Тема: Властивості сполук s-, p- і d-елементів та їх сполук.

 

Мета: закріпити теоретичні знання, набути практичних умінь та навичок проведення хімічного експерименту для підтвердження хімічних властивостей сполук s- і p-елементів.

Література: Е.Я.Левітін, А.М.Бризицька, Р.Г.Клюєва «Загальна та неорганічна хімія», «Нова книга», 2003р. с.342-370; 370-410; 433-443; 210-227; Н.В.Романова «Загальна та неорганічна хімія», К., «Вища школа», 1998р. с.209-252; 441-451.

 

План:

1. Дослідження властивостей йоду.

2. Дослідження властивостей кислот (HCl, H₂SO₄, HNO₃).

3. Окисно – відновні властивості сполук.

4. Вивчення якісних реакцій.

5. Добування амоніаку в лабораторії.

6. Гідроліз солей.

7. Добування та вивчення властивостей феруму (ІІ) і (ІІІ) гідроксидів.

Знати:

1. Загальну характеристику s-, p- і d - елементів(Елементи VII-A, VI-A, V-A, VIII-В груп).

2. Загальну характеристику елементів за місцем положення в періодичній системі.

3. Поширення та способи добування простих речовин та сполук елементів.

4. Фізичні та хімічні властивості простих речовин та сполук елементів.

5. Біологічну роль та застосування.

6. Якісні реакції.

 

Уміти:

1. Проводити хімічні реакції, що підтверджують властивості елементів та їх сполук.

2. Виконувати якісні реакції.

3. Виконувати експериментальні завдання.

4. Складати рівняння хімічних реакцій і пояснювати їх.

 

 

Контрольні питання.

1. Дати загальну характеристику елементам VII-A, VI-A, V-A, VIII-В груп.

2. Порівняти властивості елементів VII-A, VI-A та V-A груп.

3. Скласти електронну формулу атомів N, P, Fe, O, S, Cl, Br, I, Fe

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Характеристика елементів за положенням їх у періодичній системі хімічних елементів Д.І.Менделєєва.

5. Будова молекул O₂,N₂, Cl₂, Br₂, I₂, S___________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

6. Способи добування O₂,N₂, Cl₂, Br₂, I₂ та їх сполук_______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

7. Фізичні та хімічні властивості елементів VII-A, VI-A, V-A, VIII-В груп.

8. Фізичні та хімічні властивості кислот (хлоридної, бромідної, йодидної, сульфідної, сульфітної, сульфатної, нітратної та ортофосфатної), їх використання.

9. Фізичні та хімічні властивості солей (хлоридів, бромідів, йодидів, нітратів, фосфатів, сульфідів, сульфітів, сульфатів та тіосульфатів).

10. Оксигенвмісні сполуки елементів VII-A, VI-A, V-A, VIII-В груп.

11. Якісні реакції на:

Cl^-	NO2^-
Br^-	NO3^-
I^-	PO4^3-
SO3^2-	Fe^2+
SO4^2-	Fe^3+

 

12. Біологічна роль та використання сполук у медицині, фармації.

 

Умова задачі	Розв’язання задачі

 

Схема виконання хімічного експерименту	Запис рівнянь хімічних реакцій	Спостереження та висновки
Дослідження властивостей І2
а) _2_С2Н5ОН (1см^3)   __1_ І2 (1-2 кр.)
б) _2_хлороформ (1см^3) __1_ І2 (1-2 кр.)
в) _2_КІ (1см^3)   __1_ І2 (1-2 кр.)
г) _2_крохмаль (2-3см^3)   __1_ І2 (йодна вода)
Якісні реакції на йони
а) _2_BaCl2(1см^3)   __1_ Na2SО4((1см^3)
б) _4_HNO3(2-3 см^3) __3_NH4OH (у надл.) __2_ AgNО3 (1см^3) _1_NaCl (1см^3)
в) _2_ AgNО3 (1см^3)   __1_ KBr ((1см^3)
г) _2_ AgNО3 (1см^3)   __1_ KІ ((1см^3)
д) _2_ AgNО3 (1см^3)   __1_Na2HPO4 (1-2см^3)
е) 2_K3[Fe(CN)6] (по краплях)   __1_ FeSO4 (1см^3)
ж) 2_K4[Fe(CN)6] (краплях)   __1_ FeCl3 (1см^3)
з) 2_NH4SCN (3-4 кр.)   __1_ FeCl3 (1см^3)
Добування та вивчення властивостей феруму (ІІ) і (ІІІ) гідроксидів
а) _2_NaOH (2-3 кр.) __2_HCl (1см^3) _1_ FeSO4 (1см^3) _1_Fe(OH)2¯   __2_NaOH (надл.) _1_Fe(OH)2¯__ Fe(OH)2¯
б) _ __2_HCl (1см^3) __2_NaOH (2-3 кр.) _1_Fe(OH)3¯ __1_ FeCl3 (1см^3) _ _2_NaOH (надл.) _1_Fe(OH)2¯
Окисно – відновні властивості нітритів
а) _3_NaNO2 (1-2 см^3) _2_ H2SО4 (1-2 см^3) __1_ KMnО4((1-2 см^3)
б) _3_NaNO2 (1-2 см^3) _2_ H2SО4 (1-2 см^3) __1_ КІ((1-2 см^3)

Висновок:

 

Підпис викладача:____________________

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ І ВПРАВ

РОЗДІЛ 1. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

І. АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНЕ ВЧЕННЯ

Молекула – це найменша частинка речовини, яка може існувати самостійно і здатна зберігати її хімічні властивості.

Атом – це найменша електронейтральна хімічно неподільна частинка хімічного елемента.

Визначення еквівалента та еквівалентної маси:

елемента у сполуці (1); основи (2); кислоти (3); солі (4).

; .	(1)
; ; .	(2)
; ; .	(3)
; де 2-|с.о| - абсолютне значення ступеню окиснення елемента(Ме) у сполуці, 3- кількість моль атомів(Ме): .	(4)

При обчисленні еквівалента складної речовини у хімічній реакції враховують число моль-еквівалентів сполуки, яка з ним взаємодіє. Наприклад, у реакції:

;

,

у другому випадку:

,

еквівалент сульфатної кислоти:

,

тому що 1 моль кислоти взаємодіє з 2 моль еквівалентів однокислотного лугу.

Задача №1. Визначити кількість речовини у 60 г Карбону.

Розв’язування. .

Відносна атомна маса чисельно дорівнює молярній масі атома Карбону –

.

Кількість речовини визначають за формулою:

Відповідь: n =5моль атомів Карбону.

Задача №2. Визначити масу 15 моль калій нітрату.

Розв’язування. Молярна маса калій нітрату дорівнює:

;

;

відповідно, за формулою

маса 15 моль дорівнює:

Відповідь: m =1515 г

Задача №3.Скільки атомів міститься у 3,2 г сірки?

Розв’язування. Молярна маса сірки дорівнює 32 г/моль. Кількість атомів Сульфуру визначаємо з формули:

.

Відповідь: N (атомів S)= 6,02 •10²².

Задача №4. Скільки молекул міститься у 6,2 г натрій оксиду?

Розв’язування. .

Відповідь:N (молекул Nа₂О)= 6,02 •10²².

Задача №5.Обчислити масу однієї молекули NO.

Розв’язування.

Із формули:

;

випливає:

.

Відповідь: m_{молекули} (NO) =5•10^-23 г

 

ІІ. БУДОВА АТОМА

Атом складається з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів, які рухаються навколо ядра.

Таблиця 1 Складові частини атома

Назва	Символ	Маса частинки (кг)	Заряд	Співвідношення частинок в атомі
Протон			+1	Сума протонів (Z) визначає величину заряду ядра, та відповідає порядковому номеру елемента в таблиці Д.І.Менделєєва.
Нейтрон				, де А-атомна маса елемента N - нейтрон
Електрон			-1	Їх кількість в атомі дорівнює числу протонів (атом електронейтральний).

Будова електронних рівнів. Електрони, рухаючись навколо ядра, утворюють енергетичні рівні. Енергетичний рівень - простір, в якому вірогідність перебування електронів найбільша (90-95%)

Стан електрона в атомі характеризується 4 - квантовими числами.

IIІ. ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН І ПЕРІОДИЧНА СИСТЕМА ЕЛЕМЕНТІВ Д.І. МЕНДЕЛЄЄВА

Періодичний закон (сучасне визначення) - властивості елементів і утворених ними простих і складних речовин перебувають у періодичній залежності від величини заряду ядер їхніх атомів.

Періодична система елементів - це графічне відображення закону Д.І. Менделєєва.

Таблиця 3. Складові періодичної системи та їх визначення

Назви складових	Визначення	На що вказує
Періоди:1-7	Горизонтальні ряди періодичної системи, що починаються елементом з металічними властивостями (крім першого періоду) і закінчуються інертним елементом	Номер періоду вказує на число енергетичних рівнів
Групи: I - VIII	Вертикальні ряди хімічних елементів, які мають подібні властивості у підгрупах	Номер групи визначає число валентних електронів, вищу валентність, вищу позитивну ступінь окиснення атомів
Підгрупи:
головні	Складаються з елементів малих і великих періодів (s- та p-елементи)	На подібність зовнішнього енергетичного рівня у атомі
побічні	Складаються з елементів лише великих періодів (d- та f-елементи)	На подібність хімічних та фізичних властивостей сполук цих елементів.

Вправа 1. Розташувати енергетичні підрівні у послідовності їх заповнення електронами:

3p, 3d, 4s, 4p

4d, 5s, 5p, 6s

4f, 5s, 4d, 6s, 5р

5d, 6s, 7s, 4

Відповідь:

3p, 4s, 3d, 4p

5s, 4d, 5p, 6s

5s, 4d, 5p, 6s, 4f

6s, 4f, 5d, 6p, 7s

Вправа 2. Указати кількість електронних шарів в атомах елементів з атомними номерами 2,8,19,33,40,79.

Відповідь:

1,2,4,4,5,6.

Вправа 3. Записати електронні конфігурації атомів елементів з атомними номерами 7,16,21 і 35.

Відповідь:

№7 – 1s²2s²2p³

№16 – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

№21 – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²

№35 – 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵

Вправа 4. Указати номер періоду і номер групи (головна чи побічна підгрупа) елементів, атоми яких в основному стані мають фрагменти:

…2р⁶

…3d⁵4s¹

…4р⁴

…4f⁵6s²

Відповідь:

другий період, група VІІІА (головна) – Ne

четвертий період, група VIB (побічна) – Cr

четвертий період, група VIА (головна) – Se

шостий період, сімейство лантаноїдів – Pm

Вправа 5. Назвати номер зовнішнього енергетичного рівня (зовнішнього електронного шару) в атомах Mg, Ni, Ag i Hg

Відповідь:

Номер зовнішнього енергетичного рівня (електронного шару) визначають за номером періоду, у якому знаходиться елемент.

Mg – 3

Ni – 4

Ag – 5

Hg – 6

Вправа 6. Назвати елементи, атоми яких мають електронні конфігурації:

а.... 3s²3p³

б.... 3d² 4s²

в.... 3d⁵4s²

г.... 4f¹⁴5d²6s²

Відповідь:

а. P

б. Ti

в. Mn

г. Hf

Вправа 7. Написати електронну конфігурацію елемента, зовнішній енергетичний рівень якого має конфігурацію …4s²4p⁴. До якого періоду і групи належить цей елемент? Які його вищий і нижчий ступені окисненя? Наведіть приклади.

Відповідь:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁴; 4-й період, VIA група, №34 – Se; вищий с.о. +6, SeO₃; нижчий (– 2); H₂Se.

Вправа 8. Порівняти електронні конфігурації елементів №12 і №38. У якого з них більше виражені металеві властивості?

Відповідь:

№12 (Mg): 1s²2s²2p⁶3s²;

№38 (Sr): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s².

В елемента №38 металічні властивості сильніше.

 

IV. ТИПИ ХІМІЧНОГО ЗВ’ЯЗКУ

Хімічний зв'язок утворюється внаслідок взаємодії атомів (чи будь-яких інших частинок у речовині), яка зумовлює їхнє сполучення в молекули (кристали).

Задача 1. Як змінюється міцність зв’язку в ряді: HF – HCI – HBr – HJ?

Розв’язування: Найменша міцність зв’язку буде у HJ, а найбільша – у HF.У головній підгрупі збільшується радіус атома, відповідно збільшується L (довжина зв’язку). А чим більша довжина зв’язку, тим міцність його менша.

Відповідь: Міцність зв’язку в ряді: HF – HCI – HBr – HJ послаблюється.

Задача 2. Вказати сполуки з ковалентним неполярним, ковалентним полярним, йонним, металічним, водневим зв’язками:

; ; ; ; ; ; ; ; .

Розв’язування: ; ; - ковалентний неполярний;

; ; ; – іонний; – ковалентний полярний; – металічний;.

V. КЛАСИ НЕОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

Оксиди – складні речовини, які утворені двома елементами, один із яких Оксиген.

 

 

Основи– це електроліти, які дисоціюють на катіон металу і аніон гідроксогупи:

 

Кислоти – електроліти, які при дисоціації утворюють іон Н⁺:

 

 

Солі – електроліти, що дисоціюють на катіон металу та аніон кислотного залишку.

 

а)

б)

в)

г)

д)

1.

а)

б)

в)

г)

VІ. КОМПЛЕКСНІ СПОЛУКИ

Комплексними називають складні сполуки, які містять комплексний іон, що складається з комплексоутворювача та координованих навколо нього лігандів, здатний самостійно існувати у розчині та розплаві.

Вправа 1. Назвати комплексні сполуки:

- калій гексаціаноферат (ІІІ);

- натрій тетрагідроксидоалюмінат;

- тетраамінкупрум (ІІ) сульфат;

- діамінаргентум (І) хлорид;

– діаміндихлоридоплатина (ІІ);

- тетраамінплатина (ІІ) тетрахлорплатинат (ІІ).

Вправа 2. Визначити: заряд комплексоутворювача, лігандів, внутрішньої та зовнішньої сфери. Назвати .

Калій тетраціанокадміат(ІІ):

2К⁺ - зовнішня координаційна сфера;

- внутрішня координаційна сфера;

- комплексоутворювач;

- ліганд; 4 – координаційне число.

Вправа 3. Дисоціація комплексної сполуки:

;

;

;

;

_.

Вправа 4. Скласти формули комплексної сполуки за назвою

Пентаамінхлоридоплатина (ІV) хлорид:

Калій тетраіодомеркуріат (ІІ):

Вправа 5. Скласти формулу комплексної сполуки та назвати її

: натрій гексафлуоридоалюмінат.

 

VІІ. РОЗЧИНИ

Розчини – це однорідні (гомогенні) системи, які складаються з двох і більше компонентів: розчинника і розчинених в ньому речовин та продуктів їх взаємодії.

СКЛАД ДИСПЕРСНОЇ СИСТЕМИ

Дисперсна система

Дисперсна фаза

Дисперсійне середовище

ТИПИ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Дисперсна система

істинні розчини дисперсна фаза: < 1нм (<10^-9см)

розчини кислот, солей, лугів

грубодисперснадисперсна фаза: > 100 нм (10^-3-10^-5) см

тонкодисперснадисперсна фаза: 1 - 100 нм (10^-5-10^-7) см

суспензії

емульсії

крейда + вода глина + вода

олія + вода молоко

колоїдні розчини

кров, розчин желатину, цитоплазма клітини

СПОСОБИ ВИРАЖЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ РЕЧОВИН У РОЗЧИНАХ

Масова частка – відношення маси розчиненої речовини до маси розчину(%):

,

де w – масова частка (%); m_реч – маса речовин (г); m_р-ну – маса розчину (г).

Молярна концентрація – кількість молів розчиненої речовини, що міститься в 1дм³ розчину. Визначається як

відношення кількості речовини до одиниці об’єму розчину або ,

де с– молярна концентрація (моль/дм³); n- кількість речовини (моль); V – об’єм розчину (дм³); М – молярна маса (г/моль) розчиненої речовини.

Моляльна концентрація – кількість молів розчиненої речовини, що міститься в 1000г розчинника.

Молярна концентрація еквівалента (нормальна концентрація) – кількість молів еквівалентів розчиненої речовини, що міститься в 1дм³ розчину:

,

де с_N – молярна концентрація еквіваленту (моль•екв/дм³); М(екв)(реч) – молярна маса еквіваленту речовин (моль/дм³).

Титр – кількість грам речовини, що міститься в 1см³ розчину (г/см³).

 

; .

 

Формули, що виражають перехід від одного способу вираження концентрації речовини у розчині до іншого:

; ;

; ,

 

де – густина розчину (г/см³).

Длязмішування розчинів різної концентрації:

 

.

 

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

Задача 1. Визначити масу натрій хлориду, який потрібно розчинити у воді, щоб отримати 100 см³ розчину з масовою часткою 20%. Густина розчину ρ=1,15 г/ см³.

Розв’язування. Маса розчину, який необхідно приготувати, складає m=ρ·V; m=1.15 г/ см³·100 см³ = 115г.

масова частка дорівнює

, звідки ;

Відповідь: 23 г

 

Задача 2. Необхідно приготувати 200 см³ розчину з масовою часткою сульфатної кислоти 6% (густина розчину ρ=1,04 г/ см³). Який об’єм розчину з масовою часткою 60% (густина ρ´=1,5 г/ см³) потрібна для цього?

Розв’язування. Маса розчину, який потрібно приготувати, дорівнює

m=ρ·V; m= 1,04·200=208 (г).

Визначаємо масу (безводної), необхідну для приготування 208 г 6% розчину, виходячи із поняття масової частки розчиненої речовини ():

тоді ;

.

Визначаємо масу 60% розчину сульфатної кислоти, у якому міститься 12,5 г сульфатної кислоти:

, звідки ;

.

Об’єм 60% розчину складе:

;

Відповідь: 13,9 см³ об’єму розчину 60%.

 

Задача 3. Обчислити масу глауберової солі , яку потрібно взяти для приготування 300 г розчину з масовою часткою натрій сульфату 8%.

Розв’язування. Визначаємо масу і кількість речовини , необхідної для приготування 300 г 8% розчину:

m() = w()·m;

m() =0,08·300 =24 г, а також

;

Обчислюємо масу кристалогідрату:

m()= n()· M();

m()=0,169 моль·322 г/моль = 54,4 г.

Відповідь: m() =54,4 г.

 

Задача 4. Яку кількість потрібно взяти 40%-го розчину КОН та води, щоб отримати 160 г з масовою часткою розчину 15%.

Розв’язування. Скласти пропорцію за правилом хреста:

Розраховуємо масу розчину (40%) КОН: m_р-ну=3+5=8(м.ч.)(15%)

 

На 8 м.ч. розчину – 3 м.ч. КОН

На 160г розчину – x

x = (160·3)/8=60 г (40% КОН)

 

Знаходимо m(H₂O) = 160-60=100 г.

 

Задача 5. Обчислити скільки см³ 20% хлоридної кислоти потрібно взяти для виготовлення 500 см³ її 0,1М розчину. Густина кислоти 1,1 г/ см³.

Розв’язування. Для виготовлення 500 см³ 0,1М розчину хлоридної кислоти потрібно мати 0,05моль хлоридної кислоти.

За масою це дорівнює: 36,5 г·0,05=1,83 г.

1 см³ 20%-го розчину , густина якого має масу m= ρV = 1,1·1=1,1 г. Масу у 1,1 г розчину хлоридної кислоти 20% (тобто у 1 см³ 20% розчину) знаходимо з пропорції:

100:20=1,1:х; х=(1,1·20):100=0,22 г кислоти у 1 см³ 20% розчину.

Для остаточного розв’язання складаємо пропорцію:

1 см³: 0,22 = х см³: 1,83 г; х=8,32 см³.

Відповідь: 8,32 см³ розчину хлоридної кислоти.

 

Задача 6. Визначити молярну концентрацію еквівалента і молярність 12% розчину , густина якого 1,122 г/см³.

Розв’язування. Молярна концентрація має величину моль/дм³ і обчислюється за формулою:

,

Визначимо: M() = 152 г/моль; Мекв () = M:2=152:2=76г/моль.

Молярна концентрація еквівалента визначається за формулою:

,

 

 

VIII. ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА ДИСОЦІАЦІЯ

Електролітична дисоціація - розпад електролітів на іони під час розчинення їх у воді.

Електроліти - речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм (кислоти, основи і майже всі солі). Розчини електролітів вони є провідники другого роду.

Неелектроліти - речовини, розчини або розплави яких не проводять електричний струм (більшість органічних сполук, а також речовини, в молекулах яких є тільки ковалентні неполярні або малополярні зв'язки).