Общая и неорганическая химия (2400,00 руб.)

Стр.2

Стр.459

Стр.460

Стр.461

Стр.462

Стр.463

 УДК 541 ББК 24 Д25 Издание доступно в электронном виде по адресу https://bmstu.press/catalog/item/7194/ РекомендованоНаучно-методическимсоветом МГТУим.Н.Э.Бауманавкачествеучебногопособия Рецензенты: д-р техн. наук, канд. хим. наук, профессор РХТУ им. Д.И. Менделеева А.В.Малков; д-р физ.-мат. наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана А.Н.Морозов Двуличанская, Н. Н. Д25 Общая и неорганическая химия : учебное пособие для технических вузов / Н. Н. Двуличанская, В. И. Ермолаева. — 2-е изд., испр. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2021. — 463, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5654-3 Представлен современный курс общей и неорганической химии, охватывающий основные теоретические и практические разделы. Кратко изложены основные понятия и законы химии. Вопросы посвященные строению вещества, химии элементов, химической термодинамике и кинетике, свойствам растворов, возникновению и особенностям коррозионных процессов, объединены в пять модулей. Особое внимание уделено влиянию различных веществ на окружающую среду. Для бакалавров и магистрантов технологических и экологических специальностей, изучающих курс общей химии, а также студентов и преподавателей других специальностей технических университетов. , УДК 541 ББК 24 © Двуличанская Н.Н., Ермолаева В.И., 2018 © Двуличанская Н.Н., Ермолаева В.И., 2021, с изменениями ISBN 978-5-7038-5654-3 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ................................................................................ 3 Основные сокращения............................................................... 6 Принятые обозначения .............................................................. 7 Основные понятия и законы химии ............................................. 10 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 14 МОДУЛЬ 1. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА .................................... 15 Глава 1. Современные представления о строении атома ............. 15 1.1. Квантовая модель атома водорода ................................ 15 1.2. Атомные орбитали ........................................................ 18 1.3. Строение многоэлектронных атомов ........................... 22 1.4. Периодический закон Д.И. Менделеева и Периодическая система химических элементов ....... 27 1.5. Периодические свойства атомов ................................... 29 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 35 Глава 2. Химическая связь и строение вещества ........................ 36 2.1. Характеристика химической связи ............................... 36 2.2. Ковалентная связь ......................................................... 38 2.3. Метод молекулярных орбиталей ................................... 41 2.4. Метод валентных связей ............................................... 49 2.5. Гибридизация атомных орбиталей. Строение молекул ..... 52 2.6. Химическая связь в комплексных соединениях ...........58 2.7. Полярность ковалентной связи .................................... 61 2.8. Ионная связь .................................................................. 62 2.9. Металлическая связь ..................................................... 65 2.10. Водородная связь ......................................................... 67 2.11. Межмолекулярные взаимодействия ........................... 69 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 73 Глава 3. Строение вещества в конденсированном состоянии ...... 74 3.1. Аморфное и кристаллическое состояния вещества ..... 74 3.2. Типы химической связи в кристаллах .......................... 76 3.3. Элементы симметрии кристаллов ................................. 79 3.4. Элементарные ячейки кубической сингонии .............. 82 3.5. Дефекты кристаллической структуры .......................... 85 3.6. Понятие о жидких кристаллах ...................................... 86 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 89

Стр.459

460 Оглавление МОДУЛЬ 2. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ .... 90 Глава 4. Общие свойства химических элементов ........................ 90 4.1. Свойства s-, p-, d-, f-элементов ................................. 90 4.2. Физико-химические свойства металлов ....................... 91 4.3. Понятие о сплавах ......................................................... 101 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 107 Глава 5. Свойства s-элементов и их соединений ......................... 109 5.1. Общая характеристика s-элементов .............................. 109 5.2. Свойства элементов группы 1 и их соединений ........... 110 5.3. Свойства элементов группы 2 и их соединений ........... 118 5.4. Общие сведения о составе и качестве природной воды ... 127 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 130 Глава 6. Свойства d-элементов и их соединений ......................... 131 6.1. Положение d-элементов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева ..................... 131 6.2. Общие физические свойства ........................................ 136 6.3. Общие химические свойства ......................................... 140 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 146 Глава 7. Свойства d- и f-элементов и их соединений ................... 148 7.1. Соединения высших степеней окисления d-элементов .... 148 7.2. Соединения средних степеней окисления d-элементов .... 151 7.3. Соединения низших степеней окисления d-элементов .... 155 7.4. Комплексные соединения d-элементов ....................... 157 7.5. Общие свойства f-элементов и их соединений............. 161 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 166 Глава 8. Свойства р-элементов группы 13 и их соединений ........ 167 8.1. Общие свойства р-элементов ........................................ 167 8.2. Свойства бора и его соединений ................................... 168 8.3. Металлы группы 13 ........................................................ 172 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 181 Глава 9. Свойства р-элементов группы 14 и их соединений ........ 182 9.1. Общие свойства р-элементов ........................................ 182 9.2. Свойства углерода и его соединений ............................ 184 9.3. Свойства кремния и его соединений ............................ 190 9.4. Металлы группы 14 ........................................................ 194 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 203 Глава 10. Свойства р-элементов группы 15 и их соединений ...... 204 10.1. Общие свойства простых веществ ............................... 204 10.2. Свойства азота и его соединений ................................ 206

Стр.460

Оглавление 461 10.3. Свойства фосфора и его соединений .......................... 214 10.4. Подгруппа мышьяка ................................................... 220 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 227 Глава 11. Свойства р-элементов группы 16 и их соединений....... 229 11.1. Общие свойства простых веществ .............................. 229 11.2. Свойства кислорода и его соединений ....................... 230 11.3. Свойства серы и ее соединений .................................. 232 11.4. Свойства селена, теллура и их соединений ................ 240 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 243 Глава 12. Свойства р-элементы группы 17 и их соединений ........ 244 12.1. Общие свойства галогенов .......................................... 244 12.2. Свойства водорода и его соединений.......................... 255 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 258 МОДУЛЬ 3. ЭНЕРГЕТИКА И СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ............................................. 260 Глава 13. Энергетика химических реакций. Элементы химической термодинамики ........................ 260 13.1. Общие понятия ............................................................ 260 13.2. Первый закон термодинамики .................................... 261 13.3. Закон Гесса. Термохимические расчеты ..................... 265 13.4. Второй закон термодинамики. Понятие об энтропии ... 269 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 275 Глава 14. Направление химического процесса в закрытой системе ........................................................................ 278 14.1. Энергия Гиббса ............................................................ 278 14.2. Химическое равновесие. Константа равновесия ........ 281 14.3. Подвижность химического равновесия ...................... 284 14.4. Вычисление равновесных составов реагирующей смеси ............................................................................ 287 14.5. Особенности равновесия в гетерогенной системе ..... 289 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 292 Глава 15. Элементы химической кинетики ...................................295 15.1. Скорость реакции. Кинетические кривые .................. 295 15.2. Закон действующих масс ............................................. 298 15.3. Необратимые реакции первого и второго порядка .... 299 15.4. Методы определения порядка реакции ...................... 301 15.5. Влияние температуры на скорость реакции ............... 303

Стр.461

462 Оглавление 15.6. Особенности кинетики гетерогенных процессов ....... 307 15.7. Каталитические реакции ............................................. 311 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 316 МОДУЛЬ 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИЙ В РАСТВОРАХ ....................................................... 318 Глава 16. Общие свойства растворов .......................................... 318 16.1. Классификация растворов ............................................318 16.2. Способы выражения состава раствора ........................ 319 16.3. Образование раствора .................................................. 321 16.4. Растворимость веществ ...................................................323 16.5. Свойства разбавленных растворов .............................. 327 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 334 Глава 17. Растворы электролитов ............................................... 335 17.1. Особенности свойств электролитов ............................ 335 17.2. Ионные равновесия в растворах слабых электролитов. Диссоциация воды .............................. 341 17.3. Буферные растворы ................................................... 343 17.4. Свойства сильных электролитов ................................. 345 17.5. Гетерогенные ионные равновесия ............................. 349 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 352 Глава 18. Реакции в растворах электролитов .............................. 353 18.1. Реакции обмена ..............................................................353 18.2. Гидролиз солей. Константа и степень гидролиза ....... 355 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 366 МОДУЛЬ 5. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ .............................................................................. 368 Глава 19. Окислительно-восстановительные реакции в электролитах ............................................................................ 368 19.1. Общие понятия ............................................................ 368 19.2. Типы окислительно-восстановительных реакций ..... 369 19.3. Составление уравнений окислительновосстановительных реакций ...................................................... 370 19.4. Электрохимические процессы .................................... 372 19.5. Стандартный водородный электрод .............................374 19.6. Типы электродов .......................................................... 376 19.7. Гальванический элемент. Электродвижущая сила элемента ........................................................................ 379 19.8. Уравнение Нернста для электродвижущей силы и электродного потенциала ......................................... 383

Стр.462

Оглавление 463 19.9. Химические источники тока ...................................... 389 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 393 Глава 20. Электролиз. Применение электрохимических процессов ...395 20.1. Электролиз расплавов и водных растворов ................ 395 20.2. Поляризация электродов ............................................. 399 20.3. Законы Фарадея ........................................................... 402 20.4. Применение электролиза в технике ............................ 404 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 408 Глава 21. Коррозия металлов ...................................................... 409 21.1. Понятие о коррозии ..................................................... 409 21.2. Классификация коррозионных процессов ................. 410 21.3. Скорость коррозии .........................................................412 21.4. Химическая коррозия .................................................. 413 21.5. Понятие о термодинамике и кинетике газовой коррозии металлов ...................................................... 414 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 419 Глава 22. Электрохимическая коррозия ...................................... 420 22.1. Причины возникновения и механизм электрохимической коррозии ..................................... 420 22.2. Понятие о термодинамике электрохимической коррозии ....................................................................... 422 22.3. Термодинамическая устойчивость металлов в водной среде .............................................................. 425 22.4. Примеры коррозии металлов ...................................... 427 22.5. Элементы кинетики электрохимической коррозии ... 432 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 434 Глава 23. Защита металлов от коррозии ...................................... 436 23.1. Основные способы защиты металлов от коррозии .... 436 23.2. Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов .........................................................................438 23.3. Снижение коррозионной активности среды .............. 439 23.4. Создание изолирующих слоев ..................................... 441 23.5. Электрохимическая защита ......................................... 445 Задания для самостоятельного выполнения ............................. 450 Неорганическая химия и проблемы экологии .......................................452 Литература .................................................................................. 456 Приложение ............................................................................... 457

Стр.463