12

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное пособие предназначено для абитуриентов, которые будут держать вступительные испытания по химии как в устной форме, так и в письменной – в виде единого государственного экзамена (ЕГЭ).

Структура пособия отвечает задаче повторить курс химии в объеме средней школы, а не изучать его заново. Поэтому сначала излагаются общетеоретические и фактические вопросы химии и на этой основе рассматриваются варианты возможных заданий в ЕГЭ. Пособие не заменяет школьные учебники, а служит дополнением к ним, имея целью показать, как целесообразно повторять основной материал курса химии и обобщать знания по этому предмету.

Теоретический материал, охватывающий почти всю программу вступительного экзамена по химии, разбит на три основных блока в соответствии с кодификатором элементов содержания по химии для составления контрольных измерительных материалов (КИМ) ЕГЭ 2004 года: химический элемент, вещество, химическая реакция (ОНИ ВЫДЕЛЕНЫ ЖИРНЫМИ ЗАГЛАВНЫМИ БУКВАМИ). Каждый блок, в свою очередь, разбит на элементы содержания, проверяемые заданиями КИМ (Выделены жирным шрифтом). Нумерация элементов соответствует кодификатору, однако сходные в теоретическом отношении элементы в пособии объединены.

По каждому элементу содержания конспективно рассмотрены основные вопросы программы по химии для поступающих в высшие учебные заведения. Обязательный (программный) материал набран основным шрифтом. Дополнительный (факультативный) материал набран более мелким шрифтом.

По каждому элементу содержания подобраны задания ЕГЭ из блоков А, В, С, к которым курсивом прописаны правильные варианты ответов. После каждого элемента приведены задания для самостоятельной работы абитуриентов, прорешав которые они могут проверить себя по ответам, приведенным в конце пособия.

Краткое изложение материала химии, данное в определенной системе, позволит учащимся и абитуриентам овладеть вопросами программы не только на репродуктивном, но и на творческом уровне.

Помимо абитуриентов пособие может быть использовано учащимися средних школ при подготовке к выпускному экзамену и преподавателями химии.

1. Химический элемент

1.1. Формы существования химических элементов. Современное представление о строении атома. Изотопы

Атомно-молекулярное учение (основные понятия и законы химии)

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил к химии М. В. Ломоносов. Основные положения этого учения изложены в его работе «Элементы математической химии» (1741 г.) и др. Сущность учения Ломоносова заключается в следующем: 1. Все вещества состоят из молекул (корпускул). 2. Молекулы состоят из атомов (элементов). 3. Частицы (молекулы, атомы) находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения этих частиц. 4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.

Через 67 лет после Ломоносова, в 1808 г., атомистическое учение в химии применил английский ученый Джон Дальтон в книге «Новая система химической философии». В своей основе учение Дальтона повторяет учение Ломоносова. Вместе с тем оно развивает его дальше, т. к. Дальтон впервые попытался установить атомные массы известных тогда элементов. Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось лишь в середине XIX в., когда в 1860 г. на международном съезде химиков в г. Карсруэ (Швеция) были приняты определения понятий молекулы и атома.

По современным представлениям, атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Неправильно говорить, что «атом – наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства», т. к. химический элемент – это вид частиц (атомов, ионов, ядер) с определенным зарядом ядра; поэтому элемент не состоит из атомов! Кроме того, химические свойства – это энергетика и скорость химической реакции, а они зависят не только от состава реагирующей частицы, но и от ее энергетического состояния, геометрической формы и т. п., потому химическими свойствами обладают не атомы (и молекулы), а их совокупности – химические вещества.

Молекула – это электронейтральная наименьшая совокупность атомов, образующих определенную структуру посредством химических связей, определяющая состав вещества.

Закон постоянства состава вещества. Этот закон впервые сформулировал французский ученый химик Жозеф Луи Пруст в 1808 г.: Всякое чистое вещество независимо от способа его получения имеет постоянный качественный и количественный состав.

Пример: вещество вода может быть получено, например, следующими способами:

2Н₂ + О₂ → 2Н₂О; NaOH + HCl → NaCl + H₂O; С₂Н₅ОН + СН₃СООН → СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О.

Границы применения закона:

1. Постоянен лишь атомный состав вещества. Это объясняется существованием изотопов – ядер атомов, содержащих одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, и поэтому имеющих разную массу.

Пример: 1). Если в молекуле воды содержится атом изотопа водорода протия , то соотношение масс m (H) : m (O) = 1 : 8. 2). Если в молекуле воды содержится атом изотопа водорода дейтерия (D), то соотношение масс m (H) : m (O) = 1 : 4. 3). Если в молекуле воды содержится атом изотопа водорода трития (Т), то соотношение масс m (H) : m (O) = 3 : 8. Однако, в каждом из этих случаев соотношение числа атомов водорода и кислорода одно и то же – 2 : 1.

2. Закону постоянства состава подчиняются лишь вещества с молекулярной структурой (дальтониды). Вещества с атомной (например, карбид кремния SiC), металлической (например, тантал-диванадий V₂Ta), ионной (например, сульфид железа (II) FeS) кристаллическими решетками не подчиняются этому закону (бертоллиды).

Закон постоянства состава вещества позволяет писать химические формулы.

Относительная атомная (А_r) и относительная молекулярная (М_r) массы – это числа, показывающие, во сколько раз масса атома или молекулы больше 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²С.

Относительные атомная и молекулярная массы – безразмерные величины. Абсолютные массы атомов и молекул очень малы, поэтому в качестве единицы измерения используют не килограмм или грамм, а атомную единицу массы (а. е. м.), которая равна 1/12 m(¹²С) = 1,6605710^–24 кг. Т. о. А_r(Аl) = 27 – это относительная атомная масса алюминия, а m_o(Al) = 27 а. е. м. – абсолютная масса атома алюминия.

Моль – это количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, ионов, ядер, электронов, радикалов и т. п.), сколько содержится атомов в 12 г углерода ¹²C.

В одном моле любого вещества содержится число Авогадро структурных единиц, а именно: N_A = 6,0210²³ структурных единиц.

Молярная (мольная) масса М – это масса 1 моль вещества, выраженная в единицах массы. Например, M(Al) = 27 г/моль; M(H₂SO₄) = 98 г/моль.

Молярный (мольный) объем V_m – объем 1 моль вещества, выраженный в единицах объема. Например, V_m(CO₂) = 22,4 л/моль (н. у.: Т = 273,15 К, p = 101325 Па); V_m(H₂O) = 18 мл/моль.

Закон Авогадро: В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (Т, р) содержится равное число молекул.

Следствия из закона Авогадро:

1. При одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем. При н. у. V_m (газа) = 22,4 л/моль.

2. Молярная масса вещества в газообразном состоянии равна его удвоенной плотности по водороду.

Относительная плотность газа – это число, показывающее, во сколько раз один газ тяжелее другого.

Химический элемент – вид атомов, ионов, ядер с определенным зарядом ядра.

Основными характеристиками химического элемента являются: заряд ядра, относительная атомная масса, распространенность.

Простое вещество – это химический элемент в свободном виде.

Сложное вещество (химическое соединение) – это химически индивидуальное вещество, состоящее из атомов различных элементов, химически связанных между собой.

Современные представления о строении атома

Атом представляет собой сложную систему находящихся в движении и взаимодействии элементарных частиц. Экспериментально установлено, что каждый атом состоит из 2-х областей, несущих противоположные заряды. Заряд области, где сосредоточена почти вся масса атома, условно принято считать положительным. Эта область названа ядром атома. На некотором расстоянии от ядра располагаются области с отрицательным зарядом – электронные орбитали, т. е. области определенной вероятности нахождения электрона.

Носителями положительного заряда ядер являются протоны. За исключением ядра атома водорода, согласно протонно-нейтронной теории (Дмитрий Дмитриевич Иваненко, Россия, Вернер Гейзенберг, Германия, 1932 г.), ядра содержат также и нейтроны. Протон и нейтрон – два состояния ядерной частицы нуклона:

Элементарная частица	Заряд, относительные единицы (в скобках указаны абсолютные заряды в Кл).	Масса, относительные единицы (в скобках указаны абсолютные массы в кг)
Протон р	+1 (1,60210–19)	1,007276 (1,672610–27)
Нейтрон n	0	1,008665 (1,6749510–27)
Электрон е	–1 (1,60210–19)	5,48579910–4 (9,109410–31)

Общее число нуклонов в ядре равно относительной атомной массе.

Число протонов в ядре равно заряду ядра Z, выраженному в единицах заряда электрона (относительных единицах). Число нейтронов N равно разнице (A_r–Z). Число электронов в атоме равно числу протонов (заряду ядра).

Задания для самостоятельной работы

1.1. Из молекул, а не из атомов и ионов, состоит: