Относительная  молекулярная масса вещества равна сумме относительных масс атомов, содержащихся в нем 5 страница

С простыми веществами кислород, как правило, реагирует при нагревании. В металлическую ложечку для сжигания веществ поместим уголек, нагреем его в пламени спиртовки докрасна и опустим в сосуд с кислородом. Наблюдаем яркое горение уголька в кислороде. Уголь – простое вещество, образованное элементом углеродом. В реакции кислорода с углеродом образуется углекислый газ:

C + O2 = CO2.

Стоит отметить, что многие химические вещества имеют тривиальные названия. Углекислый газ – это тривиальное название вещества. Тривиальные названия веществ используются  в повседневной жизни, многие из них имеют давнее происхождение. Например, пищевая сода, бертолетова соль. Однако у каждого химического вещества есть и систематическое химическое название, составление которого регламентируется международными правилами

– систематической химической номенклатурой. Так, углекислый газ

имеет систематическое название оксид углерода (IV).

Углекислый  газ  является  сложным

Рисунок 126. Горение угля в кислороде

 

 

Рисунок 127. Горение серы в кислороде

веществом,  бинарным  соединением,  в  состав  которого  входит кислород.

Поместим в ложечку для сжигания веществ серу и нагреем. Сера плавится, затем загорается. На воздухе сера горит бледным, почти незаметным, синим пламенем. Внесем серу в сосуд с кислородом – сера горит ярким синим пламенем. В реакции серы с кислородом образуется сернистый газ:

S + O2 = SO2.

Сернистый газ, как и углекислый газ, относится к группе оксидов. Это оксид серы (IV)

– бесцветный газ с резким едким запахом.

Теперь внесем в сосуд с кислородом подожженный красный фосфор. Фосфор горит ярким, ослепительным пламенем. Сосуд заполняется белым дымом. Белый дым – это продукт реакции, мелкие твердые частицы оксида фосфора (V):

4P + 5O2 = 2P2O5.

В кислороде способны гореть не только неметаллы. Металлы также энергично взаимодействуют с кислородом. Например, магний горит в кислороде и на воздухе ослепительным белым пламенем. Продукт реакции – оксид магния:

2Mg + O2 = 2MgO.

 

Рисунок 128. Горение фосфора в кислороде

Попробуем сжечь в кислороде железо. Раскалим в пламени спиртовки стальную проволоку и быстро опустим в сосуд с кислородом. Железо горит в кислороде с образованием множества искр. Вещество, полученное в результате реакции, называют железной окалиной:

 

Рисунок 129. Горение железа в кислороде

3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Снопы искр, образующихся при  горении  бенгальского огня, объясняются сгоранием порошка железа, входящего в состав этих пиротехнических изделий.

После рассмотренных реакций можно сделать важные выводы: кислород реагирует как с металлами, так и неметаллами; часто эти реакции сопровождаются горением

веществ.  Продуктами  реакций  кислорода с

1. Какие вещества называют оксидами?

простыми веществами являются оксиды.

Обратите внимание,           что   при взаимодействии кислорода с простыми веществами – металлами и неметаллами образуются сложные вещества – оксиды. Такой тип химических реакций называют реакциями соединения.

2. Почему  в  систематических

названиях оксидов иногда указывают в скобках валентность химического элемента, а иногда нет (сравните названия оксидов магния и фосфора)?

 

Реакция соединения – реакция, в результате которой из двух или нескольких менее сложных по строению веществ, образуются более сложные по строению вещества

 

 

Взаимодействие кислорода со сложными веществами

Кислород способен вступать в реакции и со сложными веществами. В качестве примера рассмотрим реакцию, которая протекает при горении бытового газа, который состоит из метана CH4.

По горению метана в конфорке печи можно сделать выводы, что реакция протекает с выделением энергии в виде тепла и света. Каковы продукты этой реакции?

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.

Продукты реакции оксиды: углекислый газ (оксид углерода (IV)) и вода (оксид водорода).

В реакции кислорода с минералом пиритом FeS2 (важный минерал железа и серы) получают оксиды серы и железа. Реакция происходит при нагревании:

4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3.

Окисление – горение и медленное окисление

Горение – это первая химическая реакция, с которой познакомился человек. Огонь… Можно ли представить наше существование без огня? Он вошел в нашу жизнь, стал неотделим от нее. Без огня человек не сварит пищу, сталь, без него невозможно движение транспорта. Огонь стал нашим другом и союзником, символом славных дел, добрых свершений, памятью о минувшем.

С химической точки зрения горение – это химическая реакция, сопровождающаяся выделением потока раскаленных газов и энергии в виде тепла и света. Можно сказать, что кислород, вступая в реакцию с простыми веществами, окисляет их:

окисление

Простое вещество + Кислород →               Продукты окисления (оксиды) + Энергия.

Окисление веществ может и не сопровождаться горением, то есть выделением пламени.

Такие процессы называют медленным окислением. Медленное окисление – процесс постепенного взаимодействия веществ с кислородом, с медленным выделением теплоты, не сопровождающийся горением. Так, например, углекислый газ образуется не только при горении углерода в кислороде, но и при медленном окислении органических веществ кислородом воздуха (гниении, разложении).

 

Простейшие вычисления по химическим уравнениям

Вы уже знакомы с некоторыми типами расчетных задач, например, расчет массовой доли элемента в веществе. Очень часто вы будете сталкиваться с расчетами, связанными с уравнениями химических реакций. В этом разделе параграфа рассмотрим простейшие примеры.

Пример 1. Определите, какая масса кислорода потребуется для сжигания лития массой

14 г.

 

Решение:

1. Для  решения  такой  задачи  изначально  необходимо  записать  уравнение реакции горения лития:

4Li + O2 = 2Li2O.

2. Необходимо проанализировать уравнение реакции. Коэффициент 4 перед литием указывает на то, что реагируют четыре атома лития с одной молекулой кислорода (в уравнении перед кислородом – коэффициент 1, однако он в уравнениях не указывается).

3. Необходимо определить относительную атомную массу 4-х атомов лития, для этого относительную атомную массу лития нужно умножить на 4: 4Ar(Li) = 7·4 = 28. Определить относительную молекулярную массу одной молекулы кислорода: Mr(O2) = 2Ar(O) = 16·2 = 32.

4. Следовательно, с 28 г лития может прореагировать 32 г кислорода. В условии указана другая масса лития – 14 г. Составим пропорцию: с 14 г лития могут прореагировать х г кислорода. Составление пропорции:

14 г Li =  х г O2 ; х = 16 г.

28 г Li

32 г O2

5. Значит масса кислорода, необходимая для реакции с 14 г лития, составляет

16 г.

Ответ: 16 г.

 

Дано:

Пример 2. Какая масса пирита может прореагировать с кислородом массой 1 кг?

Решение:

m(О2) = 1 кг m(FeS2) =?

1. Необходимо составить уравнение реакции:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.

2. Анализ уравнения реакции: коэффициент 4 перед пиритом указывает на то, что реагируют четыре формульных единицы пирита с одиннадцатью молекулами кислорода (на это указывает коэффициент 11 перед кислородом в уравнении реакции).

3. Определение относительной формульной массы 4-х формульных единиц пирита, для этого относительную формульную массу пирита нужно умножить на 4: 4Mr(FeS2) = 4·(Ar(Fe)+2Ar(S)) = 4·(56+2·32) = 480. Определение относительной молекулярной массы одиннадцати молекул кислорода: 11Mr(11O2) = 11(2Ar(O)) = 11·(16·2) = 352.

4. Следовательно, с 480 г пирита может прореагировать 352 г кислорода. В условии указана другая масса кислорода – 1 кг, что составляет 1000 г. Тогда x г пирита могут прореагировать с 1000 г кислорода. Составление пропорции:

х г FeS2

480 г FeS2

= 1000 г O2; х = 1364 г, или 1,364 кг.

352 г O2

5. Значит  масса  пирита,  необходимая  для  реакции  с  1 кг  кислорода,

составляет 1,364 кг.

Ответ: 1,364 кг.

 

Подведем итоги

· В реакции простых веществ с кислородом, образуются оксиды

· Реакции простых веществ с кислородом протекают, как правило, при нагревании

· Реакции простых веществ с кислородом – это реакции соединения

· Тривиальные названия химических веществ не отражают химического состава веществ, используются в повседневной практике, многие из них сложились исторически

· Систематические названия химических веществ отражают химический состав вещества, соответствуют международной систематической номенклатуре

· Реакция соединения – реакция, в результате которой, из двух или нескольких менее сложных по строению веществ, образуются более сложные по строению вещества

· Кислород способен реагировать со сложными веществами

· Горение – химическая реакция, сопровождающаяся выделением энергии в виде тепла и света

· Медленное окисление – процесс постепенного взаимодействия веществ с кислородом, с медленным выделением теплоты, не сопровождающийся горением

Вопросы, упражнения и задачи

Укажите, в каких случаях речь идет о кислороде как о химическом элементе, а в каком – как о простом веществе:

а) кислород – самый распространенный на Земле элемент; б) молекула кислорода содержит два атома кислорода;

в) массовая доля кислорода в организме человека составляет примерно 65%;

г) воздух – это смесь газов, главными компонентами которой являются азот (массовая доля – 75,5%) и кислород (23,1%);

д) кислород входит в состав оксидов;

е) в результате фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, а выделяют кислород.

В чем различие между реакцией соединения и реакцией разложения?

Какими  признаками  химической  реакции  сопровождается  взаимодействие  простых веществ с кислородом?

Что такое оксиды? Из приведенных химических формул выберите оксиды и назовите их: KNО3, Fe2О3, РН3, Сl2О, FeS, FeO, СаСО3, Cu2О, НСl, CuO.

Превратите следующие схемы реакций соединения в химические уравнения:

1) Zn + O2 ® ZnO                                                  6) B + O2 ® B2O3

2) NO + O2 ® NO2                                                                                                      7) Na + O2 ® Na2O2

3) C + O2 ® CO                                                     8) I2 + O2 ® I2O5

4) Sr + O2 ® SrO                                                    9) SO2 + O2 ® SO3

5) Fe + O2 ® Fe3O4                                                                                                       10) Na2O + O2 ® Na2O2

Превратите схемы реакций в химические уравнения:

t°                                                                                                                   t°

1) CаO2 →  CаО + O2­                                         6) Cd(NO3)2 →  CdO + NO2­ + O2­

t°

2) Hg(NО3)2 →  Hg + NО2­ + О2­                      7) Na2O2 + Н2О ® NaOH + O2­

t°

3) Н2O2 ® Н2О + O2­                                           8) HNO3 →  Н2О + NO2­ + O2­

t°, MnO2                                                                                                                                              t°

4) NaСlO3 →           NaCl + O2­                           9) NaNO3 →  NaNO2 + O2­

5) МnO2 + H2SO4 ® MnSO4 + O2­ + Н2О            10) Сl2 + Н2О ® НСl + O2­

Превратите следующие схемы реакций взаимодействия сложных веществ с кислородом в химические уравнения:

1) CuS + O2 ® CuO + SO2                                                                              6) NH3 + O2 ® N2 + Н2O

2) NH3 + O2 ® NO + H2O                                    7) P4O6 + O2 ® P4O10

3) Fe(OH)2 + O2 + H2O ® Fe(OH)3                                                   8) NO2 + O2 + Н2O ® HNO3

4) P4S3 + O2 ® Р4O10 + SO2                                                                               9) NH3 + O2 ® NO + Н2O

5) NH3 + O2 ® NO + Н2O                                      10) Cu2S + O2 ® CuO + SO2

Составьте  формулы  образующихся  оксидов  с  учетом  известной  вам  валентности элементов, расставьте коэффициенты в схемах реакций:

1) Сa + O2 ®                                                          6) P + O2 ®

2) Al + O2 ®                                                           7) Cu + O2 ®

3) Li + O2 ®                                                            8) Hg + O2 ®

4) Si + O2 ®                                                            9) Mg + O2 ®

5) Be + O2 ®                                                           10) Cu2O + O2 ®

Восстановите пропуски и превратите схемы реакций в химические уравнения: 1) … + … ® BaO                                                                    6) H2 + O2 ® …

2) … + … ® SeO2                                                                                                          7) ZnS + … ® ZnO + SO2

3) SO2 + … ® SO3                                                                                                         8) CsNO3 ® CsNO2 + …

4) H2S + … ® SO2 + H2O                                      9) FeO + … ® Fe2O3

5) Сr2O3 + … ® СrO2                                                                                             10) Mn + … ® MnO2

Укажите,       в каких процессах расходуется  кислород: а) дыхание; б) горение; в) фотосинтез; г) гниение.

Напишите  уравнения  реакций,  при  помощи  которых  можно  получить  следующие вещества:

1) KMnO4 ® O2 ® P2O5                                                                                 3) KClO3 ® O2 ® H2O ® O2

2) H2O2 ® O2 ® CO ® CO2                                                                   4) H2O ® O2 ® SO2 ® SO3

5) KNO3 ® O2 ® Fe3O4 ® Fe2O3

Составьте уравнения реакций, которые происходят во время горения этилового спирта C2H6O и бензина С8Н18. Продуктами каждой реакции являются углекислый газ и вода.

Сравните массовые доли кислорода, содержащегося в одинаковых количествах нитрата калия и хлората калия. Какое из этих веществ более выгодно использовать для получения кислорода в лаборатории?

Сравните массовые доли кислорода, содержащегося в одинаковых количествах нитрата натрия и нитрата калия. Какое из этих веществ более выгодно использовать для получения кислорода в лаборатории?

При  нагревании  KМnO4  массой  16 г  выделилось  1,2 г  O2.  Вычислите  общую  массу твердого остатка.

Рассчитайте, какая масса кислорода (в граммах) потребуется для реакции с:

1) 2,4 г углерода. В реакции образуется углекислый газ.

2) 640 г серы. В реакции образуется сернистый газ (SO2).

3) 100 г водорода

4) 39,2 г железа. В реакции образуется железная окалина (Fe3O4).

5) 16,2 г алюминия. В реакции образуется оксид алюминия (Al2O3).

Рассчитайте, какая масса кислорода выделится при разложении 100 г:

1) воды                                                     6) нитрата натрия

2) пероксида водорода                          7) нитрата серебра

3) нитрата калия                                    8) нитрата свинца (II)

4) перманганата калия                          9) оксида ртути (II)

5) хлората калия                                     10) нитрата лития

Какая масса кислорода необходима для сжигания алюминия, чтобы в ходе реакции получить:

1) 1 г оксида алюминия (Al2O3)            4) 50 г оксида алюминия (Al2O3)

2) 10 г оксида алюминия (Al2O3)          5) 142 г оксида алюминия (Al2O3)

3) 100 г оксида алюминия (Al2O3)

При нагревании 20,0 г смеси нитрата натрия и хлорида натрия до завершения реакции получено 3,2 г кислорода. Вычислите массовые доли компонентов: а) в исходной смеси; б) в твердом остатке после реакции.

При нагревании 50,0 г смеси K2SO4 и KNO3 до завершения реакции получено 4,8 г кислорода. Вычислите массовые доли компонентов: а) в исходной смеси; б) в твердом остатке после реакции. Сульфат калия при нагревании не разлагается.

 

63. Снежная вода

Обычная вода из-под крана или из пластиковой бутылки практически не содержит пероксид водорода Н2O2. А вот вода, полученная таянием естественного снега, содержит больше пероксида водорода, чем дождевая вода после града или грозы, а дождевая вода после грозы – больше, чем обычная дождевая вода. Чем это обусловлено?

Пероксид водорода Н2O2 образуется не только при взаимодействии водорода с влажным кислородом при электрическом разряде, но и при реакции воды с озоном O3, который появляется во время грозы под действием электрических разрядов:

3O2  = 2O3, O3 + 3H2O = 3H2O2.

Чем больше концентрация озона в воздухе, тем выше содержание пероксида водорода в атмосферных осадках. При температуре ниже 0°С пероксид водорода разлагается очень медленно.

64. Тривиальные названия веществ

В течение многих веков и тысячелетий люди использовали в своей практической деятельности множество самых разнообразных веществ. Немало их упомянуто и в Библии (это и драгоценные камни, и красители, и различные благовония). Конечно, каждому из них давалось название. Конечно, оно не имело ничего общего с составом вещества. Иногда название отражало внешний вид или особое свойство, реальное или вымышленное. Типичный пример – алмаз. По-гречески damasma – покорение, укрощение, damao – сокрушаю; соответственно, adamas – несокрушимый (интересно, что и по-арабски «аль-мас»

– твердейший, самый твердый). В древности этому камню приписывали чудесные свойства, например, такое: если между молотом и наковальней положить кристаллик алмаза, то скорее они разлетятся вдребезги, чем повредится «царь камней». На самом деле алмаз очень хрупок и совершенно не выдерживает ударов. А вот слово «бриллиант» реально отражает свойство ограненного алмаза: по-французски brilliant – блестящий.

Множество названий веществ придумали алхимики. Некоторые из них сохранились и по сей день. Так, название элемента цинка (в русский язык его ввел М.В. Ломоносов) происходит, вероятно, от древнегерманского tinka – «белый»; действительно, самый распространенный препарат цинка – оксид ZnO имеет белый цвет. В то же время алхимики придумали множество самых фантастических названий – частично в силу своих философских взглядов, частично – чтобы засекретить результаты своих опытов. Например, тот же оксид цинка они называли «философской шерстью» (это вещество алхимики получали в виде рыхлого порошка). Другие названия основывались на способах получения вещества. Например, метиловый спирт называли древесным спиртом, а ацетат кальция –

«пригорело-древесной солью» (при получении обоих веществ использовали сухую перегонку древесины, что, конечно, приводило к ее обугливанию – «пригоранию»). Очень часто одно и то же вещество получало несколько названий. Например, даже к концу 18 в. для сульфата меди существовало четыре названия, для карбоната меди – десять, для углекислого газа – двенадцать!

Неоднозначным  было  и  описание  химических  процедур.  Так,  в  работах М.В. Ломоносова можно встретить упоминание о «распущенном подонке», что может смутить современного читателя (хотя в поваренных книгах порой попадаются рецепты, по которым надо «распустить килограмм сахара в литре воды», а «подонок» означает просто

«осадок»).

В настоящее время названия веществ регламентируются правилами систематической химической номенклатуры (от латинского nomenclatura – роспись имен). В химии номенклатурой называют систему правил, пользуясь которыми, каждому веществу можно дать «имя» и, наоборот, зная «имя» вещества, записать его химическую формулу. Разработать

единую, однозначную, простую и удобную номенклатуру – дело непростое: достаточно сказать, что и сегодня среди химиков нет на этот счет полного единства. Вопросами номенклатуры занимается специальная комиссия Международного союза теоретической и прикладной химии – ИЮПАК (по начальным буквам английского названия International Union of Pure and Applied Chemistry). А национальные комиссии разрабатывают правила применения рекомендаций ИЮПАК к языку своей страны. Так, в русском языке старинный термин «окись» был заменен на международный «оксид», что нашло отражение и в школьных учебниках.

Принятие новой химической номенклатуры позволило систематизировать обширный фактический материал, чрезвычайно облегчило изучение химии. Несмотря на все изменения, основные принципы, заложенные Лавуазье, сохранились до наших дней. Тем не менее и среди химиков, и особенно среди непрофессионалов сохранилось множество так называемых тривиальных (от лат. trivialis – обыкновенный) названий, которые иногда употребляются  неверно.  Например,  плохо  почувствовавшему  себя  человеку  предлагают

«понюхать нашатыря». Для химика это – нонсенс, так как нашатырь (хлорид аммония) – соль без запаха. В данном случае нашатырь перепутан с водным раствором аммиака, который действительно имеет резкий запах и возбуждает дыхательный центр.

Массу тривиальных названий химических соединений до сих пор используют художники, технологи, строители (охра, мумия, сурик, киноварь, глёт, пушонка и т.д.). Еще больше тривиальных названий среди лекарственных средств. В справочниках можно встретить до десятка и более различных синонимов для одного и того же препарата, что связано в основном с фирменными названиями, принятыми в разных странах (например, отечественный пирацетам и импортный ноотропил, венгерский седуксен и польский реланиум и т.п.).

Химики тоже часто пользуются тривиальными названиями веществ, иногда довольно любопытных. Например, 1,2,4,5-тетраметилбензол имеет тривиальное название «дурол», а 1,2,3,5-тетраметилбензол – «изодурол». Тривиальное название намного удобнее, если для всех очевидно,  о  чем  идет  речь.  Например,  даже  химик  никогда  не  назовет  обычный  сахар

«альфа-D-глюкопиранозил-бета-D-фруктофуранозидом», а использует тривиальное название этого вещество – сахароза. И даже в неорганической химии систематическое, строго по номенклатуре, название многих соединений может быть громоздким и неудобным, например: О2 – дикислород, О3 – трикислород, Р4О10 – декаоксид тетрафосфора, Н3РО4 – тетраоксофосфат (V) водорода, ВаSО3 – триоксосульфат бария, Cs2Fe(SO4)2 – тетраоксосульфат (VI) железа (II)-дицезия и т.д. И хотя систематическое название полностью отражает состав вещества, на практике пользуются тривиальными названиями: озон, фосфорная кислота и т.д.

Среди химиков распространены также именные названия многих соединений, особенно комплексных солей, таких как соль Цейзе K[Pt(C2H4)Cl3]·H2O – по имени датского химика  Вильяма  Цейзе.  Такие  краткие  названия  очень  удобны.  Например,  вместо

«нитрозодисульфонат калия» химик скажет «соль Фреми», вместо «кристаллогидрат двойного сульфата аммония-железа (II)» – соль Мора и т.д.

В таблице приведены наиболее распространенные тривиальные (бытовые) названия некоторых химических соединений, за исключением узкоспециальных, устаревших, медицинских терминов, и названий минералов, а также их традиционные химические названия.