- •Водород. Вода. Водород.
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса. Водород. Вода.
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •2.Пероксид водорода н2о2
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса.
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Элементы viia подгруппы Галогены
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса Галогены
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •4.Элементы viа подгруппы
- •Физические свойства
- •Кислород
- •Подгруппа серы
- •Подгруппа селена: Se, Te, Po
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •5. Элементы va подгруппы
- •Азотистая кислота и нитриты
- •Мышьяк. Сурьма. Висмут.
- •Образцы решения задач и упражнений
- •Образцы тестового опроса азот
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •6. Элементы iva подгруппы
- •Кремний.
- •Химические свойства
- •Способы получения кремния.
- •Германий
- •Образцы решений задач и упражнений
- •Образцы тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •7. Элементы III-a подгруппы
- •Химические свойства бора
- •Алюминий.
- •Галлий, индий, таллий
- •Образцы решения задач и упражнений
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •8. Элементы iiа подгруппы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса. Элементы iiа подгруппы
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •9. Элементы iа подгруппы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса Элементы iа подгруппы
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Комплексные соединения Двойные соли и комплексные соединения.
- •Строение комплексных соединений. Теория Вернера.
- •I. Электролитами II. Неэлектролитами
- •Устойчивость комплексных соединений
- •Способы разрушения комплексных соединений
- •Номенклатура комплексных соединений.
- •Комплекс - анион.
- •Комплекс - катион и анион.
- •Соединения без внешней сферы.
- •Классификация комплексных соединений.
- •Метод валентных связей.
- •Теория кристаллического поля
- •Порядок убывания силы поля лигандов (комплекс - октаэдр)
- •Низко - и высокоспиновые комплексы.
- •Характеристика ионов в октаэдрическом поле
- •Образцы решения эадач.
- •Образец тестового опроса Комплексные соединения
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •11. Элементы ib подгруппы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •12. Элементы iib подгруппы
- •Физические свойства
- •Растворение сульфидов
- •Применение Zn, Cd, Hg в микроэлектронике.
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Элементы ivb подгруппы
- •Применение Ti, Zr, Hf
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •14. Элементы vb подгруппы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •15. Элементы vib подгруппы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач и упражнений
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •16. Элементы viiв подгруппы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Элементы viiib подгруппы
- •Физические свойства
- •Получение металлов
- •Химические свойства
- •Образцы решения задач
- •Образец тестового опроса
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •Платиновые металлы
- •Физические свойства
- •Образцы решения задач и упражнений
- •Образец тестового опроса Платиновые металлы
- •Контрольные вопросы и упражнения
- •3. Элементы viia подгруппы Галогены
- •4.Элементы viа подгруппы
- •5.Элементы vа подгруппы
- •4. Элементы III-a подгруппы
- •Элементы ivв подгруппы
- •Элементы vb подгруппы
- •Элементы viв подгруппы
- •Константы диссоциации воды и некоторых слабых кислот и оснований в водных растворах при 18 c
- •Области перехода некоторых индикаторов
- •Степень гидролиза солей (в 0,1 м растворах при 25c)
- •Произведения растворимости труднорастворимых в воде веществ при 25c
- •Стандартные электродные потенциалы некоторых окислительно-восстановительных систем
- •Ряд напряжений металлов
- •Константы нестойкости некоторых комплексных ионов
- •Растворимость некоторых солей и оснований в воде
- •Содержание
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
________________________________________________________________
Т.И. Хаханина, Н.Г. Никитина, В.И. Гребенькова
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
ПО КУРСУ «НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
Утверждено редакционно-издательским советом института
МОСКВА 2007
УДК 546(076.1)
Рецензент профессор
ХАХАНИНА Т.И., НИКИТИНА Н.Г., ГРЕБЕНЬКОВА В.И. Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу «Неорганическая химия».
М.: МГИЭТ (ТУ), 2007.
Предлагаемое пособие предназначено для оказания методической помощи студентам, изучающим курс «Неорганическая химия», при самостоятельной подготовке к контрольным мероприятиям (тестовым опросам, коллоквиумам, зачету), а также к лабораторным работам. Пособие содержит краткое изложение необходимых теоретических сведений, образцы тестовых опросов, предлагаемых перед каждой лабораторной работой, образцы решения типовых задач, а также упражнения и задачи для самостоятельной работы. В пособие включены вопросы, требующие от студента умения объяснять свойства соединений на основе современных представлений теории строения атомов и химической связи. На ряд вопросов (отмеченных *) приводятся ответы с пояснениями. Для решения задач приведены необходимые справочные данные.
Водород. Вода. Водород.
Элемент водород Н занимает особое место в Периодической системе. У него нет химических аналогов, он проявляет металлические и неметаллические свойства (поэтому часто в Периодической системе его помещают одновременно в IA и в VIIA подгруппы).
На Земле водород — третий по химической распространенности элемент, он встречается главным образом в связанном виде (вода, живые организмы, нефть, уголь, минералы), атомная доля водорода составляет 15,52%. Водород самый распространенный элемент космоса, в состав космической материи входит 63% Н, 36% Не и 1% остальных элементов (по массе).
Для водорода известно три изотопа: легкий водород (протий) 1Н, тяжелый водород (дейтерий) 2Н (D) и сверхтяжелый водород (тритий) 3Н (Т). Протий и дейтерий — стабильные изотопы, а тритий радиоактивен (период полураспада 12,34 года). В природе преобладает легкий водород (99,985%), остальное — дейтерий.
Получение. В промышленности водород получают из природного газа при 800-900ºС в присутствии катализатора:
2СН4 + О2 + 2Н2О = 2 СО2 + 6Н2 ,
а также из коксового газа и газов переработки нефти путем глубокого охлаждения (все газы, кроме водорода сжижаются).
Наряду с этим водород получают электролизом воды (точнее — водных растворов инертных электролитов — кислот, щелочей и солей):
2Н2О = 2Н2↑(катод) + О2↑(анод)
и восстановлением водяного пара раскаленным коксом:
2Н2O + С (кокс) = 2Н2 + СO2
В лаборатории его получают либо электролизом водных растворов щелочей, либо вытеснением из растворов кислот или из воды (в щелочной среде) активными металлами в аппарате Киппа.
Mg + 2НСI = MgCI2 + Н2↑
Zn + Н2SO4(разб.) = ZnSO4+ Н2↑
2Na + 2Н2O = 2NaOH + Н2↑
2А1 + 2NaOH + 6Н2О = 2Na[A1(OH)4] + 3Н2↑
СаН2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2↑
Физические свойства. Это самый легкий из газов (ρ = 0,09 г/л при н. у.), бесцветный, без запаха и вкуса, практически не растворяется в воде. При -240 ºС и давлении он сжижается. Если быстро испарять эту жидкость, образуется твердый водород в виде прозрачных кристаллов, плавящихся при -259,2 ºС.
Водород обладает способностью проникать во многие металлы (особенно хорошо в палладий, платину и никель); в них водород находится также в атомарном состоянии.
Химические свойства. Электронная конфигурация атома водорода 1s1, характерные степени окисления в соединениях — чаще (+1), реже (-1).
+1 (в соединениях с неметаллами): Н2O, Н+(Н3О+), ОН-, HCI, Н2S, NaHS, NН3, NH4CI, NaOH, H2SO4 и др.;
0 (в свободном молекулярном и атомарном состоянии): Н2 и Н0;
-1 (в соединениях с металлами): NaH, CaH2, AIH3, SnH4 – гидриды.
Атом водорода имеет наименьшие размеры по сравнению с атомами других элементов, поэтому катион водорода (протон) Н+ обладает сильной проникающей способностью в электронные оболочки атомов других элементов. Атом водорода образует с атомами типичных неметаллов присущие только ему водородные связи.
По той же причине катион водорода не существует в водном растворе, он соединяется с одной молекулой воды и образует катион оксония Н3O+, где все три связи Н - O одинаковые по длине, lсвязи= 95 пикометров (пм).
В свободном виде водород образует двухатомную молекулу Н2 с очень прочной ковалентной связью (Есв= 436 кДж/моль).
Водород Н2 обладает как восстановительными (чаще), так и окислительными свойствами (реже):
Восстановитель Н2 - 2е = 2Н+
окислитель Н2 +2е =2Н-
При соответствующих условиях он активно реагирует со многими металлами, неметаллами, оксидами и др., например:
2Н2 + O2 = 2Н2O
Н2 + Са = СаН2
Н2+ СuО = Сu + Н2O
При этом образуются либо легколетучие (а часто при обычных условиях газообразные) ковалентные соединения водорода (Н2О, H2S, а также НСl, NH3, SiH4 и др.), либо твердые ионные гидриды (СаН2). С кислородом водород при н.у. не взаимодействует, но при 700 ºС реакция заканчивается практически мгновенно со взрывом.
В химических реакциях водород вначале появляется в атомарном виде Н (водород in statu nasсendi (лат.) - в момент возникновения), а затем уже соединяется в молекулы (2Н = Н2↑). Aтoмарный водород Н0 очень сильный восстановитель. Так, если в подкисленный раствор KMnO4 внести гранулы цинка, то Zn восстанавливает водород до состояния Н0, а последний — перманганат калия (и почти все другие окислители):
10Н + 3Н2SO4(разб.) + 2KMnO4 = 2MnSO4 + 8Н2О + K2SO4
Атомарный водород уже при н.у. восстанавливает многие оксиды металлов, непосредственно соединяется с серой, азотом и фосфором, а с кислородом образует пероксид водорода.
Вода
В природе наиболее распространенным соединением водорода является вода Н2O. При обычных условиях полярные молекулы воды образуют между собой водородные связи. Это обусловливает аномалию температур плавления и кипения воды (они значительно выше, чем у ее химических аналогов H2S, H2Se и Н2Те).
Чистая вода не имеет цвета, вкуса и запаха, толстые слои воды (более 5 м) имеют голубую окраску. Вода кипит при 100 ºС, а затвердевает в лёд при 0 ºС, что сопровождается увеличением объема на 9%, т. е. лёд легче жидкой воды (вторая аномалия воды). Наибольшую плотность (ρ = 1,00 г/мл) вода имеет не при 0 ºС, а при 4 ºС (третья аномалия воды).
Вода чрезвычайно слабый электролит (2Н2О ⇄ Н3О+ + ОН- ); электропроводность чистой (дистиллированной) воды весьма мала.
По химическим свойствам вода довольно активное вещество; в определенных условиях она реагирует со многими металлами и неметаллами, основными и кислотными оксидами, например:
2Н2О + 2Li = 2LiOH + Н2↑
Н2О + Br2 = НВr + HBrO
Н2О + BаО = Bа(OH)2
3Н2О + Р2О5 = 2H3РO4
Благодаря полярности молекул воды в ней растворяются и диссоциируют многие ионные и ковалентные вещества типа оснований, кислот и солей, большинство солей вступает с водой в реакции обратимого гидролиза. Вода как растворитель способствует протеканию огромного числа обменных и окислительно-восстановительных реакций между веществами. Со многими безводными солями вода образует кристаллогидраты; один из методов обнаружения воды основан на переходе во влажной атмосфере белого сульфата меди(II) CuSO4 в голубой медный купорос CuSO4 ·5H2О.
Известна изотопная разновидность воды — тяжелая вода D2О; в природных водах массовое отношение D2О : Н2О = 1: 6000. Константы D2О отличаются от таковых для обычной воды, tпл. = 3,8 ºС, tкип. = 101,4 ºС, ρ =1,105 г/мл. Растворимость большинства веществ в тяжелой воде значительно меньше, чем в обычной воде. Тяжелая вода ядовита, так как замедляет биологические процессы в живых организмах. Тяжелая вода накапливается в остатке электролита при многоразовом электролизе воды.