Общая и неорганическая химия Недель 18 Занятия: Лекций 4 часа (понедельник и вторник первые пары) Практикум: 4 часа. - презентация

1 Общая и неорганическая химия Недель 18 Занятия: Лекций 4 часа (понедельник и вторник первые пары) Практикум: 4 часа

2 Ведут занятия: Доцент, к.х.н. Шабаршин Валентин Михайлович лекции, контрольные работы, практикум подгруппа ХБ-1-2 (вторник), экзамен. Ст. преподаватель, к.х.н. Илюшина Татьяна Николаевна Ст. лаборант Ищеева Елена ???

3 Аудитории для занятий: Лекции 405 Практикум 404 Купить: Тетрадь 48 и более страниц (лучше на витушке) для лекций. Тетрадь 48 страниц для практических работ, можно по 12 страниц Тетрадь 48 страниц для контрольных работ, можно по 12 страниц

4 Калькулятор инженерный: логарифмы, 10 x, корни; Халат с длинными рукавами: цвет не имеет значения, материал любой, только не капрон; Тряпка для вытирания реактивов в полиэтиленовом пакете Сделать из корпусов фломастеров и шариковых ручек по 5 микро шпателей.

5 Купить на группу пачку бумаги для множительной техники. Старосте держать её у лаборанта в сейфе (В Линкс технолоджи была по 100, а так рублей). Купить у студентов третьего курса отделений «Химия и биология» и «Химия» два практикума по общей и неорганической химии Сдать старосте деньги на три пособия по 120 рублей к 10 сентября. Пособия получим через неделю: 1. Галогены как важнейший класс; 2. Оксиды как важнейший класс; 3. Гидриды как важнейший класс.

6 Лекция 1 Первоначальные понятия. Стехиометрические законы Уровни организации вещества Предмет химии Единицы количественных измерений и понятийный аппарат Константы и формулы связи Доли Стехиометрические законы

7 Гамма-лучи Рентгеновские лучи Ультрафиолетовые лучи Видимый свет Инфракрасные лучи Радиоволны Поле переменного тока Поле и его виды вакуум Материя: вакуум, поле, вещество

8 Нехимические формы материи Гамма-лучи Рентгеновские лучи Ультрафиолетовые лучи Видимый свет Инфракрасные лучи Радиоволны Поле переменного тока Поля Вакуум

9 Элементарные частицы Протон: +1 1 e, нейтрон: 0 1 e, мезоны мезоны мезоны Электроны: - 0 e Элементарные частицы Вещество с позиций физика: все частицы, имеющие массу покоя Масса, г

10 Газообразное, жидкое (аморфное и кристаллическое), твердое (аморфное и кристаллическое) вещество Вещество с позиций классического химика всё то, что характеризуется плотностью Ассоциаты атомов и молекул, нанообъекты (в газе, жидкостях, твердом веществе) Плазма (нейтральная комбинация поля, элементарных, атомных, молекулярных частиц и их ассоциатов, как заряженных, так и нейтральных) Белковые молекулы и молекулы нуклеиновых кислот Одиночные молекулы в газовом состоянии Атомные ядра, атомы и другие атомные частицы (атомные катионы и анионы) Вещество с позиций современного химика: все частицы и их ансамбли, для которых характерны масса покоя и химические свойства

11 Нехимические объекты Рыбы, звери, птицы, люди, травы Гравий Насекомые Песок Одноклеточные Пыль Одноклеточные Бактерии Вирусы Тела Масса, г

12 Группы объектов Юпитер Земля Луна Церера Планетные объекты Астероиды Метеориты Океаны Горы 10 9 Скалы Деревья, киты

13 m, г Объекты Видимая часть метагалактики Скопления галактик Спиральные галактики Эллиптические галактики Шаровые скопления Звездные системы Звезды-гиганты Солнце Красные карлики Звезды

14 ПРЕДМЕТ ХИМИИ химия изучает: состав, свойства, строение веществ и их превращения на уровне атомных частиц, молекулярных частиц, ассоциатов и конденсированной фазы.

15 Определения и единицы Масса (СИ): кг, г (10 3 кг), мг (10 6 кг, мкг (10 9 кг) Объем (СИ): м 3, дм 3, см 3. Внесистемные единицы: литр, миллилитр (10 3 л). По модулю: |1 л|=|дм 3 |, |1 мл| = |1 см 3 |. Писать 1 мл = 1 см 3 нельзя. Молярная масса: масса 1 моль вещества, M, г/моль Количество: 1 моль Обозначение: школа, вуз n. Понятийный аппарат (определения: Моль количество вещества, содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов и т.д.), сколько их содержится в 12 граммах углерода изотопического состава 12 С. Другими словами моль количество вещества, содержащее 6, структурных единиц.

16 6, /моль число Авогадро. Относительная атомная масса (A r ) отношение массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода 12 С. Безразмерна. Относительная молекулярная масса (M r ) отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода 12 С. Безразмерна. Молярная масса масса одного моль вещества, г/моль. Молярный объем (V m ) объем, занимаемый одним моль вещества. При н.у. V m газообразного вещества = 22, 4 л/моль.

17 Константы и формулы связи: Молярная масса воздуха (М возд.) = 29 г/моль. Формулы связи: ; Плотность абсолютная отношение массы системы к объему системы: = m /V Формулы связи: ; Плотность абсолютная отношение массы системы к объему системы: = m /V (кг/м 3, г/см 3 ). (кг/м 3, г/см 3 ). Плотность относительная отношение массы газообразного вещества 1 к массе газообразного вещества 2 такого же объема при тех же условиях: D(газ 1 /газ 2 ) D возд. (CO 2 ) = М(СО 2 /М(возд.) = 44/29 = 1,52 г/моль

18 Значения: 0-1; 0-100% Массовая: w = m i /m Объемная: = V i /V Мольная: = n i /n Для газов: | | = | | ДОЛИ (часть от целого)

19 Законы: 1. Сохранения массы и энергии: Масса реагентов, вступивших в химическую реакцию, равна массе продуктов и непрореагировавших веществ. В ходе экзотермических реаукций часть массы исчезает и выделяется эквивалентное количество энергии. В ходе эндотермической реакции часть энергии поглощается. Масса вещества увеличивается на эквивалентное значение единиц массы. Для химических реакций изменение массы не так существенно, как для ядерных реакций. Это изменение современными средствами определения массы определить нельзя.

20 2. Закон простых кратных отношений : Объемы газообразных реагентов и продуктов относятся друг к другу как простые целые числа. Для реакции: N 2 + 3H 2 = 2NH 3 объемы газов относятся друг к другу как 1:3:2.

21 3.. Закон постоянства состава: Вещество, состоящее из молекул имеет постоянный состав, который не зависит от условий и способов получения (СО 2, NH 3 ). Такие вещества называют дальтониды. Изменение их состава хотя бы на один атом, приводит к резкому изменению свойств, по сути образованию другого вещества. Если от молекулы аммиака отнять один атом водорода, то образуется высокоактивный радикал NH 2. Состав вещества, которое имеет немолекулярный характер в зависимости от условий и способа получения может меняться в определенных пределах. Такие вещества бертоллиды. Бертоллиды неорганические полимеры, вещества с атомной или ионной кристаллической решеткой, аморфные вещества: бинарные соединения (оксиды типа FeO x, где х 1 и др). Помимо бертоллидов могут существовать и другие вещества непостоянного состава фазы внедрения, замещения и т.д.

22 4. Закон эквивалентов: Устаревшая традиционная формулировка вещества реагируют друг с другом в весовых количествах, пропорциональных их эквивалентам (Иеремия Рихтер, конце XVIII века). Вещества реагируют между собой в отношениях пропорциональных количеству их эквивалентов. Реальные частицы частицы, которые реально существуют в природе: атомные частицы ( атомы, атомные ионы, атомные радикалы - H, Cl, He, Cl-, K+); молекулярные частицы (молекулы, молекулярные ионы, молекулярные радикалы - H 2 O 2, H 2 O, NH 4 +, SO 4 2-, CH 3, OH, NO 2 ).

23 В веществах с атомной, металлической, ионной кристаллической решеткой, нельзя выделить реальные частицы, содержащие конечное, относительно небольшое число атомных ядер. Не существует молекул NaCl, Na 2 SO 4, Для таких веществ используют термин формульная единица ФЕ. ФЕ - это условная частица. Например, одна ФЕ или условная частица хлорида натрия NaCl -частица, состоящая из катиона натрия и аниона хлора; одна ФЕ (условная частица) сульфата натрия Na 2 SO 4 содержит два катиона натрия и один сульфат-ион.

24 Эквивалент: Эквивалент (Э) - реальная или условная частица вещества, которая в конкретной реакции, протекающей без изменения степени окисления, соответствует одному катиону водорода, а в окислительно-восстановительной реакции - одному электрону. Эквивалентное число z - число эквивалентных частиц в одной реальной частице или формульной единице. Z(H 2 SO 4 ) может быть равным 1, 2, 4, 6, 8. Фактор эквивалентности (f э )- безразмерная величина, число, обозначающее, какая доля реальной или формульной частицы вещества эквивалентна одному катиону в данной кислотно- основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции. То есть, это число, обратное z (f э = 1/z). Например, для реакции, описываемой уравнением H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O, z(H 2 S) = 2, a f э (H 2 S) = 1/2. Для реакции H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O z(H 2 S) =1 и f экв.(H 2 S) = 1/1 = 1. Для реакции H 2 S + 3O 2 = 2SО 2 + 2H 2 O z(H 2 S) = 6, a f э (H 2 S) = 1/6.

25 Правила для операций с z 1) число эквивалентных частиц в реальной молекуле или формульной единице вещества зависит от реакции, в которую вступает вещество; 2) эквивалентное число равно или больше единицы (z 1); 3) фактор эквивалентности число меньшее или равное единице (f э 1). 4) если неизвестно, в какой реакции будет использовано вещество, z(вещества) для реакций, не связанных с комплексообразованием, рассчитывают по максимуму. Согласно этому правилу: z(металлов) равно их максимально возможной степени окисления, z(Al) = 3; z(металлов) равно их максимально возможной степени окисления, z(Al) = 3; z( основания) равно числу активных гидроксид- групп (кислотности), z(Be(OH)2) = 2; z( основания) равно числу активных гидроксид- групп (кислотности), z(Be(OH)2) = 2; z(кислоты) равно числу ее активных протонов (основности); z(кислоты) равно числу ее активных протонов (основности);

26 z(соли) в реакциях обмена равно модулю общего заряда замещаемых катионов или анионов в формульной единице соли, если уравнение реакции неизвестно, то z(соли) равно модулю общего заряда всех катионов или анионов в формульной единице соли. z(AlCl 3 ) = 3, z(Al 2 (SO 4 ) 3 = |+6| = | 6| = 6; z(соли) в реакциях обмена равно модулю общего заряда замещаемых катионов или анионов в формульной единице соли, если уравнение реакции неизвестно, то z(соли) равно модулю общего заряда всех катионов или анионов в формульной единице соли. z(AlCl 3 ) = 3, z(Al 2 (SO 4 ) 3 = |+6| = | 6| = 6; если для вещества известно уравнение реакции, в которой оно участвует, z считают по уравнению этой реакции, например, в реакции комплексообразования если для вещества известно уравнение реакции, в которой оно участвует, z считают по уравнению этой реакции, например, в реакции комплексообразования Al 2 (SO 4 ) 3 + 8NaOH 2Na[Al(OH) 4 ] + 3Na 2 SO 4, одна ФЕ(Al 2 (SO 4 ) 3 ) содержит 8 эквивалентных частиц сульфата алюминия, поэтому для данной реакции z(Al 2 (SO 4 ) 3 ) = 8;

27 Для окислителей или восстановителей, z рассчитывают по максимальному числу электронов, отданных или принятых одной ФЕ вещества в еонкретной окислительно- восстановительной реакции. Количество эквивалентных частиц, как и реальных, измеряется в моль и обозначается символом n э. Количество эквивалентных частиц в z раз больше количества реального вещества: n э = z n. Молярная масса эквивалентных частиц (M э ), масса 1 моль эквивалентных частиц в z раз меньше молярной массы вещества: M э = M/ z. Или M э = M1/f э. Вместо длинного термина молярная масса эквивалентных частиц можно использовать термины: Молярная масса эквивалента или менее точный, но более короткий термин эквивалентная масса Молярный объем, занимаемый одним моль эквивалентных частиц газообразного вещества или просто эквивалентный объем (V э ), будет в z раз меньше молярного объема, занимаемого одним моль обычных молекул газа при тех же условиях: Vэ = Vm./z.

28 Формулы связи для эквивалентных частиц n э = n z или n э = n/f э ; М э = М/z или М э = f э М; f э = 1/ z; V э = V m /z; n э = m/M э ; n э = V / V э.

29 Формулы для расчетов газовых систем: Молярная масса газовой смеси, состоящей из i компонентов: M = M M … M i i Уравнение Менделеева-Клапейрона^ PV = (m/M)RT или PV = nRT, P давление, Па; V объем, м 3 ; n количество вещества, моль; R универсальная газовая постоянная, R =, 8,31 Дж/(моль К); T температура, градусы Кельвина.

30 уравнение Бойля-Мариотта – Шарля - Гей-Люссака (объединенный газовый закон): (P 1 V 1 )/T 1 = (P 0 V 0 )/T 0 Если объем реактора и температура постоянны, то следствие уравнения Менделеева-Клапейрона: давление в реакторе пропорционально количеству газообразного вещества. P = kn, где k = RT/V. Пример, Если за время реакции давление в реакторе уменьшилось на 10 %, это означает, что на 10 % уменьшилось количество газообразных частиц в реакторе.

31 Расчеты по уравнению реакции Для реакции: 6KMnO Al + 24H 2 SO 4 = 5 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3K 2 SO 4 + 6MnSO H 2 O, если n(KMnO 4 ) = 0,3 моль, а остальные реагенты взяты в избытке, то: n(Al) расход. = 10/6n(KMnO 4 ) = (10/6) 0,3 = 0,5 моль; n(H 2 SO 4 ) = 24/6n(KMnO 4 ) = 4 0,3 = 1,2 моль; n(O)в исх. продуктах = n(O) в KMnO 4 + n(O) в H 2 SO 4 = 0, ,2 4 = 6 моль.

32 Расчеты выхода реакции ( ) и системы реакций Выход реакции можно определять не только по массе, но и по количеству вещества = n практ / теор. = n практ / теор. Если в системе протекает несколько последовательных реакций с выходами 1, 2 … i, то суммарный выход равен произведению всех выходов отдельных стадий: = 1 2 … i. = 1 2 … i.

33 Следующая тема лекции (вторник): Строение атомных частиц На практикуме пока: Техника безопасности, посуда, решение задач по сегодняшней теме Практикум следующей недели: Определение кристаллогидратной воды Решение задач.