Морозов В.П. Практикум по неорганической химии

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки РФ

ГОУ ВПО “Кемеровский государственный университет”

Кафедра неорганической химии

В. П. Морозов, Т. Ю. Кожухова

ПРАКТИКУМ

ПО

НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

для студентов I курса биологического факультета

Кемерово 2006

ББК Г1я73-5

УДК 546 (075)

М 80

Печатается по решению редакционно-издательского совета

ГОУ ВПО “Кемеровский государственный университет”

Рецензенты:

зав. кафедрой химии ГОУ ВПО “Кемеровский государственный

сельскохозяйственный институт”, доцент, к.х.н. М. М. Колосова,

доцент кафедры химии и технологии неорганических веществ

ГОУ ВПО КузГТУ, к.х.н. Н. Н. Чурилова

Морозов, В. П.

М 80 Неорганическая химия: учеб. пособие / В. П. Морозов, Т. Ю.

Кожухова; ГОУ ВПО “Кемеровский государственный универси-

тет”. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. – 124с.

ISBN 5-8353-0488-9

Учебное пособие «Практикум по неорганической химии» раз-

работано в соответствии с ГОС ВПО 2-го поколения для студентов,

обучающихся по специальности 011600 «Биология». Пособие со-

держит краткую теорию, описание лабораторных работ, вопросы

допуска и защиты.

ISBN 5-8353-0488-9 ББК Г1я73-5

УДК 546 (075)

 В. П. Морозов, Т. Ю. Кожухова, 2006 г.

 ГОУ ВПО “Кемеровский госуниверситет”, 2006 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………..…...

Техника безопасности………………………………..…..………

Классификация неорганических соединений…………………..

Номенклатура неорганических соединений……………………

Химический эквивалент……………………………………….…

Определение молярной массы…………………………….…….

Приготовление растворов заданной концентрации……………

Скорость химических реакций. Химическое равновесие.

Катализ…………………………………………………………….

Реакции в растворах электролитов……………………………...

Галогены…………………………………………………………..

Кислород и сера…………………………………………………..

Азот и фосфор…………………………………………………….

Углерод и кремний……………………………………………….

104

Приложение 1.

Задачи, раскрывающие межпредметные связи…………………

111

Химия и медицина…………………………………………..

111

Химия и питание…………………………………………….

115

Химия в сельском хозяйстве………………………………..

118

Химия и экология……………………………………………

120

Приложение 2.

Занимательная страничка………………………………………..

122

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………

124

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие к практикуму по неорганиче-

ской химии включает краткую теоретическую часть, допуск к ла-

бораторным работам, описание работ и контрольные задания.

Для развития профессионального мышления у студентов пред-

ложено 109 тестовых заданий для допуска, 173 задания для кон-

троля за усвоением материала. Для приобретения навыков экспе-

риментальной работы и закрепления теоретического материала

разработан практикум из 10 лабораторных работ.

Приложения учебного пособия содержат задачи и сведения о

взаимосвязи химии с биологией, с медициной, сельским хозяйст-

вом и т. д. Они направлены на пробуждение интереса к химии и

приобретение знаний, необходимых в профессиональной деятель-

ности и жизни.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1. К выполнению работ допускаются студенты, прошедшие в на-

чале семестра инструктаж по общим требованиям, описанным в “Ин-

струкции по техники преподавания химии’’.

2. Выполнение работ проводится после допуска (собеседования),

при котором, наряду с общими вопросами, уточняются вопросы по

технике безопасности.

3. Запрещается работа в лаборатории на неисправном оборудова-

нии, с неисправными приборами и посудой.

4. Во избежание отравления запрещается хранить пищу в хими-

ческих лабораториях, запрещается посещение мест общественного

питания в спецодежде.

5. Работу, связанную с применением ядовитых, огневзрывчатых,

огнеопасных веществ, необходимо проводить в вытяжном шкафу.

Створки вытяжных шкафов должны быть закрыты. При необходимо-

сти створки можно поднимать, но не более чем на 20-30 см, так, чтобы

между лицом работающего и объектом находилось стекло створки.

6. Для нагревания необходимо использовать тонкостенную хими-

ческую посуду с отметкой, характеризующей термостойкость стекла.

7. Работу с концентрированными растворами кислот (зарядку и

разрядку аппарата Киппа, разбавление и т. д.), щелочей необходимо

проводить в резиновых перчатках и защитных очках.

8. При проливе концентрированных кислот, щелочей, едких

жидкостей необходимо пролитый продукт засыпать песком, песок

удалить и место, где была пролита жидкость, хорошо промыть водой.

9. Первая доврачебная помощь:

а) при ранении стеклом нужно удалить его остатки из раны, сма-

зать руку йодом, наложить стерильную повязку, при артериальном

кровотечении – жгут или закрутку, обратиться к врачу;

б) при термических ожогах первой степени обожженное место

смазывают вазелином. При ожогах второй степени (появление пузы-

рей) делают примочки из перманганата калия (5 %) или этилового

спирта. При более тяжелых ожогах необходимо отправить постра-

давшего к врачу;

в) при ожогах концентрированными кислотами или щелочами

необходимо обожженное место промыть сильной струей воды, затем

наложить примочку: при ожогах кислотой – из 2 % раствора соды,

при ожогах щелочью – из 2 % раствора борной (уксусной) кислоты.

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ

СОЕДИНЕНИЙ

Под классификацией понимают объединение разнообразных и

многочисленных соединений (число которых в настоящее время

достигает около 3,5 миллионов) в определенные классы, обладаю-

щие общими свойствами.

Несмотря на то, что классификация химических соединений

складывалась на протяжении столетий и отражает исторический

путь развития науки, она имеет некоторые условности. Так, из-

вестны вещества, которые занимают как бы промежуточное поло-

жение и не могут быть отнесены к тому или другому классу.

Изучение состава и химических свойств неорганических со-

единений позволяет большинство из них отнести к классам, кото-

рые представлены на схеме:

ВЕЩЕСТВА

простые сложные

металлы неметаллы неорганические органические

оксиды гидроксиды соли

несолеобра-

зующие

безразличные

пероксиды

солеобразные

солеобра-

зующие

кислотные

основные

амфотерные

кислотные

основные

амфотерные

средние

кислые

основные

двойные

смешанные

НОМЕНКЛАТУРА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Номенклатура означает совокупность или перечень названий,

употребляющихся в какой-либо отрасли науки. Химическая но-

менклатура – перечень таких названий, которые встречаются во

всех естественных науках, там, где имеют дело с веществом и его

разнообразными свойствами. В настоящее время известно более

трех миллионов названий химических веществ, составляющих со-

временную химическую номенклатуру.

Современное развитие химической науки и промышленности,

когда ежегодно синтезируется большое количество новых соеди-

нений, требует достаточно простых и единых для всех областей

химии номенклатурных правил. Для более эффективного обмена

информацией необходимо, чтобы эти правила были согласованы на

международном уровне.

Такие правила были разработаны в комиссиях Международно-

го союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) и реко-

мендованы Советом ИЮПАК для практического использования.

Образование названий химических соединений и составление

их эмпирических формул основано на знании и правильном ис-

пользовании степеней окисления.

Степень окисления.

Степень окисления – понятие эмпирическое и не является си-

нонимом кратностей связей атома. Степень окисления атома

элемента в соединении есть заряд, которым обладал бы атом

этого элемента, если бы электронные пары, связывающие его с

другими атомами, были бы смещены к более электроотрицатель-

ным атомам, а электронные пары, принадлежащие одинаковым

атомам, были бы поделены между ними пополам.

Каждому элементу присущи характерные для него степени

окисления, которые связаны с положением его в периодической

системе. Атомы элементов главных подгрупп I, II, III групп имеют

соответственно такое заполнение внешних электронных уровней –

, ns

. Они образуют реально существующие положитель-

ные ионы, число элементарных зарядов которых равно номеру

группы, т. е. степень окисления элементов совпадает с номером

группы.

У атомов элементов IV, V, VI, VII групп, имеющих заполнение

внешних электронных уровней – IV - ns

, V - ns

, VI - ns

VII - ns

, обнаруживаются две характерные степени окисления.

Низшая степень окисления обычно равна 8 – номер группы

(где 8 – это количество групп в Периодической системе), т. е. каж-

дый атом может соединяться с 8 – номер группы атомами водорода.

Например: СН

(8-4), H

S (8-6), NH

(8-5).

Высшая степень окисления атомов элементов этих групп

обычно равна номеру группы. Но для них известны и промежуточ-

ные степени окисления.

Атомы элементов, имеющих на внешнем электронном уровне

нечетное число электронов, образуют ионы, число элементарных

зарядов которых нечетно. Четное число электронов на внешнем

электронном уровне определяет четную степень окисления. У ато-

мов элементов, внешний электронный уровень которых состоит из

четного числа (4, 6, 8) электронов, электроны отрываются парами.

Например: элементы IV группы, имеющие заполнение электронно-

го уровня ns

, дают ионы:

С - 2е = С

- 2е = С

Si - 2e = Si

- 2e = Si

Ge - 2e = Ge

- 2e = Ge

Sn - 2e = Sn

- 2e = Sn

Pb - 2e = Pb

- 2e = Pb

У атомов элементов побочных подгрупп (d - элементов) запол-

няется предвнешний d - подуровень. Их электронные формулы мо-

гут быть представлены как:

I – (n-1)d

, II – (n-1)d

, Ш – (n-1)d

, IV – (n-1)d

V – (n-1)d

, VI – (n-1)d

, VII – (n-1)d

VIII – (n-1)d

, (n-1)d

(n-1)d

, (n-1)d

(n-1)d

, (n-1)d

Общее число валентных электронов наружного и соседнего с

ним слоя у атомов элементов этих групп равно номеру группы, все

они могут участвовать в химических процессах и давать ионы со

степенью окисления соответствующей номеру группы.

Например: атомы элементов подгруппы скандия имеют ns

электронов и в химических процессах проявляют степень окисле-

ния +3. У атома марганца заполнение электронами 3d

, поэтому

для него известны степени окисления от +1 до + 7. Соединения со

степенями окисления +2 (МnО), +4 (МnО

), +6 (МnО

), +7 (МnО

С увеличением степени окисления атома марганца меняются и

свойства соединений: MnO – основной оксид, МnО

– амфотерен,

МnО

и МnО

соответствуют кислотам H

МnО

и НМnО

Атом хрома, в соответствии с заполнением внешнего и

предвнешнего уровня 3d

, дает ионы со степенью окисления

+2 (Сг(ОН)

), +3 (Сг(ОН)

, Н

СгО

) и +6 (Н

СrO

Для некоторых d-элементов общее число валентных электронов

наружного и соседнего с наружным квантовым уровнем равно но-

меру группы. Так, атомы Сu, Ag и Аu, имеющие (n-1)d

электро-

нов, могут проявлять степень окисления не только +1, но и +2, и +3.

Атомы элементов VIII группы Fe, Co, Ni, имея электронную конфи-

гурацию 3d

; 3d

, проявляют степень окисления +2 и

+3, а степень окисления +8 известна только для атомов Os и Ru.

f-элементы – лантаноиды и актиноиды – образуют ряды пере-

ходных металлов, в которых соседние элементы обладают очень

сходными свойствами. Для всех лантаноидов и актиноидов обычно

проявление степени окисления +3, но возможны и другие степени

окисления. Степень окисления можно указывать римской цифрой,

которая ставится после названия элемента в круглых скобках (сис-

тема Штока), а также арабскими цифрами со знаком заряда в круг-

лых скобках после названия иона (система Эвенса-Басеета).

Например: FeCl

– железо (II) хлорид, железо (2+) хлорид;

[Fе(СN)

] – калий гексацианоферрат (II), калий гексациано-

феррат (2+).

Числовые префиксы

Простые числовые префиксы моно-, ди-, три-, пента-, гепта-,

окта-, нона-, дека-, ундека- и т. д. показывают:

 простые cтехиометрические отношения:

СО – монооксид углерода,

СО

– диоксид углерода.

 степень замещения:

SiCl

– дихлоросилан.

На некоторых языках наряду с указанными префиксами упот-

ребляются также геми (полу), сескви (полтора):

O – гемиоксид азота,

Сr

– сесквиоксид хрома.

Названия для многоатомных ионов должны состоять из корня

названия центрального атома с окончанием -ат, которое употреб-

ляется для всех комплексных ионов, независимо от состояния сте-

пени окисления центрального атома, количества и природы ли-

гандов.

Например: SО

– тетраоксосульфат ион,

– триоксосульфит ион,

РO

– тетраоксофосфат ион,

(РС1

)

– гексахлорфосфат ион,

(РbО

)

– диоксоплюмбат ион.

Окончание -ит употребляется, чтобы обозначить низшее со-

стояние окисления элемента и его можно сохранить в традицион-

ных названиях.

Например: AsO

– арсенит ион,

– сульфит ион,

C1O

– хлорит ион.

Сохраняется применение префиксов гипо- и пер- в случае, ес-

ли анионы состоят из лигандов и центрального атома, который

имеет несколько состояний окисления.

Например: СlO

– гипохлорит ион,

С1О

– хлорит ион,

С1О

– хлорат ион,

СlO

– перхлорат ион.

ГИДРИДЫ

Гидридами называются бинарные соединения водорода с бо-

лее электроположительными элементами.

Соединения водорода с углеродом, азотом, элементами VI- и

VIIА-групп к гидридам не относят.

По характеру связи все гидриды делят на ионные (солеобраз-

ные), ковалентные и металлообразные.

Ионные гидриды образуют все щелочные, щелочно-земельные

элементы и лантаноиды в степени окисления (+2). Ковалентные –

образуют некоторые р-элементы, например В, Si, Р, As и др. Ме-

таллическими свойствами обладают гидриды d- и f-элементов.