Методичні вказівки розроблені як допоміжний матеріал до основної навчальної літератури з неорганічної та біонеорганічної хімії (лабораторний практикум із неорганічної хімії для студентів, що проходять підготовку за спеціальностями агрохімія і грутознавство, агрономія, захист рослин, плодоовочівництво і містять контрольні завдання для самостійної роботи під керівництвом викладача та перевірки знань до кожної теми за модульно-рейтинговою системою, а також включають теоретичний матеріал.

Для активізації навчального процесу й кращого засвоєння матеріалу в даних вказівках до тем, які запропоновані для самостійної роботи під керівництвом викладача, використані орієнтири трьох типів:

Ø Що треба знати;

Ø Що треба вміти;

Ø Про що треба мати уявлення.

Контрольні завдання побудовані таким чином, щоб якомога більше заохотити студентів до самостійного виконання завдань і частково містять питання основного базового матеріалу з неорганічної хімії, а також питання курсу неорганічної та біонеорганічної хімії, які професійно орієнтовані до спеціальності.

Ці методичні вказівки рекомендуються для студентів вище перелічених спеціальностей, а також для студентів факультетів ветеринарної медицини, якості й безпеки продукції АПК, здоров'я дрібних тварин.

1 .Основні положення неорганічної та біонеорганічної хімії.

1.1. Основні поняття і закони хімії

Методичні поради щодо виконання самостійної роботи.

Що треба знати:

Ø Визначення понять: "атом", "молекула", "проста та складні речовини", "атомна та молекулярні маси", "моль та молярний об'єм", "валентність", "еквівалент".

Ø Зміст основних законів хімії: "закон збереження маси й енергії", "закон взаємозв'язку маси та енергії за А. Ейнштейном", "закон сталості складу хімічних сполук", "закон кратних відношень, як вияв закону переходу кількісних змін у якісні", "закон Авогадро та висновки з нього", "закон еквівалентів".

Що треба вміти:

Ø Вільно оперувати хімічними поняттями й термінами;

Ø Розглядати закони хімії з точки зору атомно-молекулярного вчення;

Ø Практично застосовувати знання законів хімії у вирішенні задач.

Про що треба мати уявлення:

Ø Історичні відомості про розвиток хімії як науки;

Ø Найважливіші відкриття в хімії та видатні вчені.

Необхідний матеріал із курсу неорганічної та біонеорганічної хімії можна засвоїти при використанні основної рекомендованої літератури [1-3], лабораторного практикуму [4,5], а також, додаткової [6-8].

У хімічних розрахунках використовується кількість речовини - моль. Масу одного моль речовини досить просто вирахувати, якщо відома формула речовини, оскільки чисельно маса 1 моль співпадає з молекулярною масою. Наприклад, 1 моль Н2 – 2 г; НNO3 – 63 г і т. д.

Один моль будь-якої речовини містить 6,02·1023 молекул (число Авогадро), але маса одного моль різних речовин - різна.

Моль будь-якої газоподібної речовини за нормальних умов (н. у.) займає об'єм 22,4 л.

Контрольні завдання:

1. Визначити відносну молекулярну масу речовини й вказати сумарне число атомів у цій сполуці.

Приклад: Нітрит кальцію – Са(NO2)2;

Mr = ArCa + 2(ArN + 2ArO) = 40 + 2(14 + 2·16) = 136

Сумарне число атомів: 1Ca + 2(1N + 2·О) = 7

Приклад: Н2, SO2, О, PO43-.

Н2 – молекула, проста речовина; SO2 – молекула сульфур (IV) оксиду, складна речовина; О – атом оксигену; PO43- – фосфат-аніон, частинка складної речовини.

1.1. Cl2, SO3, SO32-, HCl. 1.5. Fe, Na2SO4, O3, NO3-.

1.2. N2O, O2, CuSO4, S2-. 1.6. Cu, OF2, NO2-, NaCl.

1.3. SO42-, S, P2O5, Ca3(PO4)2. 1.7. F2, NiO, ClO3-, CuO.

1.4.  Cl-, H2O, Ar, FeS2.

3. Написати формулу сполуки і вказати масову частку елемента (у відсотках із точністю до десятих).

Приклад: Гідроксид кальцію – Са(OН)2;

Mr = ArCa + 2(ArО + ArН) = 40 + 2(16 + 1) = 74

Mr (Са(OН)2) – 2 ·ArО;

Mr (Са(OН)2) = 74 – 100 %

2 ·ArО = 2·16 – Х % %

Приклад: Відносна молекулярна маса H2SO4:

Mr(H2SO4) = 1 · 2 + 32 + 4 · 16 = 98 г

Молекулярна маса SO3:

Mr(SO3) = 32 + 3 · 16 = 80 г

Масова частка:

Приклад: O2, КОН, N2O, Na2PbO2;

2·16 = 32; Mr(КОН) = ArK + ArО + ArН = 39 + 16+ 1 = 56;

Mr(N2O) = 2·ArN + ArО = 2·14 + 16 = 44;

Mr(Na2PbO2) = 2·ArNa + ArPb + 2·ArO = 2· 23 + 207 + 2·16 = 285.

5.1. Н2, ВеО, NН4NО3, Н2С2О4·2Н2О;

5.2. Н2 SO4, V2О5, F2, КАl(SO4)2·12Н2О;

5.3. SCl2, НСN, СО2, ВаСl2·2H2O;

5.4. Fe(OH)3, АsH3, NH4NO2, Са3(PO4)2;

5.5. Ті(SO4)2, SO3, Н2О2, NaCl·HCl;

5.6. КСlO4, Н3ВО3, Na2CO3,·NaHCO3·2H2O;

5.7. Н2S, Сr2S3, СаН2, СО(NH2)2.

6. Яка валентність (ступінь окиснення) елементу в сполуці?

Приклад: етан С2Н6 – кисень О2; Mr(С2Н6) = 28; Mr(О2) = 32;

Разів.

7.1. озон О3 – кисень О2; 7.5. бром Вr2 – фтороводень НF;

7.2. водень Н2 – хлор Сl2; 7.6. силан SіН4 – кисень О2;

7.3. азот N2 – етилен С2Н4; 7.7. метан СН4 – фосфін РН3.

7.4. амоніак NH3 – сірководень Н2S;

8. Визначте найпростішу формулу сполуки такого складу (в процентах за масою): Приклад: Калій – 39,7%, Манган – 27,9%, Оксисен – 32,4%.

Ar(K) = 39, Ar(Mn) = 55, Ar(O) = 16. KxMnyOz:

Остаточна формула: K2MnO4.

8.1. сульфур - 94,11%, 8.5. карбон – 27,27%,

Гідроген – 5,88%; оксисен – 72,73%.

8.2. нітроген – 30,43%, 8.6. фосфор – 43,66%;

Оксисен – 69,57%; оксисен – 56,34%.

8.3. натрій – 57,5%, 8.7. карбон – 75,0%;

Оксисен – 40,0%, гідроген – 25,%

Гідроген – 2,5%;

8.4. оксисен – 40,0%,

купрум – 40,0%,

сульфур – 20,0%.

9. Обчисліть масову частку оксигену в сполуці:

Приклад: NaClO3; Mr(NaClO3) = ArNa + ArCl+ 3·ArO = 23 + 35,5 + 3·16 = 106,5;

.

9.1. SO2, Na2S2O3; 9.5. N2O3, МgCl2·6H2O;

9.2. Са(ОН)2, Н2О; 9.6. LiNO3·3H2O, НРО3;

9.3. N2O, (NH4)2CO3; 9.7. Н4Р2О7, Аl(OH)3.

9.4. NH4NO3, NO2;

10. Визначити валентність або ступінь окиснення елементів у наступних сполуках:

Приклад: Cr2O3. Кисень (О) в сполуках має валентність ІІ, в оксидах проявляє ступінь окиснення 2-. У формулі три атоми кисню 3 · (2-) = -6. Сума негативних зарядів = -6. У сполуці сума негативних зарядів дорівнює сумі позитивних зарядів. Маємо два атоми хрому: 2·Х = 6; Х = 3. Ступінь окиснення хрому = 3+. .

10.1. СI2O7, Н2Se, SiH4, СuS; 10.5. MoO3, P2O3, OF2, Mn2O7;

10.2. АuCl3, Ва2Si, GeO2, VCl4; 10.6. Ba2Si, B2O3, CuCl, PH3;

10.3. МnO, Мn2O3, АlBr3, АlN; 10.7. Bi2S3, SbCl5, PbI2, CH4.

10.4. AgCl, Cr2S3, TeO2, Ca3N2;

11. Вкажіть ступінь окиснення над символами елементів і складіть формули таких сполук:

Приклад: H2SxO3. Кисень проявляє ступінь окиснення 2-, водень 1+: . У формулі три атоми кисню 3 · (2-) = -6. Сума негативних зарядів = -6. Сума негативних зарядів дорівнює сумі позитивних зарядів: 2·(1+) + Х = 6; Х= 4. Ступінь окиснення сірки = 4+. .

11.1. NaxPVO3, CrVIOy; 11.5. Cax(PO4)2, NazРV2О7;

11.2. KCrIIIOx, VIIIx(SO4)3; 11.6. Aly(HPO4)3, CrIII(NVOy)3;

11.3. Cax(PO4)2, CIVOy; 11.7. LiVVyO8, ClIxO.

11.4. CrIII(BIIIOz)3, NIII2Oy;

12. Визначити ступінь окиснення елементу в сполуках:

12.1. оксигену – NaClO, OF2, BaO2;

12.2. фосфору – HPO3, H3PO4, HPF6;

12.3. сульфуру – Na2S, Na2S2O3, Na2SO4;

12.4. силіцію – SiH4, SiO2, H2SiO3;

12.5. хрому – K2Cr2O7, Cr(OH)3, K2CrO4;

12.6. феруму – FeCO3, Fe2O3, Fe(OH)3;

12.7. калію – K2S2O5, K2Cr2O7, KMnO4.

1.2. Будова атома. Періодичний закон та періодична система Елементів Д. І. Менделєєва. Хімічний зв'язок і будова молекул.

Що треба знати:

Ø Сучасні уявлення про будову атома;

Ø Поняття про орбіталі, геометричні форми орбіталей;

Ø Квантові числа, їх зміст; принцип Паулі;

Ø Енергетичні рівні та підрівні;

Ø Електронні формули атомів, правило Хунда, правило Клечковського;

Ø Валентні електрони атома; нормальний та збуджений стан;

Ø Валентність атома; кількісна характеристика валентності;

Ø Ступінь окиснення елемента.

Ø Взаємозв'язок періодичного закону Д. І.Менделєєва та властивостей хімічних елементів;

Ø Основні закономірності зміни хімічних властивостей елементів залежно від положення в періодичній таблиці (у періоді та групі);

Ø Типові метали, неметали та елементи з амфотерними властивостями;

Ø Визначення валентностей елементів за положенням у періодичній таблиці та будовою атомів; поняття про ступінь окиснення елементу.

Що треба вміти:

Ø Розрізняти поняття "орбіта" та "орбіталь";

Ø Визначати кількість електронів на енергетичному рівні;

Ø Знаходити максимально можливу кількість електронів на даному рівні, підрівні;

Ø Визначати число неспарених електронів у нормальному та збудженому станах;

Ø Визначати максимальні валентні можливості атомів;

Ø Розрахувати ступені окиснення елементів у сполуках.

Про що треба мати уявлення:

Ø Розвиток теорії про будову атома та стан електрона в атомі;

Ø Принцип мінімуму запасу енергії електрона та способи його врахування при складанні електронних формул атомів.

Контрольні завдання:

1.  Написати електронну формулу атома елементу і його йона з найвищим ступенем окиснення:

Приклад: Германій. 32Ge: 1s22s22p63s23p64s23d104p2. Найвища ступінь окиснення германію 4+.

Ge4+: 1s22s22p63s23p63d104S04P0.

Алюміній; 1.5 Фосфор;

Стронцій; 1.6. Флуор;

Сульфур; 1.7. Оксиген.

Манган;

2.  Скільки протонів, нейтронів та електронів містить атом елемента з порядковим номером:

Приклад: №15; № 15 – елемент фосфор (Р). р = 15; е = 15; n = Ar – Z = 31 – 15 = 16, (Z – порядковий номер елемента).

№18; 2.5. №4

№14; 2.6. №29;

№7; 2.7. №20.

№34

3.  Написати електронну структуру іона елементу:

Приклад: Mg2+: 3sо – валентний рівень.

Zn2+; 3.5. S2-;

Al3+; 3.6. P5+;

O2-; 3.7. N2+.

Cl7+;

4.  Написати електронну формулу елементів згідно правил Клєчковського і Хунда (показати послідовність розміщення електронів по рівням та підрівнями) і вказати кількість неспарених електронів у цьому іоні:

Приклад: оксисен – 8О: 1s22s22p4; хром - 24Cr: 1s22s22p63s23p64s13d5.

нітрогену та мангану; 4.5. сульфуру та калію;

силіцію та купруму; 4.6. карбону та хрому;

арсену та літію; 4.7. бору та кобальту.

хлору та кальцію;

5.  Напишіть електронну формулу атома елементу, вкажіть всі можливі валентності та ступені окиснення елементу у збудженому стані:

Приклад: №12. 12Mg: 1s22s22p63s2; Mg*: ст. ок. 2+, валентність II.

№13; 5.5. №8;

№16; 5.6. №35;

№30; 5.7. №26.

№11;

6.  Напишіть формули вищих оксидів і відповідних гідратів елементів із порядковими номерами:

Приклад: №14. № 14 – елемент силіцій (Si). Формула вищого оксиду - SiO2, силану - SiH4.

№№16, 34, 52; 6.5. №№19, 32, 16;

№№15, 22, 24; 6.6. №№35, 43, 8;

№№14, 33, 42; 6.7. №№20, 32, 53.

№№35, 14, 24;

7.  Вказати номер групи періодичної системи, до якої належить сполука елементу у вищому ступені окиснення:

Приклад: RO3: Кисень проявляє ступінь окиснення 2-, у формулі три атоми кисню 3 · (2-) = -6. Сума негативних зарядів дорівнює сумі позитивних зарядів. Тоді елемент R має ступінь окиснення 6+. . Номер групи вказує на максимальний позитивний ступінь окиснення: елемент VI гупи.

R2O3; 7.5. R2O5;

RCl4; 7.6. HR;

RH3; 7.7. R2O7.

RO2;

8.  Як змінюються величини зарядів ядер, радіуси атомів, електронегативність і ступені окиснення елементів? Які закономірності цих змін по групі зверху вниз або по періоду зліва направо? Як змінюється в цьому напрямку металічність елементів і характер оксидів та гідроксидів?

Елементи 2 періоду; 8.5. Елементи 2А періоду;

Елементи 3 періоду; 8.6. Елементи 6А періоду;

Елементи 4 періоду; 8.7. Елементи 7В періоду.

Елементи 4А періоду;

9.  До якого елементу зміщені спільні електронні пари у відповідній сполуці. Вкажіть його атомну масу:

Приклад: Розглянемо молекулу Сl2O. EH(Cl) = 3,0; EH(О) = 3,5. Різниця ЕН складає 3,5 – 3,0 = 0,5 < 1,7. При утворенні молекули неспарені електрони атомів хлору утворюють спільну електронну пару, зміщену до кисню.

H2S; 9.5. Ca3P2;

Be2C; 9.6. Mg2Si;

Cl2O7; 9.7. SiF4.

B2O3;

10.  Скільки спільних електронних пар утворюють зв'язки у молекулі:

Приклад: молекула SО2.

Ca3N2; 10.5. HCN;

C2H6; 10.6. CO;

Cl2O; 10.7. SiCl4.

CCl4;

11.  Користуючись даними таблиці відносних електронегативностей елементів, розрахуйте, який зі зв'язків характеризується найбільшою мірою йонності (розрахувати ступінь іонності І,% якщо вважати, що 50% іонного зв'язку відповідає різниці між електронегативністю 1,7):

Приклад: K і О. EH(К) = 0,8; EH(О) = 3,5. Різниця ЕН складає 3,5 – 0,8 = 2,7.

; . Йонного 79,4%, ковалентного 100 - 79,4 = 20,6%.

K і Cl, O і Cl; 11.5. O і Ca, O і K;

S і H, N і H; 11.6. Al і Cl, Fe і Cl;

Ca і H, Si і H; 11.7. O і Na, H і І.

Li і Br, Ca і Cl;

12.  Напишіть структурно-графічну формулу сполуки і вкажіть типи хімічних зв'язків між атомами:

Приклад: Na2SO4. EH(S) = 2,5, EH(О) = 3,5, EH(Na) = 0,9.

Різниця DЕН(S-O) складає 3,5 – 2,5 = 1,0 < 1,7 – ковалентний полярний зв'язок; DЕН(Na-O) = 3,5 – 0,9 = 2,6 > 1,7 – йонний зв'язок.

NaOH; 12.4. Co(OH)3;

Mg3(PO4)2; 12.5. Ca(NO3)2;

K2SO4; 12.6. H2SO3; 12.7. KMnO4.