Юрий Владимирович Ходаков
Давид Аркадьевич Эпштейн
Павел Александрович Глориозов
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
учебник для 7 - 8 классов
*** 1986 ***
|
(оригинал в цвете) |
(чёрно-белый) |
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
ПРЕДМЕТ ХИМИИ Вы уже начали изучение физики и биологии. Теперь вам предстоит ознакомиться с химией. Химия вместе с физикой и биологией относится к естественным наукам — наукам о природе. Что же изучает она? Весной было брошено в почву крошечное семя. Оно проросло, и за лето развилось растение. Растения — это как бы природные «фабрики», в которых углекислый газ, вода и другие вещества, заимствуемые из почвы, превращаютсяв белки, жиры, крахмал, сахар, витамины. Как происходит в клетках растений это удивительное превращение одних веществ в другие, ботаника объяснить не может. Эту задачу решает химия. Химия изучает вещества и превращения их друг в друга. Растительный и животный мир доставляет необходимое для нашего существования — Пищу. Одежда и обувь раньше тоже изготовлялись только из природных материалов: из растительных волокон, шерсти и кожи животных. А сейчас все больше выпускается изделий из капрона, нейлона и других искусственных материалов. В природе таких материалов не существует. Они вырабатываются на химических заводах из нефти, каменного угля и из природных газов. Этому науиила нас# химия. Открытие законов превращения одних веществ в другие позволяет предвидеть и объяснять такие превращения, управлять ими и применять для производства необходимых продуктов. При изучении химии все шире будут раскрываться перед вами ее задачи. Велико значение химии в жизни общества. Некоторые продукты питания мы берем пока из природы в готовом виде. Но сельское хозяйство не смогло бы удовлетворять потребности населения в продовольствии без помощи химической промышленности, снабжающей его минеральными удобрениями. Без участия химии были бы невозможны такие завоевания техники, как освоение внутриатомной энергии, полеты межпланетных кораблей в космос. В Программе Коммунистической партии Советского Союза записано: «Одна из крупнейших задач — всемерное развитие химической, промышленности, полное использование во всех отраслях народного хозяйства достижений современной химии, в огромной степени расширяющей возможности роста народного богатства, выпуска новых, более совершенных и дешевых средств производства и предметов народного потребления». Превращение веществ всегда сопровождается физическими явлениями: выделением или поглощением теплоты, излучением и поглощением световой энергии, изменением состояния веществ. Поэтому химики в своих исследованиях опираются на физические методы исследования и на физические теории. В свою очередь биологические процессы неразрывно связаны с превращениями веществ, совершающимися в живых организмах. Поэтому химия — химические методы исследования и химические теории — оказывает помощь биологическим наукам и медицине в разрешении их проблем. Знание химии все больше становится необходимым для творческого труда в любой области, кем бы вы ни стали по окончании школы. Итак, открываем первые страницы новой для вас науки. § I. Вещества Оглянемся вокруг. Мы сами, все, что нас окружает, - живая, и неживая природа, и все, что создано руками человека, состоит нз веществ. Из курса физики вспомните, в чем разница между веществом и телом. Перед нами два разных предмета или тела: гвоздь и подкова, а вещество, из которого изготовлены они, в основном одно и то же — железо. Кусок алюминиевой проволоки и алюминиевая кастрюля — разные тела, а изготовлены они из одного и того же вещества — алюминия. Железо, алюминий, медь, вода, сахар, кислород, углекислый газ, крахмал, белки — все это вещества. Сейчас известно несколько миллионов веществ, но все время число их пополняется- Одни из веществ находят в природе, другие, подобно капрону и нейлону, создают искусственно. Каждое вещество изучено и получило свое название. Вещества могут быть в чем-то сходны друг с другом, но каждое из них чем-то обязательно отличается от остальных, каждое имеет свои признаки, свои свойства. Одна из задач химии заключается в описании веществ. Это первое, чему вы должны научиться. Описать вещество — значит перечислить его свойства. Например, поваренную соль мы описываем так: вещество кристаллическое бесцветное (в измельченном виде белое), соленое на вкус, хрупкое, растворимое в воде и т. д. При описании веществ указывают и такие их свойства, которые поддаются измерению, например температура плавления и кипения, плотность и т. д. К свойствам веществ относится также и их действие на организм. Многие вещества ядовиты. Поэтому неизвестные вам вещества нельзя пробовать на вкус, можно отравиться. Некоторые вещества разъедают кожу и к ним нельзя даже прикасаться. Знать свойства веществ необходимо, чтобы найти им применение. Так, наши далекие предки оценили и использовали необычайную твердость минерала кремня для изготовления из него первого оружия и орудий труда. Знать свойства веществ надо для того, чтобы правильно обращаться с ними. Например, изделия из капрона и нейлона нельзя гладить слишком горячим утюгом, так как эти вещества легкоплавки и под утюгом могут раплавиться. Знать свойства веществ нужно также для того, чтобы узнавать вещества, отличать их друг от друга. Далее вам предстоит узнать, как через изучение свойств веществ была раскрыта тайна их внутреннего строения. ... Включите в описание результаты опытов: исследуйте, плавится ли сахар в пламени спички, горюч ли он при обычных условиях. Для этого возьмите щипцами кусок сахара, внесите его в пламя горящей спички, держа его над какой-либо металлической пластинкой, например над крышкой от консервной банки. Будьте осторожны в обращении с огнемI Что бы мы ни изучали, перед нами всегда встает вопрос: из чего состоит исследуемый предмет? Так, большинство живых организмов состоят из органов, органы из тканей, ткани из клеток. А из чего состоят вещества? Из курса физики вам уже известно, что вещества делимы не до бесконечности. Налитая в чашку вода постепенно испаряется, потому что от ее поверхности отрываются и разлетаются во все стороны молекулы воды. На принесенных в теплое помещение холодных предметах оседают капельки воды: они образуются путем скопления молекул воды, находившихся ранее в воздухе. Так учением о молекулах объясняется одно из важных свойств воды, называемое летучестью. Наименьшая частица воды — это молекула воды, наименьшая частица сахара — это молекула сахара и т. д. Вещества могут иметь как молекулярное, так и немолекулярное строение. В газообразном и парообразном виде все вещества состоят из молекул. Но этого нельзя сказать о твердых кристаллических веществах. Например, составная часть в кристаллах кварца, в граните и др. — атомы кремния, которые химически связаны с атомами кислорода. Молекул в кристалле кварца нет. Многие другие вещества, имеющие вид крупных и мелких кристаллов, тоже немолекулярного строения. Например, нет молекул в известных вам кристаллических веществах — поваренной соли и соде. Все молекулы данного вещества, например все молекулы во-1ы, одинаковы, но отличаются от молекул другого вещества. Поэтому и свойства разных веществ разные, а у одного и того же вещества одни и те же. Так, сахар добывается из разных растений и продается в виде сахарного песка, кускового сахара, сахарной пудры. Но все это одно и то же вещество, один и тот же сахар с одними и теми же свойствами. Растворив в воде, взятой в одинаковых объемах, одинаковое количество сахарного песка, кускового сахара и сахарной пудры, мы получим растворы одинаковой сладости. Всегда одними и теми же свойствами обладает вещество, если оно не загрязнено посторонними примесями или содержит их очень мало. Такова, например, дистиллированная вода (в отличие от речной воды). Поэтому дистиллированная вода везде в мире при нормальном атмосферном давлении (101,3 кПа) имеет одну и ту же температуру кипения (100°С), одну и ту же температуру кристаллизации (0°С), одну и ту же плотность, равную 1 г/см3 при 4°С, и т. д. Свойства же природных вод неодинаковы и зависят от содержащихся в них примесей. На практике мы не встречаем совершенно чистых веществ, и нам приходится довольствоваться той или другой степенью их чистоты. Новая техника нуждается в веществах, содержание посторонних примесей в которых не превышает одной миллионной процента. Такие вещества называют сверхчистыми. Без сверхчистых веществ было бы невозможно развитие радиотехники, изготовление солнечных батарей — «ловушек» солнечной энергии на космических кораблях. В жизни, как правило, мы встречаемся со смесями веществ. Так, воздух, как нам известно, представляет смесь нескольких веществ: кислорода, азота, углекислого газа и др. Взболтав в воде порошок мела, мы получим смесь воды и взмученного в ней мела; его частички видны невооруженным глазом. Однако по внешнему виду не всегда можно догадаться, что перед нами смесь. Так, молоко кажется нам однородным веществом, но под микроскопом видно, что оно состоит из капель жира, плавающих в жидкости, следовательно, молоко — смесь веществ. Особый случай смесей представляют растворы. Взболтав в воде сахар, мы вместо мутной жидкости получим прозрачный раствор сахара в воде. В нем невозможно увидеть сахар не только невооруженным глазом, но даже в самый сильный микроскоп. Однако присутствие в растворе сахара легко обнаруживается, если раствор попробовать на вкус или же, поместив каплю раствора на чистое стеклышко, дать ей высохнуть. Сахар останется на стеклышке в виде кристаллов. При растворении в воде сахар дробится на молекулы, которые распределяются между молекулами воды. Прежде чем изучать и описывать вещество, очевидно, нужно выделить его из смеси и очистить от примесей. Из повседневных наблюдений мы заключаем, что в смесях свойства отдельных веществ сохраняются. Это можно проверить на опыте. Перед нами два мелкокристаллических порошка: серый и желтый. Серый порошок тонет в воде, притягивается магнитом, повисая гирляндами на его полюсах, — это измельченное же лезо. Желтый порошок магнитом не притягивается, при взбалтывании в воде всплывает на поверхность, так как не смачивается водой, — это сера. Смешав оба порошка, получим серовато-желтую смесь. Положим щепотку этой смеси в воду и взболтаем. Сера и железо разделятся: крупинки серы всплывут и соберутся на поверхности воды, а крупинки железа потонут и fоберутся на Рис. I. Разделение смеси железа и дне (рис. 1,а). Насыплем остаток смеси на бумагу, накроем другим листочком бумаги и приблизим к нему магнит. Железо и сера разделятся. Частички железа притянутся сквозь бумагу к магниту, а сера останется на бумаге (рис. 1,6). Мы убедились, что свойства серы (не смачиваться водой) и железа (притягиваться магнитом) в смеси сохранились. Этим мы воспользовались для разделения смеси — выделения из нее отдельных веществ. 1. Какие из данных признаков — форма, температура кипения, размер, масса — можно, а какие нельзя указать при описании: а) вещества, б) молекулы? 2. Из курса природоведения и ботаники вам известны следующие способы разделения смесей: отстаивание, фильтрование (рис 2), выпаривание. В каких случаях применяют каждый способ? Приведите примеры. 3. Какие различия в свойствах составных частей молока используют при получении из него сливок отстаиванием? 4. Чем объясняется, что дистиллированная вода во всех сi ранах обладает одними и теми же свойствами, а вода, взятая из разных рек, не вполне одинаковыми свойствами? 5. Почему бессмысленны выражения: «молекулы гранита», «молекулы молока», «молекулы воздуха»? 6. Что представляет собой раствор сахара с точки зрения молекулярного учения? Можно ли фильтрованием выделить из раствора сахар? 7. Выпишите отдельно названия веществ и смесей из перечня: сахар, почва, кислород, воздух, молоко, алюминий, гранит. 8. Из каких материалов изготовляют фильтры? Докажите присутствие растворенных твердых веществ в питьевой воде. § 3. Физические явления Человек и все, что его окружает— и живая и неживая природа, — непрерывно изменяются. И с веществами происходят разнообразные изменения, или явления. Вещество может быть измельчено в порошок, расплавлено, растворено и вновь выделено из раствора. При этом оно останется тем же самым веществом. Так, куски сахара можно измельчить в ступке в порошок настолько мелкий, что от малейшего дуновения он будет подниматься в воздух, как пыль. Сахарные пылинки можно разглядеть лишь в микроскоп. Куски сахара мы дробим на еще более мелкие частички не прибегая к молотку и ступ ке, просто растворяя его в воде. При испарении вода переходит в пар. Водяной пар — это вода в газообразном состоянии. При охлаждении вода превращается в лед. Лед — это вода в твердом состоянии. Мельчайшая частичка воды — это молекула воды. Мельчайшая частичка льда и водяного пара тоже молекула воды. Жидкая вода, лед и водяной пар не разные вещества, а одно и то же вещество (вода) в разных агрегатных состояниях. Подобно воде, и другие вещества можно переводить из одного агрегатного состояния в другое. Характеризуя то или другое вещество как газ, жидкость или твердое вещество, имеют в виду состояние вещества в обычных условиях. Любой металл можно не только расплавить, т. е. перевести в жидкое состояние, но и превратить в газ. Во внеш: ней оболочке Солнца, где температура около 6000°С, металлы находятся в газообразном состоянии. Наоборот, газ путем охлаждения может быть переведен в жидкое и твердое состояние, например углекислый газ — в «сухой лед». При всех этих явлениях других веществ не образуется. Как вам известно из курса физики, явления, при которых не происходит превращений одних веществ в другие, относят к физическим явлениям. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ Работа 1. ПОЛУЧЕНИЕ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ И ОПЫТЫ С НЕЙ Соляная кислота — это раствор хлороводорода в воде. Хлороводород можно получить взаимодействием хлорида (например, NaCl) с серной кислотой. Напишите уравнение реакции. ¦ Опыт I. Получение хлороводорода и соляной кислоты. Соберите прибор для получения газа. Проверьте его иа герметичность. В колбу насыпьте около / пробирки хлорида натрия и прилейте (осторожно) столько серной кислоты (2:1), чтобы она смочила всю соль. Тотчас же закройте колбу пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опустите в пробирку, наполненную на /* водой. Конец газоотводной трубки не должен доходить до воды на 0,5 см. Нагревайте колбу с хлоридом натрия и серной кислотой на специальной сетке. Наблюдайте растворение хлороводорода в пробирке с водой. При внимательном рассмотрении можно видеть, как от поверхности воды опускаются вниз струйки тяжелой жидкости. Объясните это явление. Пропускайте хлороводород в воду до тех пор, пока ие прекратится реакция в колбе. Если раствор хлороводорода сильно нагреется, то можно заменить пробирку с образовавшейся соляной кислотой другой пробиркой с холодной водой. Пробирку с полученной соляной кислотой поставьте в штатив. Эту кислоту ^ вы используете для следующих опытов. Опыт 2. Свойства соляной кислоты. Полученную вами кислоту разлейте поровну в 3 пробирки. И первую пробирку положите кусочек цинка и наблюдайте за тем, что происходит. Напишите уравнение реакции. Во вторую пробирку насыпьте небольшое количество оксида магния и пере мешайте. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции. В третью пробирку добавьте 1 — 2 капли раствора лакмуса и прилейте по каплям раствор гидроксида натрия до полной нейтрализации кислоты. Напишите уравнение реакции. В выводе охарактеризуйте химические свойства соляной кислоты. Опыт 3. Распознавание соляной кислоты и ее солей. 1. В пробирку с соляной кислотой прилейте несколько капель раствора нитрата серебра. Напишите уравнение реакции. Опишите внешний вид осадка хлорида серебра (что он напоминает?). К осадку хлорида серебра прилейте 1 мл азотной кислоты. Растворяется ли хлорид серебра в азотной кислоте? 2. Повторите предыдущий опыт, но вместо соляной кислоты возьмите раствор хлорида натрия. Проверьте, растворяется ли выпавший осадок в азотной кислоте. 3. Налейте в пробирку I мл раствора карбоната натрия и прилейте несколько капель раствора нитрата серебра. К осадку карбоната серебра прилейте азотную кислоту. Растворился ли осадок карбоната серебра? Сделайте вывод: как можно обнаружить соляную кислоту и ее соли? Работа 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ГАЛОГЕНЫ» Задача I. Докажите опытным путем, что в состав соляной кислоты входит водород и хлор. Задача 2. Определите, не содержит ли данный образец нитрата натрия примеси хлорида. Задача 3. Определите, является ли выданная вам бумажка иодокрахмальиой бумажкой (т. е. пропитанной крахмальным клейстером и раствором йодистого калия). Задача 4. Докажите опытным путем, что выданное вам вещество — иодид. Задача 5. Докажите опытным путем, что выданное вам вещество — бромид. Задача 6. Проделайте реакции, характерные для соляной кислоты. Задача 7. Определите, в какой из выданных вам четырех пробирок с твердыми веществами находятся хлорид иатрим, бромид натрия, иодид натрия, карбонат натрия. Задача 8. В пробирку, наполненную до половины бромной водой, прибавьте цинковую пыль, размешайте стеклянной палочкой и слегка нагрейте. Дайте жидкости отстояться. Если получится бесцветная жидкость, то налейте ее в две пробирки. (Если жидкость не обесцветится, а цинк израсходуется, прибавьте еще цинка, размешайте смесь и вновь нагрейте.) В одну пробирку налейте хлорную воду, а в другую — раствор нитрата серебра. Проследите за всеми изменениями. Объясните их. Задача 9. Определите, в какой из выданных вам пробирок с растворами содержится соляная кислота, гидроксид натрия, нитрат серебра. Работа 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ПОДГРУППА КИСЛОРОДА» Задача I. Проделайте реакции, подтверждающие качественный состав серной кислоты. Задача 2. В две пробирки положите по 2—3 кусочка цинка. В одну из них прилейте около I мл разбавленной серной кислоты, а в другую концентрированной серной кислоты (осторожно!). Что наблюдаете? Пробирку, в которой реакция не наблюдается, слегка нагрейте (осторожно!). Что наблюдаете? Какой вывод можно сделать о взаимодействии цинка с разбавленной и концентрированной серной кислотой? Напишите уравнения реакций. Задача 3. В пробирки с растворами сульфида натрия прилейте в одну хлорной воды, а в другую — бромной воды. Что наблюдаете? Объясните наблюдения. Задача 4. Определите, в какой из выданных вам пробирок с растворами находится соляная кислота, в какой серная кислота и в какой — гидроксид натрия. Задача 5. Определите, содержит ли поваренная соль примесь сульфатов. Задача 6. Определите с помощью характерных реакций, является выданная вам соль сульфатом, иодидом или хлоридом. Задача 7. Исходя из оксида меди (II), получите раствор сульфата меди и выделите из него кристаллический цюдный купорос. Задача 8. Вам выданы три пробирки: с растворами хлорида натрия, сульфата натрия и серной кислоты. Определите, где что находится. Задача 9. Получите реакцией обмена сульфат бария и выделите его из смеси. Задача 10. Докажите, что выданные вам голубые кристаллы содержат сульфат меди. |
