясните сущность происходящих явлений. Напишите уравнения реакций. Лабораторная работа № 10 взаимодействие воды с оксидами. ИЗМЕНЕНИЕ ОКРАСКИ ИНДИКАТОРОВ В ОБРАЗУЮЩИХСЯ РАСТВОРАХ 1. Взаимодействие оксида кальция с водой и изменение окраски индикаторов в образовавшемся растворе. Налейте в стакан 50 мл воды и добавьте 2—3 кусочка негашеной извести. Наблюдайте происходящее явление. Дайте отстояться образовавще-муся белому раствору. В три пробирки отлейте по 2—3 мл от прозрачной части. Добавьте по каплям лакмус в первую, фе}юлфталеин — во вторую, метилоранж — в третью пробирку. Обратите внимание на изменение окраски индикаторов и занесите их сравнительные показания в таблицу (рис. 53). 2. Взаимодействие оксида фосфора (V) с водой и изменение окраски индикаторов в образовавшемся растворе. 152 Растворите в воде оксид фосфора (V), образующийся при горении фосфора на воздухе. Разделите натри пробирки образовавшийся раствор и изучите изменение окраски индикаторов, указанных в работе. 3. Воздействие оксида меди (И) на воду. Положите в пробирку несколько кусочков порошка оксида меди (II) и прилейте 5—10 мл воды. Хорошо перемешайте. Что вы наблюдаете? Сделайте сравнительный вывод о взаимодействии оксида капьция, оксида (Босфора (V) и оксида меди (II) с водой. Лабораторная работа № 11 Рис. 53. Показания индикаторов взаимодействие не растворимых в воде ОСНОВАНИЙ с КИСЛОТАМИ 1. Проверьте нерастворимость в воде гидроксидов меди (II) и железа (III). Для этого к небо;1Ьшому их количеству добавьте 3—4 мл воды. 2. Добавьте понемногу к этим веществам растворы серной и соляной кислот до полного растворения оснований. Обратите внимание на изменение окраски растворов. 3. Нанесите по 2—3 капли этих растворов на стеклянные пластинки и выпарите. Что вы знаете о кристаллических веществах, оставшихся на пластинках? Напишите уравнения реакций. Лабораторная работа № 12 ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ГИДРОКСИДА МЕДИ (II) Пробирку с гидроксидом меди (II) установите на железном штативе под небольшим наклоном. 153 Пробирку осторожно нагрейте. Что происходит? Обратите внимание на цвет исходного вещества и капельки воды на стенках пробирки. Запишите в те1радь свои наблюдения за происходящим и проиллюстрируйте установку прибора. Напишите уравнения реакций термического разложения не растворимых в воде оснований. Лабораторная работа № 13 РЕАКЦИЯ нейтрализации ]. Налейте в фарфоровую чашку 5 мл раствора гидроксида натрия. Добавьте к нему 1—2 капли фенолфталеина. Обратите внимание на цвет раствора. 2. К малиновому раствору до исчезновения окраски добавьте по каплям раствор соляной кислоты, постоянно перемешивая его стеклянной палочкой. 3. Нагрейте половину полученного раствора в пламени спиртовой лампы, помешивая его стеклянной паючкой. Рассмотрите полученную соль. Напишите уравнения реакций нейтрализации. Лабораторная работа № 14 ВОЗДЕЙСТВИЕ РАСТВОРОВ КИСЛОТ НА ИНДИКАТОРЫ Налейте в две пробирки по I мл соляной кислоты. В одну из пробирок добавьте 1—2 капли лакмуса, в другую — метилоранж. Обратите внимание на изменение окраски индикаторов (рис. .54). Повторите этот же опыт с раствором серной кислоты. Запомните, какой цвет приобретают индикаторы (лакмус и метилоранж) в растворах кислот. Рис. 54. Индикаторы можно получить и из растений Лабораторная работа № 15 взаимодействие кислот с металлами 1. Возьмите три пробирки. Поместите в первую пробирку цинк, во вторую — железо, а в третью — кусочки меди. Добавьте в пробирки по 1—2 мл раствора соляной кислоты. 2. Повторите эти же опыты с раствором серной кислоты. 3. Если реакции не идут, немного нафейте пробирки в пламени спиртовой лампы. 4. Опишите свои наблюдения за взаимодействием металлов с кислотами, основываясь на проведенных опытах. Напишите уравнения протекающих реакций. Будьте осторожны при работе с кислотами! Лабораторная работа № 16 взаимодействие кислот с ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ 1. Возьмите две пробирки. Поместите в них равное количество оксида железа (III). Налейте в первую пробирку соляную, а во вторую — серную кислоту объемом 1—2 мл. Пронаблюдайте за происходяшими в пробирках изменениями. Если они неощутимы, немного нагрейте пробирки. При полном растворении добавьте еще оксида железа (III) и попытайтесь растворить его. 2. По окончании реакции нанесите несколько капель полученного раствора на стеклянную пластинку и нагрейте. Что остается на пластинке после испарения воды? 3. Повторите этот же опыт с оксидом магния. Напишите уравнения протекаюших реакций. 155 СОДЕРЖАНИЕ Глава I. Основные химические понятия и законы § I. Предмет химии и ее задачи. История развития химии как науки ................... 3 § 2. Вклад в химическую науку ученых-химиков Узбекистана ........................... 5 § 3. Вещество и его свойства ....................................................... 9 Практическое занятие № 1. Звгакомство с правилами техники безопасности при работе с приборами в химическом кабинете....................................... 11 Практическое заиятие Ле 2. Изучение строения пламени. Методы работы с лабораторным штативом, спиртовой лампой, газовыми горелками, электронагревателем............ 13 § 4. Атомно-молекулярное учение. Реальность (существование) атомов и молекул. Химический элемент и химический 31гак.......................................... 16 § 5. Размеры атомов. Их относительная и абсолютная масса............................ 19 § 6. Атомы и молекулы — составные частицы химических веществ........................21 § 7. Вещества молекулярного и 1гсмолскулярного строения ............................22 § 8. Чистые вещества и смеси........................................................23 Практическое занятке № 3. Очистка поваренной соли...................................25 § 9. Простые и сложные вещества .................................................... 26 § 10. Агрегатное состояние вещества..................................................28 § 11. Химическая ([)ормула и выводы на ее основе. Валентность. Понятие об индексах............................................................30 § 12. Размер, относительная и абсолютная масса молекул. Моль и молярная масса. Псктоянная Авогадро............................................................33 § 13. Свойства веществ. Физические и химические превращения.........................35 § 14. Условия протекания химических реакций. Уравнения химических реакций. Коэффициенты...................................................................37 § 15. Закон постоянства состава вещества ............................................40 § 16. Закон сохранения массы.........................................................42 § 17. Закон эквивалентов.............................................................43 § 18. Закон Авогадро. Молярный объем ................................................45 § 19. Типы химических реакций: присоединения, разложения, обмена и замещения. Химическая энергия. Экзо- и эндотермические реакции............................47 Расчетные задачи.....................................................................49 '1'есты к главе I .................................................................. 55 Глава II. Кислород § 20. Кислород как химический элемент................................................58 § 21. Кислород как простое вещество..................................................60 § 22. Химические свойства кислорода. Биологическое значение и использование ........ 62 156 § 23. Круговорот кислорода в природе. Состав воздуха и его защита от загрязнения ....64 § 24. Горение. Виды горючих веществ..................................................66 Практическое замятие Лд 4. Получение кислорода и знакомство с его свойствами .......68 Тесты к главе II.....................................................................69 Глава III. Водород § 25. Водород как химический элемент.................................................71 § 26. Понятие о кислотах.............................................................73 § 27. Получс1гис водорода............................................................74 § 28. Водород как простое вещество. Его формула и молярная масса. Физические и химические свойства водорода...................................................76 § 29. Водород как экологически чистое топливо и его использование...................78 1’асчетныс задачи ...................................................................79 Тесты к главе III....................................................................82 Глава IV. Вода и расгворы § 30. Вода как сложное вещество. Ее элементный состав, молекулярное строение, формула и молярная масса.......................................................84 §31. Физические и химические свойства воды...........................................85 § 32. Распространение воды в природе. Ее значение для живых организмов. Промыщленное использование.....................................................86 § 33. Меры по сохранению водных ресурсов от загрязнения. Способы очистки воды.....88 § 34. Вода — один из лучщих растворителей. Растворимость.............................90 § 35. Понятие о растворах и их концентрациях.........................................92 § 36. Массовая доля, процентная, молярная и нормальная концентрация вещества в растворе.......................................................................94 § 37. 3|гачспис раст1Ю1Х)в для жизни человека........................................96 Практическое замятие Л” 5. Приготоатепие растворов веществ определенной массовой доли и молярной концентрации ..................................................97 Практическое замятие .М> 6. Приготоатение водно-почвенного раствора и определение содержания в нем щелочи........................................................98 Расчеттае за.,'1ачн .................................................................98 Тесты к главе IV.................................................................... 100 Глава V. Важнейшие классы неорганнческих соединений 5.1. Классифнканмя веществ § 38. Металлы и неметаллы........................................................ 103 § 39. Классификация сложных веществ.............................................. 105 157 5.2. Оксиды § 40. Состав, строение и номенклатура оксидов................................. 106 §41. Классификация оксидов...................................................... 108 § 42. Свойства и получение оксидов.............................................. 109 § 43. Применение важнейших оксидов.............................................. 111 5.3. Основания § 44. Состав, строение и номенклатура основгший ................................. ИЗ § 4.5. Классификация основг1ний................................................. 114 § 46. Получение и свойства оснований............................................ 115 §47. Применение важнейших оснований............................................. 117 5.4. Кислоты § 48. Состав, строение и номенклатура кислот.................................. 118 § 49. Классификация кислот...................................................... 120 § 50. Получение и свойства кислот............................................... 121 Пракшческое танятне Ле 7. Реакции обмена между серной кислотой, оксидом меди (11) и оксидом желе;и (III). Выделение продуктов реакций....................... 125 § 51. Применение важнейших кислот............................................... 126 5.5. Соли § 52. Состав, ст[тоеиие и номеиктатура солей ................................... 129 § 53. Составление (|юрмул солей................................................. 131 § 54. Классификация солей....................................................... 132 § 55. Получение и свойства солей ............................................... 133 § 56. Применение важнейших солей................................................ 137 Тесты к главе V................................................................. 139 Глава VI. Генетическая связь оксидов, оснований, кислот и солей § 57. Получение оснований, кислот и солей из оксидов. Получение оксидов и солей из оснований. Получение оксидов и солей из кислот. Получение оксидов, оснований и кислот из солей........................................................... 141 Практическое занятие ДЬ 8. Решение экспериментатьных задач для обобщения знаний о важнейших классах неорганических соединений............................... 143 Тесты к главе VI................................................................ 144 Лабораторные работы............................................................. 147 158 А 90 Химия: Учебник для 7 класса общеобразовательных школ / И. Аскаров, Н.Тухтабаев, К. Тапиров. — Т.: «Sharq», 2009. — 160 с. 1.2. Соапт. ББК 24я721 IBROHIMJO^ RAHMONOVTCH ASQAROV NOZIMJO^ XOSHIMOVTCH lO'XTABOYEV KOMOLIDDIN G‘OPIROV KIMYO Umunita’lim maktablarining 7-sinfi uchun darslik Rm tilkla Qayta ishlangan uchinchi nashri Ташкент Главная редакция издательско-полиграфической акционерной компании «Sharq» 2009 Спецредактор /'. Шоисаеви Редакторы Д. Валиева, В. Сайкина Художсствспиый редактор Т. Кешоатов Технический редактор Д. Габдрахманова Компьютерная верстка Т. Огай Корректор И. Ярулина Подписано в печать 12.05.2009. Формат 70x90'/,о. Гарнитура Таймс. Кегль 10; 9 на шпон. Печать офсетная. Бумага офсетная. Уел. псч. л. 11,7. Уч.-изд. л. 11,0. Тираж 29286. Заказ № 308. Типография издательско-полиграфической акционерной компании «Sharq». 100000, г. Ташкент, ул. Буюк Турон, 41. Данные о состоянии учебника, выданного в аренду №№ п/п Ф.И.О. ученика Учебный год Состояние при получении Подпись классного руководи- теля Состояние при сдаче Подпись классного руководи- теля 1. 2. 3. 4. 5. 6. По возвращении учебника в конце учебного года щчассный руководитель заполняет вышеуказанную таблицу, основываясь на следующих критериях оценки его состояния. Новый Соответствует новому учебнику, выданному для пользования впервые. Хороший Обложка нс повреждена, не отделена от основной части учебника, имеются все Сфапицы. Страницы не порваны, нс отклеены, на них нет никаких записей и линий. Удовлетворительный На обложке имеются записи и линии, ее края повреждены. Обложка отделена от основной части учебника и отреставрирована пользователем. Реставрирование удовлетворительное. Отклеенные страницы приклеены. Неудовлетворительный Обложка повреждена, отделена от основной части учебника или частично отсутствует. Некоторые страницы повреждены. Реставрация страниц неудовлетворительная. Страницы порваны, расчерчены и испачканы. Некоторые страницы отсутствуют. Учебник восстановлению не подлежит.