Периодический закон и периодическая система химических элементов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Курганский государственный университет»

 

Кафедра физической и прикладной химии

 

 

ХИМИЯ

Методические указания

для подготовки к лабораторным занятиям

по химии

для студентов направления подготовки 020400.62

 

Курган 2013

 

Кафедра физической и прикладной химии

 

Дисциплина: «Химия»

(направление подготовки 020400 – Биология)

 

Составитель: канд.хим.наук Рыкова А.И.

 

Утверждены на заседании кафедры ФПХ «_27_»_августа_2013 г.

 

 

Рекомендованы методическим

советом университета «_5_»_сентября_2013 г.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Занятие № 1. Основные понятия и законы химии. Классы неорганических соединений………………………………………………………………………………….. 4

Занятие № 2. Строение атома………………………………………………………… 6

Занятие № 3. Периодический закон и периодическая система химических элементов в свете теории строения атома………………………………………… 7

Занятие № 4. Химическая связь ……………………………………………………….. 9

Занятие № 5. Основы химической термодинамики………………………………… 11

Занятие № 6. Скорость химической реакции и факторы, влияющие на скорость реакции………………………………………………………………………………………… 12

Лабораторная работа……………………………………………………………………… 13

Занятие № 7. Химическое равновесие ………………………………………………… 16

Лабораторная работа…………………………………………………………………… 16

Занятие № 8. Растворы. Способы приготовления растворов………………….. 19

Лабораторная работа…………………………………………………………………… 20

Занятие № 9. Растворы неэлектролитов…………………………………………… 21

Занятие № 10. Реакции ионного обмена в растворах электролитов…………… 23

Лабораторная работа……………………………………………………………………… 24

Занятие № 11. Гидролиз солей…………………………………………………………… 27

Лабораторная работа……………………………………………………………………… 27

Занятие № 12. Рубежный контроль 1

Занятие № 13. Окислительно-восстановительные реакции. Электрохимические процессы. Коррозия металлов……………………………………………………………… 29

Лабораторная работа……………………………………………………………………… 31

Занятие № 14. Состав, строение и свойства комплексных соединений…………… 33

Лабораторная работа……………………………………………………………………… 34

Занятие № 15. Химия биогенных элементов главных подгрупп…………………… 36

Занятие № 16. Биогенные элементы побочных подгрупп Периодической системы……………………………………………………………………………………… 38

Занятие № 17. Рубежный контроль 2

Приложения…..……………………………………………………………..……. 41

 

Список литературы………………………………………………………………… 42

 

 

Занятие № 1

Основные понятия и законы химии. Классы неорганических соединений

 

1 Предмет химии. Атом. Молекула. Основные положения атомно-молекулярного учения М.В. Ломоносова. Вещество и химический элемент. Распространенность химических элементов в земной коре, атмосфере, гидросфере, космосе, биосфере.

2 Количественные отношения в химии. Закон сохранения массы и закон постоянства состава веществ, их значение.

3 Химическая символика. Расчеты по химическим формулам.

4 Явления физические и химические. Признаки химических реакций. Классификация химических реакций по различным признакам. Расчеты по уравнениям химических реакций.

5 Оксиды. Классификация. Номенклатура. Химические свойства оксидов. Получение оксидов.

6 Основания. Классификация оснований. Химические свойства оснований. Получение щелочей и нерастворимых оснований.

7 Кислоты. Классификация и номенклатура кислот. Понятие о гидроксидах. Химические свойства кислот. Получение кислот.

8 Соли. Классификация и номенклатура солей. Химические свойства солей. Получение солей.

 

Задачи:

1) В каком количестве вещества оксида серы (IV) содержится такое же число атомов серы, что и в пирите массой 24 г?

2) Вычислите массовые доли химических элементов в веществах: MgSO₄, Ba(OH)₂, К₂Cr₂O₇.

3) Какова простейшая формула вещества, в котором массовые доли серы, железа и кислорода равны соответственно 24, 28 и 48%?

4) Массовая доля кристаллизационной воды в железном купоросе составляет 45,3%. Определите число молекул воды в железном купоросе.

5) Массовая доля кислорода в оксиде трёхвалентного металла равна 47,06%. Определите этот элемент и составьте формулу оксида.

6) Сколько мышьяка можно получить из 200 г смеси, содержащей 40% оксида мышьяка (III) и 60% оксида мышьяка (V)?

7) При анализе руды, содержащей халькозин Cu₂S, установлено, что в 5 г её содержится 2,7 г меди. Определите массовую долю примесей в руде.

8) Какой объём водорода выделится при н.у., если растворить алюминий массой 10,8 г в избытке соляной кислоты?

9) К 400 г 5%-ного раствора сульфата железа (III) прилили 200 г 3%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислить массу образовавшегося осадка.

10) На гидроксид натрия, взятый в необходимом количестве, подействовали раствором, содержащим 252г азотной кислоты. Вычислить массу полученной соли, если практический выход составляет 90% от теоретически возможного.

11) При взаимодействии 10,8 г безводного карбоната натрия с избытком азотной кислоты получили 2,24 л (н.у.) углекислого газа. Вычислить содержание примесей в карбонате натрия.

12) С какими из веществ будет реагировать раствор гидроксида калия: йодоводородная кислота, хлорид меди (II), хлорид бария, оксид углерода (IV), оксид свинца (II)? Напишите уравнения соответствующих реакций.

13) Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно получить шесть средних солей, используя сульфид железа (II), кислород, раствор гидроксида натрия и разбавленные растворы соляной и серной кислот.

Задачи для самостоятельного решения:

1) Сколько молекул содержится в 54 г воды и какова масса одной молекулы воды? (Ответ: 2,99^.10²³)

2) Для дыхания человеку необходимо около 56 л кислорода в час. Рассчитайте, какую продолжительность полета обеспечивает летчику кислородный прибор, содержащий 1 кг 100 г кислорода. (Ответ: 13 ч 45 мин)

3) В каком из веществ выше массовая доля серы: CuSO₄, Na₂SO₄, H₂SO₄, K₂SO₄?

4) Молекула вещества содержит 2 атома железа. Чему равна относительная молекулярная масса этого вещества, если массовая доля железа в нём составляет 28%? (Ответ: 400 г/моль)

5) Состав оксида некоторого металла может быть выражен формулой Me₂O₃. Известно, что оксид массой 76,5 г содержит металл массой 40,5 г. Какой металл образует оксид? (Ответ: Al)

6) Из образца горной породы массой 25 г, содержащего минерал аргентит Ag₂S, выделено серебро массой 5,4 г. Определите массовую долю аргентита в образце. (Ответ: 24,8%)

7) Какие массы металлического натрия и брома потребуются для получения бромида натрия массой 5,15 г? (Ответ: 1,15 г, 4 г)

8) Какой объем водорода можно получить из одного стакана воды (200 мл): а) электролизом; б) действием активного металла? (Ответ: а) 250 л, б) 125 л)

9) Какую массу аммиака можно получить, нагревая смесь 20 г хлорида аммония и 20 г оксида кальция, приняв, что массовая доля выхода составляет 98%? (Ответ: 6,2 г)

10) Из 50 г азота, содержащего 5% примесей, получили 8 г аммиака. Рассчитать массовую долю выхода аммиака. (Ответ: 13,7%)

11) Какую массу цинка надо растворить в серной кислоте для получения водорода, которым можно восстановить оксид меди (II) массой 14,4 г? Учтите, что водород для восстановления нужен в двукратном избытке. (Ответ: 23,4 г)

12) Смесь магниевых и серебряных стружек массой 5 г обработали избытком раствора серной кислоты. Выделился газ объемом 2,8 л (н.у.). Определите массовую долю магния в смеси. (Ответ: 60%)

13) Получите четырьмя способами каждое вещество: а) бромид натрия, б) карбонат кальция.

14) Как, используя простые вещества – кальций, фосфор и кислород – можно получить фосфат кальция? Напишите уравнения соответствующих реакций.

15) Напишите уравнения реакций, показывающих амфотерный характер оксида свинца (II), гидроксида хрома (III).

 

Занятие № 2

Строение атома

 

1 Экспериментальные обоснования сложности строения атома.

2 Атомные модели Томсона, Резерфорда, Бора.

3 Современная модель строения атома. Атомное ядро. Изотопы (на примере водорода, кислорода, хлора).

4 Устойчивость атомных ядер. Ядерные реакции.

5 Атомная орбиталь. Электронное облако. Квантовые числа.

6 Принципы заполнения электронами атомных орбиталей.

 

Задачи:

1) Изобразите электронные и графические формулы элементов с порядковыми номерами: 19, 32, 40, 46, 51, 64.

2) Определите число неспаренных электронов в ионе Со(3+), находящемся в основном состоянии.

3) Электронная формула элемента имеет окончание: 3d⁵4s². Определите этот элемент, напишите его электронную и графическую формулу.

4) Энергетическое состояние внешнего электрона атома описывается следующими значениями квантовых чисел: n = 3, l = 0, m = 0. Атомы каких элементов имеют такой электрон?

5) Для атома с электронной структурой 1s²2s²2p⁴ впишите в таблицу значения четырех квантовых чисел, определяющих каждый из электронов в нормальном состоянии:

Таблица 1 – Квантовые числа электронов

n
l
m
s

 

Тестовые задания:

 

1) Ядро атома криптона-80 содержит:

а) 80р и 36n; б) 36р и 44n; в) 36р и 80n; г) 44р и 36n.

 

2) Какое число электронов содержится в ионе Cr³⁺?

а) 21; б) 24; в) 27; г) 52.

3) Электронную конфигурацию благородного газа имеет ион:

а) Te^2-; б) Ga⁺; в) Fe²⁺; г) Cr³⁺.

 

4) Три частицы Ne, Na⁺, F^- имеют одинаковое:

а) массовое число; в) число электронов;

б) число нейтронов; г) число протонов.

 

5) Закончите схему реакции ⁹₄Ве + ⁴₂Не → ¹²₆С + …, выбрав один из предложенных вариантов:

а) ¹₁р; б) ¹₀n; в) ²₁H; г) ⁰_-1e.

 

6) В случае перехода ⁴¹₂₀Са → ⁴¹₁₉К имеет место превращение типа:

а) α-распад; в) электронный захват;

б) β-распад; г) испускание протона.

 

Задачи для самостоятельного решения:

1) Приведите примеры (не менее трех) атомов-изотопов и атомов-изобар.

2) Изобразите электронные и графические формулы элементов с порядковыми номерами: 15, 21, 34, 45, 52, 57.

3) Напишите электронную формулу иона Mn²⁺.

4) Напишите все квантовые числа для электронов атомов В, С, Са.

5) Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 33 и 43. Чему равен максимальный спин р-электронов у атомов первого элемента и d-электронов у атомов второго элемента?

6) Напишите электронную формулу атома Se. Нарисуйте размещение электронов двух последних уровней в квантовых ячейках в основном и в возбужденном состояниях. Определите по этим рисункам возможные устойчивые степени окисления в нормальном и в возбужденном состояниях.

7) Определите, в каком периоде, группе и подгруппе (главной А или побочной В) находится элемент, имеющий электронную структуру …4d⁵5s². К какому электронному семейству он относится?

 

Занятие № 3

Периодический закон и периодическая система химических элементов