Методические указания Часть I для выполнения самостоятельной работы студентами специальностей 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Среднетехнический факультет Кафедра математических и естественнонаучных дисциплин ХИМИЯ Методические указания Часть I для выполнения самостоятельной работы студентами специальностей 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» направления 260200 «Производство продуктов питания из растительного сырья» 260303 «Технология молока и молочных продуктов» направления 260300 «Технология сырья и продуктов животного происхождения» 260502 «Технология продуктов общественного питания» направления 260500 «Технология продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания», очная форма обучения Кемерово 2008 Составители: О.В. Путинцева, преподаватель; Л.И. Панова, преподаватель, Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры математики и естественнонаучных дисциплин Протокол № 7 от 15.03.08 Рекомендовано методической комиссией среднетехнического факультета Протокол № 3 от 10.11.08 Представлены рекомендации для выполнения самостоятельной работы студентами по дисциплине «Химия», рекомендуемая литература. © КемТИПП, 2008 ПРЕДИСЛОВИЕ Для выполнения самостоятельной работы по «Химии» отводится 25 часов. Начальные химические знания вы получили в средней школе. На уроках по химии и на лабораторных работах вы получите основные знания по дисциплине. Изучение данного предложенного материала позволит повторить вопросы, изученные в средней школе: количество вещества, молярная масса, строение атома, периодический закон Д.И. Менделеева, электронные формулы, гидролиз солей, типы химических реакций, основные понятия в окислительно-восстановительных реакциях, электронный баланс и т.д. Повторяя ранее изучавшийся материал, вы установите глубокую связь его с вопросами, изучаемыми в курсе «Химия», существенно пополните теоретические знания по вопросам строение атома, теории электролитической диссоциации веществ. Этот дополнительный материал адресован студентам для более глубокого изучения таких вопросов как: строение атома, периодический закон Д.И.Менделеева, химическая связь, электролитическая диссоциация, расчеты, связанные с приготовлением растворов, основные положения теории химического строения органических соединений. Значительное внимание уделено ионно-электронному методу подбора коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций в различных средах растворов. В конце каждой темы приводятся вопросы и задачи для самоконтроля, которые учащиеся письменно выполняют в тетрадях и потом проверяются преподавателем. Мы надеемся, что предлагаемый материал позволит вам успешно овладеть основами химии, необходимыми в дальнейшем для изучения технологических дисциплин. Тема 1. АТОМ. СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА Электронные формулы атомов. Строение электронной оболочки атомов определяет химические свойства эле­мента, поэтому знание этого строения чрезвычайно важно для характеристики данного элемента. Общее число электронов в атоме, которые составляют электронную оболочку, равно порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Строение электронной оболочки атома изображается электронной формулой, которая показывает расположе­ние электронов по энергетическим уровням и подуровням (уровни обозначаются цифрами 1, 2, 3, 4, ..., подуровни — буквами: s, p, d, f). Число электронов на подуровне обозначается цифрой, которая записывается вверху справа от буквы, показывающей подуровень (например, р3). Простейший атом — атом водорода. Он содержит один электрон, который расположен на s-подуровне I энергетического уровня: Is1. Электронная формула атома гелия (содержит два электрона) выглядит так: Is2. На первом энергетическом уровне находится только одна s-орбиталь (число электронов на орбитали — не более двух), поэтому энергетический уровень в атоме гелия является завершенным. У элементов второго периода электроны заполняют 2-й энергетический уровень, на котором находится не более восьми электронов. Вначале электроны заполняют s-, потом — р-подуровень, например: Li ls2 2s1, 4Be 1s2 2s2, 5В 1s22s22p1, 10Ne 1s2 2s2 2p6 (завершенный второй энергетическим уровень). Порядок заполнения электронами энергетических уровней и подуровней атомов можно представить при помощи следующей схемы: Is—2s—2p—3s—3p—4s—3d—4p — 5s—Ad—5p—6s—... . Графические электронные формулы показывают рас­пределение электронов по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям. При этом используются следующие обозначения: орбиталь электрон пара электронов (с противоположными значениями спинового квантового числа) В качестве примера запишем графическую электронную формулу атома азота: 7N 1s22s22p2 или В пределax подуровня электроны заполняют максимальное число орбиталей, что видно на примере 2р-подуровня в графической электронной формуле атома азота. Пример: 1. Напишите электронную формулу атома серы. Решение. 1.1. В периодической системе элементов Д.И. Менделеева сера имеет порядковый номер 16, следовательно, электронная оболочка атома содержит 16 электронов. 1.2. Распределяем 16 электронов атома серы по энергетическим уровням и подуровням, следуя порядку их заполнения и учитывая максимальное число электронов на подуровнях (на s — 2, на р — 6): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 (2+2+6+2+4=16). Полученную электронную формулу можно переписать в более компактном виде: [Ne] 3s2 Зр4, где символ благородного газа в квадратных скобках соответствует заполненным энергетическим уровням атома (электронная оболочка неона). Пример: 2. Изобразите распределение электронов по энергетическим уровням, подуровням и орбиталям в атом хлора. Решение. 2.1. Элемент хлор (порядковый номер 17) имеет следующее распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням: 17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 (2+2+6+2+5=17). 2.2. Чтобы показать распределение электронов по орбиталям, составляем графическую электронную формулу: 17Cl Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 1. Напишите электронные формулы следующих элементов: а) углерода; б) фосфора; в) кальция. 2. Изобразите графические электронные формулы следующих элементов: а) фтора; б) фосфора; в) калия. 3. Напишите электронную и графическую электронную формулы элемента, атом которого содержит на Зр-подуровне два электрона. 4. Напишите распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням элементов с порядковыми номерами 8 и 18. 5. Электронная формула элемента имеет окончание ... Зр3. Напишите полную электронную формулу этого элемента и определите его порядковый номер в периодической системе Д. И. Менделеева. Ядро атома. Ядерные реакции. Радиоактивность. Ядро атома состоит из протонов (относительная масса 1, относительный заряд +1) и нейтронов (относительная масса 1, заряд 0). Протоны и нейтроны относятся к элементарным частицам. Число протонов в ядре атома Z определяет положительный заряд ядра. Этот заряд в относительных единицах равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Относительная масса ядра складывается из массы протонов, которая также будет равна Z, и массы нейтронов, которая в относительных единицах (а.е.м.) равна числу нейтронов в ядре N. Так как практически вся масса атома сосредоточена в ядре (масса электронной оболочки значительно меньше массы ядра), можно считать, что относительная атомная масса равна сумме масс протонов и нейтронов в ядре; Ar = Z + N. Все химические элементы имеют атомы с различными массами - изотопы. Изотопы какого-либо элемента отличаются друг от друга числом нейтронов в ядре. Элемент водород, например, имеет три изотопа: протий 11H (в ядре 1 протон и О нейтронов, относительная масса атома 1), дейтерии 21Н или D (в ядре 1 протон и 1 нейтрон, относительная масса атома 2) и тритий 31H или Т (в ядре 1 протон и 2 нейтрона, относительная масса атома 3). Многие элементы в природе имеют несколько изотопов. Большое число изотопов химических элементов получают искусственным путем. Химические элементы могут превращаться друг в друга при осуществлении ядерных реакций (взаимодействия ядер атомов с частицами или излучением). Например, при взаимодействии атомов азота 14 7N (7—порядковый номер, 14 — относительная атомная масса) с α-частицами (ядра атома гелия 42Не) происходит ядерная реакция с образованием кислорода (изотоп 17О) и выделением протонов (р); 147N + 42α = 178O + 11p или и сокращенной форме: 14 7N (α,р) 17 8О. Для некоторых химических элементов характерно явление самопроизвольного распада ядер атомов (радиоактивность). Реакции радиоактивного распада сопровождаются испусканием частиц и электромагнитного излучения. Существуют различные виды радиоактивности: α-распад (выделение 42α-частиц — ядер гелия), β-распад (выделение -10β-частиц, представляющих собой движущиеся электроны), γ-излучение (электромагнитные волны) и др. Пример: 3. Определите число протонов и нейтронов в ядре атома железа. Решение.3.1. Железо Fe в периодической системе элементов Д. И. Менделеева имеет порядковый номер 26, следовательно, число протонов в ядре атома равно 26, т.е. Z(Fe) = 26. 3.2. Относительная атомная масса железа равна 56 (масса наиболее распространенного изотопа), т. е. Аг(Fе)=56. Используя формулу (2.1), вычисляем число нейтронов в ядре атома 56Fe: N (Fe) = Ar (Fe) – Z(Fe); N (Fe) = 56 – 26 = 30. Таким образом, строение атома можно изобразить при помощи следующей краткой записи: 5626Fe (26p, З0n). Пример: 4. Элемент астат (изотоп 211 85At) был получен облучением изотопа висмута 20983Bi α-частицами (ядрами атомов гелия). Напишите уравнение ядерной реакции в полной и сокращенной формах. Решение. При составлении уравнений ядерных реакций и реакций радиоактивного распада необходимо учитывать закон сохранения массы веществ (масса электронов при этом не учитывается). Кроме того, заряды всех частиц в левой и правой частях уравнения должны быть равными 4.1. В левой части записываем взаимодействующие частицы, в правой — продукты ядерной реакции. Учитывая порядковые номера и относительные массы атомов, напишем схему реакции: . 4.2. Частица х должна иметь заряд 0 (так как 83+2=85) и относительную атомную массу 2 (209+4-211=2). Частица с зарядом 0 — это нейтрон 10n, следовательно, должно образоваться два нейтрона. Окончательный вид уравнения или в сокращенной форме: . Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 6. Рассчитайте число протонов и нейтронов в ядре атома серы (изотоп с атомной массой 32) и ядре атома брома (изотоп с атомной массой 81). 7. Сколько различных видов молекул оксида углерода (IV) можно получить из изотопа углерода 12С и трех изотопов кислорода: 16О, О и 18О? Напишите все формулы оксидов и рассчитайте их молярные массы (в формулах укажите массы изотопов). 8. При бомбардировке алюминия нейтронами выделились α-частицы и образовался изотоп некоторого элемента. Определите этот изотоп. 9. Допишите уравнения ядерных реакций и изобразите их в сокращенной форме: а) 52 24Cr + n --- 52 33 V +…; б) 239 92U --- 239 93Np + …; в) 55 25 Mn + n --- 52 33 V; г) 239 94Pu + α ---242 96 Сm + ... . Периодический закон был открыт Д.И. Менделеевым в 1869 г. Современная формулировка этого закона такова: свойства химических элементов, а также формы и свойства соединении элементов находятся в периодиче­ской зависимости от зарядов их ядер. Графическим следствием закона Д.И. Менделеева является периодическая система элементов. Рассмотрим кратко структуру распространенной короткой формы периодической системы. По горизонтали в таблице расположены семь периодов. Первый, второй и третий периоды состоят из одного ряда элементов и называются малыми. Остальные периоды — большие. Седьмой период пока является незавершенным. Элементы второго и третьего периодов названы Д.И. Менделеевым типическими: в них наиболее наглядно можно проследить за изменением свойств элементов и их соединений. В шестом периоде в одной клетке должны находиться 15 элементов, которые сходны по многим свойствам и называются лантаноидами. В седьмом периоде в одной клетке должно находиться семейство актиноидов. По вертикали в системе расположено восемь групп, которые пронумерованы римскими цифрами. Каждая из этих групп состоит из двух подгрупп — главной и побочной. Подгруппы объединяют наиболее схожие по свойствам элементы. Особо следует сказать о VIII группе. Ее побочную подгруппу составляют девять элементов: семейство железа (re, Co, Ni) и семейство платины (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt). Все элементы периодической системы пронумерованы. Порядковый номер элемента указывают слева внизу от символа, например: 1Н, 20Са, 78Pt. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева составляют основу современной химии. Используя их, можно дать характеристику свойств любого химического элемента и его важнейших соединений. Пример: 5. Какой из элементов — бериллий или кальций — обладает более выраженными металлическими свойствами? Решение. 5.1. Записываем электронную формулу атомов бериллия и кальция: 4Be 1s22s2 или [He] 2s2, 20Ca 1s22s22p63s23p64s2 или [Ar] 4s2. 5.2. Как видно из электронных формул, атом каждого элемента содержит на внешнем энергетическом уровне по два электрона, оба элемента расположены в одной группе периодической системы Д.И.. Менделеева. Однако у атома кальция внешние электроны расположены дальше от ядра (на четвертом энергетическом уровне), чем у бериллия (на втором энергетическом уровне) и, следовательно, легче отрываются. Поскольку металлические свойства обусловлены легкостью отдачи электронов, они сильнее выражены у кальция. Пример: 6. Какие соединения с водородом образуют элементы главной подгруппы VI группы? Назовите наиболее и наименее устойчивое из них. Решение. 6.1. У атомов элементов главной подгруппы VI группы на внешнем энергетическом уровне находится по 6 электронов: ns2 np4. Следовательно, в соединениях с водородом они проявляют степень окисления —2. Формулы соединений: Н2О, H2S, H2Se, H2Te, H2Po. 6.2. С ростом порядкового номера элемента (от кисло­рода к полонию) увеличивается радиус атома, что обусловливает уменьшение прочности соединения с водородом от Н2О к Н2Ро. Таким образом, из названных водородных соединений халькогенов наиболее прочным является вода Н2О, наименее прочным — Н2Ро. Пример: 7. Опишите химические свойства элемента с порядковым номером 15 исходя из его положения в перио­дической системе Д.И. Менделеева. Решение. 7.1. Составляем электронную формулу элемента с порядковым номером 15: 1s22s22p63s23p3 (2+2+6+2+3=15). По электронной формуле можно заключить, что элемент находится в третьем периоде и пятой группе (главной подгруппе). Этот элемент — фосфор. 7.2. Элемент фосфор будет образовывать соединения с кислородом, проявляя высшую степень окисления +5 (за счет пяти электронов внешнего энергетического уровня). Высший оксид фосфора — Р2О5 — проявляет кислотные свойства. Ему соответствует кислота НРО3 (или Н3РО4). 7.3. С водородом фосфор образует летучее соединение РН3, в котором проявляет степень окисления —3. Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 10. У какого элемента — лития или натрия — более выражены металлические свойства? 11. Хлор и йод относятся к галогенам. На основе положения этих элементов периодической системе и строении их атомов скажите, какой из них будет более типичным неметаллом? 12. Изобразите формулы водородных и высших кислородных соединений элементов главной подгруппы IV группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. 13. Какой элемент четвертого периода периодической системы Д.И. Менделеева является наиболее типичным металлом? Почему? 14. На основании положении кальция в периодической системе элементов напишите его электронную формулу и формулы высшего оксида, гидроксида и хлорида. 15. Исходя из положения алюминия в периодической системе элементов Д.И. Менделеева, опишите важнейшие свойства простого вещества и соединений элемента. 16. Существование и свойства элемента № 32 были предсказаны Д.И. Менделеевым на основе открытого им закона. Используя периодическую систему, дайте краткую характеристику этого элемента и его соединений. 17. Элементы кремний и титан расположены в одной группе периодической системы. Составьте электронные формулы этих элементов и скажите, можно ли считать их элементами-аналогами? Ответ поясните. 18. Составьте формулы высших кислородных и водородных соединений элементов главной подгруппы VII группы. Какое из записанных водородных соединений является наиболее устойчивым, какое — наименее устойчивым? 19. Напишите общие электронную и графическую электронную формулы внешнего энергетического уровня для атомов элементов главной подгруппы четвертой группы периодической системы Д.И. Менделеева.

Похожие:

	Учебно-методическое пособие Дисциплина- «Микробиология» Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной подготовки и выполнения лабораторных работ по курсу «Микробиология»...		Методические указания по выполнению Методические указания по выполнению практических работ являются частью основной профессиональной образовательной программы по мдк...
	Учебно-методический комплекс профессионального модуля пм 06 Умк разработан на основе Федерального государственного образовательного стандарта спо для специальности: 19. 02. 03 Технология хлеба,...		Учебно-методический комплекс мдк. 05. 01. Управление структурным... Учебно-методический комплекс по мдк составлен в соответствии с требованиями к минимуму результатов освоения пм, изложенными в Федеральном...
	Методические указания к выполнению дипломной работы Методические указания предназначены для студентов специальностей групп 060000, 350000 и направления 521600, но могут быть использованы...		Методические указания для студентов 1 и II курсов дневного и заочного отделений Методические указания предназначены для студентов I и II курсов экономических специальностей дневного и заочного отделений. Методические...
	Методические указания к выполнению выпускной квалификационной работы... Методические рекомендации предназначены для студентов-филологов, однако принципы выполнения дипломной работы могут также использоваться...		Методические указания для выполнения самостоятельной работы по дисциплине «Архитектура зданий» З. И., Коркишко О. А. Архитектура зданий. Задания и методические указания для выполнения самостоятельной работы по дисциплине «Архитектура...
	Методические рекомендации по выполнению самостоятельной внеаудиторной работы Методические рекомендации предназначены для использования студентами гбпоу «пгк» в процессе выполнения внеаудиторной самостоятельной...		Методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работе... Методические указания предназначены для практического изучения вопросов по дисциплине «Организация, нормирование и оплата труда»,...