Краткий конспект
Обзор разделов для повторения. Подробные объяснения и упражнения — в учебниках, перечисленных внизу страницы.
Содержание конспекта
Вещество, атом, количество вещества
Химическое превращение меняет состав веществ, физическое — состояние или другие свойства без образования новых веществ. Смесь содержит несколько компонентов; способ разделения выбирают по различиям растворимости, температур кипения, размера частиц и других физических свойств. Простое вещество образовано одним элементом, сложное — несколькими. Аллотропия — существование разных простых веществ одного элемента.
Атомный номер Z равен числу протонов, в нейтральном атоме также числу электронов. Массовое число A = Z + N; изотопы отличаются числом нейтронов. Электроны распределяются по уровням, подуровням и орбиталям. На одной орбитали не более двух электронов; при заполнении равноэнергетических орбиталей учитывают правило Хунда.
Количество вещества n = m/M. Число частиц N = nNₐ. Для газа n = V/Vₘ, причём молярный объём должен соответствовать данным условиям; 22,4 дм³/моль используют для нормальных условий в принятой школьной модели. Относительная плотность двух газов при одинаковых условиях равна отношению молярных масс.
Периодический закон, связь, строение
Свойства элементов периодически зависят от заряда ядра. Номер периода связан с числом занятых энергетических уровней, для элементов главных подгрупп номер группы помогает определить число внешних электронов. В пределах периода металлические свойства обычно ослабевают, неметаллические усиливаются; вниз по главной подгруппе общая тенденция обратная. Сравнение требует учитывать конкретную группу и положение элемента.
Ковалентная связь возникает благодаря общим электронным парам, ионная — электростатическому притяжению ионов, металлическая — взаимодействию катионных остовов с обобществлёнными электронами. Полярность связи и полярность всей молекулы различают: важна геометрия. Водородная связь относится к особому взаимодействию, влияющему на свойства, и не заменяет обычные связи внутри молекулы.
Валентность характеризует связи атома, степень окисления — условный заряд при полном смещении электронных пар. У молекулярных, ионных, атомных и металлических кристаллов разные частицы в узлах и разные свойства. Например, наличие полярных связей ещё не означает ионную решётку.
Реакции, скорость, равновесие, растворы
Реакции классифицируют по изменению состава, тепловому эффекту, обратимости и изменению степеней окисления. В ОВР восстановитель отдаёт электроны, окислитель принимает. Электронный баланс должен согласовываться и с числом атомов, и с зарядом.
Скорость реакции зависит от природы реагентов, концентрации, температуры, площади контакта и катализатора. Катализатор меняет путь реакции и ускоряет достижение равновесия, но не смещает его. При изменении условий равновесие смещается в направлении, ослабляющем воздействие. Изменение давления существенно для газовых систем, если различается суммарное число молей газов по сторонам уравнения.
Электролиты в растворе образуют ионы. Для сокращённого ионного уравнения сильные растворимые электролиты записывают как ионы, слабые электролиты, осадки и газы — в соответствующей молекулярной форме. Ионный обмен практически протекает при образовании осадка, газа или слабого электролита. Гидролиз солей связан со взаимодействием ионов с водой; среда зависит от природы ионов.
Массовая доля w = mкомп/mсмеси; молярная концентрация c = n/Vраствора. В объёмной формуле важно использовать объём раствора, а не растворителя. Кристаллогидрат содержит кристаллизационную воду, которая входит в молярную массу. При разбавлении водой масса растворённого вещества сохраняется, если реакции и потерь нет.
Источники: Шиманович и др. Химия, 9 класс, Мычко и др. Химия, 11 класс.
Неорганические вещества и элементы
Оксиды классифицируют по кислотно-основным свойствам, основания — по составу и растворимости, кислоты — по основности и другим признакам, соли — по составу. Амфотерное соединение реагирует и с кислотой, и с подходящей щёлочью в соответствующих условиях. Правило «любой оксид реагирует с водой» неверно.
При изучении металла связывают его положение в системе, электронное строение, восстановительные свойства, реакции с водой, кислотами, неметаллами и солями. Ряд активности используют с учётом среды и условий. Азотная и концентрированная серная кислоты проявляют особые окислительные свойства; водород при реакции с металлом выделяется не всегда. Для алюминия и его соединений важно учитывать амфотерность и защитную оксидную плёнку. Для железа — возможность разных степеней окисления.
Для неметаллов изучают простые вещества, водородные соединения, оксиды, кислоты и соли. Галогены — типичные окислители; кислород и озон — разные аллотропные формы. У серы, азота и фосфора свойства соединений меняются со степенью окисления. Аммиак проявляет основные свойства в воде; карбонаты выделяют CO₂ с подходящей кислотой. Соединения кремния, углерода и их применение рассматривают через строение и свойства.
В качественных реакциях называют реагент и наблюдаемый признак: газ, осадок, окраску. Например, CO₂ вызывает помутнение известковой воды при соответствующих условиях, но избыток CO₂ может растворить образовавшийся осадок. Для цепочек превращений каждую стрелку подтверждают уравнением и условиями.
Органические вещества: строение и классы
Свойства органического вещества определяются составом, порядком соединения атомов, кратностью связей и функциональными группами. Изомеры имеют одну молекулярную формулу, но различное строение; гомологи относятся к одному классу и отличаются на одну или несколько групп CH₂. Название по ИЮПАК строят по главной цепи, положениям заместителей и старшей функциональной группе.
Алканы имеют одинарные связи; характерные превращения — горение, радикальное замещение, крекинг. Алкены и алкины вступают в присоединение, окисление; наличие кратной связи важно для изомерии и полимеризации. Диены содержат две двойные связи. У бензола ароматическая система, поэтому его нельзя рассматривать как обычный цикл с тремя независимыми алкеновыми связями.
У спиртов функциональная группа OH, у фенолов она связана с ароматическим кольцом. Альдегиды содержат CHO, карбоновые кислоты — COOH, сложные эфиры — группу COO между углеводородными остатками. Окисление, восстановление, этерификация и гидролиз связывают классы веществ. В конкретном уравнении обязательны правильные реагенты и условия; превращение спирта в альдегид относится к первичным спиртам при подходящих условиях.
Жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот; их щелочной гидролиз даёт соли кислот и глицерин. Среди углеводов различают моно-, ди- и полисахариды; глюкоза, сахароза, крахмал и целлюлоза имеют разные свойства. Наличие в составе C, H и O само по себе не доказывает принадлежность к углеводам.
Амины проявляют основные свойства. Аминокислоты содержат аминогруппу и карбоксильную группу и могут проявлять амфотерность. Пептидная связь объединяет остатки аминокислот; белки отличаются уровнями организации. Денатурация меняет пространственную структуру и не тождественна полному гидролизу. Полимеризацию и поликонденсацию различают по механизму и выделению низкомолекулярного продукта.
Источник: Колевич, Матулис, Варакса. Химия, 10 класс.
Расчётные задачи и эксперимент
Надёжная последовательность: записать уравнение, вычислить количества веществ, сравнить их с коэффициентами, найти ограничивающий реагент, рассчитать продукт и перевести ответ в нужную величину. Сравнивают n/коэффициент, а не массы исходных веществ.
В задачах на примеси сначала находят массу чистого вещества. Выход продукта — отношение фактического количества к теоретическому; при заданном выходе фактический результат меньше теоретического. В газовой смеси различают массовые и объёмные доли. При последовательных реакциях отслеживают количество вещества на каждом этапе.
В экспериментальной задаче выбирают признак, который различает вещества, проверяют совместимость реагентов и составляют уравнения. Не подменяют наблюдение объяснением: «выпал белый осадок» — наблюдение, «образовалась малорастворимая соль» — интерпретация.