Сайт преподавателя химии и биологии Коноваловой Лидии

Теоретическая часть

1.     Место и значение химии в системе наук.

Современная химия представляет собой систему научных дисциплин: общей,

неорганической, аналитической, органической физической, коллоидной
химии,…Основой химической науки являются атомно-молекулярное учение, закон
сохранения материи, периодический закон, теория химической связи и учение о
химическом процессе.

Как всякая наука, химия изучает некоторую часть явлений окружающего
мира. Химия играет значительную роль в научно-техническом прогрессе. Нет ни
одной отрасли не связанной в той или иной мере с применением химии.

2.     Основные понятия и законы химии

Химия – наука о свойствах вещества и его превращениях, она включает в себя законы и принципы,
описывающие эти превращения, а так же представления и теории, позволяющие дать
им объяснение.

Атомно-молекулярное учение заключается в следующем:

1. Все вещества состоят из молекул.

2. Молекулы состоят из атомов.

3. Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении; между ними
существуют силы притяжения и отталкивания.

Рассмотрим следующие определения:

Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя.

Состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, мезонов и др. Химия изучает главным образом вещество, организованное в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Такие вещества принято подразделять на простые и сложные (хим. соединения).

Простые вещества образованы атомами одного хим. элемента и потому являются формой его существования в свободном состоянии, напр. Сера, железо, озон, алмаз. Сложные вещества образованы разными элементами и могут иметь состав постоянный (стехиометрические соединения или дальтониды) или меняющийся в некоторых пределах (нестехиометрические соединения или бертоллиды).

Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства.

Различным элементам соответствуют различные атомы, обозначаемые символом
данного элемента (Ag, Fe, Mg).

Химический элемент - это вид атомов, характеризующийся определенными зарядами ядер и строением
электронных оболочек.В настоящее время известно 118 элементов: 89 из них найдены в природе (на Земле), остальные получены искусственным путем. 

Атомы существуют в свободном состоянии, в соединениях с атомами того же или других элементов, образуя молекулы. Способность атомов вступать во взаимодействие с другими атомами и образовывать химические соединения определяется его строением. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него, образуя электронейтральную систему, которая подчиняется законам, характерным для микросистем.

Ионы (от греч. ion – идущий), одноатомные или многоатомные частицы, несущие электрический заряд.

Положительные ионы называют катионами (от греч. kation, буквально – идущий вниз), отрицательные – анионами (от греч. anion, буквально идущий вверх). 

Валентность (от лат. valentia – сила), способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов
или атомных групп с образованием химической связи.

Реакции химические (от лат. re- – приставка, означающая обратное действие, и actio–действие), превращения одних веществ (исходных соединений) в другие (продукты реакции) при неизменяемости ядер атомов.

Исходные вещества иногда называют реагентами, однако чаще (особенно в органической химии) термин "реагент" используют по отношению к одному, наиболее активному исходному соединению, определяющему направление
химической реакции.

Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков (предложены в 1814 г. Й. Берцелиусом) и индексов (индекс - цифра, стоящая справа внизу от символа. Обозначает число атомов в молекуле).

Химическая формула показывает, атомы каких элементов и в каком отношении соединены между собой в
молекуле.

Аллотропия - явление образования химическим элементом нескольких простых веществ, различающихся по
строению и свойствам.

Международная единица атомных масс равна 1/12 массы изотопа 12C - основного изотопа природного углерода.

1 а.е.м = 1/12 • m (12C) = 1,66057 • 10-27 кг

Относительная атомная масса (Ar) - безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента
(с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1/12 массы атома 12C.

Средняя абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м. Ar(Mg) = 24,312

 m(Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10-24 = 4,037 • 10-23 г

Относительная молекулярная масса (Mr) - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы
данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C.

Mг = mг / (1/12 mа(12C))mr - масса молекулы данного вещества;

mа(12C) - масса атома углерода 12C.

Mг = S Aг(э). Относительная молекулярная масса вещества равна сумме
относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.

Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на а.е.м.

Число атомов и молекул в обычных образцах веществ очень велико, поэтому при характеристике количества вещества используют специальную единицу измерения - моль.

Количество вещества, моль. Означает определенное число структурных элементов (молекул, атомов, ионов).

Обозначается n, измеряется в моль. Моль - количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько содержится атомов в 12 г углерода.

Число Авогадро ди Кваренья (NA). Количество частиц в 1 моль любого вещества одно и то же и равно 6,02 •
1023. (Постоянная Авогадро имеет размерность - моль-1).

Молярная масса показывает массу 1 моля вещества (обозначается M). M = m / υ

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества и численно равна его относительной молекулярной массе, однако первая величина имеет размерность г/моль, а вторая -
безразмерная.

M = NA • m(1 молекула) = NA • Mг • 1 а.е.м. = (NA • 1 а.е.м.) • Mг = Mг

Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 80 а.е.м. (SO3), то масса одного моля молекул равна 80 г. Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от
молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости, а.е.м. на г)

Например, уравнение реакции: 2Na + Cl2 ® 2NaCl, означает, что два атома
натрия реагируют с одной молекулой хлора или, что одно и то же, два моль натрия
реагируют с одним молем хлора.

3.      Основные законы

Закон сохранения массы веществ (М.В.Ломоносов, 1748 г.; А.Лавуазье, 1789
г.)Масса всех веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Атомно-молекулярное учение этот закон объясняет следующим образом: в
результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их
перегруппировка (т.е. химическое превращение- это процесс разрыва одних связей между атомами и образование других, в результате чего из молекул исходных веществ получаются молекулы продуктов реакции). Поскольку число атомов до и после реакции остается неизменным, то их общая масса также изменяться не должна. Под массой понимали величину, характеризующую количество материи. Исходя из закона сохранения массы, можно составлять уравнения химических реакций и по ним производить расчеты. Он является основой количественного химического анализа.

Опыт подтверждающий закон сохранения массы веществ

Тренажёр "Расстановка коэффициентов в уравнениях реакций"

Тренажёр " Расчёты по химическим уравнениям"

Закон постоянства состава впервые сформулировал Ж.Пруст (1808 г)

Все индивидуальные химические вещества имеют постоянный качественный и количественный
состав и определенное химическое строение, независимо от способа получения.

Из закона постоянства состава следует, что при образовании сложного
вещества элементы соединяются друг с другом в определенных массовых
соотношениях.

Пример:

CuS - сульфид меди. m(Cu) :
m(S) = Ar(Cu) : Ar(S) = 64 : 32 = 2 : 1

Чтобы получить сульфид меди (CuS) необходимо смешать порошки меди и серы
в массовых отношениях 2 : 1.

Алгоритм составления формул соединений

Если взятые количества исходных веществ не соответствуют их соотношению
в химической формуле соединения, одно из них останется в избытке.

Например, если взять 3 г меди и 1 г серы, то после реакции останется 1 г
меди, который не вступил в химическую реакцию. Вещества немолекулярного
строения не обладают строго постоянным составом. Их состав зависит от условий получения.

Закон Авогадро ди Кваренья (1811 г.)

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура,
давление и т.д.) содержится одинаковое число молекул. (Закон справедлив только
для газообразных веществ.)

Следствия:

1. Одно и то же число молекул различных газов при одинаковых условиях
занимает одинаковые объемы.

2. При нормальных условиях (0°C = 273°К , 1 атм = 101,3 кПа) 1 моль
любого газа занимает объем 22,4 л.

Расчёт объёма газа по уравнению химической реакции

Лекцию можно скачать здесь

Практическая часть

Задания для самостоятельной работы:

1. Проверьте себя,  я задам эти вопросы устно. Каждый правильный ответ оценивается в 1 балл. 

1.        Что такое атом?                                                               

2.     Что такое молекула?                                                               

3.     Что такое атомная масса?                            

4.     Что такое относительная молекулярная масса? Как ее найти?                              

5.     Что такое молярная масса вещества? В каких единицах она выражается?

6.     Как вычислить количество вещества, зная массу, объём или число структурных единиц?               

           ( n=m/M                     n=N/N_А                     n=V/Vm)

 7.  Как формулируется закон Авогадро? 

(В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул)

8.      Что называется относительной плотностью одного газа по другому?

 (Отношение масс двух газов, занимающих равные объёмы при одинаковых условиях, называют относительной плотностью одного газа по другому и обозначают буквой D,   D=M₁/М₂).

9.      Сформулируйте закон постоянства состава. 

10.        Сформулируйте закон сохранения массы веществ.                  

1.       Сколько молей содержится в 100 г следующих веществ при нормальных условиях: а) кислорода; б) аммиака? (2 балла)

2.         Какая масса гидроксида натрия образуется при взаимодействии 2,3 г натрия с водой? (3 балла)

3. Тестирование

       Тест 1.1. Основные понятия химии. Аллотропия. (Основной уровень 5 баллов)

1. Химический элемент — это:

а) совокупность одинаковых молекул;

        б) совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра;

в)  простое вещество;

г)  вид атомов.

2.  Молекулы — это:

а) химически неделимые частицы, из которых состоят ве­щества;

б) электронейтральные частицы вещества, определяющие его химические свойства;

в) частицы, до которых разрушаются все вещества при плав­лении и испарении;

г)  частицы, до которых разрушаются вещества при хими­ческих явлениях.

3.           Укажите, какое высказывание относится к кислороду как про­стому веществу (1), какое — как химическому элементу (2):

а) в состав воздуха входит 21 % кислорода;

б) вода содержит растворенный кислород;

в) молекула воды содержит 88,89 % кислорода;

          г) в земной коре на долю кислорода приходится почти 50 %.

4.           Укажите, какое высказывание относится к азоту как просто­му веществу (1), какое — как химическому элементу (2):

а) в воздухе содержится 78 % азота;

б) азот входит в состав важнейших органических веществ — белков;

в) азот не поддерживает дыхания и горения;

г) азот входит в состав аммиака.

5.  Укажите названия аллотропных модификаций углерода:

      а) графит;   б) озон;   в) карбин;   г) алмаз.

   6.  Даны вещества: кислород, кокс, карбин, озон. Укажите, из скольких химических элементов образованы эти вещества: 

          а) 1;   б)  2;   в) 3;   г) 4.