Основной вопрос, на который должен знать ответ человек для правильного понимания картины мира - что такое вещество в химии. Данное понятие формируется ещё в школьном возрасте и направляет ребёнка в дальнейшем развитии. Приступая к изучению химии важно найти точки соприкосновения с ней на бытовом уровне, это позволяет наглядно и доступно разъяснить те или иные процессы, определения, свойства и т.д.

К сожалению, в силу неидеальности системы образования, многие упускают некоторые фундаментальные азы. Понятие «вещество в химии» - это своего рода краеугольный камень, своевременное усвоение данного определения даёт человеку правильный старт в последующем развитии в области естествознания.

Формирование понятия

Перед тем как перейти к понятию вещества, необходимо определить, чем является предмет химии. Вещества - это то, что непосредственно изучает химия, их взаимные превращения, строение и свойства. В общем понимании вещество - это то, из чего состоят физические тела.

Итак, в химии? Сформируем определение путём перехода от общего понятия к чисто химическому. Вещество - это определённый обязательно имеющий массу, которую можно измерить. Данная характеристика отличает вещество от другого вида материи - поля, которое массы не имеет (электрическое, магнитное, биополе и т.д.). Материя, в свою очередь, - это то, из чего созданы мы и всё, что нас окружает.

Несколько другая характеристика материи, определяющая то, из чего конкретно она состоит - это уже предмет химии. Вещества сформированы атомами и молекулами (некоторые ионами), а значит любая субстанция, состоящая из этих формульных единиц, и есть вещество.

Простые и сложные вещества

После усвоения базового определения можно перейти к его усложнению. Вещества бывают различных уровней организации, то есть простые и сложные (или соединения) - это самое первое деление на классы веществ, химия имеет множество последующих разделений, подробных и более сложных. Эта классификация, в отличие от многих других, имеет строго определённые границы, каждое соединение можно чётко отнести к одному из видов, взаимоисключающих друг друга.

Простое вещество в химии - это соединение, состоящее из атомов только одного элемента из периодической таблицы Менделеева. Как правило, это бинарные молекулы, то есть состоящие из двух частиц, соединённых посредством ковалентной неполярной связи - образования общей неподелённой электронной пары. Так, атомы одного и того же химического элемента имеют идентичную электроотрицательность, то есть способность удерживать общую электронную плотность, поэтому она не смещена ни к одному из участников связи. Примеры простых веществ (неметаллы) - водород и кислород, хлор, йод, фтор, азот, сера и т.д. Из трёх атомов состоит молекула такого вещества, как озон, а из одного - всех благородных газов (аргона, ксенона, гелия и т.д.). В металлах (магнии, кальции, меди т.д.) существует свой собственный тип связи - металлический, осуществляющийся за счёт обобществления свободных электронов внутри металла, а образования молекул как таковых не наблюдается. При записи вещества металла указывается просто символ химического элемента без каких-либо индексов.

Простое вещество в химии, примеры которого были приведены выше, отличается от сложного качественным составом. Химические соединения образованы атомами разных элементов, от двух и более. В таких веществах имеет место ковалентный полярный или ионный тип связывания. Так как разные атомы имеют отличающуюся электроотрицательность, то при образовании общей электронной пары происходит её сдвиг в сторону более электроотрицательного элемента, что приводит к общей поляризации молекулы. Ионный тип - это крайний случай полярного, когда пара электронов полностью переходит к одному из участников связывания, тогда атомы (или их группы) превращаются в ионы. Чёткой границы, между этими типами нет, ионную связь можно интерпретировать как ковалентную сильно полярную. Примеры сложных веществ - вода, песок, стекло, соли, оксиды и т.д.

Модификации веществ

Вещества, именуемые простыми, на самом деле имеют уникальную особенность, которая не присуща сложным. Некоторые химические элементы могут образовывать несколько форм простого вещества. В основе всё так же лежит один элемент, но количественный состав, строение и свойства кардинально отличают такие образования. Эта особенность имеет название аллотропии.

Кислород, сера, углерод и другие элементы имеют несколько Для кислорода - это О 2 и О 3 , углерод даёт четыре типа веществ - карбин, алмаз, графит и фуллерены, молекула серы бывает ромбической, моноклинной и пластической модификации. Такое простое вещество в химии, примеры которого не ограничены вышеперечисленными, имеет огромное значение. В частности, фуллерены используются как полупроводники в технике, фоторезисторы, добавки для роста алмазных плёнок и в других целях, а в медицине это мощнейшие антиоксиданты.

Что происходит с веществами?

Каждую секунду внутри и вокруг происходит превращение веществ. Химия рассматривает и объясняет те процессы, которые идут с качественным и/или количественным изменением состава реагирующих молекул. Параллельно, часто взаимосвязано протекают и физические превращения, которые характеризуются лишь изменением формы, цвета веществ или агрегатного состояния и некоторых других характеристик.

Химические явления - это реакции взаимодействия различных видов, например, соединения, замещения, обмена, разложения, обратимые, экзотермические, окислительно-восстановительные и т.д., в зависимости от изменения интересующего параметра. К относят: испарение, конденсацию, сублимацию, растворение, замерзание, электропроводимость и т.д. Часто они сопровождают друг друга, например, молния во время грозы - это физический процесс, а выделение под её действием озона - химический.

Физические свойства

Вещество в химии - это материя, которой присущи определённые физические свойства. По их наличию, отсутствию, степени и интенсивности можно спрогнозировать, как вещество поведёт себя в тех или иных условиях, а также объяснить некоторые химические особенности соединений. Так, например, высокие температуры кипения органических соединений, в которых есть водород и электроотрицательный гетероатом (азот, кислород и т.д.), свидетельствуют о том, что в веществе проявляется такой химический тип взаимодействия, как водородная связь. Благодаря знанию о том, какие вещества имеют наилучшую способность проводить электрический ток, кабеля и провода электропроводки изготавливаются именно из определённых металлов.

Химические свойства

Установлением, исследованием и изучением другой стороны медали свойств занимается химия. с её точки зрения - это их реакционная способность к взаимодействию. Некоторые вещества крайне активны в этом смысле, например, металлы или любые окислители, а другие, благородные (инертные) газы, при нормальных условиях в реакции практически не вступают. Химические свойства можно активировать или пассивировать при необходимости, иногда это не связано с особыми трудностями, а в некоторых случаях приходится нелегко. Учёные проводят многие часы в лабораториях, методом проб и ошибок добиваясь поставленных целей, иногда и не достигают их. Изменяя параметры окружающей среды (температуру, давление и т.д.) или применяя специальные соединения - катализаторы или ингибиторы - можно повлиять на химические свойства веществ, а значит и на ход реакции.

Классификация химических веществ

В основе всех классификаций лежит разделение соединений на органические и неорганические. Главный элемент органики - это углерод, соединяясь друг с другом и гидрогеном, атомы карбона образуют углеводородный скелет, который после заполняется другими атомами (кислородом, азотом, фосфором, серой, галогенами, металлами и другими), замыкается в циклы или разветвляется, обосновывая тем самым большое разнообразие органических соединений. На сегодняшний день науке известны 20 миллионов таких веществ. В то время как минеральных соединений всего лишь полмиллиона.

Каждое соединение индивидуально, но имеет и множество похожих черт с другими в свойствах, строении и составе, на этой основе происходит группировка в классы веществ. Химия имеет высокий уровень систематизации и организации, это точная наука.

Неорганические вещества

1. Оксиды - бинарные соединения с кислородом:

а) кислотные - при взаимодействии с водой дают кислоту;

б) основные - при взаимодействии с водой дают основание.

2. Кислоты - вещества, состоящие из одного или нескольких протонов водорода и кислотного остатка.

3. Основания (щёлочи) - состоят из одной или нескольких гидроксильных групп и атома металла:

а) амфотерные гидроксиды - проявляют свойства и кислот и оснований.

4. Соли - результат между кислотой и щелочью (растворимым основанием), состоят из атома металла и одного или нескольких кислотных остатков:

а) кислые соли - анион кислотного остатка имеет в составе протон, результат неполной диссоциации кислоты;

б) основные соли - с металлом связана гидроксильная группа, результат неполной диссоциации основания.

Органические соединения

Классов веществ в органике великое множество, такой объём информации сложно сразу запомнить. Главное, знать основные разделения на алифатические и циклические соединения, карбоциклические и гетероциклические, предельные и непредельные. Также углеводороды имеют множество производных, в которых атом гидрогена замещён на галоген, кислород, азот и другие атомы, а так же функциональные группы.

Вещество в химии - это основа сущестования. Благодаря органическому синтезу человек на сегодняшний день имеет огромное количество искусственных веществ, заменяющих натуральные, а также не имеющих аналогов по своим характеристикам в природе.

Решение качественных задач по определению веществ, находящихся в склянках без этикеток, предполагает проведение ряда операций, по результатам которых можно определить, какое вещество находится в той или иной склянке.

Первым этапом решения является мысленный эксперимент, представляющий собой план действий и их предполагаемые результаты. Для записи мысленного эксперимента используется специальная таблица-матрица, в ней обозначены формулы определяемых веществ по горизонтали и вертикали. В местах пересечения формул взаимодействующих веществ записываются предполагаемые результаты наблюдений: - выделение газа, - выпадение осадка, указываются изменения цвета, запаха или отсутствие видимых изменений. Если по условию задачи возможно применение дополнительных реактивов, то результаты их использования лучше записать перед составлением таблицы - число определяемых веществ в таблице может быть таким образом сокращено.
Решение задачи будет, следовательно, состоять из следующих этапов:
- предварительное обсуждение отдельных реакций и внешних характеристик веществ;
- запись формул и предполагаемых результатов попарных реакций в таблицу,
- проведение эксперимента в соответствии с таблицей (в случае экспериментальной задачи);
- анализ результатов реакций и соотнесение их с конкретными веществами;
- формулировка ответа задачи.

Необходимо подчеркнуть, что мысленный эксперимент и реальность не всегда полностью совпадают, так как реальные реакции осуществляются при определенных концентрации, температуре, освещении (например, при электрическом свете AgCl и AgBr идентичны). Мысленный эксперимент часто не учитывает многих мелочей. К примеру, Br 2 /aq прекрасно обесцвечивается растворами Na 2 CO 3 , На 2 SiO 3 , CH 3 COONa; образование осадка Ag 3 PO 4 не идет в сильнокислой среде, так как сама кислота не дает этой реакции; глицерин образует комплекс с Сu (ОН) 2 , но не образует с (CuOH) 2 SO 4 , если нет избытка щелочи, и т. д. Реальная ситуация не всегда согласуется с теоретическим прогнозом, и в этой главе таблицы-матрицы"идеала" и "реальности" иногда будут отличаться. А чтобы разбираться в том, что же происходит на самом деле, ищите всякую возможность работать руками экспериментально на уроке или факультативе (помните при этом о требованиях техники безопасности).

Пример 1. В пронумерованных склянках содержатся растворы следующих веществ: нитрата серебра, соляной кислоты, сульфата серебра, нитрата свинца, аммиака и гидроксида натрия. Не используя других реактивов, определите, в какой склянке раствор какого вещества находится.

Решение. Для решения задачи составим таблицу-матрицу, в которую будем заносить в соответствующие квадратики ниже пересекающей ее диагонали данные наблюдения результатов сливания веществ одних пробирок с другими.

Наблюдение результатов последовательного приливания содержимого одних пронумерованных пробирок ко всем другим:

1 + 2 - выпадает белый осадок; ;
1 + 3 - видимых изменений не наблюдается;

Вещества	1. AgNO 3 ,	2. НСl	3. Pb(NO 3) 2 ,	4. NH 4 OH	5. NaOH
1. AgNO 3	X	AgCl белый	-	выпадающий осадок растворяется	Ag 2 O бурый
2. НСl	белый	X	PbCl 2 белый,	-	_
3. Pb(NO 3) 2	-	белый PbCl 2	X	Pb(OH) 2 помутнение)	Pb(OH) 2 белый
4. NH 4 OH	-	-	(помутнение)		-
S. NaOH	бурый	-	белый	-	X

1 + 4 - в зависимости от порядка сливания растворов может выпасть осадок;
1 + 5 - выпадает осадок бурого цвета;
2+3- выпадает осадок белого цвета;
2+4- видимых изменений не наблюдается;
2+5 - видимых изменений не наблюдается;
3+4 - наблюдается помутнение;
3+5 - выпадает белый осадок;
4+5 - видимых изменений не наблюдается.

Запишем далее уравнения протекающих реакций в тех случаях, когда наблюдаются изменения в реакционной системе (выделение газа, осадка, изменение цвета) и занесем формулу наблюдаемого вещества и соответствующий квадратик таблицы-матрицы выше пересекающей ее диагонали:

I. 1 + 2:	AgNO 3 + НСl		AgCl + HNO 3 ;
II. 1 + 5:	2AgNO 3 + 2NaOH		Ag 2 O + 2NaNO 3 + H 2 O;
			бурый(2AgOH Ag 2 O + H 2 O)
III. 2 + 3:	2НСl + Рb(NO 3) 2		РbСl 2 + 2НNO 3 ;
			белый
IV. 3 + 4:	Pb(NO 3) 2 + 2NH 4 OH		Pb(OH) 2 + 2NH 4 NO 3 ;
			помутнение
V. 3 + 5:	Pb(NO 3) 2 + 2NaOH		Pb(OH) 2 + 2NaNO 3
			белый

(при приливании нитрата свинца в избыток щелочи осадок может сразу раствориться).
Таким образом, на основании пяти опытов различаем вещества, находящиеся в пронумерованных пробирках.

Пример 2. В восьми пронумерованных пробирках (от 1 до 8) без надписей содержатся сухие вещества: нитрат серебра (1), хлорид алюминия (2), сульфид натрия (3), хлорид бария (4), нитрат калия (5), фосфат калия (6), а также растворы серной (7) и соляной (8) кислот. Как, не имея никаких дополнительных реактивов, кроме воды, различить эти вещества?

Решение. Прежде всего растворим твердые вещества в воде и отметим пробирки, где они оказались. Составим таблицу-матрицу (как в предыдущем примере), в которую будем заносить данные наблюдения результатов сливания веществ одних пробирок с другими ниже и выше пересекающей ее диагонали. В правой части таблицы введем дополнительную графу"общий результат наблюдения", которую заполним после окончания всех опытов и суммирования итогов наблюдений по горизонтали слева направо (см., например, с. 178).

1+2:	3AgNO 3 + A1C1,		3AgCl белый	+ Al(NO 3) 3 ;
1 + 3:	2AgNO 3 + Na 2 S		Ag 2 S черный	+ 2NaNO 3 ;
1 + 4:	2AgNO 3 + BaCl 2		2AgCl белый	+ Ba(NO 3) 2 ;
1 + 6:	3AgN0 3 + K 3 PO 4		Ag 3 PO 4 желтый	+ 3KNO 3 ;
1 + 7:	2AgNO 3 + H 2 SO 4		Ag,SO 4 белый	+ 2HNO S ;
1 + 8:	AgNO 3 + HCl		AgCl белый	+ HNO 3 ;
2 + 3:	2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O		2Al (OH) 3 ,	+ 3H 2 S + 6NaCl;
		(Na 2 S + H 2 O NaOH + NaHS, гидролиз);
2 + 6:	AlCl 3 + K 3 PO 4		A1PO 4 белый	+ 3KCl;
3 + 7:	Na 2 S + H 2 SO 4		Na 2 SO 4	+ H 2 S
3 + 8:	Na 2 S + 2HCl		-2NaCl	+ H 2 S;
4 + 6:	3BaCl 2 + 2K 3 PO 4		Ba 3 (PO 4) 2 белый	+ 6KC1;
4 + 7	BaCl 2 + H 2 SO 4		BaSO 4 белый	+ 2HC1.

Видимых изменений не происходит только с нитратом калия.

По тому, сколько раз выпадает осадок и выделяется газ, однозначно определяются все реагенты. Кроме того, ВаС1 2 и К 3 РО 4 различают по цвету выпавшего осадка с AgNO 3: AgCl - белый, a Ag 3 PO 4 - желтый. В данной задаче решение может быть более простым - любой из растворов кислот позволяет сразу выделить сульфид натрия, им определяются нитрат серебра и хлорид алюминия. Нитратом серебра определяются среди оставшихся трех твердых веществ хлорид бария и фосфат калия, хлоридом бария различают соляную и серную кислоты.

Пример 3. В четырех пробирках без этикеток находятся бензол, хлоргексан, гексан и гексен. Используя минимальные количества и число реактивов, предложите метод определения каждого из указанных веществ.

Решение. Определяемые вещества между собой не реагируют, таблицу попарных реакций нет смысла составлять.
Существует несколько методов определения данных веществ, ниже приведен один из них.
Бромную воду обесцвечивает сразу только гексен:

С 6 Н 12 + Вr 2 = С 6 Н 12 Вr 2 .

Хлоргексан можно отличить от гексана, пропуская продукты их сгорания через раствор нитрата серебра (в случае хлоргексана выпадает белый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте, в отличие от карбоната серебра):

2С 6 Н 14 + 19O 2 = 12СO 2 + 14Н 2 О;
С 6 Н 13 Сl + 9O 2 = 6СO 2 + 6Н 2 O + НС1;
HCl + AgNO 3 = AgCl + HNO 3 .

Бензол отличается от гексана по замерзанию в ледяной воде (у С 6 Н 6 т. пл.= +5,5°С, а у С 6 Н 14 т. пл. = -95,3°С).

1. В два одинаковых химических стакана налиты равные объемы: в один воды, в другой - разбавленного раствора серной кислоты. Как, не имея под рукой никаких химических реактивов, различить эти жидкости (пробовать растворы на вкус нельзя)?

2. В четырех пробирках находятся порошки оксида меди(II), оксида железа (III), серебра, железа. Как распознать эти вещества, используя только один химический реактив? Распознавание по внешнему виду исключается.

3. В четырех пронумерованных пробирках находятся сухие оксид меди (II), сажа, хлорид натрия и хлорид бария. Как, пользуясь минимальным количеством реактивов, определить, в какой из пробирок находится какое вещество? Ответ обоснуйте и подтвердите уравнениями соответствующих химических реакций.

4. В шести пробирках без надписей находятся безводные соединения: оксид фосфора(V), хлорид натрия, сульфат меди, хлорид алюминия, сульфид алюминия, хлорид аммония. Как можно определить содержимое каждой пробирки, если имеется только набор пустых пробирок, вода и горелка? Предложите план анализа.

5 . В четырех пробирках без надписей находятся водные растворы гидроксида натрия, соляной кислоты, поташа и сульфата алюминия. Предложите способ определения содержимого каждой пробирки, не применяя дополнительных реактивов.

6 . В пронумерованных пробирках находятся растворы гидроксида натрия, серной кислоты, сульфата натрия и фенолфталеин. Как различить эти растворы, не пользуясь дополнительными реактивами?

7. В банках без этикеток находятся следующие индивидуальные вещества: порошки железа, цинка, карбоната кальция, карбоната калия, сульфата натрия, хлорида натрия, нитрата натрия, а также растворы гидроксида натрия и гидроксида бария. В Вашем распоряжении нет никаких других химических реактивов, в том числе и воды. Составьте план определения содержимого каждой банки.

8 . В четырех пронумерованных банках без этикеток находятся твердые оксид фосфора (V) (1), оксид кальция (2), нитрат свинца (3), хлорид кальция (4). Определить, в какой из банок находится каждое из указанных соединений, если известно, что вещества (1) и (2) бурно реагируют с водой, а вещества (3) и (4) растворяются в воде, причем полученные растворы (1) и (3) могут реагировать со всеми остальными растворами с образованием осадков.

9 . В пяти пробирках без этикеток находятся растворы гидроксида, сульфида, хлорида, йодида натрия и аммиака. Как определить эти вещества при помощи одного дополнительного реактива? Приведите уравнения химических реакций.

10. Как распознать растворы хлорида натрия, хлорида аммония, гидроксида бария, гидроксида натрия, находящиеся в сосудах без этикеток, используя лишь эти растворы?

11. . В восьми пронумерованных пробирках находятся водные растворы соляной кислоты, гидроксида натрия, сульфата натрия, карбоната натрия, хлорида аммония, нитрата свинца, хлорида бария, нитрата серебра. Используя индикаторную бумагу и проводя любые реакции между растворами в пробирках, установить, какое вещество содержится в каждой из них.

12. В двух пробирках имеются растворы гидроксида натрия и сульфата алюминия. Как их различить, по возможности, без использования дополнительных веществ, имея только одну пустую пробирку или даже без нее?

13. В пяти пронумерованных пробирках находятся растворы перманганата калия, сульфида натрия, бромная вода, толуол и бензол. Как, используя только названные реактивы, различить их? Используйте для обнаружения каждого из пяти веществ их характерные признаки (укажите их); дайте план проведения анализа. Напишите схемы необходимых реакций.

14. В шести склянках без наименований находятся глицерин, водный раствор глюкозы, масляный альдегид (бутаналь), гексен-1, водный раствор ацетата натрия и 1,2-дихлорэтан. Имея в качестве дополнительных химических реактивов только безводные гидроксид натрия и сульфат меди, определите, что находится в каждой склянке.

1. Для определения воды и серной кислоты можно использовать различие в физических свойствах: температурах кипения и замерзания, плотности, электропроводности, показателе преломления и т. п. Самое сильное различие будет в электропроводности.

2. Прильем к порошкам в пробирках соляную кислоту. Серебро не прореагирует. При растворении железа будет выделяться газ: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Оксид железа (III) и оксид меди (II) растворяются без выделения газа, образуя желто-коричневый и сине-зеленый растворы: Fe 2 O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 O; CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O.

3. CuO и С - черного цвета, NaCl и ВаВr 2 - белые. Единственным реактивом может быть, например, разбавленная серная кислота H 2 SO 4:

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O (голубой раствор); BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl (белый осадок).
С сажей и NaCl разбавленная серная кислота не взаимодействует.

4 . Небольшое количество каждого из веществ помещаем в воду:

CuSO 4 +5H 2 O = CuSO 4 5H 2 O	(образуется голубой раствор и кристаллы);
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S	(выпадает осадок и выделяется газ с неприятным запахом);
AlCl 3 + 6H 2 O = A1C1 3 6H 2 O + Q AlCl 3 + H 2 O AlOHCl 2 + HCl AlOHC1 2 + H 2 0 = Al (OH) 2 Cl + HCl А1(ОН) 2 С1 + Н 2 О = А1(ОН) 2 + НСl	(протекает бурная реакция, образуются осадки основных солей и гидроксида алюминия);
P 2 O 5 + H 2 O = 2HPO 3 HPO 3 +H 2 O = H 3 PO 4	(бурная реакция с выделением большого количества тепла, образуется прозрачный раствор).

Два вещества - хлорид натрия и хлорид аммония- растворяются, не реагируя с водой; их можно различить, нагревая сухие соли (хлорид аммония возгоняется без остатка): NH 4 Cl NH 3 + HCl; или по окраске пламени растворами этих солей (соединения натрия окрашивают пламя в желтый цвет).

5. Составим таблицу попарных взаимодействий указанных реагентов

Вещества	1. NaOH	2 НСl	3. К 2 СО 3	4. Аl 2 (SO 4) 3	Общий результат наблюдения
1, NaOH		-	-	Al(OH) 3	1 осадок
2. НС1	_		CO 2	__	1 газ
3. К 2 СО 3	-	CO 2		Al(OH) 3 CO 2	1 осадок и 2 газа
4. Al 2 (S0 4) 3	А1(ОН) 3	-	А1(ОН) 3 CO 2		2 осадка и 1 газ
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
К 2 СO 3 + 2HC1 = 2КС1 + Н 2 O + СO 2

3K 2 CO 3 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O = 2 Al(OH) 3 + 3CO 2 + 3K 2 SO 4 ;

Исходя из представленной таблицы по числу выпадения осадка и выделения газа можно определить все вещества.

6. Попарно смешивают все растворы Пара растворов, дающая малиновую окраску, - NaOH и фенолфталеин Малиновый раствор прибавляют в две оставшиеся пробирки. Там, где окраска исчезает, - серная кислота, в другой - сульфат натрия. Остается различить NaOH и фенолфталеин (пробирки 1 и 2).
А. Из пробирки 1 прибавляют каплю раствора к большому количеству раствора 2.
Б. Из пробирки 2 - каплю раствора прибавляют к большому количеству раствора 1. В обоих случаях- малиновое окрашивание.
К растворам А и Б прибавляют по 2 капли раствора серной кислоты. Там, где окраска исчезает, содержалась капля NaOH. (Если окраска исчезает в растворе А, то NaOH - в пробирке 1).

Вещества	Fe	Zn	СаСО 3	К 2 СО 3	Na 2 SO 4	NaCl	NaNO 3
Ва(ОН) 2				осадок	осадок	раствор	раствор
NaOH		возможно выделение водорода		раствор	раствор	раствор	раствор
Осадка нет в случае двух солей у Ва(ОН) 2 и в случае четырех солей У NaOH	темные порошки (раствсворяющийся в щелочах - Zn, нерастворяющийся в щелочах - Fe)		СаСО 3 дает осадок с обеими щелочами	дают по одному осадку, различаются по окрашиванию пламени: К + - фиолетовое, Na+ - желтое		осадков не дают; различаются поведением при нагревании (NaNO 3 плавится, а потом разлагается с выделением О 2 , затем NО 2

8 . Бурно реагируют с водой: Р 2 О 5 и СаО с образованием соответственно H 3 PO 4 и Са(ОН) 2:

Р 2 O 5 + 3Н 2 О = 2Н 3 РO 4 , СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .
Вещества (3) и (4) -Pb(NO 3) 2 и СаСl 2 - растворяются в воде. Растворы могут реагировать друг с другом следующим образом:

Вещества	1. Н 3 РО 4	2. Са(ОН) 2 ,	3. Pb(NO 3) 2	4. CaCl 2
1. Н 3 РО 4		CaHPO 4	PbHPO 4	CaHPO 4
2. Са(ОН) 2	СаНРО 4		Pb(OH) 2	-
3. Pb(NO 3) 2	РbНРО 4	Pb(OH) 2		РbСl 2
4. СаС1 2	CaHPO 4		PbCl 2

Таким образом, раствор 1 (H 3 PO 4) образует осадки со всеми другими растворами при взаимодействии. Раствор 3 - Pb(NO 3) 2 также образует осадки со всеми другими растворами. Вещества: I -Р 2 O 5, II -СаО, III -Pb(NO 3) 2 , IV-СаСl 2 .
В общем случае выпадение большинства осадков будет зависеть от порядка сливания растворов и избытка одного из них (в большом избытке Н 3 РО 4 фосфаты свинца и кальция растворимы).

9. Задача имеет несколько решений, два из которых приведены ниже.
а. Во все пробирки добавляем раствор медного купороса:
2NaOH + CuSO 4 = Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 (голубой осадок);
Na 2 S + CuSO 4 = Na 2 SO 4 + CuS (черный осадок);
NaCl + CuSO 4 (в разбавленном растворе изменений нет);
4NaI+2CuSO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2CuI+I 2 (коричневый осадок);
4NH 3 + CuSO 4 = Cu(NH 3) 4 SO 4 (синий раствор или голубой осадок, растворимый в избытке раствора аммиака).

б. Во все пробирки добавляем раствор нитрата серебра:
2NaOH + 2AgNO 3 = 2NaNO 3 + Н 2 О + Ag 2 O (коричневый осадок);
Na 2 S + 2AgNO 3 = 2NaNO 3 + Ag 2 S (черный осадок);
NaCl + AgNO 3 = NaN0 3 + AgCl (белый осадок);
NaI + AgNO 3 = NaNO 3 + AgI(желтый осадок);
2NH 3 + 2AgNO 3 + H 2 O = 2NH 4 NO 3 + Ag 2 O (коричневый осадок).
Ag 2 O растворяется в избытке раствора аммиака: Ag 2 0 + 4NH 3 + H 2 O = 2OH.

10 . Для распознавания этих веществ следует провести реакции всех растворов друг с другом:

Вещества	1. NaCl	2. NH 4 C1	3. Ba(OH),	4. NaOH	Общий результат наблюдения
1. NaCl		___	_	_	взаимодействия не наблюдается
2. NH 4 Cl	_	X	NH 3	NH 3	в двух случаях выделяется газ
3. Ва(ОН) 2	-	NH 3	X	-
4. NaOH	-	NH 3	-	X	в одном случае выделяется газ

NaOH и Ва(ОН) 2 можно различить по разному окрашиванию пламени (Na+ окрашивают в желтый цвет, а Ва 2 + - в зеленый).

11. Определяем кислотность растворов с помощью индикаторной бумаги:
1) кислая среда -НСl, NH 4 C1, Pb(NO 3) 2 ;
2) нейтральная среда - Na 2 SO 4 , ВаС1 2 , AgNO 3 ;
3) щелочная среда - Na 2 CO 3 , NaOH. Составляем таблицу.

Решение качественных задач
в курсе органической химии

Элективный курс 11 класс

Продолжение. См. № 23/2006, 7/2007.

Раздел 2.
Установление структуры веществ
на основе данных физико-химических методов
и химических свойств (продолжение)

Занятие 6. Расчетные задачи
на установление структуры вещества

Ц е л ь. Научить школьников решать расчетные задачи на установление строения вещества.

Задание 1. Установите строение углеводорода, при сгорании одного объема которого образуется шесть объемов углекислого газа, а при хлорировании на свету – только два монохлорпроизводных.

Решение

Схема задачи:

Собственно подсказок для решения задачи две: это выделение шести объемов СО 2 (значит, в молекуле 6 атомов углерода) и то, что хлорирование идет на свету (значит, это алкан).

Формула углеводорода – С 6 Н 14 .

Устанавливаем структуру. Поскольку у этого углеводорода всего два монохлорпроизводных, значит, его углеродная цепь следующая:

Это – 2,3-диметилбутан. Каркасы хлоруглеводородов следующие:

Задание 2. Для сжигания порции алкана, содержащей 1 10 23 молекул, требуется порция кислорода, содержащая 1,6 10 24 атомов. Установите состав и возможное строение (все изомеры) алкана.

Решение

При разборе решения надо обратить внимание на расстановку коэффициентов в общем виде (через n ), т.к. без этого задачу не решить:

С n H 2n +2 + (1,5n + 0,5)O 2 = n CO 2 + (n + 1)H 2 O.

(алкана) = 1 10 23 /(6,02 10 23) = 0,166 моль,

(O 2) = 1,6 10 24 /(6,02 10 23 2) = 1,33 моль.

Составим пропорцию:

1 моль алкана – 1,5n + 0,5 кислорода,

0,166 моль алкана – 1,33 моль кислорода.

Отсюда n = 5.

Это – пентан C 5 H 12 , для него возможны три изомера:

Задание 3. Смесь алкана и кислорода, объемное соотношение которых соответствует стехиометрическому, после сгорания, конденсации паров и приведения к исходным условиям сократилась по объему вдвое. Установите строение алкана, входившего в состав смеси.

Решение

При разборе решения надо обратить внимание на расстановку коэффициентов в общем виде через n , т.к. без этого задачу не решить:

С n H 2n +2 + (1,5n + 0,5)O 2 = n CO 2 + (n + 1)H 2 O.

До реакции общий объем газов был:

(1 + 1,5n + 0,5) л.

После реакции учитываем только объем СО 2 – n л (вода H 2 O при 20 °С – жидкость).

Составляем уравнение: 1 + 1,5n + 0,5 = 2n .

Отсюда n = 3.

Ответ . Пропан C 3 H 8 .

Задание 4. Смесь алкана и кислорода, объемное соотношение которых соответствует стехиометрическому, после сгорания, конденсации паров воды и приведения к н.у. cократилась по объему в 1,8 раза. Установите формулу алкана, входившего в состав смеси, если известно, что в его молекуле четыре первичных атома углерода.

Ответ . Неопентан (СН 3) 3 ССН 3 .

Задание 5. При пропускании смеси цис- и трансизомеров алкена через избыток раствора перманганата калия масса выпавшего осадка оказалась больше массы исходного алкена. Установите строение алкена.

Решение

Напишем уравнение реакции алкена с раствором перманганата калия:

3С n H 2n + 2KMnO 4 + 4H 2 O = 3С n H 2n (OH) 2 + 2MnO 2 + 2KOH.

Пусть в реакцию вступил 1 моль алкена, тогда выделилось 0,6667 моль оксида марганца(IV).

M r (MnO 2) = 87, m (MnO 2) = 87 0,6667 = 58 г.

Следовательно, учитывая условие задачи, относительная молекулярная масса алкена меньше 58. Этому условию отвечают алкены С 2 Н 4 , С 3 Н 6 , С 4 Н 8 .

По условию задачи алкен имеет цис- и трансизомеры. Тогда точно не подходят этен и пропен. Остается бутен-2: только он имеет цис- и трансизомеры.

Ответ . Бутен-2.

Задание 6. Принитровании одного из гомологов бензола массой 31,8 г было получено только одно мононитропроизводное массой 45,3 г. Установите строение исходного вещества продукта реакции.

Решение

По условию задачи (С 6 Н 5 R) = (С 6 Н 4 RNO 2). Используя формулу = m /M , получим:

31,8/(77 + R) = 45,3/(77 – 1 + 46 + R).

Отсюда R = 29.

Поскольку R = С n H 2n +1 , верно соотношение:

12n + 2n + 1 = 29.

Поэтому n = 2, радикал R – это С 2 Н 5 .

Однако по условию задачи получается только одно нитропроизводное. Следовательно, исходное вещество не может быть этилбензолом, т. к. тогда образовались бы орто- и паранитропроизводные. Значит, гомолог бензола содержит не радикал этил, а два метильных радикала. Расположены они симметрично (пара -ксилол). При таком расположении заместителей получается только одно нитропроизводное.

Уравнение реакции:

Задание 7. При нагревании смеси двух предельных первичных спиртов с разветвленным скелетом в присутствии серной кислоты получена смесь трех органических веществ, относящихся к одному классу соединений. Вещества получены в равных молярных соотношениях общей массой 21,6 г, при этом выделилась вода массой 2,7 г. Установите все возможные формулы исходных соединений и рассчитайте массу исходной смеси.

Решение

Анализируем условие задачи для написания уравнения. В присутствии серной кислоты возможна либо внутримолекулярная, либо межмолекулярная дегидратация или их комбинация. Если дегидратация внутримолекулярная, то получается всего два непредельных углеводорода, если межмолекулярная, то получается смесь трех эфиров. Комбинированный вариант рассматривать не имеет смысла, т.к. по условию получаются вещества одного класса. Уравнение реакции:

Рассчитаем количество вещества воды:

(H 2 O) = m /M = 2,7/18 = 0,15 моль.

Поскольку продукты реакции получены в равных молярных соотношениях, значит, каждого эфира получилось по: 0,15/3 = 0,05 моль.

Составляем уравнение материального баланса:

0,05 (М (R) + (М (R") + 16) + 0,05 (2М (R) + 16) + 0,05 (2М (R") + 16) = 21,6

Отсюда (M (R) + M (R") = 128. Оба радикала R и R" – предельные, поэтому их суммарную молярную массу можно записать так:

M (С n H 2n +1) = 128.

Подставляя значения атомных масс, находим:

12n + 2n + 1 = 128, n = 9.

Молекулы двух спиртов содержат 9 атомов углерода.

По условию задачи спирты первичные и имеют разветвленный углеродный скелет. Значит, один спирт содержит 4 атома углерода, а другой – 5.

Варианты формул:

Масса исходной смеси: 21,6 + 2,7 = 24,3 г.

Раздел 3.
Идентификация органических веществ
(качественные реакции на разные классы соединений)

Занятие 7. Распознавание органических веществ
с помощью качественных реакций

Ц е л и. Научить решать задачи на определение веществ, закрепить знания качественных реакций органических соединений разных классов.

Задание 1. В четырех пробирках находятся следующие вещества: гексан, 2-метилпентен-1,
пентин-2, пентин-1. При помощи каких химических реакций можно различить эти вещества?

Решение

В этой задаче представлены три класса соединений: алканы, алкены и алкины. Для алканов нет особенных качественных реакций, для алкенов – это обесцвечивание бромной воды и раствора перманганата калия. Для алкинов тоже характерно обесцвечивание бромной воды и перманганата калия, но реакция идет медленнее (табл. 1). Предложенные два алкина отличаются положением тройной связи. Алкины, у которых тройная связь с края, реагируют с аммиачным раствором оксида серебра и оксида меди(I).

Таблица 1

№ пробирки	Реагенты			Вывод – вещество в пробирке
	OH	Br 2 (в H 2 O)	KMnO 4 (р-р)
1	–	–	–	Гексан
2	–	Быстрое обесцвечивание	Быстрое обесцвечивание	2-Метилпентен-1
3	–	Медленное обесцвечивание	Медленное обесцвечивание	Пентин-2
4	Осадок	Медленное обесцвечивание	Медленное обесцвечивание	Пентин-1

Сначала проводят реакцию на обнаружение пентина-1:

CH 3 CH 2 CH 2 СCH + OH CH 3 CH 2 CH 2 СCAg + 2NH 3 + H 2 O.

Затем по отсутствию реакции с бромной водой обнаруживают гексан:

CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 + Br 2 (H 2 O) … .

Пентин-2 обесцвечивает бромную воду медленно, а 2-метилпентен-2 – быстро:

Реакцию с перманганатом калия можно не делать.

Задание 2. В трех пробирках без надписей находятся жидкости: н -пропанол, 1-хлорбутан и глицерин. Различите эти вещества.

Решение

В пробирках находятся вещества трех классов: спирт, многоатомный спирт и галогенпроизводное алканов. Глицерин обладает вязкостью, уже поэтому можно предположить, в какой он пробирке. Качественная реакция на многоатомные спирты – взаимодействие с гидроксидом меди(II) до василькового окрашивания. Спирт от галогеналкана можно отличить по реакции с натрием без нагревания. В пробирке со спиртом будет наблюдаться выделение пузырьков газа водорода (табл. 2).

Таблица 2

№ пробирки	Реагент			Вывод – вещество в пробирке
	По внешнему виду	Cu(OH) 2	Na
1	Обладает вязкостью	Васильковое окрашивание	Выделение пузырьков газа	Глицерин
2	–	–	Выделение пузырьков газа	Пропанол
3	–	–	–	1-Хлорбутан

Уравнения реакций:

Задание 3. В трех пробирках налиты следующие жидкости: бензол, стирол, фенилацетилен. Определите, где какое вещество.

Решение

Все вещества содержат ароматическое кольцо:

Уравнения реакций:

Составим таблицу (табл. 3).

Таблица 3

№ пробирки	Реагент		Вывод – вещество в пробирке
	OH	Br 2 (в H 2 O)
1	–	–	С 6 Н 6 , бензол
2	–	Обесцвечивание бромной воды	С 6 Н 5 CH=CH 2 , стирол
3	Выпадение осадка	Обесцвечивание бромной воды	С 6 Н 5 CCH, фенилацетилен

Задание 4. В трех пробирках без подписей находятся следующие вещества: бутанол-1, этиленгликоль, раствор фенола в бензоле. С помощью каких реакций можно различить эти вещества?

Решение

Составим таблицу (табл. 4).

Таблица 4

Уравнения реакций:

З а д а н и я д л я с а м о с т о я т е л ь н о г о р е ш е н и я

Задание 1. В четырех склянках без надписей находятся следующие органические вещества: этанол, ацетальдегид, этиленгликоль и водный раствор фенола. Предложите способ, как различить эти вещества.

Составим таблицу – схему решения (табл. 5).

Таблица 5

№ пробирки	Реагенты			Вывод – вещество в склянке
	Cu(OH) 2	Br 2 (в H 2 O)	OH
1	–	–	–	Этанол
2	–	–	Осадок	Ацетальдегид
3	Васильковое окрашивание	–	–	Этиленгликоль
4	–	Осадок	–	Фенол (в Н 2 О)

Задание 2. В четырех пробирках находятся следующие вещества: муравьиная кислота, пропионовая кислота, метанол, уксусный альдегид. С помощью каких реакций можно различить названные вещества? Составьте уравнения этих реакций.

Составим таблицу – схему решения (табл. 6).

Таблица 6

№ пробирки	Реагенты		Вывод – вещество в пробирке
	Лакмус	OH
1	Красный	Осадок	Муравьиная кислота
2	Красный	–	Пропионовая кислота
3	Фиолетовый	–	Метанол
4	Фиолетовый	Осадок	Уксусный альдегид

Задание 3. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно различить следующие твердые органические вещества: глюкозу, сахарозу, ацетат натрия, крахмал и фенол.

Составим таблицу – схему решения (табл. 7).

Таблица 7

№ пробирки	Реагенты
	Растворимость в холодной воде	Cu(OH) 2		Раствор йода
1	Растворим	Васильковое окрашивание	Изменение цвета на морковный	Опыт не проводим	Глюкоза
2	Растворим	Васильковое окрашивание	Практически без изменений	Опыт не проводим	Сахароза
3	Растворим	Без изменений	Без изменений	Без изменений	Ацетат натрия
4	Нерастворим	Опыт не проводим	Опыт не проводим	Синее окрашивание	Крахмал
5	Малорастворим	Опыт не проводим	Опыт не проводим	Без изменений	Фенол

Реакцию с раствором бромной воды для определения фенола можно не проводить. Неопознанными остались два вещества – это ацетат натрия и фенол. Причем ацетат натрия хорошо растворим в холодной воде, а фенол – плохо. Так их можно различить.

Задание 4. Как различить органические вещества: хлорид фениламмония, ацетат натрия, глюкозу, аминоуксусную кислоту? Напишите уравнения реакций, которые надо осуществить для распознавания веществ.

Составим таблицу – схему решения (табл. 8).

Таблица 8

№ пробирки	Реагенты			Вывод – определяемое вещество
	Cu(OH) 2	Отношение к нагреванию растворов с васильковым окрашиванием	NaOH (тв.) при нагревании
1	Без изменений	Без изменений	Выделение газа, запах аммиака	Хлорид фениламмония
2	Без изменений	Без изменений	Выделение газа метана	Ацетат натрия
3	Васильковое окрашивание	Изменение цвета на морковный	Нет видимых изменений	Глюкоза
4	Темно-синее окрашивание	Без изменений	Нет видимых изменений	Аминоуксусная кислота

Продолжение следует

Тела, вещества, частицы

Любой предмет, любое живое существо можно назвать телом. Камень, кусок сахара, дерево, птица, проволока - это тела. Перечислить все тела невозможно, их существует бесчисленное множество. Солнце, планеты, Луна тоже тела. Их называют небесными телами.

Тела можно разделить на две группы.

Тела, созданные самой природой, называются естественные тела .
Тела, созданные руками человека, называются искусственные тела .

Рассмотри рисунки. Под естественными телами закрась кружочки зелёным цветом, под искусственными - коричневым.

Тела состоят из веществ . Кусок сахара - тело, а сам сахар - вещество. Алюминиевая проволока - тело, алюминий - вещество. Есть тела, которые образованы не одним, а несколькими или многими веществами.

Вещества - это то, из чего состоят тела.

Различают твёрдые, жидкие и газообразные вещества .
Сахар, алюминий - примеры твёрдых веществ. Вода - жидкое вещество. Воздух состоит из нескольких газообразных веществ (газов).

Запиши, из какого вещества сделано тело.

Какое тело имеет определённую форму?
Ответ: Твердые тела имеют постоянную форму.

Заполни таблицу

Алюминий, серебро, тетрадь, древесина, телевизор, чайник, вода, пила, шкаф, крахмал.

Вещества, а значит и тела состоят из частиц.
Каждое вещество состоит из особых частиц, которые по размерам и форме отличаются от частиц других веществ.
Учёные установили, что между частицами есть промежутки. В твёрдых веществах эти промежутки совсем маленькие, в жидких побольше, а в газах еще больше. В любом веществе все частицы движутся.
Частицы можно изобразить с помощью моделей, например шариков.