ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ по дисциплине «НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ по дисциплине «НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
ПЛАН
1. Основные понятия.
2. Оксиды.
3. Кислоты.
4. Основания.
5. Соли.
Химия – наука, изучающая вещества и их свойства. Окружающие нас предметы мы можем
различать по их внешнему виду: по форме, по цвету. Например: железный штатив
отличается по форме и от железного гвоздя, и от железной проволоки, и от других
железных предметов. Но все эти железные предметы сходны в том, что они состоят из
одного и того же вещества – из железа.
Медные предметы также могут иметь различную форму, но они состоят из одного и того
же вещества – из меди.
То, из чего состоят физические тела, называется веществом.
Железный гвоздь, медная пластинка, парафиновая свеча – физические тела.
Железо, медь, парафин – это вещества.
Изменения, происходящие в окружающем нас мире, называются явлениями.
Среди них различают явления физические и химические.
Движение деталей машин и полёт снаряда, плавление льда, испарение жидкостей,
свечение нити электрической лампочки, притягивание железа магнитом, прохождение
электрического тока по проволоке – всё это явления физические.
В результате многих физических явлений изменяется форма предметов, например:
стеклянный стакан можно разбить, из куска парафина можно сделать свечу, из куска меди
выковать медный сосуд.
В этих случаях из одних физических тел получаются другие физические тела: из стакана –
кусочки стекла, из куска парафина – свеча и т.д. Но вещества, из которых состоят
физические тела, остаются теми же: стекло – стеклом, парафин – парафином, медь –
медью.
При физических явлениях не происходит превращения одних веществ в другие.
Превращения одних веществ в другие, называются химическими
явлениями или химическими реакциями. Химические реакции сопровождаются
выделением или поглощением энергии в виде тепла, света, электричества. Изучением
веществ и их превращений и занимается наука химия.
Эта отрасль науки о природе приобрела огромное значение в жизни современного
человека. С её помощью получается очень большое количество веществ из природных
материалов, используются химические реакции для получения энергии тепловой,
механической, электрической.
Свойства оксидов
Оксиды - это сложные химические вещества, представляющие собой химические
соединения простых элементов с кислородом. Они бывают солеобразующими и не
образующие соли. При этом солеобразующие бывают 3-х типов: основными (от слова
"основание"), кислотными и амфотерными.
Примером оксидов, не образующих соли, могут быть: NO (окись азота) - представляет
собой бесцветный газ, без запаха. Он образуется во время грозы в атмосфере. CO (окись
углерода) - газ без запаха, образуется при сгорании угля. Его обычно называют угарным
газом. Существуют и другие оксиды, не образующие соли. Теперь разберём подробнее
каждый вид солеобразующих оксидов.
Основные оксиды
Основные оксиды - это сложные химические вещества, относящиеся к оксидам, которые
образуют соли при химической реакции с кислотами или кислотными оксидами и не
реагируют с основаниями или основными оксидами. Например, к основным относятся
следующие:
K2O (окись калия), CaO (окись кальция), FeO (окись железа 2-валентного).
Рассмотрим химические свойства оксидов на примерах
1. Взаимодействие с водой:
- взаимодействие с водой с образованием основания (или щёлочи)
CaO+H2O = Ca(OH)2 (известная реакция гашения извести, при этом выделяется большое
количества тепла!)
2. Взаимодействие с кислотами:
- взаимодействие с кислотой с образованием соли и воды (раствор соли в воде)
CaO+H2SO4 = CaSO4+ H2O (Кристаллы этого вещества CaSO4 известны всем под
названием "гипс").
3. Взаимодействие с кислотными оксидами: образование соли
CaO+CO2=CaCO3 (Это вещество известно всем - обычный мел)
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды - это сложные химические вещества, относящиеся к окислам,
которые образуют соли при химическом взаимодействии с основаниями или основными
оксидами и не взаимодействуют с кислотными оксидами.
Примерами кислотных окислов могут быть:
CO2 (всем известный углекислый газ), P2O5 - оксид фосфора (образуется при сгорании на
воздухе белого фосфора), SO3 - триокись серы - это вещество используют для
получения серной кислоты.
- химическая реакция с водой
CO2+H2O=H2CO3 - это вещество - угольная кислота - одна из слабых кислот, её добавляют
в газированную воду для "пузырьков" газа. С повышением температуры растворимость
газа в воде уменьшается, а его излишек выходит в виде пузырьков.
- реакция с щелочами (основаниями):
CO2+NaOH=Na2CO3 - образовавшееся вещество (соль) широко используется в хозяйстве.
Её название - кальцинированная сода или стиральная сода, - отличное моющее средство
для подгоревших кастрюль, жира, пригара. Голыми руками работать не рекомендую!
- реакция с основными оксидами:
CO2+MgO=MgCO3 - получившая соль - карбонат магния - ещё называется "горькая соль".
Амфотерные оксиды
Амфотерные оксиды - это сложные химические вещества, также относящиеся к окислам,
которые образуют соли при химическом взаимодействии и с кислотами (или кислотными
оксидами) и основаниями (или основными оксидами). Наиболее частое применение
слово "амфотерный" в нашем случае относится к оксидам металлов.
Примером амфотерных оксидов могут быть:
ZnO - окись цинка (белый порошок, часто применяемый в медицине для изготовления
масок и кремов), Al2O3 - окись алюминия (называют еще "глинозёмом").
Химические совйства амфотерных оксидов уникальны тем, что они мрогут вступать в
химические реакции, соответствующие как основаниями так и с кислотами. Например:
- реакция с кислотным оксидом:
ZnO+H2CO3 = ZnCO3 + H2O - Образовавшееся вещество - раствор соли "карбоната цинка"
в воде.
- реакция с основаниями:
ZnO+2NaOH=Na2ZnO2+H2O - полученное вещество - двойная соль натрия и цинка.
Получение оксидов
Пролучение оксидов производят различными способами. Это может происходить
физическим и химическим способами. Самым простым способом является химическое
взаимодействие простых элементов с кислородом. Например, результатом процесса
горения или одним из продуктов этой химической реакции являются оксиды. Например,
если раскалённое железный прутик, да и не толко железный (можно взять цинк Zn, олово
Sn, сивнец Pb, медь Cu, - вообщем то, что имеется под рукой) поместить в колбу с
кислородом, то произойдёт химическая реакция окисления железа, которая
сопровождается яркой вспышкой и искрами. Продуктом реакции будет чёрный порошок
оксида железа FeO:
2Fe+O2=2FeO
Полностью аналогичны химические реакции с другими металлами и неметаллами,
Например: Цинк сгорает в кислороде с образованием окисла цинка
2Zn+O2=2ZnO
Горение укгля сопровождается образованием сразу двух окислов: угарного газа и
углекислого газа
2C+O2=2CO - образование угарного газа.
C+O2=CO2 - образование углекислого газа. Этот газ образуется если кислорода имеется в
более, чем достаточном количестве, то есть в любом случае сначала протекает реакция с
образованием угарного газа, а потом уганый газ окисляется, превращаясь в углекислый
газ.
Получение оксидов можно осуществить другим способом - путём химической реакции
разложения. Например, для получения окисла железа или окисла алюминия необходимо
прокалить на огне соответствующие основания этих металлов:
Fe(OH)2=FeO+H2O
2Al(OH)3=Al2O3+3H2O,
а также при разложении отдельных кислот:
H2CO3=H2O+CO2 - разложение угольной кислоты
H2SO3=H2O+SO2 - разложение сернистой кислоты
Получение оксидов можно осуществить из солей металлов при сильном нагревании,
например:
CaCO3=CaO+CO2 - прокаливанием мела получают окись кальция (или негашеннуя
известь) и углекислый газ.
Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 - в этой реакции разложения получается сразу два окисла:
меди CuO (чёрного цвета) и азота NO2 (его ещё называют бурым газом из-за его
действительно бурого цвета).
Ещё одним способом, которым можно осуществить получение оксилов это окислительно-восстановительные реакции, например
Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
S + H2SO4(конц.) = 3SO2 + 2H2O
Свойства кислот
Кислоты - это сложные химические вещества, которые содержат атомы водорода,
способные замещаться на атомы металлов и образовавать соли.
Кислоты различаются по основности: Основность определяется количеством атомов
водорода, входящим в их состав. Напроимер, cерная - H2SO4 - двухосновная, так как в её
состав входит 2 атома водорода.
Кислоты разделяют также на кислородосодержащие и не содержащие кислород.
Например, соляная - HCl - не содержит атомов кислорода, а H2СO3 - угольная - содержит
3 атома кислрода и является кислородосодержащей.
Теперь разберём подробнее свойства кислот и их химическое взаимодействие c
простыми и сложными веществами.
Основные химические свойства кислот:
- взаимодействие с металлами:
H2SO4 +Zn = ZnSO4 + H2 - Образуется соль и выделяется водород
В зависимости от концентрации самой кислоты получаются различные продукты
химической реакции.
Например, 2H2SO4 + Cu = CuSO4 + SO2 +2H2O - в этом случае серная кислота концентрированная. Разбавленная - на медь (Cu) никак не действует.
- взаимодействие с основными оксидами и амфотерными оксидами:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O - образуется соль и вода;
SnO + HCl = SnCl2 + H2O (оксид олова - SnO - амфотерный оксид)
- взаимодействие с основаниями и щелочами:
HCl + KOH = KCl + H2O - эту реакцию ещё называют реакцией нейтрализации образуется соль и вода;
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O
- взаимодействие с солями:
При химических реакциях кислот с солями обязательно надо учитывать
основные признаки химических реакций, а именно, химическая реакция пройдёт, если
будет выделяться газ, выпадет осадок, и т.д.
N2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O - выделяется углекислый газ CO2. Конечно, если
говорить точно, то образуется слабая угольная кислота (H2CO3), которая сразу же
распадается на углекислый газ и воду. При этих реакцияхобразуется соль и другая кислота
(менее слабая).
Теперь рассмотрим основным методы получения кислот
Получение кислот
Получение кислот производят с помощью следующих химических реакций:
- взаимодействие кислотных оксидов с водой:
SO3 + H2O = H2SO4;
CO2 + H2O = H2CO3;
- взаимодействие с солями:
NaCl + H2SO4(конц.) = HCl + Na2SO4 - при этой химической реакции образуется новая
более слабая кислота (более слабая, чем серная, но тоже сильная) и другая соль;
- взаимодействие неметаллов с водородом с последующим растворением их в воде:
H2 + Cl2 = HCl (Надо помнить, что само по себе данное химическое соединение - газ
хлороводород HCl кислотой не является. Для её образования необходимо полученный газ
HCl растворить в воде). Аналогичным образом поступают с газом сероводородом:
H2 + S = H2S;
- оксиление некоторых простых веществ:
P + 5HNO3 +2H2O = 3H3PO4 + 5NO (в этой химической реакции происходит окисление
фосфора (P) азотной кислотой (HNO3) до ортофосфорной кислоты (H3PO4) с выделением
оксида азота (NO)
Рассмотрим наиболее распространённые кислоты, часто используемые в хозяйстве:
ОСНОВАНИЯ.
Основания-сложные вещества, состоящие из атома металла, связанного с одной или
несколькими гидроксогруппами -ОН.
Физические свойства:твердые кристаллические вещества. В воде растворимы
щелочи:LiOH, NaOH, KOH, CsOH, RbOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2,Ba(OH)2, другиемалорастворимы.
Формула
Название
Формула
Название
LiOH
гидроксид лития
Ca(OH)2
гидроксид кальция
NaOH
гидроксид натрия
Cu(OH)2
гидроксид меди(II)
KOH
гидроксид калия
Fe(OH)2
гидроксид железа(III)
ПОЛУЧЕНИЕ.
1.Металл+вода
2Na+2H2O=2NaOH+H2
Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2
Щелочи
2.Оксид+вода
3.Электролиз растворов щелочных металлов
Нерастворимые основания
Соль+щелочь
Li2O+H2O=2LiOH
CaO+H2O=Ca(OH)2
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2+Na2SO4
КЛАССИФИКАЦИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВАНИЙ.
1.Взаимодействие с кислотами
KOH+HCl=KCl+H2O
Cu(OH)2+2HCl=CuCl2+2H2O
2.Взаимодействие с кислотными оксидами
2KOH+CO2=K2CO3+H2O
не характерны
3.Действие индикаторов
лакмус-синяя, фенолфталеин-малиновая
окраска не изменяется
4.Взаимодействие с амфотерными оксидами
2KOH+ZnO=K2ZnO2+H2O
не реагируют
5.Взаимодействие с солями, если образуется малорастворимая соль или малорастворимое основание
NaOH+CuCl2=Cu(OH)2+2NaCl
не реагируют
6.При нагревании
не разлагаются(кроме LiOH)
Cu(OH)2=CuO+H2O
Амфотерные гидроксиды( Al(OH)3, Zn(OH)2, Be(OH)2, Fe(OH)3 и другие.
Взаимодействуют с кислотами
Zn(OH)2+2HCl=ZnCl2+2H2O
Взаимодействуют с щелочами
Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]
СОЛИ, класс химических соединений. Общепринятого определения понятия “Соли”, так
же как и терминов “кислоты и основания”, продуктами взаимодействием которых соли
являются, в настоящее время не существует. Соли могут рассматриваться как продукты
замещения протонов водорода кислоты на ионы металлов, NH4+, СН3NН3+ и др. катионы
или групп ОН основания на анионы кислот (напр., Cl-, SO42-).
Классификация
Продуктами полного замещения являются средние соли, например. Na2SO4, MgCl2,
неполного-кислые или основные соли, например KHSO4, СuСlOН. Различают также
простые соли, включающие один вид катионов и один вид анионов (например, NaCl),
двойные соли содержащие два вида катионов (например, KAl(SO4)2 •12H2O), смешанные
соли, в составе которых два вида кислотных остатков (например, AgClBr). Комплексные
соли содержат комплексные ионы, например K4[Fe(CN)6].
Физические свойства
Типичные соли - кристаллические вещества с ионной структурой, например CsF
Существуют также ковалентные соли, например АlСl3. В действительности характер
химической связи ,v многих солей смешанный.
По растворимости в воде различают растворимые, мало растворимые и практически
нерастворимые соли. К растворимым относятся почти все соли натрия, калия и аммония,
многие нитраты, ацетаты и хлориды, за исключением солей поливалентных металлов,
гидролизующихся в воде, многие кислые соли.
.Получение средних солей:
1) металла с неметаллом: 2Na + Cl2 = 2NaCl
2) металла с кислотой: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
3) металла с раствором соли менее активного металла Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
4) основного оксида с кислотным оксидом: MgO + CO2 = MgCO3
5) основного оксида с кислотой CuO + H2SO4= CuSO4 + H2O
6) основания с кислотным оксидом Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O
7) основания с кислотой: Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
8) соли с кислотой: MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + H2O + CO2
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl
9) раствора основания с раствором соли: Ba(OH)2 + Na2SO4 = 2NaOH + BaSO4
10) растворов двух солей 3CaCl2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6NaCl
Химические свойства средних солей:
1. Термическое разложение. CaCO3 = CaO + CO2
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
NH4Cl = NH3 + HCl
2. Гидролиз. Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S
FeCl3 + H2O = Fe(OH)Cl2 + HCl
Na2S + H2O = NaHS +NaOH
3. Обменные реакции с кислотами, основаниями и другими солями.
AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3
Fe(NO3)3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaNO3
CaCl2 + Na2SiO3 = CaSiO3 + 2NaCl
AgCl + 2Na2S2O3 = Nа3[Ag(S2O3) 2] + NaCl
4. Окислительно-восстановительные реакции, обусловленные свойствами катиона или
аниона. 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O