химия Вайс 2. В. Ф. ВойноЯсенецкого Министерства здравоохранения России Кафедра биохимии с курсами медицинской, фармацевтической и токсикологической химии Вайс Е. Ф., Салмина А. Б. Общая и неорганическая химия Учебное пособие
 Скачать 1.22 Mb.
|
|
Соли элементов 1А и П А групп Галогениды. Фториды элементов группы 1А (KF, KHF2) получают по реакции водными растворами НF и карбонатов или гидроксидов в полиэтиленовых сосудах. Избыток НF дает гидрофторид KHF2, содержащий ион [F…Н… F].- Фториды элементов группы П А (СаF2). Из-за малой растворимости получают осаждением. В природе встречается минерал СаF2 – плавиковый шпат, являющийся источником фтора. Хлориды элементов группы 1А- хлорид натрия – обычная поваренная соль, распространена в природе. Используется для производства натрия, карбоната натрия, гидроксида натрия, гипохлорита и хлората натрия. Хлориды элементов группы П А. Хлорид кальция является побочным продуктом при аммичном производстве соды. Он гигроскопичен и используется как осушитель. Нельзя использовать для аммиака и этанола, так как они с СаС12 образуют комплексы. Хлорид магния при гидролизе образует основную соль: MgCI2 (водн) + H2O (жид.)→Mg(OH)CI (тв) + HCI (водн) BeCI2 – линейная молекула, тип гибридизации sp. Бромиды и иодиды Бромид брома похож на хлорид калия. KBr используют как успокаивающее средство, а также при производстве бромида серебра для фотоматериалов. Иодид калия применяют в аналитической химии для получения растворов йода, содержащих комплексный ион (I3-водн.). Нитраты KNO3, NaNO3 встречаются в природе, их применяют в качестве удобрений. Нитраты элементов П А группы получают при действии разбавленной азотной кислоты на металл. Термическое разложение нитратов протекает следующим образом: T0C T0C 2KNO3→ 2KNO2 + O2 2Ca (NO3) 2 → 2CaO +4NO2 +O2 Сульфаты Сульфат натрия получают при взаимодействии раствора гидроксида натрия и серной кислоты. Кристаллизуется в виде: Na2SO4·10 H2O. Сульфат магния встречается в природе в виде MgSO4·7H2O. Растворение в воде сульфатов магния и кальция придают ей постоянную жесткость. Сульфат магния используется в медицине в качестве слабительного средства (английская соль). Сульфат кальция. Встречается в природе в виде минералов: ангидрит кальция CaSO4 и гипс CaSO4·2 H2O, последний при нагревании до 1000С отщепляет часть воды: CaSO4·2 H2O (тв) → CaSO4·1/2 Н2О (тв) + ½ Н2О(ж) гипс алебастр Сульфат кальция используется для получения сульфата аммония (удобрение). Гидролиз солей Большинство катионов 1А и ПА групп в растворах гидратированы. Их соли не гидролизуются, если они не образованы слабыми кислотами, как HCN, H2S, H2CO3. Растворы Na2CO3 обладают сильнощелочными свойствами, которые определяют его моющую способность: Na2CO3 + НОН → NaОН + Н2СО3 При добавлении раствора Na2CO3 к раствору сульфата меди (П) образуется осадок основного карбоната меди. CuCO3·Cu(OH)2·x H2O (малахит) – менее щелочной раствор. Соли магния Mg2+гидролизуются. При упаривании раствора хлорида магния безводный MgCI2 не образуется, так как происходит гидролиз с образованием основного хлорида: Mg CI2 (водн.) + H2O(ж)↔ Mg(OH)CI (тв.) + HCI (водн.) Жесткость воды и способы ее устранения Жесткость воды обусловлена содержанием ионов Са 2+и Mg2+.Различают временную и постоянную жесткость. Временная (карбонатная) – это повышенное содержание Са (НСО3)2 и Mg(НСО3)2. Эти соли при кипячении воды переходят в нерастворимые соединения и выпадают в осадок: Са (НСО3)2 → СаСО3↓ + Н2О +СО2↑ Са2+ +2НСО3- → СаСО3↓ + Н2О +СО2↑ Mg (НСО3)2 → Mg (ОН) 2↓ +СО2↑ Постоянная жесткость воды обусловлена содержанием сульфатов магния и хлоридов Са и Mg. Ее устраняют добавлением соды Na2CO3 или гашеной извести Са (ОН)2. СаС12 + Na2CO3→ СаСО3↓+ 2 NaС1 Са2++ СО32-→ СаСО3↓ MgSO4 + Na2CO3→MgCO3 ↓+Na2SO4 Mg2++ СО32-→ MgCO3 ↓ MgSO4+ Са (ОН) 2 → Mg (ОН)2↓ + CaSO4 Mg2++ 2OH- → Mg (ОН) 2↓ В целях борьбы с общей жесткость. Применяют смесь гашеной извести и соды: Са (НСО3)2+ Са(ОН)2 → 2СаСО3↓+ Н2О Современные способы устранения жесткости воды основаны на применении катионитов и анионитов – ионообменных смол: RNa2 + CaCI2 →CaR + NaCI R- полимерный радикал. Биологическая роль S-элементов В организме человека щелочные металлы (Са, Mg, Na, К) находятся исключительно в ионном виде. Поскольку степени окисленитя s-элементов постоянны, окислительно-восстановительные реакции в живых системах им не свойственны. Ионы Са, Na и К протолитически не активны, соли их в водных растворах не гидролизуются и нейтральны. Кальций образует достаточно большое количество малорастворимых солей: оксалат СаС2О4, сульфат Са, карбонат СаСО3, фторид кальция, фосфаты. Из периодической таблицы Менделеева видно, что натрий имеет сходство с калием, а магний с кальцием. В организме эти пары элементов, а точнее ионов оказываются антагонистами: К+ и Mg2+ преимущественно внутриклеточные ионы, а Na+ и Са2+ -внеклеточные. Са, Mg, Na, К вместе с хлором создают электролитный фон организма, кроме того, они являются активаторами некоторых ферментов. Кальций входит в состав неорганического вещества костной ткани, участвует в процессе свертывания крови, играет важную роль в мышечном сокращении. Задачи Задача 1. В медицинской практике часто пользуются 0,9% раствором NaCI (p=1г/мл). Вычислить: а) молярную концентрацию и титр этого раствора; б) массу соли, введенную в организм при вливании 400 мл этого раствора. Решение С(х)= ω·ρ·10 / М(х); Т=С(х)· М(х) /1000; Т(х)= m(х) / Vр-ра(мл); С(NaCI) = 0,9·1·10 /58,5 = 0,154 моль/л; Т(NaCI) = 0,154·58,5 /1000 =0,00900 г/мл; m (NaCI) = 0,00900 г/мл·400 мл = 3,6 г Ответ: С(NaCI) =0,154 моль/л; Т(NaCI) = 0,00900 г/мл; m (NaCI) =3,6 г Задача 2. Вычислить, сколько г и сколько моль растворенного вещества содержится в заданной массе раствора с указанной массовой долей вещесьва: а) 200г 8,4%-ного раствора NaHCO3; б) 300 г 11,1%-ного раствора СаС12. Решение ω = m (х) / m р-ра· 100% m (х)= ω· m р-ра /100% ν(х) = m (х) /М(х); а) m (NaHCO3)= 8,4·200/100=16,8 г; ν(NaHCO3)=16,8 г/84 г/моль=0,2 моль; б) m(СаС12)= 11,1·300 /100 =33,3 г; ν(СаС12)=33,3 г/111 г/моль =0,3 моль Задача 3. Имеется смесь кальция, оксида кальция и карбида кальция с молярным соотношением компонентов 1:3:4 (в порядке перечисления). Какой объем воды может вступить в химическое взаимодействие с 35 г такой смеси? Решение Пусть в исходной смеси содержалось х моль Са, тогда ν (СаО) = 3х, ν(СаС2)=4х. Общая масса смеси равна: 40х +56·3х + 64·4х+35, откуда х=0,0754 моль. При взаимодействии данной смеси с водой происходят следующие реакции: Са + 2Н2О = Са(ОН)2+ Н2 СаО +Н2О = Са(ОН)2 СаС2+ 2Н2О = Са(ОН)2 +С2Н2 В первую роеакцию вступает 2х моль Н2О, во вторую-3х и в третью- 2·4х=8 моль Н2О, т.е. 13х= 13·0,0754=0,980 моль. Масса прореагировавшей воды равна ν·М(Н2О) =0,98·18-17,6 г Объем воды равен 17,6 /1 г/мл=17,6 мл Ответ: 17,6 мл воды. Тестовый контроль по теме S-элементы
1) с азотной кислотой 2) с сульфатом натрия 3) с углекислым газом 4) с хлоридом меди Правильный ответ: 1) 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ, КАКИХ ВЕЩЕСТВ МОЖНО ПОЛУЧИТЬ ГИДРОСУЛЬФИТ НАТРИЯ: 1) едкого натра и оксида серы(1V) 2) Оксида натрия и оксида серы 3) серной кислоты и хлорида натрия 4) гидросульфида натрия и сернистой кислоты Правильный ответ: 4) 3. ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ОЛЕУМА С ИЗБЫТКОМ NaOH ОБРАЗУЕТСЯ: 1) Na2S 2) Na2SO3 3) Na2SO4 4) Na2S2O3 Правильный ответ: 3) 4. В 0,5 Л РАСТВОРА СОДЕРЖИТСЯ 2 Г NAOH. МОЛЯРНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ТАКОГО РАСТВОРА РАВНА: 1) 0,1 2) 4% 3) 0,2 4) 0,4 Правильный ответ: 1) 5. ВРЕМЕННАЯ ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ УСТРАНЯЕТСЯ: 1) кипячением 2) добавлением питьевой соды 3) добавлением соли NaCI 4) добавлением активированного угля Правильный ответ: 1) 6. ВРЕМЕННАЯ ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ ОБУСЛОВЛЕНА СОЛЯМИ: 1) Са SO4, MgSO4 2) Са (НСО3)2 и Mg(НСО3)2 3) СаС12 и Са (НСО3)2 4) MgС12 и СаС12 Правильный ответ:2) 7. В 1 Л РАСТВОРА NA2SO4 СОДЕРЖИТСЯ 0,1 МОЛЬ СУЛЬФАТ-ИОНОВ. КОЛИЧЕСТВО ИОНОВ НАТРИЯ В НЕМ РАВНО: 1) 0,1 2) 0,2 3) 0,05 4) 0,001 Правильный ответ: 2) 8. ДЛЯ ПРЕДОВРАЩЕНИЯ ГИДРОЛИЗА K2S СЛЕДУЕТ ДОБАВИТЬ: 1) еще K2S 2) Н2О 3) КОН 4) НС1 5) H2S Правильный ответ: 4) 9. УКАЗАТЬ ПОРЯДКОВЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА, КОТОРЫЙ НАХОДИТСЯ В ЧЕТВЕРТОМ ПЕРИОДЕ, В ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЕ ВТОРОЙ ГРУППЫ: 1) 10 2) 20 3) 30 4)40 Правильный ответ: 2) 10. РЕАКЦИЯ ИОННОГО ОБМЕНА ИДЕТ ДО КОНЦА В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ: 1) NaOH и Mg(NO3)2 2) CaCO3 и HCI 3) Cu(OH)2 и H2SO4 4) NaOH и KNO3 Правильный ответ: 1) 3.10. Переходные металлы Общий обзор металлов В таблице Менделеева более 90 металлов. Их положение можно показать, если в периодической системе провести условно диагональ от бора к астату. В правой верхней части (исключая элементы побочных подгрупп) - неметаллы, а в левой части расположены металлы. Вблизи диагонали- элементы с амфотерными свойствами. В атомах большинства металлов, небольшое число электронов на внешнем уровне (т.е. валентных электронов): 11Na …3S1 12 Mg …3S2 13AI …3S23P1 29Cu ….3d104S1 Радиусы атомов металлов больше радиусов неметаллов, находящихся в одном периоде. Поэтому металлы легче отдают электроны на образование химических связей, т.е. чаще проявляют положительную степень окисления. Характерной особенностью металлов проявление ими сильных восстановительных свойств, т.е. способность атомов отдавать электроны в химических реакциях, переходя в положительно заряженные ионы - катионы. Количественной характеристикой стремления одного металла восстанавливать ионы другого является величина Е0, в. Она определяется по э.д.с. гальванического элемента, создаваемого из данного металла и стандартного электрода. На основании значений Е0 сформировался ряд напряжений металлов, в котором справа налево увеличивается способность металлов отдавать электроны. Электрохимический ряд напряжений металлов: Li, K, Ba, Ca, Mg, AL, Mn, Cr, Zn, Fe, Co, Sn, H, Cu, Hg, Ag, Au Слева направо ослабление восстановительных свойств, активности. Металлы, стоящие после водорода не вытесняют из растворов кислот водород: Cu + НС1 ≠ Ag + Н2 SO4≠ Каждый металл ряда восстанавливает катионы всех следующих за ним в ряду металлов из растворов солей: Fe + CuSO4→ FeSO4+ Cu Fe0 -2e → Fe2+ Cu2+ + 2e → Cu0 Необходимо заметить, что положение некоторых металлов в периодической системе и в ряду напряжений не соответствуют друг другу. Дело в том, что за критерий химической активности металлов в периодической системе принимается энергия ионизации атомов (I). В ряду напряжений – работа превращения твердых металлов в гидратированные ионы. Такое несоответствие, например, у лития. 3.10. Переходные металлы, d- элементы Понятие переходный элемент относится для обозначения любого d- или f-элементов. Они действительно занимают переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными р-элементами. d-Элементы называют главными переходными элементами. Они характеризуются внутренней застройкой d-орбитали, так как s-орбиталь их внешней оболочки уже заполнена. Химические свойства этих элементов определяются участием в реакциях электронов обеих указанных оболочек. d- Элементы образуют три переходных ряда – в четвертом, пятом и в шестом периодах соотвественно. Первый переходный ряд включает 10 элементов, от скандия до цинка. Он характеризуется внутренней застройкой 3 d-орбиталей. Заполнение электронами внутренней d-орбитали приводит к экранированию внешних s- электронов от возрастающего заряда ядра, в результате чего эффективный ядерный заряд сохраняется практически постоянным в пределах переходных элементов. Физические свойства Металлическая Все Ме первого переходного ряда обладают высокой Связь прочнее, чем у твердостью и плотностью, являются хорошими проводниками S-металлов. Теплоты и электричества, имеют ценные механические свойства. Имеют высокие температуры плавления, кипения и энтальпии. Это является следствием более прочной металлической связи за счет участия в ней также и d-электронов. У d-металлов плотность В то время как размеры атомов характеризуемые значениями Больше, чем у S-металлов. Радиусов, немного ув. от Sc к Zn, значения относительных атомных масс возрастают существенно. В результате наблюдается увеличение плотности Ме в этом направление В природе переходные металлы встречаются главным образом, в виде сульфидов и оксидов. Менее активные металлы (например: Cu, Ag, Pt), могут находится в самородном виде. Обычный метод получения восстановление этих соединений углеродом или оксидом углерода СО. Наиболее важный металл – железо. Стали получают сплавлением Fe с углеродом и с такими переходными металлами как ванадий, марганец, кобальт, и титан. Титан имеет ту же механическую прочность, что и сталь, но обладает двумя преимуществами: он легче и не коррозирует, прочнее алюминия. Но, высокая стоимость титана ограничивает его применение. В основном используется в конструкциях космических ораблей. Титан устойчивее стали к действию высоких температур, развивающихся при вхождении аппарата в земную атмосферу. Химические свойства Характерные особенности переходных металлов: разнообразие степеней окисления: отчасти по этой причине их используют в качестве катализаторов:
Каталитические свойства Многие важные реакции катализируются переходными металлами. Переходные металлы и их соединения важнейшие катилизаторы: например контактный процесс окисления SO2 (оксид ванадия); - процесс Габера получения аммиака [железо и оксид железа (Ш)]; - гидрогенизация непредельных масел (тонко измельченный никель); - окисление аммиака (платина или платинородиевый сплав). Это примеры гетерогенного катализа, при котором реагирующие молекулы адсорбируются на поверхности катализатора. Окисление иодид-ионов как пример гомогенного катализа. Ионы Fe2+ катализируют реакцию окисления иодид-ионов пероксодисульфат ионами S2O82- в соответствии с уравнением: S2O82-(водн) + 2I-(водн.) → 2SO42-(водн) + I2 Ионы Fe2+ катализируют эту реакцию. Магнитные свойства Переходные металлы с неспаренными электронами являются парамагнетиками, так как обладают магнитным моментом, обусловленным электронным спином. Fe, Co, Ni-ферромагнетики: это означает, что они сильно притягиваются магнитным полем. |