Николаева Р.Б. Практикум по неорганической химии.Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Р.Б. НИКОЛАЕВА, А.С. КАЗАЧЕНКО

ПРАКТИКУМ ПО

НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Часть I

Учебное пособие

Издание третье

Красноярск 2007

УДК 546 (076.5)

ББК 24.1я73

Н 63

Рецензент: кафедра неорганической и аналитической химии КГАЦМиЗ; канд.

хим. наук, ст. препод. кафедры довузовской подготовки

КГАЦМиЗ Бендерская Л.А.

Николаева Раиса Борисовна, Казаченко Анна Семеновна

Практикум по неорганической химии : учебное пособие. Часть 1 / Сибирский

федеральный университет. – Красноярск: Сибирский федеральный университет (3-е

изд.), 2007 – 122 с., ил.

Данная

работа является второй из четырех частей учебно-методического по-

собия по химии для студентов первого курса специальности «Химия». Представляет

собой краткое изложение некоторых положений общей и неорганической химии,

знание которых необходимо при выполнении практических заданий и которые помо-

гают более глубоко осмыслить результаты проделанного эксперимента.

В первой главе излагаются основные

номенклатурные правила ИЮПАК, кото-

рые следует использовать при построении современных названий неорганических

веществ; для сравнения даны также их традиционные названия, поскольку они ши-

роко используются в литературе по химии. Приводятся разные типы классификации

неорганических веществ.

Подробно, с необходимыми пояснениями, описывается техника лабораторных

занятий и техника безопасности при работе в химической лаборатории

. Указаны ме-

ры первой помощи при возможных несчастных случаях.

Пособие включает методические указания к лабораторным работам, состав-

ленные таким образом, чтобы каждый опыт имел практический результат, который

студент должен проверить у преподавателя. Это позволяет контролировать качество

выполнения эксперимента.

Используя несложное оборудование, студенты на практике могут проводить

оценочные определения значений молярной

массы эквивалентов, энергии актива-

ции, тепловых эффектов химических процессов, констант равновесия и др. и затем,

сравнивая со справочными данными, должны находить причины возможных расхож-

дений.

В конце каждой темы приведены вопросы для семинара, проводимого с целью

проверки знаний студентов по теме предстоящей лабораторной работы.

Данное пособие может быть рекомендовано преподавателям химии

в качестве

методической разработки.

А.С. Казаченко,

2007

ISBN 5-7638-0054-0

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И

УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

α – степень гидролиза

ОВП – окислительно-восстанови-тельный по-

тенциал

H-связь – водородная связь ОВР – окислительно-восстанови-тельная реак-

ция

L – лиганды

П - произведение реакции

– число Авогадро

.о.п

П - произведение полуреакции окисления

а.е.м. – атомная единица массы ПР – произведение растворимости

а.к. – активированный комплекс разл. – разлагается

б/в – безводный РЗЭ – редкоземельные элементы

б/ц - бесцветный сплав. - сплавление

В – валентность ст.ок. – степень окисления

взрыв. - взрывает ст.у. – стандартные условия

ДЭС – двойной электрический слой т.кип – температура кипения

жидк. –

жидкость т.пл. – температура плавления

ИПВ – исходные простые вещества т.разл. – температура разложения

КС – комплексное соединение ТКП – теория кристаллического поля

к.ч. – координационное число ТЭД – теория электролитической диссоциации

K – константа диссоциации

ХС – химические связи

K – термодинамическая константа рав-

новесия

ц.а. – центральный атом

- ионное произведение воды

ЩЗМ – щелочноземельные металлы

K – константа гидролиза

ЩМ – щелочные металлы

конц. – концентрированный Э.О. – электроотрицательность

М – металл ЭСКП – энергия стабилизации кристаллическим

полем

мас. – массовые ОВП – окислительно-восстанови-тельный по-

тенциал

МВС – метод валентных связей ОВР – окислительно-восстанови-тельная реак-

ция

МГВС – метод гипервалентных связей

- произведение реакции

ММВ – межмолекулярные взаимодействия

.о.п

П - произведение полуреакции окисления

ММО – метод молекулярных орбиталей ПР – произведение растворимости

ММС – межмолекулярные связи разл. – разлагается

МО – молекулярная орбиталь РЗЭ – редкоземельные элементы

н.у. – нормальные условия сплав. - сплавление

НЭП – несвязывающая электронная пара ст.ок. – степень окисления

об.у. – обычные условия ст.у. – стандартные условия

Часть условных обозначений дана в приложении 1.

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы в I семестре проводятся традиционно под контролем

преподавателя и лаборанта. Опыты студенты делают группами по 2-3 человека (со

сменой рабочих мест по правилу «вертушки», если это требуется для более рацио-

нального использования оборудования).

В учебной лаборатории (в настенных полках с подвижными стеклами) распо-

ложена выставка химической посуды с указанием ее названий

, чтобы помочь студен-

там правильно ее применять при выполнении опытов по методическим указаниям.

Кроме того, на первом занятии, используя данную выставку, преподаватель расска-

зывает студентам о назначении химической посуды и технике обращения с нею.

Перед каждой лабораторной работой преподаватель проводит со студентами

семинар в форме собеседования (в течение 1-2 часов), в

ходе которого выясняет

подготовку их по теме занятия.

После выполнения лабораторной работы студенты должны получить зачет по

предыдущему практическому занятию. Вопросы для собеседования на семинаре и

получения зачетов по каждой теме приведены после методических указаний к соот-

ветствующей лабораторной работе. Даны также вопросы к двум коллоквиумам, ко-

торые запланированы на I семестр

. Отметим, что основной теоретический материал,

необходимый при подготовке к коллоквиумам, кратко изложен в первой части учеб-

ного пособия – [8]

Здесь и далее в квадратных скобках указан порядковый номер в списке основной литературы, при-

веденном в конце данного пособия.

Таблица 1. Календарный план практических занятий

№ недели

Содержание семинара

Тема лабораторной работы

1 Номенклатура веществ

Формула вещества

Общие понятия химии

Техника безопасности

Химическая посуда

Техника лабораторных работ

2 Эквивалент. Моль

Молярная масса

Определение молярной массы экви-

валентов металла

3 Способы выражения состава

раствора

Приготовление растворов

4 Термодинамика Термохимия

5 Равновесие. Принцип Ле-Шателье. Контрольная работа №1

(эквивалент, способы выражения состава раствора)

6 Кинетика химических реакций

7 Растворимость. ПР

8 Коллоквиум I (термодинамика, кинетика)

9 Диссоциация, рН, буферные рас-

творы. Гидролиз солей

Электролитическая диссоциация

10 Общие свойства растворов Гидролиз солей

11 Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

12 Электрохимия

13 Комплексные соединения. Контрольная работа №2 (растворы, ОВР)

14 Строение атома, химическая

связь

–

15 Коллоквиум II (строение атома, химическая связь)

16 Диаграммы состояния

веществ

Очистка веществ

17 Итоговый семинар

ПРИМЕЧАНИЕ: Если семестр имеет 18 недель, то на 11 неделе дополнительно

проводится семинар и лабораторная работа по коллоидной химии.

НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ

НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Вводная часть

Во времена алхимии и следующего этапа – «пневматической» химии (период

открытия и изучения газов) названия веществам давали по их свойствам, а также по

применению, по месту нахождения, по сырью, из которого они были выделены, или

по именам авторов, получивших их впервые. Например: водород, соль Глаубера

(

OH10SONa

242

⋅ ), берлинская лазурь ( ])CN(Fe[KFe

) и др.

Однако новые исследования в области химии, а также потребность в справоч-

ной литературе, выдвинули проблему создания рациональной номенклатуры, кото-

рая и была разработана в 1787 г. Комиссией

Парижской Академии наук.

По новой номенклатуре для наименования химического соединения предлага-

лось брать корни греческого или латинского названия его составных частей, а если

элемент образует несколько соединений одного класса, то в названии изменяли

суффиксы (например, сульфит и сульфат натрия). В России рациональную номенкла-

туру впервые применил академик Севергин (русский химик,

минералог) в своей кни-

ге «Пробирное искусство» (1801 г.). Решающий вклад в оформление русской но-

менклатуры неорганических веществ внес Д.И. Менделеев в своем учебнике «Основы

химии» (8 изданий на протяжении 1869-1906 гг.).

В 1957 г. Международный союз по чистой и прикладной химии (ИЮПАК) в со-

ответствии с требованиями теории и практики разработал новые, более

унифициро-

ванные правила номенклатуры неорганических соединений СИ (системы

интерна-

циональной), которые были расширены и уточнены в 1971 и в 1977 гг.

Цель номенклатуры ИЮПАК – стандартизировать названия химических ве-

ществ в такой степени, чтобы по ним можно было составлять стехиометрические

формулы, отражающие состав и отчасти строение данного вещества.

Отметим, что систематическая номенклатура ИЮПАК оказалась сложной для

машинной обработки и поэтому наряду

с ней создана и успешно развивается но-

менклатура «Chemical Abstract Service» (CAS). Регистрационная система, основанная

на номенклатуре CAS, позволяет идентифицировать вещество по структуре и при-

сваивать ему кодовый регистрационный номер, выраженный тремя группами цифр

В комиссию входили Л. Гитон де Морво, К. Бертолле, А. Фуркуруа и А. Лавуазье.

Поэтому названия веществ (и номенклатура) называются систематическими.

Пакет химических программ ACDLABS (http://www.acdlabs.com) создает за считанные минуты систе-

матическое название по структурной формуле вещества.

Номенклатура неорганических соединений ИЮПАК

Общие сведения

Любая химическая номенклатура включает формулы веществ и их названия.

Переход от химических формул к названиям определяется системой номенклатурных

правил. По правилам ИЮПАК каждое вещество получает в соответствии с его фор-

мулой систематическое название, полностью отражающее его состав.

Для ограниченного числа наиболее распространенных веществ эти правила

разрешают использовать исторически сложившиеся (традиционные) названия

: кар-

бонат, сульфат и др. (табл. 3), которые, однако, требуют дополнительного запоми-

нания, т.к. не дают точного представления о составе; допускается также использо-

вание небольшого числа специальных названий – вода, аммиак, гидразин и некото-

рые другие.

Систематические названия простых веществ

Простые вещества называют так же, как и соответствующие химические эле-

менты (исключение составляет углерод). Для аллотропных форм простых веществ,

имеющих молекулярную структуру, в названиях указывают число атомов в молекуле

с помощью греческих числовых приставок:

1 – моно 5 – пента 9 – нона

2 – ди 6 – гекса 10 – дека

3 – три 7 – гепта 11 – ундека

4 – тетра 8 – окта 12 – додека

Числительные более

12 указываются арабскими цифрами через дефис и чита-

ются как количественные числительные. Неопределенное число атомов обозначает-

ся приставкой – поли. Для твердых полиморфных модификаций допускается их обо-

значение греческими буквами: альфа (

), бета (

), гамма (

), дельта ( δ ) и т.д., на-

чиная с низкотемпературной модификации.

Примеры систематических названий простых веществ приведены ниже (в

скобках даны традиционные названия).

Н – моноводород (атомарный водород),

– диводород (молекулярный водород),

O – трикислород (озон),

P – тетрафосфор (белый фосфор),

P – полифосфор (черный фосфор),

S – цикло-октасера (кристаллическая сера, построенная из циклических мо-

лекул

S ),

S−α – α -cера (сера ромбическая),

S−β – β -сера (сера моноклинная),

S – катена-полисера (сера пластическая, построенная из полимерных цепей),

.ам

S – cера аморфная.

Названия простых ионов

Систематическое название простых т.е. одноэлементных катионов строит-

ся из слова «катион» в именительном падеже и русского названия элемента в роди-

тельном падеже, если катион

одноатомный. В случае необходимости в скобках

указывают заряд катиона

римской цифрой (поскольку он совпадает со ст.ок. эле-

мента). Например:

H – катион водорода,

Fe - катион железа(II) (читается катион

железа два),

- катион железа(III),

Al – катион алюминия.

Если

катион многоатомный, то числовой приставкой указывается число

атомов, а заряд иона – арабской цифрой со знаком «+» (плюс) – по способу Эванса-

Бассета. Например,

– катион диводорода (1+) (читается: катион диводорода один

плюс),

Hg – катион диртути (2+),

O - катион дикислорода (1+) (последний в ли-

тературе называют также катионом оксигенила).

Систематические названия

одноэлементных анионов строятся из корня ла-

тинского названия элемента, суффикса «-ид» и слова «ион» (через дефис). Напри-

мер,

−

H - гидрид-ион,

−3

N - нитрид-ион.

Изменения в названии при переходе к

многоатомным анионам аналогичны

изложенным для катионов, например:

−2

S − дисульфид(2-)-ион,

−

− трииодид(1-)-

ион.

Распространенным анионам вместо систематических присвоены специальные

названия:

−2

C − ацетиленид-ион,

−2

O − пероксид-ион,

−

O − надпероксид-ион,

−

O −

озонид-ион,

−

N − азид-ион.

Названия сложных катионов и анионов

Названия сложных (двух- и более элементных) ионов строятся по принципам

номенклатуры комплексов

[8] (к ним относится, например,

−

BF ), в которых раз-

личают центральный атом (ц.а.) и атомы или молекулы, или ионы, связанные с ним,

т.е. лиганды

(L). В нашем примере ц.а. это катион бора(III), а L – фторид-анионы.

Название комплексного иона начинается с названия лигандов (см. табл. 2) с

указанием количества одинаковых L численной приставкой. При наличии различных

лигандов их перечень, если они одноатомны, идет в соответствии с уменьшением

электроотрицательности (по формуле

− справа налево).

Если лиганды многоатомны, то вначале в формуле записываются положитель-

но заряженные L, затем нейтральные и, наконец, отрицательно заряженные. Внутри

группы расположение многоатомных лигандов соответствует электроотрицательно-

сти элемента первого в формуле L (а при одинаковых первых – второго). В табл. 2

лиганды расположены в порядке записи их в формуле комплексного соединения

(слева направо

После перечня L идет название ц.а. - русское в случае комплексных катионов,

а в случае комплексных анионов – с использованием корня латинского названия и

добавлением суффикса «-ат». Например,

−

BF – тетрафтороборат-ион,

−

HF - дифто-

рогидрогенат-ион,

])OH(Al[

− катион гексаакваалюминия. Если нужно, указывает-

ся степень окисления центрального атома (в скобках римской цифрой). Например:

])OH(Ti[ – катион гексаакватитана(III),

ClHg

−

катион хлородиртути(I),

−4

])OH(Fe[ - гексагидроксоферрат(II)-ион.

От лат. «complex» - сложный.

От лат. «liqare» – связывать, соединять.

Таблица 2. Названия некоторых лигандов

гидро

аква

карбонил

этилен

NH аммин

нитрозил

−

гидридо

−

циано

−

CNS

тиоциано (родано)

−2

оксалато

−2

тио

−2

сульфато

−

иодо

−

бромо

−

хлоро

−3

нитридо

−

NO (связь с ц.а. через N)

нитро

−

ONO (связь с ц.а. через O)

нитрито

−

нитрато

−2

оксо

−2

пероксо

−

гидроксо

−

фторо

Некоторым многоатомным катионам и анионам вместо систематических назва-

ний даны специальные:

HN - катион гидразиния (1+),

−

OH – гидроксид-ион,

- катион гидразиния (2+),

−

- цианид-ион,

OHNH

- катион гидроксиламиния,

−2

CN - цианамид-ион,

VO - катион ванадила,

−2

NH - имид-ион,

- катион нитрозила,

−

NH - амид-ион,

NO - катион нитронила,

−

- нитрозид-ион.

Катионы, образованные элементами с водородом и включающие большее чис-

ло атомов водорода, чем требуется по правилу нейтральности, носят групповое на-

звание – ониевые катионы. Их специальные названия:

- катион фторония,

PH - катион фосфония,

- катион оксония

AsH - катион арсония,

Частица H

- обычно называется катионом гидроксония.

NH - катион аммония,

SbH - катион стибония.

Ониевые катионы, в которых атомы водорода замещены на атомы других эле-

ментов, называют соответственно:

NF – катион тетрафтораммония,

PCl – катион

тетрахлорфосфония.

Названия сложных веществ

Химическая формула сложного вещества включает в себя реальный катион

(или условную положительно заряженную составляющую) и реальный анион (или

условную отрицательно заряженную составляющую), причем катион в формуле ста-

вится на первое место, анион – на второе. (Исключение:

OHNH

NH и

HN ). Если

катионов или анионов несколько, то первым пишется ион менее электроотрицатель-

ного элемента, например:

KNaCl

ClNaNH

, BiClO,

)SO)(SeO(Ba

442

Названия отрицательно и положительно заряженных составляющих в сложных

веществах строятся, как и названия свободных ионов, лишь слова «ион» и «катион»

опускаются.

Составлять систематическое название сложного вещества, например,

OMn

можно двумя способами:

1) используя числовые приставки: гептаоксид димарганца;

2) указывая степень окисления менее электроотрицательного элемента: оксид

марганца(VII) – способ Штока.

Названия, построенные по

второму способу, менее громоздки, но первый

способ более универсален и точен. Например, не годится метод Штока в случае со-

единения CFe

, или другой пример: название бромид ртути(I) отвечает простейшей

формуле HgBr, а не истинной

BrHg . Используя первый способ, эти соединения оп-

ределяют, соответственно, как карбид трижелеза и дибромид диртути, т.е. одно-

значно. Используют оба способа построения названия в зависимости от целесооб-

разности: PtCl – хлорид платины(I),

NO)NO(

– оксонитрат(III) нитрозила,

222

OSH

–

диоксодисульфат диводорода,

623

CCr – гексакарбид 23-хрома.

При наличии нескольких отрицательно или положительно заряженных состав-

ляющих их названия перечисляют по формуле справа налево и пишут через дефис:

FeCuS - дисульфид меди-железа,

AsOF – трифторид-оксид мышьяка, Cl)HS(Sr –

хлорид-гидросульфид стронция,

253

)OH(OV – дигидроксид-пентаоксид триванадия.

Для однозначного обозначения веществ одинакового состава, но с разным

расположением атомов, в названиях указывают химическим символом (через дефис)

тот элемент, который присоединен к другой составляющей, например, НОСN – циа-

нат-О водорода, HNCO – цианат-N водорода, HCNO – цианат-С водорода.

Названия гидратов

Название гидрата начинается со слова «гидрат» с указанием, если нужно, чис-

ла молекул воды греческим числительным: OHNH

⋅

– гидрат аммиака, OH7FeSO

⋅

– гептагидрат сульфата железа(II), OnHOFe

232

⋅

– полигидрат оксида железа(III).

Если состав гидратов более сложный, то название начинают со слова «гидрат»

без числовых приставок, а в конце указывают в круглых скобках арабскими цифрами

в виде дроби стехиометрическое соотношение составных частей, причем первое чис-

В формулах сложных солей катионы на основе неметаллических элементов (NH

и др.) располагают

после катионов металлов с тем же зарядом.