С.А. Панов ХИМИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.И. ПИРОГОВА

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

С.А. Панов

Х И М И Я

  Москва     С.А. Панов   Химия: Учебно-методическое пособие. - Москва,…

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………………...4

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева…………………………………………………………………………10 Химическая связь………………………………………………………………………...13

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Важнейшие классы неорганических соединений……………………………………...32

Металлы…………………………………………………………………………………..35

Неметаллы………………………………………………………………………………..42

 

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Основные положения теории химического строения органических веществ

А.М. Бутлерова…………………………………………………………………………..47

Классификация органических соединений…………………………………………….47

Углеводороды……………………………………………………………………………53

Кислородсодержащие органические вещества

Азотсодержащие органические вещества

 

Заключение

 

 

ВВЕДЕНИЕ

98 баллов – это так много, ведь за этим стоит много труда, сил и времени.

98 баллов – это так мало, ведь всего каких-то 2 балла…

(Учитель Н.В. Майсакова)

Дорогие друзья!

Данное пособие подготовлено, прежде всего, для школьников, педагогов, репетиторов; тех, кто планирует сдавать единый государственный экзамен по химии в качестве итоговой аттестации за курс среднего (полного) общего образования, собирается связать свою жизнь в будущем с естественными науками или медициной, а также, лиц, просто интересующихся химией.

Как правило, химия – одна из тех дисциплин, вызывающих трудности у большинства школьников. Это обусловлено тем, что данный предмет требует к себе особого, трепетного отношения: необходимо знать строение, номенклатуру, физические и химические свойства, методы получения различных химических веществ, научиться решать задачи, уметь применять теоретические знания на практике и.т.д.

Учебно-методическое пособие, которое Вы держите в руках, направлено на преодоление любых затруднений в освоении школьного курса химии. Весь теоретический материал, представленный в данной книге, максимально систематизирован, что позволяет читателю понять смысл, а также наглядно рассмотреть сущность любых химических превращений.

Перед прочтением какого-либо раздела настоятельно рекомендуется ознакомиться с аналогичными темами в действующих учебниках, рекомендованных Министерством образования и науки Российской Федерации.

Желаю успеха в изучении самой интересной, замечательной и необыкновенной науки – химии!

 

С Уважением,

Сергей Алексеевич Панов.

ОБЩАЯ ХИМИЯ

СТРОЕНИЕ АТОМА

Атом – наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его… Простые вещества – это вещества, образованные атомами одного химического элемента.

Заполнение орбиталей

1. Принцип Паули –в атоме не может быть более двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.

2. Правило Гунда –в данном подуровне электроны располагаются так, чтобы их суммарное спиновое число было максимальным.

3. Принцип наименьшей энергии –электроны заполняют энергетические подуровни в порядке увеличения их энергии.

Виды атомных орбиталей

 

 

Главные характеристики атома

1) Радиус атома (R_ат) – это расстояние от ядра до наиболее удаленного от него электрона.

R_ат у металлов > R_ат у ионов;

R_ат у неметаллов < R_ат у ионов;

R_катион < R_анион (по периоду);

R с возрастанием Z увеличивается (по группе).

3) Энергия сродства к электрону (Еср) – это энергия, которая выделяется при присоединении е- к атому (максимальна – у галогенов, минимальна у… 4) Электроотрицательность (ЭО) – это способность атома в соединении…  

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.

Впервые Периодический закон был сформулирован 1 марта 1869 года русским ученым Д.И. Менделеевым. Первоначально, формулировка закона выглядела…   Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева (см. приложение) является графическим отображением…

Закономерности изменения свойств элементов

в малых периодах (II, III) - Заряд ядра атома элемента увеличивается; - Число энергетических уровней не изменяется;

Семейства химических элементов

p-элементы – последним заполняется p-подуровень внешнего энергетического уровня (главные подгруппы III-VIII групп); d-элементы – последним заполняется d-подуровень предвнешнего энергетического… f-элементы – последним заполняется f-подуровень третьего снаружи энергетического уровня (лантаноиды и актиноиды).

Характер оксидов и гидроксидов I-VII групп

 

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Вид химической связи зависит от электроотрицательности образующих её элементов.

Ионная связь

Образуется при взаимодействии атомов элементов, резко отличающихся друг от друга значениями электроотрицательности (Ме + НеМе).

Свойства: ненаправленность, ненасыщаемость.

Соединения: твердые, малолетучие, тугоплавкие вещества (галогениды типичных металлов, щелочи, гидриды металлов).

Ковалентная связь

A· + ·В → А : В Соединения (неполярная ковалентная связь): газообразные, твердые, реже – жидкие вещества (O2, Cl2, Br2, I2, алмаз,…

Металлическая связь

Образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов.

Свойства: ненаправленность.

Соединения: твердые вещества (все Ме, кроме ртути).

Водородная связь

Образуется между атомом водорода, связанным с атомом электроотрицательного элемента одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента другой молекулы.

Механизмы образования ковалентной связи

1. Обменный

2. Донорно-акцепторный

 

 

Способы перекрывания электронных облаков

(«а,б,в» - σ-тип, «г» - π-тип)

 

σ-связь – это ковалентная связь, образованная при перекрывании атомных орбиталей по линии, соединяющей центры атомов (прочная связь).

π-связь – это ковалентная связь, образованная при перекрывании атомных орбиталей вне линии, соединяющей ядра атомов (непрочная связь).

 

Свойства ковалентной связи

Энергия связи (Есв) – это энергия, необходимая для разрыва связи, измеряется в кДж/моль. Чем больше перекрывание атомных орбиталей, тем больше энергия связи, тем… Порядок (кратность) связи – это число электронных пар, участвующих в образовании связи. N=N Тройная связь…

Типы гибридизации

 

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ

Кристаллическая решётка – это упорядоченное расположение частиц в кристалле.

 

Сравнительная характеристика кристаллических решеток

   

ВАЛЕНТНОСТЬ И СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ

Валентность элемента определяется числом ковалентных связей, образованных атомом элемента в соединении.

Понятие «валентность» применимо только к соединениям с ковалентными связями.

 

Правила определения степени окисления элемента в соединении

2) Кислород в соединениях имеет степень окисления -2. Исключения: в соединениях с фтором степень окисления +2, в пероксидах степень окисления… 3) Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления +1, а в… 4) Фтор во всех соединениях имеет степень окисления -1.

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ ПРОТЕКАНИЯ

Классификация химических реакций

№	Основа классификации	Типы реакций
	Число и состав исходных и полученных веществ	Реакции соединения
Реакции разложения
Реакции замещения
Реакции обмена
Реакции, идущие без изменения состава вещества
	Агрегатное состояние исходных и полученных веществ	Гомогенные
Гетерогенные
	Направление протекания реакции	Необратимые
Обратимые
	Участие катализатора	Каталитические
Некаталитические
	Тепловой эффект	Экзотермические
Эндотермические
	Изменение степени окисления элементов	Реакции без изменения степени окисления
Окислительно-восстановительные реакции

 

Типы окислительно-восстановительных реакций
Межмолекулярные	Внутримолекулярные	Реакции диспропорционирования (самоокисление-самовосстановление)
Н2S + Cl2 → S + 2HCl	2H2O → 2H2 + O2	Cl2 + H2O → HClO + HCl

Методы расстановки коэффициентов в уравнениях ОВР

 

Метод электронного баланса

1) Запишем формулы исходных веществ и продуктов реакции: FeCl3 + H2S → FeCl2 + S + HCl; 2) Определим, какое вещество является окислителем, а какое восстановителем и их степени окисления до и после реакции.…

Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций)

реакций, протекающих в водном растворе при участии ионов, используют метод электронно-ионного баланса. Метод электронно-ионного баланса складывается из следующих этапов: 1) записывают формулы реагентов данной реакции:

Обратимые химические реакции. Химическое равновесие

Состояние химического обратимого процесса, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называется химическим равновесием. … Смещение химического равновесия осуществляется по принципу Ле-Шателье: если на…  

РАСТВОРЫ. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ

  Пример: раствор H2SO4 состоит из: 1) растворителя – H2O

Способы выражения состава раствора

Теория электролитической диссоциации (1887 г., Сванте Аррениус)

Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: катионы движутся к катоду, анионы к аноду. Степень диссоциации ()зависит от природы электролита и растворителя, температуры, концентрации раствора.

Реакции ионного обмена

  Условия протекания реакций ионного обмена до конца: 1) Образование осадка

Гидролиз

Гидролизу подвергаются многие вещества: 1) Карбиды: CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2↑ 2) Нитриды: Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3↑

Случаи гидролиза солей

Особые случаи гидролиза: 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2↑ 2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O → (CuOH)2CO3↓ + CO2↑ + 2Na2SO4

ВАЖНЕЙШИЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Классификация неорганических соединений

Классификация оксидов

Несолеобразующие	Солеобразующие
Основные	Амфотерные	Кислотные
N2O, NO, CO, SiO	Na2O, CaO…	ZnO, Al2O3, BeO…	SO2, SO3, P2O5…

 

Классификация оснований

1. По числу гидроксогрупп в молекуле: а) Однокислотные (NaOH, NH4OH…) б) Двухкислотные (Ca(OH)2, Fe(OH)2…) в) Трехкислотные (Mn(OH)3, Fe(OH)3…)

2. По степени диссоциации: а) Сильные основания, или щелочи (NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2…) б) Слабые основания (Cu(OH)2…)

Классификация кислот

1. По числу атомов водорода в молекуле: а) Одноосновные (HCl, HClO3, HNO3…) б) Двухосновные (H2S, H2SO4, H2SiO3…) в) Трехосновные (H3PO4, H3AsO4…) г) Четырехосновные (H4P2O7…)

2. Содержание атомов кислорода: а) Бескислородные (HBr, H2S…) б) Кислородсодержащие (H2SO4, HClO4, H3PO4…)

 

Классификация солей

 

Генетические связи между классами неорганических веществ

 

Me → Me_xO_y → Me_x(OH)_y → Соль

Амф. → Амф_xO_y → H_xАмф_yO_z или Амф_x(OH)_y → Соль

НеMe → НеMe_xO_y → H_xHeMe_yO_z → Соль

Химические свойства классов неорганических веществ

Реагент	О.О.	А.О.	К.О.	Щелочь	Амф.Г.	К-та	Соль	H2O
О.О.	-	соль	соль	-	соль + Н2О	соль + Н2О	-	щелочь
А.О.	соль	-	соль	соль + Н2О	-	соль + Н2О	-	-
К.О.	соль	соль	-	соль + Н2О	соль + Н2О	-	-	кислота
Щелочь	-	соль + Н2О	соль + Н2О	-	соль + Н2О	соль + Н2О	соль + основание	диссоц.
Амф.Г.	соль + Н2О	-	соль + Н2О	соль + Н2О	-	соль + Н2О	-	-
К-та	соль + Н2О	соль + Н2О	-	соль + Н2О	соль + Н2О	-	соль + кислота	диссоц.
Соль	-	-	-	соль + основание	-	соль + кислота	соль + соль	гидролиз

МЕТАЛЛЫ

а) К металлам относятся: - Все элементы побочных групп (d- и f-семейства); - Элементы главных подгрупп I и II групп, кроме Н (s-семейства);

III. Общие химические свойства металлов

    HNO3 (разб.) + активные металлы → Mex(NO3)y + NH4NO3↑ + H2O + активные…

IV. Химические свойства щелочных металлов

V. Химические свойства металлов IIА группы (щелочноземельные металлы)

VI. Бериллий и магний

VII. Химические свойства алюминия

VIII. Химические свойства металлов побочных подгрупп

IX. Основные способы получения металлов

1) Пирометаллургия – получение металлов из руд реакциями восстановления при высоких температурах. ZnO + C → Zn + CO↑ Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2↑

X. Электролиз

Под действием постоянного электрического тока вода разлагается на кислород и водород. 2Н2О = 2Н2↑ + О2↑  

НЕМЕТАЛЛЫ

а) К неметаллам относятся: - Элементы главных подгрупп IV-VIII групп, В и Н; - Водород и гелий (s-семейство), остальные неметаллы принадлежат к p-семейству.

IV. Химические свойства неметаллов

V. Химические свойства некоторых соединений неметаллов

  NO2 +O2 +H2O, to → HNO3 +H2O, to → HNO3 + 4NO2 + NaOH (на …     HNO3 (конц.) + Al, Cr, Fe, Au, Pt …     HNO3 (разб.) + активные металлы → Mex(NO3)y + NH4NO3↑ +…

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ А.М. БУТЛЕРОВА

1) Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности; углерод во всех органических… 2) Свойства вещества определяются не только качественным составом, но и его… 3) Строение молекул может быть установлено на основе изучения их химических свойств.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

 

I. Классификация по наличию функциональных групп

Функциональная группа	Название класса соединений	Примеры
Формула	Название
-OH	Гидроксильная группа	Спирты	Предельные CH3-CH2OH Непредельные CH2=CH-CH2OH Многоатомные CH2OH-CHOH-CH2OH Ароматические
Фенолы
-С=ОН	Карбонильная группа	Кетоны
	Альдегидная группа	Альдегиды	Предельные Непредельные Ароматические
	Карбоксильная группа	Карбоновые кислоты	Одноосновные предельные Двухосновные предельные Ароматические
-NO2	Нитрогруппа	Нитросоединения	CH3-NO2
-NH2	Аминогруппа	Амины	CH3-NH2
-NH2, -COOH	Аминогруппа и карбоксильная группа	Аминокислоты
CnH2n+2	-	Алканы	CH3-CH3
CnH2n	-	Алкены	CH2=CH2
CnH2n-2	-	Алкины	HC=CH
CnH2n-2	-	Алкадиены	CH2=CH-CH=CH2
CnH2n	-	Циклоалканы
CnH2n-6	-	Арены (ароматические соединения)

 

II. Типы изомерии

Структурная изомерия

CH3-CH2-CH2-CH3 и   б) Изомерия положения кратной связи

Межклассовая изомерия

а) CH₂=CH-CH₂-CH₃ и

б) и CH₂=C=CH₂ (обратите внимание на формулу пропина!)

в) CH₃-CH₂OH и CH₃-O-CH₃

г) и

д) СH₃-CH₂-CO(OH) и CH₃-CO(O-CH₃)

Пространственная изомерия (цис-, транс-изомерия)

 

III. Типы химических реакций в органической химии

Реакции органических веществ можно формально разделить на четыре основных типа: замещения, присоединения, отщепления (элиминирования) и перегруппировки (изомеризации).

Как правило, основное органическое соединение, участвующее в реакции, называют субстратом, а другой компонент реакции условно рассматривают как реагент.

Реакции замещения.

Реакции, в результате которых осуществляется замена одного атома или группы атомов в исходной молекуле (субстрате) на другие атомы или группы атомов, называются реакциями замещения. В реакции замещения вступают предельные и ароматические соединения, такие, как, например, алканы, циклоалканы или арены.

СН₄ + Сl₂ → СН₃Сl + НСl

Реакции присоединения.

СН3—СН=СН2 + Н2 → СН3—СН2—СН3 СН2=СН2 + НСl → СН3—СН2—Сl СН2=СН2 + Сl2 → СН2Сl—СН2Сl

Реакции отщепления (элиминирования).

 

УГЛЕВОДОРОДЫ

 

1) Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности; углерод во всех органических соединениях четырехвалентен.