Учебное пособие 800215
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
О.Р. Сергуткина, О.В. Артамонова, Г.Г. Кривнева
ХИМИЯ
Учебное пособие для иностранных слушателей
подготовительного отделения
Под общей редакцией О.Р. Сергуткиной
2-е издание, переработанное и дополненное
Воронеж 2013
1
УДК 54.00 ББК 24.1
С123
Рецензенты:
кафедра химии Воронежской государственной лесотехнической академии;
В.А. Кузнецов, доктор химических наук,
профессор кафедры высокомолекулярных соединений и коллоидов Воронежского государственного университета
Сергуткина, О. Р.
С123 Химия : учеб. пособие для иностранных слушателей подготовительного отделения / О.Р. Сергуткина, О.В. Артамонова, Г.Г. Кривнева ; под общ. ред. О.Р. Сергуткиной; Воронежский ГАСУ. – 2- е изд., перераб. и доп. – Воронеж, 2013. − 92 с.
Представлено шесть тем курса «Химия». В каждой теме изложены основные теоретические положения, рассмотрены типовые примеры, предложены упражнения для самостоятельного выполнения, приводятся теоретические вопросы и типовые задачи к контрольным работам. Дана подборка слов и словосочетаний на русском и английском языках.
Учебное пособие предназначено для аудиторной и самостоятельной работы иностранных слушателей подготовительного отделения. Имеет основной дидактической целью формирование у обучаемых слушателей навыков владения химической терминологией на русском языке.
Ил. 20. Табл. 30. Библиогр.: 3 назв.
УДК 54.00 ББК 24.1
Рекомендовано научно-методическим советом Воронежского ГАСУ
ISBN 978-5-89040-463-3 |
© |
О.Р. Сергуткина, О.В. Артамонова, |
|
|
Г.Г. Кривнева, 2013 |
|
© |
Воронежский ГАСУ, 2013 |
|
2 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
Введение |
|
|
4 |
Тема 1. Основные понятия атомно-молекулярной теории |
5 |
||
1.1. Атомы, молекулы, простые и сложные вещества. Моль, |
|
||
молярная масса ………………………………………………….. |
|
6 |
|
1.2. Молярный объём. Абсолютная и относительная плотность |
8 |
||
1.3. Валентность и составление химических формул |
………… |
10 |
|
1.4. Расчёты по уравнениям химических реакций …………….. |
11 |
||
1.5. Контрольные задания ……………………………………….. |
|
13 |
|
Тема 2. Строение вещества |
|
|
14 |
2.1. Строение атома ……………………………………………… |
|
15 |
|
2.2. Периодический закон и периодичность изменения |
|
||
свойств элементов …………………………………… |
……... |
18 |
|
2.3. Химическая связь и строение простых молекул ………….. |
25 |
||
2.3.1. Ковалентная связь …………………………………….. |
|
27 |
|
2.3.2. Ионная связь ………………………………………….. |
|
29 |
|
2.4. Контрольные задания ……………………………………….. |
|
32 |
|
Тема 3. Химическая кинетика и равновесие |
|
34 |
|
3.1. Химическая кинетика … |
……………………………………. |
|
34 |
3.2. Химическое равновесие и его смещение …………………. |
|
39 |
|
3.3. Контрольные задания ……………………………………….. |
|
43 |
|
Тема 4. Основные классы неорганических соединений |
|
44 |
|
4.1. Оксиды и гидроксиды ..……………………………………. |
|
45 |
|
4.2. Соли ………………………………………………….. |
|
|
49 |
4.3. Принцип кислотно-основного взаимодействия …………... |
51 |
||
4.4. Контрольные задания ……………………………………….. |
|
53 |
|
Тема 5. Растворы электролитов |
|
|
53 |
5.1. Электролитическая диссоциация ………………………….. |
|
55 |
|
5.2. Ионно-молекулярные уравнения реакций ………………… |
|
58 |
|
5.3. Диссоциация воды. Водородный показатель рН …………. |
60 |
||
5.4. Гидролиз солей ……………………………………………… |
|
61 |
|
5.5. Контрольные задания ……………………………………… |
|
63 |
|
Тема 6. Электрохимические системы |
|
64 |
|
6.1. Химическая активность металлов …………………………. |
|
64 |
|
6.2. Гальванический элемент …………………………………… |
|
68 |
|
6.3. Коррозия и защита металлических конструкций ………… |
70 |
||
6.4. Электролиз …………… |
……………………………………… |
|
76 |
6.5. Контрольные задания ……………………………………….. |
|
81 |
|
Заключение |
|
|
82 |
Библиографический список |
|
|
82 |
Приложение 1. Творческое задание слушателю ……………………… |
|
83 |
|
Приложение 2. Тексты и задания к зачёту ……………………………. |
|
84 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие предназначено для иностранных слушателей подготовительного отделения. Основная цель занятий – подготовка слушателей к изучению химии в университете на русском языке. В соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки по общеобразовательным дисциплинам выпускник подготовительного отделения должен владеть языком химии как средством получения и владения учебной информации во всех видах речевой деятельности: чтении, слушании, говорении и письме.
Полнота и сложность изложенного материала зависят от поставленной цели. По меньшей мере, не ставится задача систематического изучения химии. Занятия по химии идут на фоне ещё недостаточного владения слушателем русским языком. В связи с этим использованы некоторые дидактические приёмы.
Каждая тема снабжена подборкой слов и словосочетаний для справок на русском и английском языках. Имеется свободная графа, куда слушатель может вписать значение слова на родном языке. Материал, по возможности, изложен простыми словами, короткими предложениями.
Предполагается изучение материала небольшими смысловыми фрагментами с объяснением преподавателем, чтением текстов студентами, рассмотрением примеров и выполнением упражнений.
Для лучшего усвоения материала имеются домашние задания. Проверка домашних заданий проводится на следующем занятии. В каждой теме разработаны контрольные теоретические вопросы, а также задачи и упражнения. Они являются типовыми и подготавливают слушателей к контрольным работам и итоговому зачёту.
Занятия делятся на шесть тем: атомно-молекулярная теория, строение вещества, закономерности протекания химических процессов, классы неорганических соединений, свойства растворов и электрохимические процессы.
Нумерация примеров, упражнений и домашних заданий осуществлена в пределах каждой темы, нумерация рисунков – сквозная.
В настоящем издании пособие подвергнуто переработке, как по форме, так и по содержанию. Предыдущее издание было осуществлено в виде рабочей тетради, 2-е – издано в традиционном виде, дополнены перечни слов и словосочетаний. Отредактирована часть упражнений, примеров и контрольных заданий, введены дополнительные иллюстрации. Внесены изменения в теоретическую часть пособия.
Добавлены приложения: 1) творческое задание, как один из видов самостоятельной работы слушателя, 2) тексты и задания к зачёту.
Темы 1 и 2 написаны О.В. Артамоновой, темы 3 – 5 − О.Р. Сергуткиной, тема 6 – Г.Г. Кривневой. Перечень слов и словосочетаний подготовлен О.В. Артамоновой.
Общее редактирование пособия осуществлено О.Р. Сергуткиной.
4
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЙ ТЕОРИИ
Прочитайте и запомните слова и словосочетания, приведённые в табл. 1.1.
|
|
|
Таблица 1.1 |
Слова и словосочетания для справок |
|
||
|
|
|
|
Русский язык |
Английский язык |
|
Родной язык |
Абсолютная плотность газа |
Gas density |
|
|
Атом |
Atom |
|
|
Валентность |
Valency |
|
|
Вещество |
Substance |
|
|
Зависимость |
Dependence |
|
|
Заряд ядра |
Charge of the nucleus |
|
|
Количество вещества |
Amount of substance |
|
|
Меньше (больше) |
Less (larger) |
|
|
Молекула |
Molecule |
|
|
Моль |
Mole |
|
|
Молярная масса |
Molar weight |
|
|
Молярный объём |
Molar volume |
|
|
Название элемента |
Name of the element |
|
|
Наименьшая |
The smallest |
|
|
Нормальные условия (н.у.) |
Normal condition |
|
|
Относительная атомная масса |
Atomic weight |
|
|
Относительная |
Relative |
|
|
молекулярная масса |
Molecular weight |
|
|
Относительная плотность |
Relative density |
|
|
Отрицательный (положительный) |
Negative (positive) |
|
|
Переменная |
Variable |
|
|
Периодическая система |
Periodic system |
|
|
Постоянная |
Constant |
|
|
Постоянная Авогадро |
Avogadro constant |
|
|
Превращение веществ |
Transformation of substances |
|
|
Произведение валентности |
The product of the valence |
|
|
Составляем пропорцию |
In the ratio of |
|
|
Простые вещества |
Simple substances |
|
|
Свойства |
Properties |
|
|
Символ |
Symbol |
|
|
Сложные вещества |
Сomplex substances |
|
|
Соединения |
Compound |
|
|
Состав |
Composition |
|
|
Степень окисления |
Oxidation state |
|
|
Тяжелее |
Heavier |
|
|
Упражнение |
Exercise |
|
|
Химическая связь |
Chemical bond |
|
|
Химический элемент |
Chemical element |
|
|
Частица |
Particle |
|
|
Число химических связей |
Number of chemical bonds |
|
|
Формула химическая |
Chemical formula |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
1.1. АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА. МОЛЬ, МОЛЯРНАЯ МАССА
Химия изучает вещества, их свойства и превращения одних веществ в другие. Согласно атомно-молекулярной теории химические вещества состоят из атомов и молекул.
Молекулы состоят из атомов. Атом и молекула – это частицы, у которых суммарный заряд равен нулю. Молекула – наименьшая частица данного вещества, которая обладает его основными химическими свойствами. Атом – это наименьшая частица химического элемента, которая сохраняет все свойства данного элемента. Химический элемент – это вид атомов, у которых величина заряда ядра одинаковая. Каждый элемент имеет свое название и свой химический знак (символ).
В таблице 1.2 приведены элементы, которые наиболее часто используются при изучении химии. Даны их химические символы, названия (на английском и русском языках) и произношение при чтении в формулах на русском языке.
Упражнение 1.1. Запишите символы следующих элементов: кремния, алюминия, углерода, меди. Укажите, какие из них относятся к металлам, какие
– к неметаллам.
Упражнение 1.2. Назовите на русском языке следующие химические эле-
менты: Fе, Na, K, Cl, F, Cu, Mn, Au, Ag, H, Hg, Cr, Zn, N, Pb, S, Cd, P, Ni, Co.
Вещества могут быть простыми и сложными. Вещества, молекулы которых состоят из одинаковых атомов (атомов одного элемента), называются про- стыми. Названия простых веществ совпадают с названиями элементов, которые их образовали. Например: S – сера, N – азот, О2 – кислород, Fe – железо, Cu
– медь. Сложные вещества – это вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов (серная кислота – H 2SO4, хлорид натрия – NaCl ).
Состав молекул простых и сложных веществ изображается при помощи
химических формул.
Пример 1.1. Молекула воды имеет формулу H2O. Она состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (О). Серная кислота H2SO4 – из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.
Упражнение 1.3. Укажите, какие из перечисленных веществ являются простыми, какие – сложными: N2, СО2, NH3, Fе, (NH4)2SO4, Pb.
Моль – это количественная характеристика вещества. Моль – количество вещества (ν), которое содержит столько частиц (атомов, молекул), сколько содержится атомов в 0, 012 кг углерода -12 .
1 моль любого вещества содержит 6,02.1023 структурных единиц (атомов, молекул и других частиц). Это число называется постоянной Авогадро, или числом Авогадро и обозначается
NА= 6,02.1023 моль 1.
6
Таблица 1.2
Химические символы элементов, их название и чтение в химических формулах
Химический символ |
Название элемента |
Чтение в химических формулах |
|||
и порядковый номер |
|
|
|
|
|
русское |
английское |
на русском языке |
на родном языке |
||
в периодической |
|||||
системе |
|
|
|
|
|
|
|
М Е Т А Л Л Ы |
|
|
|
Li – (3) |
Литий |
Lithium |
Литий |
|
|
Na – (11) |
Натрий |
Sodium |
Натрий |
|
|
К – (19) |
Калий |
Potassium |
Калий |
|
|
Cu – (29) |
Медь |
Copper |
Купрум |
|
|
Ag – (47) |
Серебро |
Silver |
Аргентум |
|
|
Zn – (30) |
Цинк |
Zinc |
Цинк |
|
|
Hg – (80) |
Ртуть |
Mercury |
Гидраргирум |
|
|
Ве – (4) |
Бериллий |
Beryllium |
Бериллий |
|
|
Mg – (12) |
Магний |
Magnesium |
Магний |
|
|
Са – (20) |
Кальций |
Calcium |
Кальций |
|
|
Ва – (56) |
Барий |
Barium |
Барий |
|
|
Al – (13) |
Алюминий |
Aluminum |
Алюминий |
|
|
Sc – (21) |
Скандий |
Scandium |
Скандий |
|
|
Ti – (22) |
Титан |
Titanium |
Титан |
|
|
V – (23) |
Ванадий |
Vanadium |
Ванадий |
|
|
Cr – (24) |
Хром |
Chromium |
Хром |
|
|
Mn – (25) |
Марганец |
Manganese |
Марганец |
|
|
Fe – (26) |
Железо |
Iron |
Феррум |
|
|
Ni – (28) |
Никель |
Nickel |
Никель |
|
|
Sn – (50) |
Олово |
Tin |
Станнум |
|
|
Pb – (82) |
Свинец |
Heads |
Плюмбум |
|
|
Pt – (78) |
Платина |
Platinum |
Платина |
|
|
|
Н Е М Е Т А Л Л Ы |
||||
С – (6) |
Углерод |
Platinum |
Цэ |
|
|
Н – (1) |
Водород |
Hydrogen |
Аш |
|
|
N – (7) |
Азот |
Nitrogen |
Эн |
|
|
О – (8) |
Кислород |
Oxygen |
О |
|
|
В – (5) |
Бор |
Boron |
Бор |
|
|
F – (9) |
Фтор |
Fluorine |
Фтор |
|
|
Si – (14) |
Кремний |
Silicon |
Силициум |
|
|
Br – (35) |
Бром |
Bromine |
Бром |
|
|
Cl – (17) |
Хлор |
Chlorine |
Хлор |
|
|
I – (53) |
Йод |
Iodine |
Йод |
|
|
Р – (15) |
Фосфор |
Phosphorus |
Пэ |
|
|
|
|
7 |
|
|
Молярная масса (М, г/моль) – это масса одного моля вещества, выраженная в граммах. Молярная масса численно равна его относительной атомной (Ar) или относительной молекулярной (Mr) массе. М равна отношению массы вещества (m) к его количеству (ν):
M = |
m |
. |
(1.1) |
|
|||
|
ν |
|
Пример 1.2. Аr (С) = 12, М (С) = 12 г/моль = 0,012 кг/моль, Mr (H2O) = 18, М (H2O) = 18 г/моль = 0,018 кг/моль,
Mr (H2 SO4) = 98, М (H2SO4) =98 г/моль = 0,098 кг/моль.
Пример 1.3. Вычислите массу 5-и молей фосфорной кислоты H3 РO4. Решение. Относительная молекулярная масса фосфорной кислоты
H3 РO4 равна 98:
Mr(H3 РO4) = 3·Ar(H) + Ar(P) + 4·Ar(O) = 3·1 + 31 + 4·16 = 98.
Молярная масса M(H3РO4) = 98 г/моль, т.к. численно она равна относительной молекулярной массе.
Молярная масса – это масса одного моля вещества, следовательно, 1 моль H3РO4 имеет массу 98 г,
5 молей H3РO4 имеют массу – х.
х = 5·98 = 490 (г),
или, так как М = m:ν, то m = М·ν = 98 г/моль·5 моль = 490 г. Упражнение 1.4. Вычислите массу, которую имеют 2,5 моля СО2.
Домашние задания
Задание 1.1. Запишите символы следующих элементов: а) серы, углерода, железа, никеля; б) серебра, лития, калия, натрия, фтора.
Укажите, какие из них относятся к металлам, какие – к неметаллам.
Задание 1.2. Укажите, какие из перечисленных веществ являются про-
стыми, какие – сложными: Са, SO3, НNО3, Fe2(SO4)3, H2SO4, NH3, O2.
Задание 1.3. Пользуясь периодической системой элементов, рассчитайте относительные молекулярные массы веществ: Fe2(SO4)3, NH4 NO3, Са(ОН) 2.
Задание 1.4. Вычислите массу 5-и молей SО2 .
Задание 1.5. Рассчитайте, какое количество вещества (ν) содержат: 112 г железа; 7,4 г Са(ОН)2.
1.2. МОЛЯРНЫЙ ОБЪЁМ. АБСОЛЮТНАЯ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ
Закон Авогадро. В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (р, Т) содержится одинаковое число молекул.
Первое следствие закона Авогадро. 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) Т = 273 K и р = 101,3 кПа занимает объем, равный 22,4 л.
Объем, занимаемый одним молем газа, называется молярным объемом (Vm):
8
Vm = 22,4 л /моль = 22,4 м3/кмоль.
Молярный объем связан с объемом газа (V) и его количеством (ν) соотношением:
Vm = |
V |
, л/ моль |
(1.2) |
||
|
|||||
|
ν |
|
|||
Второе следствие закона Авогадро: относительная плотность одного га- |
|||||
за (1) по другому (2) – (D 2(1)) равна отношению их молярных масс: |
|
||||
D 2 (1) = |
M1 |
. |
(1.3) |
||
|
|||||
|
|
|
M 2 |
|
Зная молярную массу одного газа и его относительную плотность по другому газу, можно вычислить молярную массу второго газа по формуле (1.3).
Пример 1.4. Рассчитайте, какой объем при н.у. (нормальных условиях) занимают 13,2 г СО2 .
Решение. Mr(СО2) =12+2·16=44, М(СО2) = 44 г/моль, Vm = 22,4 л/моль.
Составляем пропорцию, зная, что 1 моль любого газа при н.у. занимает
объем 22,4 л, и решаем ее: |
|
|
|
|
|
|
1 моль (СО2), или 44,0 г (СО2) |
занимают объём 22,4 л, |
|||||
13,2 г (СО2) |
занимают объём х л. |
|||||
х = (13,2г. 22,4л) : 44 г |
= 6,72 л. |
|||||
Ответ: 13,2 г СО2 при н.у. занимают объем 6,72 л. |
||||||
Упражнение 1.5. Имеется 11,2 г N2 и 11,2 г СО. Рассчитайте объёмы, |
||||||
занимаемые этими газами при н.у. |
|
|
|
|
|
|
Упражнение 1.6. Рассчитайте молярную массу метана СН4, если масса |
||||||
4,48 л его при н.у. равна 3,2 г. |
|
|
|
|
|
|
Абсолютная плотность вещества (ρ) – |
отношение массы вещества (m) к |
|||||
объёму (V), который оно занимает: |
m |
|
|
|
||
ρ= |
. |
|
(1.4) |
|||
|
|
|||||
|
V |
|
||||
Из уравнения (1.1) следует, что m = M·ν; из уравнения (1.2) следует, что |
||||||
V = Vm·ν. Подставим значения m и V в уравнение (1.4) и получим для газов: |
||||||
ρ= |
M |
. |
(1.5) |
|||
|
||||||
|
|
V |
|
|||
|
|
|
m |
|
Пример 1.7. Определите относительную плотность кислорода по водороду.
Решение. Относительная молекулярная масса кислорода Мr(О2) = 32. Относительная молекулярная масса водорода Мr(Н2) = 2. В соответствии с формулой (1.3):
DH |
|
(O2 ) = |
M O2 |
= |
32 |
= 16. |
|
2 |
|
|
|||||
|
|
M H |
|
2 |
|
||
|
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Это значит, что кислород в 16 раз тяжелее водорода.
9
Упражнение 1.8. Плотность газа по воздуху равна 0,586. Молекулярная масса воздуха принята равной 29. Рассчитайте молекулярную массу газа.
Упражнение 1.9. Определите относительную плотность SO3 по водороду и кислороду.
Домашние задания
Задание 1.6. Имеется 20 г H2 и 2,6 г С2H2. Рассчитайте объем, занимаемый этими газами при нормальных условиях.
Задание 1.7. Рассчитайте, какой объем займут при н.у. 5 молей NО2; 9,6 г СН4 . Задание 1.8. Рассчитайте массу 10 л Сl2 при н.у.
Задание 1.9. Определите относительную плотность СО2 по водороду и кислороду.
1.3. ВАЛЕНТНОСТЬ И СОСТАВЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ФОРМУЛ
Валентность элемента – это число химических связей, которые он образует в данном соединении. Валентность характеризует способность данного элемента присоединять определенное число атомов других элементов. За единицу измерения валентности элементов принята валентность водорода – она равна единице.
Валентность элементов выражается только целым числом и обычно обозначается римской цифрой над химическим символом элемента или в скобках после названия элемента.
Если атом какого– то элемента присоединяет один атом водорода, то этот элемент одновалентен, его валентность равна единице (Cl, F, Br):
Ι Ι |
Ι Ι |
Ι Ι |
НСl , |
HF, |
HBr. |
Атом двухвалентного элемента присоединяет два атома водорода (O, S):
Ι ΙΙ |
Ι ΙΙ |
Н2О, Н2S.
Если атом элемента присоединяет три атома водорода, то этот элемент
трехвалентен – N( ΙΙΙ): NН3.
Некоторые элементы имеют постоянную валентность, другие – переменную. В табл. 1.3 приведена валентность атомов некоторых элементов.
Атомы в молекулах связаны между собой согласно их валентности. По формуле вещества можно определить валентность атомов элементов. С другой стороны, можно составить формулу вещества по известной валентности элементов.
Правило валентности: в молекуле, которая состоит из двух атомов разных элементов (бинарное соединение), произведение валентности на число атомов одного элемента равно произведению валентности на число атомов другого элемента.
10