ПОНЕДЕЛЬНИК, 13.09.21г.  306, 308, 408, 301

ГРУППА 306 ХИМИЯ

ТЕМА:Общие способы получения металлов. Понятие о металлургии. Пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия. Сплавы черные и цветные.

Основные способы получения металлов: пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометаллургия.
Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.
Например, медь восстанавливают из куприта Cu2O прокаливанием с углем (коксом):
SnО2+ 2С = Sn + 2СО↑; Cu2O + С = 2Cu+ СО ↑.
Алюминотермия и магниетермия способы получения металлов, основанные на восстановлении металлов из их соединений (оксидов, галогенидов и др.) более активными металлами (Al и Mg). Например:
tо
2Al + 3BaO → 3Ba + Al2O3
TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2
Металлотермические опыты получения металлов впервые осуществил русский ученый Н. Н. Бекетов в XIX в.
Восстановительные свойства металлов проявляются при взаимодействии с неметаллами. Например:
H2O
2Al + 3I2 → 2AlI3 (инициатором реакции является вода)
to
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (реакция горения)
2Na + S → Na2S (реакция идет самопроизвольно при смешивании серы и натрия)
Основными восстановителями для получения металлов являются С, СО, Н2.
Например:

Кроме восстановителей для получения металлов ещё используют электрохимический способ – электролиз.
Электролиз получил широкое распространение в металлургии цветных металлов и в ряде химических производств. Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путём электролиза.
Сущность электролиза заключается в выделении из электролита частиц вещества при протекании через электролитическую ванну постоянного тока и осаждении их на погруженных в ванну электродах. Цель процесса - получение возможно более чистых незагрязнённых примесями металлов.

Рис. 6. Процессы, протекающие при электролизе.
Схема электролизной ванны: 1 - ванна, 2 - электролит, 3 - анод, 4 - катод, 5 - источник питания
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
Задания необходимо решать с использование ряда напряжения металлов:

Задание 1: Составьте уравнение реакций взаимодействия металлов с кислотами, расставьте коэффициенты и найдите их сумму.
Al + Н2SО4 →
Fe + Н2SО4 →
Алюминий и железо стоят левее водорода в ряду напряжения металлов, поэтому могут вытеснить водород из разбавленных кислот. При прохождении реакции наблюдаем выделение водорода в виде мелких пузырьков.
Коэффициенты расставляем, уравнивая количество атомов одного элемента до и после стрелки.
Сумма коэффициентов в уравнении с алюминием : 9 (2+3+1+3).
В уравнении с железом: 4 (1+1+1+1).

Сплавы металлов и их классификация

Одним из первых металлов, который человек стал применять для своих нужд, была медь. Но ещё в III тысячелетии люди обнаружили, что медь, сплавленная с оловом, позволяет делать более прочное оружие, долговечную посуду. Материал, полученный при сплавлении меди с оловом, получил название «бронза». Это был первый сплав, изготовленный человеком.

Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.

В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.

Чёрные металлы и сплавы на их основе

В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.

Чугун

Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).

Сталь

В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.

Легирующие добавки

Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.

Легированные стали

В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.

Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.

Цветные металлы и сплавы на их основе

К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчет массовой доли металла в сплаве

Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.

Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2↑.

Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.

Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.

Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:

65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;

х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.

65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.

Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:

ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).

Ответ: 20,5

ТЕМА:Неметаллы. Особенности строения атомов. Неметаллы – простые вещества.

Положение химических элементов-неметаллов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева

Из более сотни известных химических элементов простые вещества неметаллы образуют 22 элемента, причем все они находятся в главных (А) подгруппах.

Элементы-неметаллы находятся в правом верхнем углу Периодической таблицы, в главных подгруппах выше диагонали бериллий – астат. Причем с увеличением номера главной подгруппы число неметаллов в ней закономерно увеличивается на один (рис. 1).

Рис. 1. Расположение неметаллов среди элементов подгрупп А (выделены красным)

Особенности строения атомов неметаллов

Неметаллические свойства связаны со способностью атомов элементов присоединять к себе электроны. Притяжение внешних электронов к ядру тем сильнее, чем меньше размеры атома и больше заряд ядра. В периоде с ростом заряда ядра от элемента к элементу радиус атома уменьшается, сильнее становится притяжение внешних электронов к ядру и неметаллические свойства усиливаются. Вместе с тем от периода к периоду радиус атома увеличивается из-за увеличения числа электронных слоев, и ядра этих атомов все слабее притягивают к себе внешние электроны. Поэтому с ростом номера периода в нем уменьшается количество элементов-неметаллов.

На внешнем электронном слое в атомах неметаллов большее число электронов, чем в атомах металлов. Электроотрицательность атомов неметаллов существенно выше, чем атомов металлов.

Особенности строения элементов VIII-A подгруппы

Элементы VIII-А подгруппы завершают каждый период.

Особенностью строения атомов неона, аргона, криптона, ксенона и радона является устойчивый восьмиэлектронный внешний слой (октет), а гелия – двухэлектронный (дуплет). При обычных условиях их простые вещества, как правило, не вступают в химические реакции и представляют собой одноатомные газы. Поэтому их часто называют инертными, или благородными, газами. Последнее название более целесообразно, так как известны некоторые соединения этих элементов (например, оксид ксенона, фторид радона и др.).

Изменение свойств неметаллов в группах

В группах с увеличением заряда ядра увеличивается радиус атома, т. к. растет число электронных слоев в атоме. Следовательно, способность притягивать электроны, электроотрицательность и окислительные свойства уменьшаются.

В периодах же, наоборот, с увеличением заряда ядра электроотрицательность и окислительные свойства увеличиваются, т. к. уменьшается радиус атома.

Самый электроотрицательный элемент – это фтор. Поэтому он и самый активный неметалл.

Изменение некоторых свойств элементов неметаллов рассмотрено в таблице на рис. 2 на примере элементов третьего периода.

Свойства	Si	P	S	Cl
Порядковый номер	14	15	16	17
Число внешних электронов	4	5	6	7
Радиус атома в нм	0,117	0,111	0,104	0,099
Высшая степень окисления	+4 (SiO2)	+5 (Р2О5)	+6(SO3)	+7 (Cl2O7)
Низшая степень окисления	-4 (SiH4) силан	-3 (PH3) фосфин	-2 (H2S) сероводород	-1 (HCl) хлороводород
Неметаллический характер	усиливается

Рис. 2. Сравнение свойств неметаллов третьего периода

Распространенность в природе

Распространенность неметаллов в космосе и на земле различна.

Самый распространенный элемент земной коры – кислород, он составляет примерно половину общей массы элементов, образующих земную кору (49,13 %). Кислород также является составной частью атмосферы, он занимает 21 % ее объема.

Вторым по распространенности на земле элементом является кремний. Его в земной коре 27,6 % по массе. Кремний с кислородом образует самые разнообразные природные соединения вследствие своего особенного родства с кислородом.

К распространенным элементам неметаллам следует отнести и азот. В земной коре его 0,01 % по массе, а в атмосфере – 78 % по объему.

Водород распространен в земной коре незначительно – всего 1 % по массе. Но во Вселенной он является господствующим элементом. Его особая роль в жизни Вселенной заключается в том, что водород является источником энергии, питающей Солнце и другие звезды.

В значительно меньших количествах, чем перечисленные элементы, в природе встречаются углерод, фосфор, сера. Но эти элементы наряду с кислородом, углеродом и водородом входят в состав живых организмов и выполняют важные биологические функции. Поэтому их называют биогенными элементами.

Подведение итогов урока

Из материалов урока вы узнали, почему химических элементов-неметаллов намного меньше, чем металлов, как различаются по строению атомы металлов и неметаллов, а также какими свойствами обладают неметаллические элементы.

 ГРУППА 308 ХИМИЯ

ТЕМА:Фенолы и ароматические спирты

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён ароматическим спиртам. Рассматривается взаимное влияние атомов в молекуле фенола и как это отражается на химических свойствах.

Глоссарий

Антисептик – противогнилостные средства, предназначенные для предупреждения процессов разложения на поверхности открытых ран, например, в ранах, образующихся после больших операций или ушибов, или для задержания уже начавшихся изменений в крови

Гидрохинон (1,4- дигидроксобензол) – двухатомный ароматический спирт, изомер пирокатехина и резорцина. 

Крезол (С6H4(CH3)OH метилфенол, гидрокситолуол) существует в виде трёх изомеров: о-крезол(2-метилфенол), м-крезол (3-метилфенол), п-крезол (4-метилфенол).

Карболовая кислота (фенол) (C6H5OH,гидроксибензол) –ароматический спирт

Кумол (изопропилбензол) – ароматическое соединение, промежуточное соединение при получении фенола.

Пикриновая кислота (C6H2(NO2)3OH 2,4,6-тринитрофенол) – продукт взаимодействия концентрированной азотной кислоты с фенолом.

Пирокатехин (1,2-дигидроксибензол) – двухатомный ароматический спирт, изомер гидрохинона и резорцина.

Резорцин (1,3-дигидроксибензол) – двухатомный ароматический спирт, изомер пирокатехина и гидрохинона.

Фенол (C6H5OH,гидроксибензол) – ароматический спирт. Тривиальное название – карболовая кислота.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Ароматическими спиртами называются соединения, содержащие гидроксильную группу, связанную с атомом углерода ароматического кольца. Простейший представитель – фенол или карболовая кислота — бесцветное кристаллическое вещество с характерным запахом, которое на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворяется в воде, выше 66 °C смешивается с водой в любых соотношениях. Фенол ядовит. Широкое распространение фенола в качестве антисептика последовало после публикации работы Джозефа Листера «Антисептические принципы в хирургической практике» в 1867 году, вдохновлённой «Микробной теорией гниения» Луи Пастера. В настоящее время фенол в качестве антисептика в медицине не используется из-за высокой токсичности.

В молекуле фенола две функциональные группы, которые оказывают взаимное влияние. Бензольное кольцо влияет на связь между атомами водорода и кислорода в гидроксогруппе, что облегчает способность водорода замещаться в химических реакциях. Кислотные свойства фенолов выше, чем спиртов. Гидроксильная группа снижает прочность связи в бензольном кольце и облегчает замещение атома водорода в положениях орто- и пара. Для фенолов характерны реакции, протекающие по гидроксогруппе и по бензольному кольцу. Определить его среди других веществ можно по качественной реакции с хлоридом железа. В большом количестве фенол получают двумя способами: из каменноугольной смолы и синтетическим путем (из бензола и пропилена). Этот способ получил название «кумольный», его изобрёл в 1949 году Петр Гаврилович Сергеев. Сущность реакции в окислении кумола кислородом воздуха с последующим разложением промежуточных продуктов серной кислотой. Кроме фенола в этой реакции получают и ацетон.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1.При взаимодействии фенола с натрием выделилось 3,36 л (н.у.) водорода. Определите массу образовавшегося фенолята натрия 2C6H5OH+2Na=2C6H5ONa+H2.

Решение:

1. Определение количества вещества водорода: n(H2)=3,36л/22,4л/моль=0,15 моль
2. Определение количество вещеста фенолята натрия: n(C6H5ONa)=0,15x2=0,3 моль
3. Определение массы фенолята натрия: m(C6H5ONa)=0,3моль х 116 г/моль=34,8 г

Ответ: 34,8 г.

2. Определите вещество B в цепочке превращений: C2H6 → A → C6H14 → C6H6 → C6H5Cl → B → C6H2Br3OH

Решение:

1) Определяем вещество А: C2H6 + Br2 = C2H5Br + HBr, C2H5Br + 2Na+ CH3Br= C3H8+ 2NaBr, C3H8+Br2= C3H7Br +HBr

A- C3H7Br

2) Определяем вещество В: C6H2Br3OH- трибромфенол, значит В- С6H5OH( и его мажно получить из C6H5Cl)

Ответ: С6H5OH

ГРУППА 408 ХИМИЯ

ТЕМА:Электронная природа химических связей в органических соединениях.

Углерод выделяется среди других элементов своей способностью образовывать соединения, в которых атомы связаны друг с другом в длинные цепи или кольца. Такое свойство называется катенацией. Именно это свойство позволяет углероду образовывать миллионы соединений, изучению которых посвящена целая область химии — органическая химия.

Типичные органические вещества имеют ряд свойств, которые отличают их от типичных неорганических соединений.

 

Типичные органические вещества	Типичные неорганические вещества
Неполярные или слабополярные ковалентные связи	Ионные или полярные ковалентные связи
Неэлектролиты	Электролиты
Жидкости или твердые вещества с низкой температурой плавления	Твердые вещества с высокой температурой плавления
Разрушаются при нагревании	Плавятся без разрушения
Окисляются на воздухе, горючи	Не окисляются на воздухе, не горючи
Нерастворимы или плохо растворимы в воде	Растворимы в воде

 

Во всех органических соединениях атом углерода находится в возбужденном состоянии, поэтому валентность его равна четырем. Он находится в трех валентных состояниях:

первое —атом углерода соединен с 4 —мя другими атомами и образует 4 Ϭ —связи, направленные в пространстве под углом 109,28° относительно друг друга.

Второевалентное состояние атома углерода возникает, когда он соединен с 3 —мя другими атомами и образует Ϭ —связи, направленные в одной плоскости под углом 120°,и одной л —связью, направленной перпендикулярно этой

плоскости, π —связь образуется при боковом перекрывании р — орбиталей с образованием 2 - х максимумов электронной плотности по обе стороны от линии, соединяющей центры атомов, π —связь менее прочная, чем Ϭ —связь и образуется только тогда, когда между атомами уже есть Ϭ — связь.

Третьевалентное состояние атома углерода возникает, когда он образует 2 Ϭ—связи, направленные по одной прямой (линейная ориентация) в противоположные стороны и 2 π — связи, лежащие во взаимоперпендикулярных плоскостях.

Реакции между органическими веществами обязательно протекают в результате разрыва и образования новых ковалентных связей. Разрыв связи между атомами углерода может происходить 2 —мя способами: гомолитическое расщепление (разрыв связи) происходит таким образом, что общая электронная пара распределяется поровну между атомами: С • |• С → С • + С •.

Частицы, образовавшиеся в результате расщепления, называются свободными радикалами. Однако они могут захватываться другими частицами и терять свободу перемещения. Гомолитическое расщепление связи обычно происходит в реакциях, протекающих в газовой фазе или в неполярных растворителях. Такие реакции нередко катализируются светом или присутствием других радикалов.

Реакции с участием свободных радикалов обычно носят цепной характер. Свободно радикальный разрыв характерен для однополярных и малополярных Ϭ —связей.

Гетероциклическое расщепление — два обобществленных электрона при разрыве связи полностью переходят к одному из атомов. В результате такой атом приобретает отрицательный заряд. Частица, содержащая атом углерода с отрицательным зарядом, называется карбанионом,а другая частица с положительным заряженным атомом углерода называется карбкатионом.

^{карбкатион карбанион}

Ионы, образующиеся при гетероциклическом расщеплении, обычно являются лишь промежуточными продуктами реакции. Поэтому, подобно радикалам, имеют небольшую продолжительность жизни.

Ионный тип разрыва связи характерен для π —связей и ковалентных полярных Ϭ— связей.

В молекулах ароматических соединений образуется особый вид связи (например, в бензоле). Все атомы углерода имеют sp² — гибридизацию, значит, располагаются в одной плоскости. Шесть негибридизованных р—орбиталей будут перпендикулярны этой плоскости и попарно перекрываться, образуя единое кольцевое шестиэлектронное облако, обладающее высокой устойчивостью и называемое ароматической электронной системой. Все связи между атомами углерода одинаковы.

Кроме ковалентных связей в солеобразных органических соединениях в твердом состоянии встречаются и ионные связи.

Это:

1) алкоголяты;

2) соли карбоновых кислот;

3) соли аминов.

Многие органические соединения могут образовывать межмолекулярные водородные связи (спирты, кислоты) и внутримолекулярные связи (белки).

 ГРУППА 301 ХИМИЯ

ТЕМА:Взаимодействие железа с кислотами.

ЗАДАНИЕ: запишите уравнения реакций из второго видео.

ТЕМА:Электрохимический ряд напряжений металлов. 

Электрохимический ряд напряжений металлов (ЭРН)

Li

K

Ba

Ca

Na

Mg

Al

Mn

Zn

Cr

Fe

Ni

Sn

Pb

H

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

Какую информацию можно получить из ряда напряжений?

Ряд напряжений металлов широко используется в неорганической химии. В частности, результаты многих реакций и даже возможность их осуществления зависят от положения некоторого металла в ЭРН. Обсудим этот вопрос подробнее.

ЗАДАНИЕ: ПОСЛУШАЙТЕ ОБЪЯСНЕНИЕ УЧИТЕЛЯ НА ВИДЕО , ОЧЕНЬ ДОХОДЧИВО И ПОНЯТНО!!!

Взаимодействие металлов с кислотами

Металлы, находящиеся в ряду напряжений левее водорода, реагируют с кислотами - неокислителями. Металлы, расположенные в ЭРН правее Н, взаимодействуют только с кислотами - окислителями (в частности, с HNO₃ и концентрированной H₂SO₄).

Пример 1. Цинк расположен в ЭРН левее водорода, следовательно, способен реагировать практически со всеми кислотами:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂

Пример 2. Медь находится в ЭРН правее Н; данный металл не реагирует с "обычными" кислотами (HCl, H₃PO₄, HBr, органические кислоты), однако вступает во взаимодействие с кислотами-окислителями (азотная, концентрированная серная):

Сu + 2HCl ≠

Cu + 4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Cu + 2H₂SO₄(конц.) = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Обращаю внимание на важный момент: при взаимодействии металлов с кислотами-окислителями выделяется не водород, а некоторые другие соединения. Подробнее об этом можно почитать здесь!