Файл: Конспект лекций для студентов специальности 1 48 01 02 Химическая технология органических веществ, материалов и изделий.docx

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«МОГИЛЁВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ»

В. В. Ясинецкий
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ
Конспект лекций для студентов специальности 1- 48 01 02

«Химическая технология органических веществ, материалов и изделий»

МОГИЛЁВ 2010

УДК 541

ББК 24.1

Я 81

Рецензенты: кандидат химических наук, доцент А.С. Тихонов, кандидат химичсеких наук, доцент Н.И. Сухарева
Рекомендовано кафедрой химии МГУП
Утверждено Научно-методическим советом МГУП

Ясинецкий В. В.

Я 81 Теоретические основы химии: конспект лекций для студентов специальности 1 – 48 01 02 «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий» / В.В. ясинецкий. – Могилев: МГУП, 2010. – 176 с.


ISBN 978-985-6979-11-1
На слвременном уровне рассмотрено учение о строении вещества, общих закономерностях протекания химических реакций и их основных типах. Изложенная классификация химических реакций позволяет прогнозировать возможность их протекания и варианты образующихся продуктов. Последовательность, логичность и взаимосвязь излагаемого материала способствует развитию ъхимического мышления и усвоению учебного материала, а многочисленные примеры – его закреплению.
УДК 541

ББК 24.1

ISBN 978-985-6979-11-1  Ясинецкий, В.В., 2010

 УО «Могилевский государственный

университет продовольствия», 2010

Содержание
Введение	3
1 Количество вещества в химических и инженерных расчетах. Концентрация растворов	4
2 Строение атома. Периодический закон и таблица элементов Д.И.Менделеева	20
3 Химическая связь	33
4 Общие закономерности протекания химических реакций	47
5 Общие свойства растворов. Идеальные растворы. Законы Рауля	70
6 Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Буферные растворы	72
7 Гидролиз солей	86
8 Гетерогенные равновесия в растворах электролитов	99
9 Комплексные соединения	108
10 Ионно-молекулярные (обменные) реакции в растворах электролитов	120
11 Окислительно-восстановительные свойства веществ.Окислительно-восстановительные реакции	131
12 Электрохимические реакции	146
13 Коррозия металлов	155
14 Электролиз	160
15 Химические источники электрической энергии (ХИЭЭ)	166
Приложение А (справочное)	170
Список литературы	175

---

Введение

Современная химия – одна из областей естествознания и, в свою очередь, – весьма разветвленная наука. Она включает учение о строении вещества (квантовую химию, кристаллохимию), о свойствах веществ, связанных с их строением, о закономерностях, которым подчиняются превращения одних веществ в другие (физическая химия), о способах инициирования химических реакций (фотохимия, радиационная химия) и др. С других позиций, по природе изучаемых объектов и методов их исследования, химию разделяют на неорганическую, органическую, биологическую и др.

Каждое из этих направлений – пласт знаний, иногда, кажется, автономный, но в их основе – общие фундаментальные законы природы – закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

Целью преподавания «Теоретических основ химии» является приобретение студентами знаний, навыков и умений, необходимых для изучения последующих химических дисциплин: неорганической, органической, аналитической, физической и коллоидной химии, а также применение их при изучении специальных дисциплин по технологии отрасли.

1 Количество вещества в химических и инженерных расчетах. Концентрация растворов

Большинство химических, биохимических реакций протекают в растворах, поэтому тема «Концентрация растворов» относится к важнейшим в курсе химии. Без знаний и определенных навыков по этой теме невозможно приготовить растворы для проведения заданного эксперимента, контролировать протекание как отдельной реакции, так и технологического процесса в целом, т.к. различными методами анализа (чисто химическими или инструментальными) чаще всего определяются концентрации веществ.

---

Основные понятия и определения

Растворами называют гомогенные многокомпонентные системы (жидкие, газообразные, твердые), в которых соотношение между компонентами может меняться в широких пределах.

Один из компонентов раствора называют растворителем – чаще это то вещество, которое при образовании раствора не меняет своего агрегатного состояния (если таких веществ несколько, то за растворитель обычно принимают тот компонент, которого больше).

Соотношение компонентов в растворе можно показать различными способами. В зависимости от того, в каких единицах показано это соотношение, различают массовую (мольную, объемную) долю растворенного вещества, титр, молярность, моляльность, нормальность раствора и др.

Прежде чем приступить к решению задач на тему «Концентрация растворов», следует помнить, что необходимое количество твердого вещества обычно взвешивают или отмеряют его объем. Единицы измерения массы: грамм (г), килограмм (кг), тонна (т) и др.; в международной системе (СИ) – кг. Соотношение размерностей: 1т = 10³ кг = 10⁶ г. Жидкие или газообразные вещества обычно не взвешивают, а отмеряют необходимый их объем. Единицы измерения объема: миллилитр (мл или см³), литр (л или дм³), кубометр (м³). Соотношение размерностей: 1м³ = 10³ л (дм³) = 10⁶ мл (см³). За единицу объема в СИ принят м³. Соотношение между объемом и массой определяется плотностью = m(X)/V(X). Плотность в СИ измеряется в кг/м³; на практике используются и другие размерности (г/мл, кг/л, т/м³ и др.). Следует иметь в виду, что выражение плотности в г/мл, кг/л или т/м³дает одну и ту же величину, но для перевода в СИ (кг/м³) ее необходимо умножить на 1000. Так, плотность жидкой воды (н.у.) равна 1г/мл = 1кг/л = 1т/м³, в СИ – 1000 кг/м³.

Моль – химическое количество вещества – одна из основных единиц СИ – это количество вещества, содержащее столько формульных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов или др. частиц), сколько атомов содержится в нуклиде ¹²С массой 0,012 кг. Масса 1моль вещества (Х) называется молярной массой, обозначается М(Х) и в соответствии с определением выражается в

---

г/моль. Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе.

Например, М(Na) = 23 г/моль, М(O₂) = 32 г/моль, M(CaSO₃) = 120 г/моль, M(SO₃^2–) = 80 г/ моль и т.д.

Масса и химическое количество какого-либо вещества, n(Х), связаны молярной массой этого вещества, M(X):

m(X) = n(X)M(X)

(1.1)

Объем газообразного вещества V(Х) и его химическое количество связаны молярным объемом V_M:

V(X) = n(X)×Vm

(1.2)

Плотность газов, состоящих из неполярных или малополярных молекул (H₂, O₂, N₂, CO, CO₂ и др.), с точностью, достаточной для технических расчетов, можно определить с помощью молярного объема и молярной массы:

(X) = M(X)/Vm

(1.3)

При решении учебных задачобычно предполагается, что при нормальных условиях V_m = 22,4дм³/моль (или л/моль).
Способы выражения соотношения компонентов в растворе

Массовая доля растворенного вещества показывает соотношение массы растворенного вещества и массы раствора; это безразмерная физическая величина, выражают ее вдолях единицы или в процентах (%):

w(X) = m(X)/mр–ра	(1.4)
w(X)% = w(X)100% = n(X)∙100%/mр-ра	(1.5)

где m(X) – масса растворенного вещества;

m_р–ра – масса раствора.

Например, в растворе КОН с массовой долей растворенного вещества w(КОН) = 0,2 (или 20%) соотношение масс КОН и раствора m(KOH)/m_р–ра = 0,2 (или, другими словами, в 100 граммах такого раствора содержится 20 г KOH).

Обратите внимание,что массовая доля –

---

относительная величина, поэтому в уравнениях (1.4, 1.5) масса, как раствора, так и отдельных его компонентов, может выражаться в любых, но одинаковых единицах измерения (г, кг, т).

Коэффициент растворимости. Растворимость – Эти характеристики часто приводят в справочной (особенно технической) литературе:

– коэффициент растворимости (k_s) показывает соотношение масс растворенного вещества и растворителя:

ks = m(X)/mр–ля

(1.6)

– растворимость вещества (S) – это максимальная масса вещества, которую можно растворить в 100 г растворителя.

Концентрация количества вещества (или молярная концентрация растворенного вещества или молярность раствора).

Молярность раствора,С(X),показывает, какое количество растворенного вещества содержится в 1 литре раствора. Она равна отношению химического

количества растворенного вещества, n(X), к объему раствора V_р–ра:

С(X) = n(X)/Vр–ра, моль/дм3, моль/л или М

(1.7)

Например, С(H₂SO₄) = 2 моль/дм³ или 2 моль/л или 2 М означает, что в одном дм³ (1 литре) такого раствора содержится 2 моля серной кислоты.
Пересчет массовой доли растворенного вещества в молярность раствора (и наоборот)

Для пересчета массовой доли растворенного вещества в молярность необходимо в уравнении (1.4) массу растворенного вещества выразить через его количество (моль), а массу раствора – через его объем (л):
m(X) = n(X)·M(X) и m_р-ра = V_р-ра· _р-ра, тогда получим:
w(X) = n(X)·M(X)/V_р-ра· _р-ра = С(Х)∙ М(Х)/ V_р-ра· _р-ра
В полученном уравнении необходимо учесть соответствие единиц измерения плотности (г/мл, кг/л) и молярной массы (г/моль);

---