Химия. Пособие для поступающих в вузы. Максименко О.О.

Пособие составлено в соответствии с правилами и программами вступительных экзаменов для поступающих в высшие учебные заведения. Издание может быть также полезно для учащихся и преподавателей в процессе изучения предмета "Химия" в средних общеобразовательных школах, лицеях и гимназиях. Для абитуриентов, учащихся школ, школьных учителей и преподавателей вузов.

Оглавление

Часть I. Основы теоретической химии

1. Предмет химии. Задачи и значение химии. Место
химии в естествознании. Основные положения............................... 4

1.1. Предмет и задачи химии......................................................... 4

1.2. Вещество. Основные положения........................................... 5

1.3. Относительная масса элемента............................................... 9

1.4. Моль. Молярная масса........................................................ 10

2. Химические превращения. Основные
стехиометрические законы химии................................................... 11

2.1. Химические превращения.................................................... 11

2.2. Основные законы стехиометрии.......................................... 11

3. Строение атома. Атомное ядро. Изотопы. Стабильные
и метастабильные ядра. Радиоактивные
превращения, деления ядер и ядерный синтез.
Уравнение радиоактивного распада. Период
полураспада..................................................................................... 14

3.1. Строение атома..................................................................... 14

3.2. Изотопы................................................................................ 15

3.3. Радиоактивные превращения.............................................. 17

3.4. Ядерный синтеза ядерное деление...................................... 19

3.5. Скорость радиоактивного распада..................................... 21

3.6. Применение радиоактивных изотопов................................ 22

4. Строение атома. Двойственная природа электрона.
Строение электронных оболочек атомов.
Квантовые числа. Атомные орбитали.
Электронные конфигурации атомов в основном и
возбужденном состоянии. Принцип Паули,

правило Гунда................................................................................. 24

4.1. Теория Бора.......................................................................... 24

4.2. Квантовая теория строения атома....................................... 26

4.3. Квантовые числа электронов................................................. 28

4.4. Электронные конфигурации атомов...................................... 30

5. Периодический закон и его обоснование с точки
зрения электронного строения атомов.
Периодическая система элементов................................................... 34

5.1. Периодический закон............................................................. 34

5.2.Теоретическое обоснование периодической системы
элементов Д.И.Менделеева............................................................ 35

5.3. Периодическая таблицей строение атомов............................ 38

5.4. Периодичность свойств элементов и их соединений............ 41

6. Химическая связь. Типы химической связи...................................... 47

6.1. Природа химической связи.................................................... 47

6.2. Ковалентная связь................................................................... 50

6.3. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи 57

6.4. Пространственное строение молекул. Модель гибридизации орбиталей 59

6.5. Ионная связь........................................................................... 62

6.6. Металлическая связь............................................................... 65

6.7. Водородная связь.................................................................... 66

6.8. Кристаллические решетки. Зависимость свойств от

типа кристаллической решетки..................................................... 68

7. Валентность и степень окисления..................................................... 72

7.1. Валентность............................................................................ 72

7.2. Степень окисления................................................................. 74

8. Агрегатные состояния вещества и переходы
между ними. Свойства газов, жидкостей и твердых

тел..................................................................................................... 77

8.1. Агрегатные состояния вещества и переходы между

ними в зависимости от температуры и давления.......................... 77

8.2. Газы......................................................................................... 79

8.3. Жидкости................................................................................ 83

8.4. Твердые тела........................................................................... 84

9. Принципы классификации и номенклатуры
химических веществ. Основные классы
неорганических веществ: оксиды, основания,
кислоты, соли................................................................................... 86

9.1. Классификация и номенклатура простых и

сложных веществ.......................................................................... 86

9.2. Оксиды.................................................................................. 88

9.3. Кислоты.................................................. ,............................. 93

9.4. Основания (гидроксиды металлов)..................................... 99

9.5. Соли.................................................................................... 101

10. Химические реакции и их классификация.

Окис л ительно-восстановительные реакции............................. 106

10.1. Химические реакции. Классификация

химических реакций ;................................................................. 106

10.2. Окислительно-восстановительные реакции................... 110

11. Тепловые эффекты химических реакций. Термохимические уравнения. Теплота образования химических соединений из простых веществ. Закон Гессаи его следствия.......................................................... 128

12. Скорость химической реакции. Гомогенные и гетерогенные реакции. Зависимость гомогенных реакций от концентраций. Константа скорости химической реакции. Энергия активации................... 133

13. Явление катализа. Катализаторы. Представление о механизмах гомогенного и гетерогенного

катализа......................................................................................... 138

14. Обратимые реакции. Химическое равновесие.
Константа равновесия. Смещение химического
равновесия под действием температуры и

давления. Принцип Ле Шателье.................................................. 141

14.1. Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие 141

14.2. Влияние изменения внешних условий на химическое равновесие 142

15. Дисперсные системы. Коллоидные системы.
Растворы. Растворимость. Способы выражения
концентрации растворов. Отличие физических
свойств растворов от свойств растворителя.

Твердые растворы. Сплавы........................................................ 145

15.1 Дисперсные системы ........................................................ 145

15.2. Растворы. Общие понятия. Образование растворов.... 147

15.3. Растворимость. Факторы, влияющие на растворимость 149

15.4. Способы выражения концентраций растворов............. 152

15.5. Сплавы.............................................................................. 153

16. Электролиты. Растворы электролитов.
Электролитическая диссоциация кислот,

оснований, солей........................................................................... 155

16.1. Электролиты и неэлектролиты. Растворы электролитов 155

16.2. Ионное произведение воды. Водородный

показатель (рН раствора)......................................................... 160

16.3. Кислотно-основные взаимодействия в растворах. Протонные кислоты и кислоты Льюиса. Амфотерность 162

16.4. Гидролиз солей................................................................ 165

16.5. Ионные уравнения реакций............................................ 168

17. Стандартные потенциалы
окислительно-восстановительных реакций.
Электролиз растворов и расплавов. Законы

Фарадея......................................................................................... 171

17.1. Электролиз растворов и расплавов............................... 174

17.2. Законы электролиза Фарадея.......................................... 177

Часть II. Неорганическая химия. Элементы и их соединения

1. Водород. Вода. Пероксид водорода........................................... 180

1.1. Водород.............................................................................. 180

1.2. Вода..................................................................................... 189

1.3. Пероксид водорода............................................................ 192

2. Галогены. Галогеноводороды. Галогениды.
Кислородсодержащие соединения галогенов................................. 195

2.1. Галогены.............................................................................. 195

2.2. Галогеноводороды............................................................... 206

2.3. Галогениды.......................................................................... 209

2.4. Кислородсодержащие соединения галогенов...................... 210

2.5. Применение галогенов и их соединений............................ 215

3. Кислород. Изотопы кислорода. Оксиды и пероксиды.
Озон................................................................................................ 217

3.1. Общая характеристика подгруппы кислорода.................... 217

3.2. Распространенность в природе.......................................... 219

3.3. Кислород, его соединения................................................... 220

3.4. Оксиды и пероксиды............................................................ 222

3.5. Озон..................................................................................... 223

4. Сера. Сероводород, сульфиды, гидросульфиды. Оксиды
серы (IV) и (VI). Сернистая и серная кислоты и их

соли. Эфиры серной кислоты. Тиосульфат натрия........................ 225

4.1. Сера..................................................................................... 225

4.2. Сероводород, сульфиды, гидросульфиды............................ 229

4.3. Оксид серый сернистая кислота.......................................... 232

4.4. Оксид серы (VI). Серная кислота. Сульфаты....................... 235

4.5. Эфиры серной кислоты........................................................ 241

5. Азот. Аммиак, соли аммония, амиды металлов,
нитриды. Оксиды азота. Азотистая и азотная

кислоты и их соли. Эфиры азотной кислоты.................................. 242

5.1. Общая характеристика элементов главной

подгруппы V группы.................................................................. 242

5.2. Азот. Нитриды..................................................................... 245

5.3. Аммиак. Соли аммония. Амиды металлов........................... 248

5.4. Оксиды азота........................................................................ 252

5.5. Азотистая и азотная кислоты и их соли.............................. 257

5.6. Эфиры азотной кислоты...................................................... 262

6. Фосфор, фосфиды. Фосфин. Оксиды фосфора (III) и (V).
Орто-, мета- и дифосфорные кислоты.
Ортофосфаты. Эфиры фосфорной кислоты................................... 263

6.1. Фосфор, фосфин.................................................................. 263

6.2. Оксиды фосфора (III) и (V).................................................. 268

6.3. Орто, мета- и дифосфорные кислоты. Ортофосфаты .... 270

6.4. Эфиры фосфорной кислоты............................................. 272

7. Углерод, изотопы углерода. Простейшие углеводороды:
метан; этилен, ацетилен. Карбиды кальция,
алюминия и железа. Оксиды углерода (II) и (IV),
Карбонилы переходных металлов. Угольная

кислота и ее соли........................................................................... 274

7.1. Общая характеристика элементов главной

подгруппы IV группы.............................................................. 274

7.2. Углерод. Карбиды............................................................. 276

7.3. Простейшие углеводороды: метан, этилен,

ацетилен...................................................................................... 280

7.4. Оксиды углерода (II) и (IV). Карбонилы

переходных металлов................................................................ 282

7.5. Угольная кислота и ее соли............................................... 286

8. Кремний. Силан. Силициды. Оксид кремни.я (IV).
Кремниевые кислоты, силикаты.................................................. 289

8.1. Кремний. Силан, силициды............................................... 289

8.2. Оксид кремния (IV)........................................................... 294

8.3. Кремниевые кислоты, силикаты....................................... 297

9. Бор. Трифторид бора. Орто- и тетраборные кислоты.
Тетраборат натрия....................................................................... 300

9.1. Бор. Трифторид бора........................................................ 300

9.2. Орто-и тетраборные кислоты. Тетраборат натрия......... 304



10. Благородные газы. Примеры соединений криптона и ксенона. 306

11. Общая характеристика металлов. Положение металлов в периодический системе элементов Д.И.Менделеева. Физические и химические

свойства. Коррозия. Сплавы....................................................... 311

11.1. Общая характеристика металлов. Физические свойства 311

11.2. Химические свойства металлов....................................... 313

11.3. Коррозия металлов.......................................................... 314

11.4. Получение металлов........................................................ 316

11.5. Сплавы.............................................................................. 318

12. Щелочные металлы. Оксиды, пероксиды, гидроксиды

и соли щелочных металлов............................................................ 320

12.1. Общая характеристика щелочных металлов...................... 320

12.2. Нахождение в природе...................................................... 322

12.3. Получение щелочных металлов......................................... 323

12.4. Физические свойства......................................................... 324

12.5. Химические свойства........................................................ 324

12.6. Применение....................................................................... 326

12.7. Кислородсодержащие соединения щелочных металлов.... 326

13. Щелочноземельные металлы, бериллий, магний, их
оксиды, гидроксиды и соли. Представление о
магнийорганических соединениях................................................ 329

13.1. Общая характеристика металлов главной

подгруппы II группы.................................................................. 329

13.2. Нахождение в природе...................................................... 332

13.3. Физические свойства......................................................... 333

13.4. Магний и его соединения. Магнийорганические соединения 333

13.5. Кальций и его соединения. Жесткость воды..................... 334

13.6. Применение Са и Mg и их соединений............................. 337

14. Алюминий, оксид, гидроксид и соли алюминия.
Комплексные соединения алюминия.............................................. 338

14.1. Общее рассмотрение......................................................... 338

14.2. Природные соединения алюминия..................................... 338

14.3. Получение.......................................................................... 339

14.4. Физические свойства......................................................... 340

14.5. Химические свойства......................................................... 340

14.6. Оксид, гидроксид и соли алюминия.

Комплексные соединения............................................................ 342

14.7. Применение алюминия...................................................... 344

15. Медь, серебро. Оксиды меди (I) и (II), оксид серебра
(I). Гидролиз солей меди (II). Соли серебра и меди.
Комплексные соединения серебра и меди...................................... 346

15.1. Общая характеристика d-элементов.................................. 346

15.2. Медь................................................................................... 348

15.3. Соединения меди: оксид меди (I) и (II). Соли и комплексные соединения меди 351

15.4. Серебро. Соединения серебра........................................... 354

16. Цинк, ртуть. Оксиды цинка и ртути. Гидроксиды
цинка и его соли............................................................................. 359

16.1. Цинк, ртуть........................................................................ 359

16.2. Оксиды, гидроксиды и соли цинка и ртути........................ 364

17. Хром. Оксиды хрома (II), (III) и (VI). Гидроксиды и
соли хрома (II) и (III). Хроматы и дихроматы.
Комплексные соединения хрома.................................................... 367

17.1. Хром.................................................................................. 367

17.2. Оксиды хрома (II), (III) и (VI)........................................... 370

17.3. Гидроксиды и соли хрома (II) и (III)................................. 372

17.4. Хроматы и дихроматы....................................................... 373

18. Марганец. Оксиды марганца (II) и (IV). Гидроксид и
соли марганца (II). Манганат и перманганат калия...................... 375

18.1. Общая характеристика...................................................... 375

18.2. Марганец........................................................................... 376

18.3. Оксиды марганца (II) и (IV). Гидроксид и соли марганца (II) 3 78

18.4. Манганат и перманганат калия......................................... 380

19. Железо, кобальт, никель. Оксиды железа (II), (II) —
(III), (III). Гидроксиды и соли железа (II) и (III).
Ферраты, ферриты. Комплексные соединения

железа............................................................................................. 383

19.1. Краткая характеристика триады железа............................. 383

19.2. Железо................................................................................ 385

19.3. Получение железа и его сплавов........................................ 389

19.4. Оксиды, гидроксиды и соли железа. Ферраты, ферриты. Комплексные соединения железа 390

Часть III. Органическая химия

1. Понятие об органических веществах.............................................. 396

1.1. Вещества неорганические и органические. Состав
органических веществ, их особенности. Механизм и
особенности реакций органических соединений....................... 396

1.2. Теория химического строения органических соединений 400

1.3. Классификация и номенклатура органических соединений. Изомерия 401

2. Углеводороды................................................................................. 412

2.1. Насыщенные углеводороды................................................. 412

2.2. Циклоалканы............................. J......................................... 422

2.3. Алкены................................................................................. 426

2.4. Алкадиены (диеновые углеводороды).................................. 437

2.5. Алкины. Кислотные свойства алкинов................................. 442

3. Ароматические углеводороды (арены).......................................... 449

3.1. Арены. Общая характеристика............................................ 449

3.2. Бензол.................................................................................. 451

3.3. Гомологи бензола................................................................ 456

3.4. Ориентирующее действие заместителей в

бензольном кольце...................................................................... 458

4. Спирты. Фенолы. Простые эфиры.................................................. 461

4.1. Одноатомные спирты.......................................................... 461

4.2. Многоатомные спирты........................................................ 469

4.3. Ароматические спирты....................................................... 473

4.4. Фенолы................................................................................. 473

4.5. Простые эфиры.................................................................... 480

5. Карбонильные соединения: альдегиды и кетоны............................ 484

5.1. Общее рассмотрение........................................................... 484

5.2. Строение карбонильной группы......................................... 485

5.3. Реакция с нуклеофилами..................................................... 486

5.4. Кето-енольная таутомерия.................................................. 487

5.5. Способы получения............................................................. 488

5.6. Физические свойства........................................................... 489

5.7. Химические свойства.......................................................... 490

5.8. Применение......................................................................... 495

6. Карбоновые кислоты...................................................................... 497

6.1. Номенклатура. Изомерия.................................................... 497

6.2. Способы получения............................................................. 499

6.3. Физические свойства........................................................... 501

6.4. Химические свойства.......................................................... 502

6.5. Сложные эфиры................................................................... 509

6.6. Жиры................................................................................... 511

6.7. Мыло. Синтетические моющие средства............................. 515

6.8. Моно- и дикарбоновые кислоты..................................... :... 516

7. Нитросоединения: нитрометан, нитробензол................................ 520

7.1. Нитрование алканов............................................................ 520

7.2. Нитрование бензола............................. •............................ 521

8. Амины. Алифатические я ароматические амины.
Первичные, вторичные и третичные амины.
Основность аминов. Четвертичные аммониевые

соли и основания............................................................................ 523

8.1. Общая характеристика........................................................ 523

8.2. Способы получения............................................................. 524

8.3. Физические свойства........................................................... 524

8.4. Химические свойства аминов ............................................. 525

8.5. Применение......................................................................... 527

9. Галогенкарбоновые кислоты. Оксикислоты.
Аминокислоты. Белки..................................................................... 528

9.1. Галогенкарбоновые кислоты............................................... 528

9.2. Оксикислоты: молочная, винная, салициловая.................... 529

9.3. Аминокислоты. Пептиды..................................................... 532

9.4. Представление о структуре белка....................................... 537

10. Углеводы......................................................................................... 542

10.1. Общая характеристика...................................................... 542

10.2. Моносахариды. Понятие о пространственных изомерах углеводов 542

10.3. Дисахариды....................................................................... 549

10.4. Полисахариды: крахмал, целлюлоза.................................. 550

11. Гетероциклические соединения. Пиррол. Пиридин.
Пиримидиновые и пурииовые основания,
входящие в состав нуклеиновых кислот.
Представление о структуре нуклеиновых кислот.......................... 554

11.1. Общая характеристика....................................................... 554

11.2. Пятичленные гетеродиклы с одним гетероатомом. Пиррол 555

11.3. Пиридин............................................................................. 558

11.4. Ароматические гетероциклические соединения с
несколькими гетероатомами .................................................... 561

11.5. Представление о структуре нуклеиновых кислот........ 562

12. Реакции полимеризации и поликонденсации............................... 565

12.1. Общие понятия................................................................. 565

12.2. Полимеризация и поликонденсация............................... 568

Приложение

Таблица 1. Периодическая система элементов

Д.И.Менделеева ....................................................................................... 574

Таблица 2. Распределение электронов в атоме..................................... 575

Таблица 3. Распространенность элементов в земной коре

(по А.П.Виноградову).............................................................................. 576

Таблица 4. Электроотрицательность химических

элементов (по шкале Л.Полинга)............................................................. 577

Таблица 5. Электроотрицательность химических

элементов (по шкале Оллреда-Рохова)................................................... 578

Таблица 6. Растворимость солей, кислот и оснований в воде 579

Таблица 7. Ряд стандартных электродных потенциалов...................... 580

Таблица 8. Растворимость (г) некоторых солей в 100 г

воды (из расчета на безводную соль)..................................................... 581

Таблица 9. Плотность водных растворов некоторых

веществ при 20 °С (г/см3)......................................................................... 582

Таблица 10. Реакции оксидов с соединениями различных
классов............................................................................................ -......... 583

Таблица 11. Соотношения между некоторыми

внесистемными единицами и единицами СИ........................................... 584

Таблица 12. Определение ионов............................................................. 585

Таблица 13. Названия кислот и образуемых ими солей....................... 587

Таблица 14. Некоторые единицы международной

системы (СИ)............................................................................................. 589

Таблица 15. Условные обозначения, названия и единицы
физических величин.................................................................................. 590

Таблица 16. Используемые тривиальные (исторически

сложившиеся) названия некоторых неорганических

веществ....................................................................................................... 592

Таблица 17. Некоторые важнейшие физические

постоянные................................................................................................. 594

Таблица 18. Групповые названия химических элементов.................... 594

Таблица 19. Десятичные приставки к названиям единиц..................... 595

Таблица 20. Греческий алфавит............................................................. 595

Таблица 21. Названия, порядковые номера и атомный

вес химических элементов......................................................................... 596

Таблица 22. Открытие элементов............................................................ 601

Таблица 23. Получение, химические свойства и

применение некоторых неметаллов......................................................... 610

Таблица 24. Получение, химические свойства и

применение некоторых металлов............................................................. 618