Очистка загрязненной поваренной соли 5 страница

Составьте химические формулы веществ, в состав которых могут входить такие ионы:

Na+, Ba2+, Cl⎺, CO3

, OH⎺.

2−

Охарактеризуйте качественный и количественный состав следующих веществ:

1) молекулярные вещества – озон O3; глюкоза – С6Н12О6; природный газ – метан – СН4;

2) атомные вещества – оксид бора B2O3; оксид кремния (кварц) – SiO2;

3) ионные вещества – морская соль Na2SO4; известь – Сa(OH)2; мел – СaCO3.

Назовите число частиц (атомов или молекул), химические формулы которых записаны в виде: 3О; О3; 2Н; Н2; 3H2О2; H2SО4; 5H2SО4.

Назовите, какие атомы и в каком количестве содержатся в молекулах: 2СО2, 3H2S, 3S8, 10С2Н6О.

Составьте формульные единицы веществ, в состав которых входят ионы: Ca2+ и Br⎺; Pb2+ и SO42−; Zn2+ и NO3⎺; Fe3+ и PO43−; Ba2+ и PO43−; Cr3+ и NO3⎺; Al3+ и SO42−; Sn2+ и S2−.

Найдите соотношение ионов K+, Cr3+, S2−, NO3⎺ в каждом из соединений: K2S, KNO3,

Cr2S3, Cr(NO3)3.

Найдите соотношение ионов Na+, Al3+, SO42−, PO43− в каждом из соединений: Na2SO4, Na3PO4, Al2(SO4)3, AlPO4.

 

Блокнот эрудита

42. Дальтониды и бертоллиды

Дальтониды и бертоллиды – термины, введённые для обозначения химических соединений постоянного состава (дальтониды) и переменного состава (бертоллиды). Термин

«дальтониды» предложен в память Дж. Дальтона, а термин  «бертоллиды»  –  в  память К.Л. Бертолле. Молекулярные химические соединения являются дальтонидами – их состав удовлетворяет закону постоянства состава.

Бертоллиды – соединения переменного состава, не подчиняющиеся закону постоянства состава. Состав бертоллидов зависит от способа получения. Многочисленные случаи образования бертоллидов открыты в сплавах металлов, а также среди различных химических веществ немолекулярного строения. Например, вещество оксид ванадия VO, может иметь в зависимости от условий получения состав от V0,9 до V1,3, оксид марганца имеет переменный состав MnO1,6.

43. КЛОД ЛУИ БЕРТОЛЛЕ (1748–1822)

Французский химик Клод Луи Бертолле был практикующим врачом и аптекарем, лейб-медиком при дворе герцога Орлеанского. Одновременно занимался изучением естественных наук и исследованиями в области химии, организацией химических и металлургических производств. С 1780 г. Бертолле – член Парижской Академии наук. В 1794 г. он стал профессором Высшей нормальной и Политехнической школ в Париже.

В период Революции и Империи Бертолле много занимался вопросами,  связанными  с  национальной  обороной,  а  также

Рисунок 89. Клод Луи Бертолле (1748–1822)

прикладной  химией  (например,  крашением  ткани).  Он  впервые применил хлор для отбеливания бумаги и тканей. Бертолле был

научным консультантом Наполеона Бонапарта.

Основные исследования Бертолле относятся к неорганической химии, химии растворов и сплавов. Он становил состав аммиака, болотного газа, синильной кислоты, сероводорода.

Открыл соли хлорноватистой и хлорноватой кислот, в частности, хлорат калия («бертолетова соль»); открыл нитрид серебра («гремучее серебро»). В 1786–1787 гг. Бертолле вместе с А.Л. Лавуазье, Л.Б. Гитоном де Морво и А.Ф. Фуркруа разработал новую химическую номенклатуру и классификацию тел.

На основании наблюдений за процессами выпадения осадков из растворов Бертолле пришёл к выводу о зависимости направления реакций и состава образующихся соединений от массы реагентов и условий протекания реакций. Эти взгляды он высказал в своем «Опыте химической статики» (1803), в котором утверждал, что элементы могут соединяться друг с другом в любых пропорциях в зависимости от массы реагирующих веществ.

По вопросу о непостоянстве состава соединений и изменчивости сил химического сродства Бертолле вёл длительную полемику с Ж. Л. Прустом (1801–1808).

В начале XIX в. дискуссия завершилась в пользу Пруста и закон постоянства состава получил признание большинства химиков. Однако в начале XX в. Н.С. Курнаков открыл существование предвиденных Бертолле химических индивидуальных веществ переменного состава, которые в память Бертолле назвал бертоллидами. Это открытие разрешило противоречие между казавшимися несовместимыми взглядами Бертолле и Пруста.

44. ДЖОН ДАЛЬТОН (1766–1844)

Английский физик и химик Джон Дальтон родился в деревне Иглсфилд в Камбеоленде в семье ткача. Образование он получил самостоятельно, если не считать уроков по математике, которые он брал у слепого учителя Дж. Гауфа. В 1781–1793 гг. Дальтон преподавал математику в школе в Кендале, с 1793 г. – физику и математику в Нью-колледже в Манчестере. Научная работа Дальтона началась с 1787 г. с наблюдений над воздухом. В течение последующих 57 лет он вел метеорологический дневник, в котором записал более 200 000 наблюдений.

В 1793 г. Дальтон опубликовал свой первый труд –

Рисунок 90. Джон

Дальтон (1766–1844)

«Метеорологические наблюдения и этюды», в котором содержатся зачатки  его  будущих  открытий.  Стремясь  понять,  почему  газы  в

атмосфере составляют смесь с определенными физическими свойствами, а не располагаются друг над другом слоями в соответствии со своими плотностями, он установил, что поведение газа не зависит от состава смеси.

Дальтон сформулировал закон парциальных давлений газов, а также обнаружил зависимость растворимости газов от их парциального давления. В 1802 г. Дальтон самостоятельно, независимо от Ж.Л. Гей-Люссака и Ж. Шарля, открыл один из газовых законов: при постоянном давлении с повышением температуры все газы расширяются одинаково.

Изучая составы химических соединений, Дальтон установил, что в различных соединениях двух элементов на одно и то же количество одного элемента приходятся количества другого, относящиеся между собой как простые целые числа (закон кратных отношений). Открытые законы Дальтон пытался объяснить с помощью развиваемых им же атомистических представлений. В качестве важнейшего свойства атома Дальтон ввёл понятие атомного веса. Приняв за единицу атомный вес водорода, Дальтон рассчитал атомные веса ряда элементов и составил первую таблицу относительных атомных масс (1803).

Химические реакции Дальтон рассматривал как связанные друг с другом процессы соединения и разъединения атомов, ибо только этим можно было объяснить скачкообразные изменения состава при превращении одного соединения в другое. Поэтому каждый атом любого элемента должен, кроме определенной массы, обладать специфическими свойствами и быть неделимым с химической точи зрения.

Сделанные Дальтоном расчёты атомных масс были неточны, поскольку он не делал различия между атомами и молекулами, называя последние сложными атомами. Тем не менее, именно благодаря Дальтону атомистика получила новое естественнонаучное обоснование; работы Дальтона стали важнейшей вехой в становлении химической науки. В 1804 г. Дальтон предложил также систему химических знаков для «простых» и «сложных» атомов.

45. ЖОЗЕФ ЛУИ ПРУСТ (1754–1826)

Французский химик Жозеф Луи Пруст родился в небольшом городке Анжере в семье аптекаря. Получив химическое образование в Парижском университете, в 1775 г. он был назначен на должность управляющего аптекой больницы Сальпетриер. В 1777 г. Пруст получил приглашение на кафедру химии и металлургии недавно основанной Королевской семинарии в Вергаре (Испания), где работал до 1780 г. В 1785 г. король Испании Карл III пригласил Пруста на должность профессора химии Артиллерийской школы в Сеговии. В дальнейшем Пруст руководил кафедрами химии в университете Саламанки (1789), а затем Мадрида (1791–1808).

Рисунок 91. Жозеф

Луи Пруст (1754–1826)

Благодаря значительной финансовой поддержке короля Пруст    организовал в          Мадриде очень хорошо оснащённую

лабораторию, собрал ценные коллекции минералов и реактивов.

В 1808 г., в период вторжения войск Наполеона в Испанию и подавления вспыхнувшего в стране народного восстания, лаборатория Пруста и его коллекции погибли. Пруст, который в это время находился во Франции, решил остаться там. В 1816 г. учёный был избран членом Парижской академии наук.

Самым выдающимся научным достижением Пруста стало открытие закона постоянства состава. В Испании Пруст занимался исследованием свойств и состава соединений различных металлов – олова, меди, железа, никеля и др. Он доказал, что при определении состава оксидов металлов многие его современники допускали ошибки, считая гидроксиды оксидами. Пруст показал также, что различные оксиды одного и того же металла имеют вполне определённый состав, который меняется скачкообразно. Исследование состава различных оксидов металлов, а также их хлоридов и сульфидов, выполненное в 1797–1809 гг., послужило основой для открытия им закона постоянных отношений. Пруст сформулировал его так: «Всегда неизменные отношения, эти постоянные признаки, характеризующие истинные соединения, как искусственно полученные, так и природные; одним словом, это постоянство природы, так хорошо виденное Шталем, всё это, я утверждаю, подвластно химику не более, чем закон избирательности <сродства>, который управляет всеми реакциями соединения».

Оппонентом Пруста в возникшей дискуссии о постоянстве состава химических соединений выступил его соотечественник – известный химик Клод Луи Бертолле. Полемику двух учёных, продолжавшуюся с 1801 по 1808 г., выдающийся французский химик Жан Батист Дюма позже охарактеризовал так: «...начался между этими двумя великими противниками, столь достойными помериться силами, длительный научный спор, замечательный как талантом, так и хорошим вкусом его участников. И по форме и по содержанию это один из прекраснейших образцов научной дискуссии».

Благодаря тому, что измерения Пруста были исключительно точными для своего времени, дискуссия закончилась в пользу Пруста и закон постоянства состава получил признание большинства химиков, став одним из краеугольных камней химической теории периода классической химии.

§14. Валентность

Валентность

До сих пор вы пользовались химическими                              формулами         веществ, приведенными в учебнике, или теми, которые

вам  называл  учитель.  Как  же  правильно  составлять химические формулы?

Химические формулы веществ составляются на основе знания качественного и количественного состава вещества. Веществ существует гигантское количество, естественно запомнить все формулы невозможно. Это и не нужно! Важно знать определенную закономерность, согласно которой атомы способны соединяться друг с другом с образованием новых химических соединений. Такая способность называется валентностью.

 

газ.

Рассмотрим модели молекул некоторых веществ, таких, как вода, метан и углекислый

 

                                                                      

 

Вода	Метан	Оксид углерода (II)
Рисунок 92. Модели некоторых молекул

Видно,  что  в  молекуле  воды  атом  кислорода  присоединяет  два  атома  водорода.

Следовательно, его валентность равна двум. В молекуле метана атом углерода присоединяет четыре атома водорода, его валентность в данном веществе равна четырем. Валентность водорода в обоих случаях равна одному. Такую же валентность углерод проявляет и в углекислом газе, но в отличие от метана, атом углерода присоединяет два атома кислорода, так как валентность кислорода равна двум.

Существуют элементы, валентность которых не меняется в соединениях. О таких элементах говорят, что они обладают постоянной валентностью. Если же валентность элемента может быть различной – это элементы с переменной валентностью. Валентность некоторых химических элементов приведена в таблице 2. Валентность принято обозначать римскими числами.

Таблица 2. Валентность некоторых химических элементов

 

Символ элемента	Валентность	Символ элемента	Валентность
H, Li, Na, K, F, Ag	I	C, Si, Sn, Pb	II, IV
Be, Mg, Ca, Ba, Zn, O	II	N	I, II, III, IV
Al, B	III	P, As, Sb	III, V
S	II, IV, VI	Cl	I, II,III, IV,V, VII
Br, I	I, III, V	Ti	II, III, IV

 

Символ элемента	Валентность	Символ элемента	Валентность
Cu, Hg	I, II	Mn	II, III, IV, VI, VII
Fe, Co, Ni	II, III	Cr	II, III, VI
Au	I, II, III	Os	II, III, IV, VI, VIII

Стоит  отметить,  что  высшая  валентность элемента              численно совпадает с порядковым

номером  группы  Периодической  Системы,  в которой он находится. Например, углерод находиться в IV группе, его высшая валентность равна IV.

Исключение составляют три элемента:

· азот – находится в V группе, но его высшая валентность IV;

· кислород – находится в VI группе, но его высшая валентность II;

· фтор – находится в VII группе, но его высшая валентность – I.

Исходя  из  того,  что  все  элементы  расположены  в  восьми  группах  Периодической Системы, валентность может принимать значения от I до VIII.

 

Составление            формул веществ                      при        помощи валентности

Для составления формул веществ при помощи валентности воспользуемся определенным алгоритмом:

Алгоритм	Пример
1.    Записать химические формулы элементов	P O
2. Вверху, над символами элементов записать значение их валентности. Для элементов с переменной валентностью конкретная валентность указана в условии	V II P  O
3.    Найти наименьшее общее кратное (НОК) значений валентности, записать его вверху	10 V II P O
4.    Поделить  НОК  на  значения  валентностей  элементов  –  это индексы, выражающие число атомов	10: V = 2 (P) 10: II = 5 (O) P 2 O 5

 

Определение   валентности   по                           формуле вещества

Чтобы определить валентность элементов по формуле вещества, необходим обратный порядок действий. Рассмотрим его также при помощи алгоритма:

Алгоритм	Пример
1.    Записать формулу вещества	Сl 2 O
2.    Указать известную валентность элемента (для элементов с постоянной валентностью)	II Cl 2 O
3.    Найти наименьшее общее кратное (НОК) валентности и индекса элемента	2   II Cl 2 O 1
4.    Поделить значение  НОК на индекс элемента, валентность которого неизвестна	2: 2 = 1 I II Cl 2 O

При изучении данного параграфа были рассмотрены сложные вещества, в состав которых входят только два вида атомов химических элементов. Формулы более сложных веществ составляются иначе.

Для определения порядка последовательности соединения атомов используют структурные (графические) формулы веществ. В таких формулах валентности элементов обозначают валентными штрихами (черточками). Например, молекулу воды можно изобразить как

Н─О─Н

Графическая формула изображает только порядок соединения атомов, но не структуру молекул. В пространстве такие молекулы могут выглядеть иначе. Так, молекула воды имеет угловую структурную формулу:

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

Что такое валентность? Каково минимальное и максимальное значение валентности для химического элемента.

Приведите примеры разных химических элементов, указав их минимальную и максимальную валентность.

Какие соединения называют бинарными?

Группу химических элементов: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, называют инертными газами. Значение их валентности можно принять равным нулю. Объясните, что это значит.

Укажите символы химических элементов, имеющих переменную валентность: Ba, Fe, F, O, Cu, Pb, Zn, Ni, Au, N, H, Li, Br.

Определите валентность элементов в следующих соединениях: NH3, ZnO, Al2O3, KBr, OsO4, TiO2, Na2O, I2O5, CrO3, Ca3P2, Na3N, Mn2O7, BaH2, PbO2, Au2O3, PH3.

Составьте формулы соединений, образованных химическими элементами с постоянной валентностью: калием и водородом; магнием и кислородом; алюминием и кислородом; кальцием и фтором; бором и кислородом, бором и водородом, барием и фтором.

Составьте формулы соединений, в состав которых входит кислород (запишите его в формуле на втором месте) и такие химические элементы: N (II), As (V), Cr (III), Li, Cu (I), S (VI), Si (IV), Ni (II), B.

Составьте формулы соединений при помощи значений валентности элементов, которые входят в их состав: а) Cu (II) и S (II); б) Si (IV) и Cl (I); в) W (VI) и О; г) C (IV) и S (II); д) Al и P (III); е) Cr (III) и Br (I); ж) S(VI) и F; з) P (III) и Cl (I); и) Al и S (II).

Определите валентности элементов в соединениях с хлором (он проявляет валентность I): AgCl, FeCl2, AsCl3, ТіСl4, SbCl5, UCl6.

Определите валентности элементов в соединениях с серой (проявляет валентность II): Cu2S, CoS, Bi2S3, SnS2, As2S5, MoS3, Re2S7.

Определите валентность азота в его соединениях: a) N2O; б) NO; в) N2O3; г) NO2; д) N2O5.

Определите валентность ванадия в его соединениях: VCl2, VCl3, VCl4, V2O5, VO2, V2O3, VO.

Напишите формулы соединений с кислородом следующих элементов: а) меди (проявляет валентности I и II);

б) железа (проявляет валентности II и III); в) кремния (проявляет валентность IV);

г) фосфора (проявляет валентности III и V); д) хрома (проявляет валентности II, III и VI); е) осмия (проявляет валентности IV и VIII).

Составьте формулы соединений неметаллов с кислородом (оксидов):

 

IV II

VI II

III II

V II

II II

IV II

a)

S O

б)

S O

в)

P  O

г)

P O

д)

C O

е)

C O

14.16.   Составьте формулы по валентности:

II

III

III

I

II  I

I

IV

IV

a) Na S

Ca P

Ba N

Al Cl

б)

Pb I

Zn Br

Al C

Ca Si

Составьте формулы водородных соединений неметаллов, если валентность неметалла минимальна: a) HF; б) НСl; в) HS; г) ВН; д) HO; е) HI; ж) НВr.

Зная, что в соединениях с металлами сера и хлор проявляют свою минимальную валентность, определите  валентность  металлов:  a) FeCl3;  б) Cu2S;  в) FeCl2;  г) PbS;  д) МnСl2; е) СrСl3.

Определите валентности элементов в соединениях, формулы которых SiH4 и MgCl2. Составьте формулы соединения магния с кремния и соединения водорода с хлором, если валентности элементов в них такие же, как и в соединениях SiH4 и MgCl2.

Определите валентности элементов в соединениях, формулы которых АlВr3 и СН4. Составьте формулы соединений алюминия с углеродом и водорода с бромом, если валентности элементов в них такие же, как и в соединениях АlВr3 и СН4.

H H   C   O   H H H   N   H H   H   O   H   O   P   O   H   O   H   O       O S H   O       O а) б) в) г)

Определите валентности химических элементов в соединениях,  для  которых приведены следующие графические формулы:

 

                                                                                                                                                                                             

Н−С≡N   N≡N       а)   б)   в)   г)   д) H−H O=C=O   O=N−Cl H−C≡C−H е) ж) з) и) к) Н−Br л) м) н) о) п)

Определите валентность элементов в соединениях:

 

                                                

 

 

                        

 

Определите  валентность  элементов  в  следующих  соединениях  и  изобразите  их графические формулы: PH3, SO2, Cl2O, HF, PCl5.

При составлении формул по валентности были допущены ошибки. Исправьте их.

IV II   IV II   V I   III II   I III   IV II   III   a) S O4 б) Si2O4 в) PCl5 г) Al2O3 д) Li N е) W O3 ж) Ba3P з)

II CuO2

В свободное время изготовьте модели молекул веществ. В качестве материала для изготовления моделей можно использовать пластилиновые шарики и зубочистки, или спички.

 

Блокнот эрудита

46. Что такое валентность

Понятие валентности в химии долго считалось одним из основных. «Валентность – фундаментальное свойство атома, – писал более века назад знаменитый немецкий учёный, один из создателей теории химического строения Фридрих Кекуле, – свойство такое же постоянное и неизменяемое, как и самый атомный вес». Однако в современной научной литературе этот термин употребляется не очень широко.

Впервые идею об определённой «ёмкости насыщения» атомов металлов и кислорода высказал в 1853 г. английский химик Эдуард Франкленд (1825–1899). К концу 50-х гг. XIX в. большинство химиков признавали, что валентность (тогда говорили «атомность») углерода равна  четырём,  кислорода  и  серы  – двум,  фтора  и хлора  – единице. Сам  термин

«валентность», предложенный в 1868 г. берлинским профессором Карлом Вихельхаусом (1842–1927), был взят из латыни (от лат. valentia – «сила»), однако длительное время почти не употреблялся. В классическом труде «Основы химии» Д.И. Менделеев лишь несколько раз использует как синоним валентности понятие «атомность», не останавливаясь на нём детально и не давая однозначного определения.

И это не случайно. «Ни одно понятие в химии не получало такого количества неясных и неточных определений, как понятие валентности», – писал в 1917 г. американский педагог Александр Смит. Вначале химики ошибочно полагали, что каждый элемент имеет одну валентность. Это неминуемо приводило к искажению химических формул, которые просто