П. А. ОРЖЕКОВСКИЙ Л. М. МЕЩЕРЯКОВА Л . С. ПОНТАК Учебник для общеобразовательных учреждений Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации к использованию в образовательном процессе в образовательных учреждениях, реализующих образовательные программы общего образования и имеющих государственную аккредитацию ACT • Астрель © OCR by Palek, 2011 ОАО «Московские учебники» 2007 Предисловие Глава I Периодический закон Д.И. Менделеева § 1. Необходимость систематизации химических элементов Практическое занятие 1 Амфотерные оксиды и гидроксиды § 2. Попытки систематизации химических элементов §3. Открытие Периодического закона §4. Структура Периодической системы химических элементов § 5. Предсказательная функция Периодического закона § 6. Роль Периодического закона в выявлении фактов, необъяснимых с помощью атомно-молекулярной теории §7. Становление представлений о строении атома § 8. Состав ядра атома. Изотопы § 9. Электронная оболочка атома. Атомные модели Н. Бора § 10. Характеристика химического элемента по положению в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева . Глава II Химическая связь. Электролитическая диссоциация § 11. Удивительные свойства обычных растворов . § 12. Ионная связь § 13. Ковалентная связь § 14. Ковалентная полярная связь § 15. Закономерности изменения электроотрицательности химических элементов § 16. Электролитическая диссоциация § 17. Реакции ионного обмена Практическое занятие 2 Проведение реакций ионного обмена § 18. Физические свойства веществ с различным типом химической связи Глава III Окислительно-восстановительные реакции § 19. Развитие в науке представлений об окислении и восстановлении. . § 20. Окисление и восстановление §21. Степень окисления . § 22. Окислительно-восстановительные реакции Глава IV Металлы § 23. Общие свойства металлов. Металлическая связь § 24. Щелочные металлы . 1* §25. Элементы ПА-группы 130 §26. Жесткость воды 135 § 27. Алюминий и его свойства 137 § 28. Применение алюминия и его сплавов , 141 § 29. Железо и его свойства 143 § 30. Применение железа и его сплавов 146 §31. Металлургия 149 Практическое занятие 3 Экспериментальные задания по теме «Металлы» 153 Глава V Химия неметаллов 155 §32. Галогены. Галогеноводороды и галогениды металлов 155 §33. Кислородсодержащие соединения хлора 162 §34. Сера. Сероводород и сульфиды 163 §35. Кислородсодержащие соединения серы 166 §36. Азот. Аммиак и соли аммония 169 § 37. Кислородсодержащие соединения азота 174 §38. Фосфор. 177 §39. Углерод и его неорганические соединения 182 §40. Кремний 187 §41. Силикатные материалы 191 Практическое занятие 4 Экспериментальные задания по теме «Неметаллы» 197 Глава VI Органические вещества 199 §42. Углеводороды 199 § 43. Кислородсодержащие органические соединения 203 §44. Жиры и углеводы 207 § 45. Азотсодержащие органические соединения 209 * §46. Аминокислоты. Белки 211 Заключение 213 Ответы. 215 Приложения 1. Ряд напряжений (активности) металлов 216 2. Относительная электроотрицательность (ЭО) химический элементов (по Л. Полингу) 216 3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева (длиннопериодный вариант) 217 4. План описания свойств химического элемента на основании его положения в Периодической системе 218 5. Основные формулы, используемые для расчетов 219 6. Кислотные оксиды, кислоты и названия их солей 220 Предметный указатель 221 4 ПРЕДИСЛОВИЕ Дорогие ученицы и ученики!. Наступил новый учебный год, и вы продолжаете изучать химию. Внимательно ознакомьтесь с тем, как пользоваться настоящим учеб­ ником. При изучении химии в прошедшем учебном году мы с вами ис­ пользовали атомно-молекулярную теорию. Она позволяет объяснить и предсказать многие химические явления. Например, разнообразие хи­ мических веществ и их свойств можно объяснить тем, что химические элементы различаются по таким признакам, как относительная атом­ ная масса и способность присоединять к себе другие атомы (валент­ ность). В зависимости от состава, вещества относят к классу простых веществ — металлов и неметаллов или классу сложных веществ — основных и кислотных оксидов, кислот, оснований и солей. Вы убеди­ лись, что представители одного класса обладают рядом общих свойств. Вместе с тем у них имеются и некоторые различия свойств, которые объясняются различием состава веществ. Однако в ходе изучения химии у вас нередко возникали вопросы, на которые невозможно было дать ответ с позиции атомно-молекулярной теории. Приведем некоторые из них. Почему атомы различных химических элементов различаются по массе? Почему атомы различных химических элементов имеют различные или одинаковые значения валентности? Почему одни химические элементы образуют простые вещества ме­ таллы, а другие — неметаллы? Почему некоторые металлы способны образовывать не только основные оксиды, но и кислотные, например хром и марганец? Почему оксиды некоторых металлов, например алюминия и цин­ ка, являются амфотерными, т. е. способны реагировать и с кислотой, и со щёлочью? Почему одни металлы активнее других (что отражает ряд актив­ ности металлов)? 1а Химия. 9 класс 5 Почему при взаимодействии азотной кислоты с металлами водород, как правило, не выделяется? Почему в результате одних реакций теплота выделяется, а в дру­ гих — поглощается? Почему для солей, оснований и кислот характерны реакции об­ мена? Почему водородные соединения одних неметаллов, например НС1, H B r, H S, при растворении в воде образуют кислоты, а другие ве­ 2 щества — СН , N H , Р Н , S i H — кислоты не образуют? 4 3 3 4 Этот перечень можно продолжить. Для того чтобы ответить на эти и другие вопросы, нужны новые теории, позволяющие глубже понять внутреннее строение вещества и сущность химических реакций. С такими теориями вы познакомитесь в новом учебном году. Каждый параграф учебника начинается с пояснения того, что вы узнаете, ознакомившись с его содержанием. Это своеобразное введение выделено шрифтом, отличным от основного. Наиболее важный материал, который необходимо не только по­ нять, но и запомнить близко к тексту, напечатан на голубом фоне и заключен в рамку. Некоторые слова и фразы в тексте выделены кур­ сивом. Обращайте на них особое внимание. Во многих параграфах приводится описание опытов. Некоторые из этих опытов вам продемонстрирует учитель, многие вам предлага­ ется выполнить самим. Изучая материал параграфа, вспомните, как выполнялись эти опыты, что вы наблюдали, и сделайте соответству­ ющие выводы. Помните: от того, насколько правильно вы научитесь делать выводы по результатам опытов, зависят ваши успехи в изуче­ нии химии. Во многих параграфах приведены исторические сведения и био­ графии выдающихся ученых (эти тексты заключены в рамку). Не считайте этот учебный материал второстепенным — он заслуживает пристального внимания. В учебнике имеются тексты, содержащие любопытные, но необязательные для изучения факты. Такие текс­ ты отмечены условным знаком, изображающим университетскую ша­ почку . Для освоения химии важны знания не только о различных хими­ ческих веществах и реакциях, но и то, каким образом ученым уда­ лось понять их сущность. Тексты такого рода обозначены условным К1 знаком, изображающим сову Ч|. Надеемся, что эта мудрая птица на- строит вас на соответствующий лад, и при работе с учебником вы бу­ дете ощущать себя не только школьниками, но и немного исследова­ телями. Каждый параграф завершается подведением кратких итогов. Вни­ мательно прочтите этот текст, вдумайтесь — все ли вам понятно. А проверить и усовершенствовать свои знания вам помогут вопросы и задания, приведенные в конце каждого параграфа, в том числе и тес­ товые (они обозначены буквой «Т»). При выполнении некоторых уп­ ражнений вам потребуются дополнительные сведения. Они содержат­ ся в приложении, помещенном в конце учебника. Усложненные зада­ ния отмечены звездочкой (*). Ответы на тестовые задания и расчетные задачи даны в конце учебника. Там же приведены справочные таб­ лицы (в приложении). В начале и конце книги имеются два цветных форзаца , на которых помещена соответственно Периодическая систе­ 1 ма Д. И. Менделеева и таблица растворимости. Если вы не сможете вспомнить какое-либо определение, формулу вещества или забыли сведения о том или ином ученом, обратитесь к предметному указателю, помещенному в конце учебника. Форзац — двойные листы плотной бумаги, соединяющие блок книги с пе­ 1 реплетной крышкой. 1а* 7 h Г л а ва I П е р и о д и ч е с к ий з а к он Д . И. М е н д е л е е ва 1 НЕОБХОДИМОСТЬ § 1. СИСТЕМАТИЗАЦИИ ППЕЕРРИИООДДЫЫ РРЯЯДДЫЫ В А I HHHH ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Н 1.0079 ^ 1 1 ВВВВ оооо дддд оооо рррр оооодддд 1S1 1 Водород Вы у же з н а е т е, ч т о бы л е г че LI 6,941 ^ В© 9.01218^ 2 2 2s' о р и е н т и р о в а т ь ся в м н о г о о б р а­ ^ Литий \ Бериллий NH 22,989fP з ии х и м и ч е с к их в е щ е с т в, у ч е н ые Mg 24.30512 3 3 1 3s1 2 3S! 2 Натрий 1 Магний с о с т а в и ли их к л а с с и ф и к а ц и ю. К 39,098^ Ca « . с е 20 4 А ч ем в ы з в а на н е о б х о д и м о с ть 8 4S1 8 4s2 6 г Калий г Кальций 44 с и с т е м а т и з а ц ии х и м и ч е с к их э л е­ Си Zn 29 30 5 63.546 ^« 65,39 1 2 м е н т о в? Sd'^s1 18 3d104s* 18 Медь % Цинк \ Вспомним, как строилась клас­ §Sr ™ oRb В5,46787 38 6 18 5S1 IB 5s2 сификация веществ. Среди всех 2 РубиДИЙ 2 Стронций 55 используемых веществ еще в ка­ 7 №.868 Aff is 112,41 V^U. ,| 4d'°5s' '8 4d]05s* 18 Серебро 1 Кадмий 1 менном веке были выделены ме­ !CS 132.9оР sRa 137,33^ 8 t таллы. Люди заметили, что эти пп 18 bS 2 Цезий 2 Барий вещества имеют металлический 66 80 •196.967 A ll J! is 9 блеск, пластичны и теплопро­ Sd'^s1 ij* 200.59 "б 32 Золото 2 5d106s* 1£ PTyTb 2 водны. Благодаря пластичности j Fr 10 4 1'2 23) 87 j Ra [ 2 2 6 i88 7 7s и твердости металлов и сплавов 1 Франций | Радий из них стали изготовлять орудия ФОРМУЛА R 0 RO 2 ВЫСШЕГО ОКСИДА труда и оружие. ФОРМУЛА ЛЕТУЧЕГО ВОДОРОДНОГО В результате изучения уче­ СОЕДИНЕНИЯ ными свойств веществ было ус­ «Лантаноиды С е Р г N d Pm 58 59 60 61 тановлено, что некоторые вещест­ 2 2 2 140.12 9 140,908 в 144,24 з [145] | 4f'5d'6sa is Afi6s* 2 8 ва ни при каких условиях не Празеодим | Неодим | Прометий | Церий ! 1 способны вступать в реакцию ** Актиноиды T h , P ai UI N pi 90 91 92 93 разложения. Эти вещества от­ g 232,038 18 [231] 20 238,029 21 [237] 22 несли к классу простых ве- SfiBd1?*2 18 5^6d'7s2 Торий | 1 Уран % Протактиний 2 Нептуний 2 8 ществ. Вещества, к о т о р ые подвергаются р а з л о ж е н и ю, стали от­ носить к классу сложных веществ. Среди с л о ж н ых веществ в от­ дельный класс были выделены к и с л о т ы, потому что они кислые на вкус. На первых этапах (до X V II в.) классификация веществ строилась только на основании знаний их свойств (схема 1). Схема 1 ВЕЩЕСТВО ВЕЩЕСТВО У СОСТАВ ВЕЩЕСТВА СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА t СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА у КЛАСС ВЕЩЕСТВА (до XVII в.) (после XVII в.) КЛАСС ВЕЩЕСТВА Знания о составе веществ, накопленные в период развития атомно- молекулярной теории ( X V I I — X IX вв.), позволили сделать вывод о том, что свойства вещества определяет его состав. Так, простое вещество невозможно разложить на несколько ве­ ществ, потому что в его состав входят атомы одного химического эле­ мента. Сложные вещества — кислоты объединяет в один класс нали­ чие в составе их молекул атомов водорода, способных замещаться ато­ мами металлов. В состав оксидов обязательно входят два элемента, один из которых кислород. С развитием атомно-молекулярной теории класс вещества стали определять на основании знаний о его составе и свойствах. Изучение состава и свойств веществ дало возможность определить генетические ряды металлов и неметаллов, отражающие взаимопре­ вращения веществ: ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО — МЕТАЛЛ - ОСНОВНЫЙ ОКСИД -> ОСНОВАНИЕ СОЛЬ ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО-НЕМЕТАЛЛ — КИСЛОТНЫЙ ОКСИД - КИСЛОТА — СОЛЬ Классификация веществ и выделение генетических рядов метал­ лов и неметаллов позволяют лучше ориентироваться в мире веществ и их превращениях. Но, как мы не раз отмечали, мир веществ раз­ нообразнее, чем любая классификация, с помощью которой мы хотим в нем разобраться. Можно ли четко провести границу между металлами и неметалла­ ми? Чтобы ответить на это, познакомимся со случаем, который в на­ стоящее время воспринимается как легенда. В давние времена морозной зимой на одном из военных складов обнаружили, что на месте изделий из олова (пуговицы и ложки) ос­ тается странный серый порошок, а сами изделия исчезают. Ученые объяснили этот факт тем, что химический элемент олово образует два простых вещества. При комнатной температуре устой­ чиво белое олово — серебристо-белый металл. При охлаждении ни­ же -13,2 °С белое олово превращается в другую аллотропную моди­ фикацию — серое олово, которое имеет алмазоподобную структуру и относится к неметаллам. Таким образом, один химический элемент образует два простых вещества: одно из них металл, а другое — не¬ металл. Для любознательных Скорость перехода металлического олова в неметаллическое невелика, поэтому этого превращения мы обычно не замечаем. Оно ускоряется при наличии примеси цинка и замедляется примесью свинца. Наибольшая ско­ рость достигается при температуре - 33 °С. Превращение металлического олова в неметаллическое ускоряется так­ же при соприкосновении металла с оловом, уже превращенным в неметалл. Такое явление «заражения» оловянных предметов получило название «оло­ вянная чума». Вследствие разрушения оловянной пайки сосудов с жидким топливом в 1 9 12 г. погибла экспедиция к Южному полюсу английского исследовате­ ля Роберта Скотта. Некоторые химические элементы образуют простые вещества неме­ таллы, сочетающие в физические свойства металлов и неметал­ себе лов. Например, германий, подобно металлам, — твердое вещество с металлическим блеском, но он хрупок, плохо проводит теплоту и яв­ ляется полупроводником. /: - .• - ш- * Для любознательных Одно из отличий полупроводников от металлов в том, что у металлов с повышением температуры электропроводность уменьшается, а у полупро­ водников, наоборот, — увеличивается. Электропроводность полупроводни- * ков возрастает при освещении их ярким светом. Металлы такими свойс­ твами не обладают. •: ю , \ L .• ч_