- •Общая и неорганическая химия
- •Часть I. Общая химия
- •1. Основные понятия химии
- •2. Строение атома
- •2.1. Корпускулярно-волновой дуализм
- •2.2. Квантовые числа
- •2.3. Электронные конфигурации атомов
- •2.4. Периодический закон
- •3. Химическая связь
- •3.1. Метод валентных связей.
- •3.2. Теория молекулярных орбиталей
- •3.3. Некоторые типы химических связей Ионная связь
- •Водородная связь
- •Межмолекулярные взаимодействия
- •4. Закономерности протекания химических процессов
- •4.1. Термохимия
- •4.2. Химическая кинетика
- •4.3. Химическое равновесие
- •5.1. Концентрация растворов
- •5.2. Электролитическая диссоциация
- •5.3. Диссоциация слабых электролитов
- •5.4. Диссоциация сильных электролитов
- •5.5 Ионное произведение воды. Водородный показатель.
- •5.6. Буферные растворы.
- •5.7. Гидролиз солей
- •5.8. Протолитическая теория кислот и основания
- •6. Константа растворимости. Растворимость.
- •Условие осаждения и растворения осадка
- •Эффект общего иона
- •Солевой эффект
- •7. Окислительно-восстановительные реакции
- •Ионно-электронный метод составления овр
- •8. Координационные соединения
- •Номенклатура координационных соединений
- •Химическая связь координационных соединений
- •Диссоциация координационных соединений
- •Часть II. Неорганическая химия
- •9. Химия s-элементов
- •9.1. Химия элементов ia группы.
- •Химические свойства щелочных металлов.
- •Химические свойства соединений щелочных металлов
- •9.2. Химия элементов iia группы.
- •Химические свойства элементов
- •Химические свойства соединений
- •10. Химия р-элементов
- •10.1. Химия элементов iiia группы
- •Свойства бора и его соединений
- •Свойства алюминия и его соединений
- •10.2. Химия элементов iva группы
- •Свойства углерода и его соединений
- •Cвойства кремния и его соединений
- •Свойства соединений олова и свинца
- •10.3. Химия элементов va группы
- •Свойства азота и его соединений
- •Свойства фосфора и его соединений
- •10.4. Химия элементов via группы
- •Химия кислорода и его соединений
- •Химия серы и ее соединений
- •10.5. Химия элементов viia группы
- •Химия водорода и его соединений
- •Химия фтора и его соединений
- •Химия хлора и его соединений
- •Химия брома, иода и их соединений
- •11. Химия d-элементов
- •Химия хрома и его соединений
- •Химия марганца и его соединений
- •Химия железа и его соединений
- •Химия меди и ее соединений
- •Химия цинка и его соединений
- •Содержание
- •Часть I. Общая химия ……………………………….. 3
- •1. Основные понятия химии …………………………………… 3
- •Часть II. Неорганическая химия ………...…………. 66
Cвойства кремния и его соединений
Кремний можно получить по реакции:
SiO2 + 2Mg Si + 2MgO
Кремний устойчив к кислотам (кроме смеси концентрированных HNO3 и HF), но растворим в щелочах:
Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2
Оксид кремния(IV) является кислотным оксидом, но, имея полимерной строение, не растворяется в воде:
SiO2 + H2O
Кремниевая кислота, очень слабая и нерастворимая в воде, может быть получена при действии кислот на ее соли - силикаты:
Na2SiO3 + 2HCl 2NaCl + H2SiO3
Кремниевая кислота при сильном нагревании разлагается на оксид кремния и воду. Силикаты натрия и калия растворимы в воде, силикаты других металлов - нерастворимы.
Свойства соединений олова и свинца
Гидроксиды олова и свинца имеют амфотерные свойства. При этом в степени окисления +2 в гидроксидах преобладают основные свойства, а в степени окисления +4 - кислотные.
SnCl2 + 2NaOH Sn(OH)2 + 2NaCl
Sn(OH)2 + 2HCl SnCl2 + 2H2O
Sn(OH)2 + 2NaOH Na2[Sn(OH)4]
SnCl4 + 4NH4OH H2SnO3 + 4NH4Cl + H2O
H2SnO3 + 2NaOH + H2O Na2[Sn(OH)6]
H2SnO3 + 4HCl SnCl4 + 3H2O
Соединения Sn2+ имеют восстановительные свойства, а соединения Pb4+ - окислительные:
SnCl2 + 2FeCl3 2FeCl2 + SnCl4
PbO2 + 4HCl PbCl2 + Cl2 + 2H2O
10.3. Химия элементов va группы
Элементы VA группы имеют электронную формулу ns2np3. Азот, фосфор и мышьяк являются неметаллами, висмут и сурьма имеют металлические свойства. Наиболее характерные степени окисления: +5, +3, 0, -3. Оксиды Э2О5 имеют кислотные свойства, свойства оксидов Э2О3 : кислотные - для N и P, амфотерные - для As и Sb, основные - для Bi.
Свойства азота и его соединений
Азот находится в природе в свободном состоянии в виде N2 (78% атмосферы). Связанный азот накапливается в растительном и животном мире - в организмах животных, например, от1 до 10% азота. Все важнейшие части клеток построены из белковых веществ. Без белка нет жизни, а без азота нет белка.
В промышленности азот получают сжижением воздуха, при последующем нагревании которого первым испаряется азот (tкип = -195,8оС) и лишь после него - кислород (tкип = -183,0оС).
При обычных температурах азот химически инертен, вследствие большой прочности его двухатомных молекул N2, имеющих тройную связь. Азот используется в промышленности для синтеза аммиака и дальнейшего получения азотных удобрений. Синтез аммиака идет при 320 - 1000 атм., при 500-550оС на железном катализаторе.
N2 + 3H2 2NH3 ; H = -46,36кДж/моль
Соединение азота в степени окисления -3 - аммиак NH3 - является бесцветным газом с резким запахом. Аммиак ядовит, легче воздуха, хорошо растворим в воде (в 1 объеме воды при 20оС растворяется 710 объемов аммиака) с образованием гидроксида аммония, который считается слабым основанием (К = 1,7910-5):
NH3 + H2O NH3H2O NH4OH NH4+ + OH-
Основные свойства аммиака проявляются и в реакциях с кислотами:
NH3 + НСl NH4Cl
Аммиак имеет восстановительные свойства (азот - в низшей степени окисления), реагируя с кислородом до азота при горении аммиака на воздухе или до NO в присутствии платинового катализатора при 600оС.
4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
Наличие у атома азота в молекуле аммиака неподеленной пары электронов обуславливает донорные свойства аммиака, образующего комплексные соединения - аммиакаты:
CuSO4 + 4NH3 [Cu(NH3)4]SO4
Cоли аммония при нагревании разлагаются:
NH4Cl NH3 + HCl
NH4NO2 N2 + 2H2O
NH4NO3 N2O + 2H2O
В последней реакции мы получаем оксид азота (I) - N2O, называемый “веселящим” газом. Это безразличный оксид, разлагающийся при нагревании на азот и кислород. Безразличным оксидом является также и оксид азота(II) - NO, получаемый по следующим реакциям:
N2 + O2 2NO при t>1000oC
3Cu + 8HNO3(разб.) 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Оксид азота(II) - NO, бесцветный газ, является восстановителем и легко окисляется кислородом, воздуха до оксида азота(IV) - NO2.
2NO + O2 2NO2
Оксида азота(IV) - NO2 - газ бурого цвета, ядовит. При охлаждении димеризуется в бесцветный оксид N2O4. NO2 - сильный окислитель: уголь, сера, фосфор горят в нем, а оксид серы(IV) SO2 окисляется до оксида серы(VI) SO3. Оксида азота(IV) взаимодействует с водой и щелочами, проявляя кислотные свойства. При этом N+4 диспропорционирует на N+5 и N+3:
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2
2NO2 + 2NaOH NaNO3 + NaNO2 + H2O
Оксид азота (III) N2O3 существует лишь при низких температурах. При t = 3,5oC кипит и разлагается:
N2O3 NO2 + NO
Этому оксиду соответствует слабая азотистая кислота HNO2 (K=410-4), которая существует лишь в разбавленных растворах и легко разлагается:
2HNO2 NO2 + NO + H2O
Соли азотистой кислоты - нитриты - устойчивы, для них характерны как окислительные, так и восстановительные свойства (азот - в промежуточной степени окисления):
2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 I2 + 2NO + K2SO4 + Na2SO4 + 2H2O
2KMnO4 + 3H2SO4 + 5NaNO2 2MnSO4 + NaNO3 + K2SO4 + 3H2O
Разложение иодида азота(III) происходит с взрывом:
2NI3 N2 + 2I2
Гидратным соединением оксида азота(V) N2O5 является азотная кислота HNO3. Получение азотной кислоты и ее солей основано на синтезе аммиака, его окислении до NO, окислении NО до NO2 и взаимодействии NO2 с водой в присутствии кислорода воздуха:
N2 + 3H2 2NH3 ;
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
2NO + O2 2NO2
4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3
Азотная кислота - сильная кислота, ее соли хорошо растворимы в воде. Азотная кислота и ее соли - нитраты - являются окислителями (азот - в высшей степени окисления). Концентрированная азотная кислота не реагирует с Au и Pt, пассивирует на холоду Fe, Al, Cr, выделяет NO2 с тяжелыми металлами и N2O - с активными металлами:
Cu + 4HNO3 (конц.) Сu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
4Ca + 10HNO3 (конц.) 4Сa(NO3)2 + N2O + 5H2O
Разбавленная кислота выделяет NO c тяжелыми металлами и N2 - c активными металлами, очень разбавленная кислота выделяет с активными металлами - NH3 - NH4NO3
3Cu + 8HNO3 (разб.) 3Сu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
4Ca + 10HNO3 (оч.разб.) 4Сa(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Азотная кислота окисляет при нагревании некоторые неметаллы (S, P, C), при этом концентрированная кислота образует NO2, а разбавленная кислота - NO.
6HNO3 (конц.) + S 6NO2 + H2SO4 + 2H2O
5HNO3 (разб.) + 3P + 2H2O 5NO + 3H3PO4
Нитраты разлагаются при нагревании. Состав продуктов зависит от положения металла соли в ряду напряжений. При разложении нитратов металлов, стоящих в этом ряду левее магния, образуются нитриты и кислород, стоящих от магния до меди - оксиды металлов, оксид азота (IV) и кислород, стоящих после меди - свободные металлы, оксид азота (IV) и кислород:
2KNO3 2KNO2 + O2
2Cu(NO3)2 2CuO + 4NO2 + O2
2AgNO3 2Ag + 2NO2 + O2
Соли азотной кислоты (селитры) и соли аммония являются ценными минеральными удобрениями.