Краткий очерк истории развития химии

Время	Количество применяемых химических элементов
До новой эры	7
XVII век	26
XVIII век	28
Начало XIX века	50
Конец XIX века	65
XX век	80

 

Ознакомьтесь с данными таблицы, отражающей рост использования химических элементов.

Сейчас в промышленности, сельском хозяйстве и медицине используются практически все 88 химических элементов, встречающихся в природе.

Задание 1. Как вы думаете, сколько химических элементов содержится в выбрасываемом нами мусоре и отходах?

Задание 2. Чем отличается мусор XXI века от мусора, например, XIX века?

Задание 3. Можно ли было в XIX веке обеспечивать потребности человечества в железе, используя только металлолом? А в XXI веке?

Чистые вещества и смеси

Задание 1. Воздух – смесь, имеющая постоянные, переменные и случайные компоненты. Постоянные и переменные мы знаем. Какие случайные компоненты могут присутствовать в воздухе в крупном городе?

Задание 2. Почему врачи считают, что прогулка или пробежка вдоль автомобильной дороги может принести больше вреда, чем пользы?

Задание 3. Если все – таки приходится идти вдоль автотрассы с маленьким ребенком, врачи советуют взять его на руки и не рекомендуют катить в коляске или вести за руку. Почему?

Знаки химических элементов

Задание 1. Найдите в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева элементы, входящие в состав парниковых газов (водяной пар, углекислый газ, метан, озон). Назовите их порядковые номера и атомную массу.

Задание 2. Элемент углерод называется на латыни Carboneum. Он входит в состав молекул двух из трех основных парниковых газов, участвующих в изменении климата на Земле: углекислого газа СО₂ и метана СН₄.

Задание 3. В каких предложениях речь идет об углероде как химическом элементе, а в каких – как о веществе:

· Углерод входит в состав молекул углекислого газа (невидимого бесцветного вещества) и сладкого вещества – глюкозы.

· Углерод может быть черным, когда он сажа, и прозрачным, если он алмаз.

· Молекула метана – горючего природного газа – состоит из углерода и водорода.

· Из углерода изготавливают стержни для карандашей.

· Каменный уголь, который до середины ХХ века был основным ископаемым топливом, - это почти чистый углерод.

· Нефть, бензин и мазут относятся к углеводородам, потому что их молекулы состоят из углерода и водорода.

Превращение веществ. Роль химии в жизни человека.

Задание 1.  По данным статистики, количество пищевых отходов в Великобритании достигает 4 млн. т ежегодно. Если это продукты питания, то они, на первый взгляд, не могут быть ядовитыми или опасными.

Почему же экологи Великобритании бьют тревогу? Какой может быть вред от пищевых отходов на свалках? Постарайтесь найти как можно больше ответов на этот вопрос.

Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы.

Задание 1. В 2000 году человечество выбросило в атмосферу такое количество углекислого газа, что содержание углерода в нем составило примерно 6 млрд. тонн.

Сколько тонн углекислого газа было выброшено в 2000 году?

Вывод формулы.

Задание 1. Дефолиантами называются вещества, вызывающие искусственный листопад. Их применение облегчает машинную уборку урожая. В составе одного из дефолиантов обнаружено 21,6% натрия, 33,3% хлора и 45,1% кислорода. Определите химическую формулу этого вещества.

Физические явления и химические (явления) реакции в химии

Задание 1.  Каким способом – физическим или химическим – можно очищать водоем от разлитой нефти? Почему горящие бензин и нефть нельзя тушить водой?

Химические реакции

Задание 1.  Бытовой газ представляет собой смесь двух газов – бутанаС₄Н₁₀ и пропана С₃Н₈. При горении протекает химическая реакция, в результате которой образуется вода и углекислый газ. Почему мы не видим продукты горения газа?

Объясните, почему в кухне с газовой плитой обязательно должна быть возможность частого проветривания помещения.

Задание 2. Почему самоочистка воды от разлитых нефтепродуктов в южных морях длится несколько лет, а в северных – до 50 лет и более? Чем грозит Северному Ледовитому океану разработка нефтяных месторождений на его дне? Почему такая разработка более опасна, чем, например, в Персидском заливе?

Химические уравнения

Задание 1.  Составьте схемы реакций горения бутана и пропана, подберите коэффициенты.

Сколько молекул углекислого газа образуется из одной молекулы бутана? Из одной молекулы пропана?

Задание 2. Один из вариантов развития энергетики на основе возобновимых источников энергии – замена бензина бутанолом С₄Н₉ОН, производимым из древесины. Это очень перспективная технология для России, поскольку для производства бутанола можно использовать зрелый или перестоявший лес, который практически не поглощает из атмосферы углекислый газ. Важно только грамотно организовывать вырубку и посадку деревьев.

Составьте схему реакции горения бутанола, подберите коэффициенты.

Количество вещества

Задание 1. Рассчитайте молярную массу озона. Сколько молекул озона содержится в 1 моле? В 1 киломоле? Сколько атомов кислорода содержится в 1 моле озона?

Задание 2. Чему равна молярная масса метана?

Двигатель внедорожника выбрасывает в воздух около 400 г углекислого газа на каждый километр пути. Сколько м³ СО₂ выбрасывает двигатель внедорожника за один день, если среднегодовой пробег составляет 20 тыс. км?

Задание 3. В одном м³ воздуха содержится 0,00035 м³ углекислого газа. Рассчитайте, в каком объеме воздуха содержится 1моль углекислого газа.

Задание 4. Сколько частиц СО₂ содержится в 1 моле воздуха? Сколько молей СО₂ содержится в 1 моле воздуха? В каком количестве молей воздуха содержится 1 моль углекислого газа?

Задание 5. Хорошо известно, что легковой автомобиль загрязняет воздух вредными выбросами: на каждые 10 километров пути с его выхлопными газами в атмосферу попадает 7 моль монооксида углерода и 1 моль монооксида азота. Какая масса этих вредных веществ попадет в атмосферу при автомобильной поездке на дачу, которая расположена в 80 км от дома?

Задание 6. Считается, что вредные примеси в воздухе не оказывают вредного влияния, если их количество не превышает определенного предела. Так, допускается содержание в 1 м³ воздуха диоксида азота - 0,085 мг, монооксида углерода - 3,0 мг, диоксида серы - 0,05 мг, сероводорода 0,008 мг. Какое количество (моль) этих вредных примесей (по отдельности) можно вдохнуть за сутки, не подвергая свое здоровье опасности? Норма потребления воздуха для дыхания у взрослых мужчин - 10 м³ в сутки.

Задание 7. Определите, какое число молекул (формульных единиц) содержат порции веществ, часто применяемых в быту: 5 г пищевой соды (гидрокарбоната натрия) NaHCO₃, 0,01 моль иода I₂, 35 г поваренной соли (хлорида натрия) NaCl, 4 моль уксусной кислоты CH₃COOH.

Задание 8. Какова абсолютная масса одной молекулы аммиака NH₃, хлороводорода HCl, серной кислоты H₂SO₄, белого фосфора P₄? Все перечисленные вещества очень токсичны и при попадании с воздухом в дыхательные пути вызывают сильнейшие отравления. Сколько молекул будут находиться в 1 м³ воздуха при содержании этих веществ, признанном неопасным, а именно: NH₃ - 0,2 мг; HCl - 0,05 мг; H₂SO₄ - 0,3 мг; P₄ - 0,1 мг.

Задание 9. Одинаковое ли (и какое именно) число молекул содержится в 1 г воды H₂O и в 1 г кислорода O₂? Какова экологическая роль этих веществ на Земле?

Задание 10. Вычислите и сравните между собой массы 0,3 моль монооксида азота NO и такого же количества диоксида азота NO₂. Предельное безопасное содержание этих вредных газов в 1 м³ воздуха составляет 0,6 мг NO и 0,085 мг NO₂. Каково безопасное количество (моль) этих газов в 1 м³ воздуха?

Задание 11. Такие виды рыб, как форель и хариус, очень чувствительны к чистоте воды. Если в 1 л природной воде содержится всего 3 ^. 10^-6 моль серной кислоты (которая может попадать в реки с промышленными стоками или за счет "кислотных дождей"), то мальки этих рыб погибают. Вычислите ту массу серной кислоты в 1 л воды, которая представляет собой смертельную дозу для мальков форели и хариуса.

Задание 12. В доме разбился медицинский термометр, а всю ртуть собрать не удалось. Между тем ртуть обладает высокой летучестью, а ее пары ядовиты. Вычислите массу и объем жидкой ртути, содержащие 2,5 ^. 10¹⁹ атомов Hg. Плотность жидкой ртути составляет 13,59 г/см³.

Задание 13. Чтобы приготовить бордосскую смесь (препарат против фитофторы - грибкового заболевания огородных растений), используют медный купорос - пентагидрат сульфата меди (II). Рассчитайте число атомов кислорода и водорода, которые содержатся в 350 г кристаллогидрата состава CuSO₄ ^. 5H₂O.

Задание 14. Взаимодействие озона, образующегося при грозе в горной местности, со льдом, приводит к выделению небольшого количества соединения водорода и кислорода. Какова формула этого соединения, если абсолютная масса его молекул равна 5,65 ^. 10^-23 г?

Задание 15. Человек начинает ощущать едкий запах диоксида серы, если в 1 м³ воздуха содержится 3 мг этого вредного газа. При вдыхании воздуха с таким содержанием SO₂ в течение пяти минут у человека наступает ларингит - потеря голоса. Какое суммарное количество (моль) диоксида серы приводит к этому неприятному заболеванию? Примите объем легких человека равным 3,5 л, а периодичность дыхания - 4 с.

Задание 16. Растения суши и мирового океана ежегодно выделяют при фотосинтезе 320 млрд. т газообразного кислорода, с избытком восполняя расход этого газа в промышленности, энергетике и на транспорте. Сколько молекул O₂ ежегодно выделяет земная растительность?

Задание 17. Океан, как насос: в полярных широтах он поглощает своими холодными водами диоксид углерода, а в экваториальных и тропических зонах, где вода теплая, он отдает CO₂ в атмосферу. В этом обменном процессе между атмосферой и океаном участвуют ежегодно 100 млрд. т СО₂. Сколько молекул диоксида углерода вовлечено в этот процесс?

Задание 18. Грузовой автомобиль загрязняет воздух вредными выбросами: на каждые 10 км пути с его выхлопными газами в атмосферу попадает 700 г монооксида углерода и 70 г монооксида азота. Каким будет объем (при н.у.) этих вредных веществ при перевозке груза на расстояние 250 км четырьмя автомобилями?

Молярный объем газов

Задание 1. Какой объем углекислого газа СО₂, измеренного при нормальных условиях, выделится при сгорании 1,2 кг угля? Сколько в этом объеме молекул газа?

Задание 2. Что тяжелее: 1 моль СО₂, 1 моль СО или 1 моль воздуха? Как будут вести себя первые два газа в воздухе?

Задание 3. Если весь озон, содержащийся в атмосфере Земли, привести к нормальным условиям, получится слой толщиной всего 4 мм. Этот тонкий слой озона защищает всех нас от губительного ультрафиолетового излучения.

Человеческая деятельность может существенно влиять на количество озона в атмосфере именно потому, что его там очень мало. Так, объем озона, приходящийся на каждого жителя Земли, составляет при н.у. всего около 400 м³. Найдите массу озона, приходящегося на одного человека.

Задание 4. Монооксид углерода ("угарный газ") - опасный загрязнитель атмосферы. Он снижает способность гемоглобина крови к переносу кислорода, вызывает болезни сердечно - сосудистой системы, снижает активность работы мозга. Из-за неполного сжигания природного топлива ежегодно на Земле образуется 500 млн. т CO. Определите, какой объем (при н.у.) займет угарный газ, образующийся на Земле по этой причине.

Задание 5. Рассчитайте объем, который занимает (при н.у.) порция газа, необходимого для дыхания, если в этой порции содержится 2,69 ^. 10²² молекул этого газа. Какой это газ?

Задание 6. В процессах фотосинтеза зеленые растения усваивают из воздуха газообразный оксид углерода, относительная плотность которого по водороду составляет 22. Какова формула этого оксида углерода?

Задание 7. Рассчитайте, какой объем кислорода потребуется для реакции с 1 м³ пропана С₃Н₈ и какой объем углекислого газа СО₂ при этом образуется? Объемы газов измерены при нормальных условиях.

Задание 8. Если у вас дома стоит газовый счетчик, узнайте у родителей, какой объем бытового газа расходуется вашей семьей за месяц. Какой объем углекислого газавыделяется при этом?

Задание 9. В 1 л бензина содержится около 770 г углерода. Сколько углекислого газа выбрасывает в атмосферу автомобиль при сжигании 1л бензина?

Массовая и объемная доля компонентов смеси (раствора)

Задание 1.  Как правило, количество углекислого газа в воздухе измеряют в «частицах на миллион» (ppm), столько молекул углекислого газа приходится на миллион молекул воздуха.

За последние 50 лет количество углекислого газа в воздухе увеличилось с 290 ppm до 360 ppm.

Посчитайте массовую долю СО₂ в воздухе 50 лет назад и сейчас.

Выразите массовую долю СО₂ в процентах.

Сколько молекул СО₂ добавилось на каждый миллион молекул воздуха за 50 лет?

Строение атомов. Изотопы.

Задание 1.  Порядковый номер элемента в таблице Д. И. Менделеева равен 6. Какой это элемент? Чему равен заряд ядра его атома? Сколько протонов, нейтронов и электронов в его атоме?

Задание 2. На рисунке представлен состав трех изотопов элемента углерода. Будут ли различаться физические свойства веществ, в молекулы которых входят разные изотопы углерода?

В качестве примеров веществ используйте угарный газ СО, углекислый газ СО₂ и метан СН₄.

Задание 3. Подготовьте сообщение о том, как ученые определяют возраст археологических находок с помощью анализа изотопов углерода.

Задание 4. Напишите электронные формулы атомов, входящих в состав молекул атмосферных газов. Назовите эти газы. Какова их роль в жизни планеты и населяющих ее живых существ?

Задание 5. Перепишите предложения, вставляя пропущенные слова.

В ядре атомов (…) шесть протонов, а количество нейтронов в ядре может быть равно (…), (…) или (…). Количество электронов на (…) уровне равно двум, а на втором – (…). Соединяясь с другим, более тяжелым элементом, стоящим на (…) месте в таблице Менделеева, он образует парниковый газ, называемый (…) (…) (в виде СО₂), а в 2000 году это количество увеличилось в 10 раз и достигло (…).

Задание 6. Какие ионы может образовывать атом углерода? Сколько электронов он может принять? Сколько электронов отдать? Какие соединения углерод образует с кислородом?

Химическая связь

Определите тип химической связи в соединениях:

· Аммиак NH₃

· Угарный газ CO

· Углекислый газ CO₂

· Метан CH₄

· Сероводород H₂S

· Диоксид серы SO₂

Кристаллические решетки

Задание 1. Какой тип кристаллической решетки у водяного пара, метана и углекислого газа? Как это связано с их физическими свойствами? В каком виде они находятся в природе?

Задание 2. Свинец – пластичный металл с низкой температурой плавления. Вода, текущая по свинцовой трубе или находящаяся в свинцовой емкости, становится вредной для организма, так как забирает атомы свинца. Что можно сказать о прочности кристаллической решетки свинца по этим свойствам?

Степень окисления

Задание 1. Назовите степень окисления:

- водорода и кислорода в молекуле воды

- углерода и кислорода в молекулах углекислого газа и угарного газа

- углерода и водорода в молекуле метана СН₄

Задание 2. Какую роль в климате планеты играют метан, углекислый газ и водяные пары?