В чем заключается различие химической. Основные понятия и законы химии. Задания для самостоятельной работы

3.Живые организмы обитают: а)на суше,б)...,в)... .

4.Из каких клеток состоят живые организмы.

5.У растений,животных и человека различают клетки тела особые половые клетки - гаметы:

♀ - ...,♂ - ... .

нормальную жизнедеятельность.
Приведи примеры, доказывающие что живой организм- фабрика химических превращений

качестве самостоятельной науки экология начала развиваться 5. направление движения естественому отбору диктует 6. Факторы окружающей среды, воздействует на организм 7. Группа экологических факторов, обусловоенная влиянием живых организмов 8. Группа экологических факторов, обусловленна влинием живых огранизмов 9 . Группа экологических факторов,обусловленная влиянием неживой природы 10. Фактор неживой природы, дающий толчок сезонным изменениям в жизни растений и животных. 11. способность живых организмов именть свои биологичекие ритмы в зависимости от длины светогого дня 12. Самый значимый ддля выживания фактор 13. Свет, химический состав воздуха, воды и почвы, атмосферное давление и температура относяться к факторам 14. строительство железных дорог, распашка земель, создание шахт относяться 15. Хищничество или симбиоз относятьс к факторам 16. растения длинногодн обитают 17. растения короткого дня обитания 18.растени тундры относяться 19.РАстения полупустынь,степей и пустынь относяться 20. Характерный показатель популяции. 21. Совокупность всех видов живых организмов, населяющих определенную территорию и взаимодействующих между собой 22. Наиболее богатая видовым разнообразием экосистема нашей планеты 23. экологическая группа живых организмов, создающих органические вещества 24. экологичская группа живых организмов,потребляющиз готовые органические вещества, но не проводящих менерализации 25. экологическая группа живых организмов,потребляющих готовые органические вещесва и спосбствующих полному превращению их в минеральные вещества 26 . полезной энергии на следующий трофический(пищевой) уровень переходит 27 . консументы I порядка 28. консументы IIили III порядка 29. мера чувствительности сообществ живых организмов к изменениям определенных условий 30.способность сообществ (экосистем или биогеоценозов) полдерживать свое постоянство и противостоять извенению условий окружающей среды 31. низкая способность к саморегуляции, видовое разнообразие, использование дополнительных источников энергии и высокая продуктивность характерны для 32. искусственный биоценоз с наибольшей интенсивностью обмена веществ на единицу площади. с вовлечением круговорот новых материалов и выдежением большого количества неутилизируемых отходов характерны для 33. пахотными землями занято 34. города занимают 35. оболочка планеты, заселенная живыми организмами 36. автор учени о биосфере 37. верхняя граница беосферы 38. граница биосферы в глубинах океана. 39 нижняя граница биосферы в литосфере.40 . международная неправительственная организации, созданная в 1971 году, совершабщая наиболее действенные акции в защиту природы.

Т е м а I

АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОЕ УЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

1. Дайте определения понятий «атом», «молекула», «ион», «вещество». В чем заключаются сходство и различие понятий «химический элемент» и «простое вещество»?

а ) После сжигания смеси водорода с кислородом общим объемом 50 см 3 остался кислород объемом 2 см 3 . Рассчитайте объемные и массовые доли компонентов в исходной смеси. Чему равна масса образовавшейся воды?

б ) Назовитеследующие вещества: KBrO, (CdOH) 2 SO 4 , H 2 Cr 2 O 7 , (NH 4) 3 AsO 4 , Mn 2 (HPO 4) 3 .

2. Сформулируйте закон сохранения массы веществ и объясните его суть с позиций атомно-молекулярного учения. Где находит применение этот закон? В чем заключается различие между химическими и физическими свойствами веществ?

а ) Какой объем воздуха (н. у.) необходим для полного сжигания смеси пропана и водорода общим объемом 100 дм 3 (н. у.), если в ней объемная доля простого вещества равна 10 %, а объемная доля кислорода в воздухе составляет 21 %.

б ) Назовитеследующие вещества: Ni(ClO 3) 2 , Ag 4 P 2 O 7 , KFe(SO 4) 2 , (CoOH) 2 CO 3 , Sr(HSO 3) 2 .

3. Сформулируйте закон постоянства состава веществ и укажите условие его применимости. Какие вещества обладают постоянным, а какие - переменным составом?

а ) Рассчитайте объем (н. у.) газовой смеси, в которой массы кислорода, озона и гелия равны, соответственно, 64, 96 и 20 г. Чему равны объемные доли компонентов в этой смеси и общее число молекул в ней?

б ) Назовите следующие вещества: LiClO 4 , Fe(H 2 PO 4) 3 , H 2 CrO 4 , 2 SO 4 , (NH 4) 3 AsO 3 .

4. Что такое парциальное давление газа? Сформулируйте закон парциальных давлений.

а ) В неизвестном соединении массовые доли элементов составляют: серы – 23,7 %; кислорода – 23,7 %; хлора – 52,6 %. Определите молекулярную формулу данного вещества, если относительная плотность его паров по водороду равна 67,5. Сколько молекул содержится в порции этого вещества массой 2,7 г?

б ) Напишите формулы следующих веществ: карбонат гидроксомагния; сульфит цинка; дигидрофосфат калия; хлорат меди(II); ортотеллуровая кислота.

5. Сформулируйте закон объемных отношений Гей-Люссака и объясните его с позиций атомно-молекулярного учения.

а ) В результате полного термического разложения некоторого вещества массой 1,225 г образовался хлорид калия массой 0,745 г и выделился кислород объемом 336 см 3 (н. у.). Найдите формулу исходного вещества. Чему равно химическое количество этого вещества, если его масса составляет 36,75 г?

б ) Напишите формулы следующих веществ: ортомышьяковистая кислота; перхлорат магния; дигидрофосфат бария; сульфат гидроксоалюминия; хромат кальция.

6. Что характеризует химическое количество вещества? Дайте определение понятия «моль» и объясните физический смысл постоянной Авогадро.

а ) Порции магния и алюминия растворили по отдельности в соляной кислоте, в результате чего в обоих случаях выделился газ одного и того же объема. Рассчитайте массу растворенного магния, если масса алюминия составляла 81 г. Чему равен общий объем выделившегося газа при температуре 45 о С и давлении 96,3 кПа?

б ) Напишите формулы следующих веществ: дифосфорная кислота; иодат меди(II); дигидрофосфат железа(III), хлорит гидроксобария; дихромат серебра.

7. Сформулируйте закон Авогадро и следствия из него. Объясните физический смысл относительной плотности газа по водороду и по воздуху.

а ) Неизвестный металл массой 1,28 г растворили в воде, в результате чего выделился газ объемом 380 см 3 , измеренный при температуре 21 °С и давлении 104,5 кПа. Определите металл и рассчитайте массу образовавшегося гидроксида.

б ) Назовите следующие вещества: (NH 4) 2 Cr 2 O 7 , (CaOH) 2 SO 3 , HMnO 4 , Al 2 (HPO 4) 3 , Na 2 SeO 3 .

8. Дайте определения понятий «химический эквивалент» и «молярная масса эквивалента». Как рассчитываются молярные массы эквивалентов кислот, оснований и солей?

а ) Пар неизвестного вещества массой 21 г при температуре 20 °С и давлении 2,5 ·10 4 Па занимает объем, равный 22 дм 3 . Рассчитайте плотность и относительную плотность пара данного вещества по воздуху. Чему равно число молекул в порции этого вещества массой 4,65 г?

б ) Напишите формулы следующих веществ: бромит бария; гидрофосфат индия(III); хлорат дигидроксохрома(III); фосфористая кислота; нитрит магния.

9. Дайте определения понятий «атомная единица массы», «относительная атомная масса», «относительная молекулярная масса», «молярная масса». Запишите математическое выражение объединенного газового закона и объясните его суть.

а ) Определите эквивалент и рассчитайте молярную массу эквивалента Н 3 РО 4 , если эта кислота массой 9,8 г прореагировала с гидроксидом калия массой 5,6 г; массой 11,2 г; массой 16,8 г. Напишите уравнения соответствующих реакций.

б ) Назовите следующие вещества: Tl 2 Cr 2 O 7 , Cd 2 SiO 4 , Fe(HSO 4) 2 , (CuOH) 3 PO 4 , HClO 2 .

0. Запишите уравнение Клапейрона-Менделеева и объясните его суть. Укажите единицы всех величин, входящих в это уравнение.

а ) Из оксида неизвестного металла массой 6,50 г был получен металл массой 4,45 г. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида, определите неизвестный металл.

б ) Напишите формулы следующих веществ: дигидрофосфат марганца (III), хромат серебра, фосфат дигидроксожелеза (III), азотистая кислота; сульфит аммония.

1. Каким образом выражают скорость химической реакции? Можно ли выразить скорость химической реакции через изменение концентрации продуктов реакции вместо изменения концентрации реагентов? Для реакции N 2 O 4(r) ® 2NO 2(r) справедливо соотношение D = - 1 D

Что означает коэффициент 1 и знак «минус» в этом соотношении?

2. В чем состоит различие понятий «средний» и «истинной» скорости химической реакции?

3. Что выражает закон скорости и кинетическое уравнение реакции? Правильно ли утверждение, что константа скорости реакции не зависит от концентраций реагентов, но зависит от температуры? В чем состоит особенность кинетического уравнения гетерогенных реакций?

4. Что означают понятия «частный порядок» и «общий порядок» реакции? Что характеризует молекулярность реакции? Если для какой-либо реакции известно, например, что она имеет второй порядок или что она бимолекулярна, то какая информация следует из этих определений? Почему порядок реакции и ее молекулярность для многих реакций не совпадают?

5. Что выражает понятие «механизм химических реакций»? В чем заключается различие между простыми и сложными реакциями? Каковы особенности параллельных, последовательных и сопряженных реакций? Каковы механизмы неразветвленных и разветвленных цепных реакций?

6. Какова зависимость скорости химических реакций от температуры? В чем заключается правило Вант-Гоффа? Что выражает температурный коэффициент скорости реакций и в каких пределах могут изменяться его значения?

7. Что означает понятие «энергия активации»? каким образом в рамках теории активированного комплекса объясняют величину энергии активации? Что представляет собой разность энергий активации прямой и обратной реакций?

8. Как можно объяснить сильную зависимость скорости реакций от температуры? Как можно представить взаимосвязь между энергией частиц при соударении при разных температурах и энергией активации?

9. Как можно экспериментально определить значение энергии активации реакции? Как используют уравнение Аррениуса для обработки экспериментальных данных и вычисления величины Е а?

10. Покажите на примере гомогенного катализа, каким путем достигается понижение энергии активации Е а каталитической реакции. Каковы особенности механизма гетерогенного катализа? Каким образом характер взаимодействия молекул реагентов с активными центрами катализатора определяет эффективность гетерогенного катализа? В чем заключается роль промоторов? Какое различие между катализаторами и ингибиторами проявляется в отношении их влияния на скорость химических реакций?

11. Какое состояние называется химическим равновесием? Происходит ли в состоянии химического равновесия соударение и взаимодействие частиц исходных веществ и продуктов реакции? Что происходит с концентрациями исходных веществ и продуктов реакции, когда наступает состояние химического равновесия?

12. Как составляют математическое выражение константы химического равновесия? Какие особенности гетерогенных систем нужно учитывать при составлении выражения константы химического равновесия?

13. Сформулируйте правило Ле Шателье. Примените данное правило для объяснения направления сдвига химического равновесия конкретных химических реакций, раздельно покажите влияние на равновесие таких факторов, как концентрация исходных веществ или продуктов, давление в случае газообразных участников реакции, температура. Какова роль катализаторов при достижении системами состояния химического равновесия?

14. Каков характер взаимодействия при твердофазных реакциях? Какие стадии различают при прохождении твердофазных реакций? Чем отличается уравнение скорости твердофазной реакции от соответствующего уравнения гомогенной или гетерогенной реакции?

Словосочетание «земной шар» входит в нашу жизнь уже с детского сада. И на самом деле наша планета - шар, только немного сплюснутый вблизи полюсов, что является результатом её вращения вокруг своей оси. У литовского поэта Э. Межелайтиса есть образные строчки: «А в минуту печали Земля подарила мне шар головы, так на Землю и Солнце похожий».

Химическая организация неживой природы . И Солнце, и Земля, и другие небесные тела, а также человек и весь окружающий его живой и неживой мир построены из одних и тех же химических элементов, представленных в таблице Д. И. Менделеева.

Рис. 5.
Солнце наполовину состоит из водорода

Так, звезда по имени Солнце более чем наполовину состоит из водорода (рис. 5), а гигантская планета Солнечной системы Юпитер (рис. 6) почти полностью построена из этого химического элемента. Из-за низких температур и гигантских давлений водород на этой планете находится в твёрдом состоянии. Вообще во Вселенной господствуют два химических элемента: водород и гелий. Считается, что на водород приходится около 75% , а на гелий около 23% .

Рис. 6.
Юпитер

Земной шар имеет сложное строение. В центре планеты располагается твёрдое внутреннее ядро радиусом около 1200 км, которое состоит из железа и никеля, находящихся под высоким давлением. Поэтому, несмотря на высокую температуру, эта часть ядра твёрдая. Его окружает расплавленное внешнее ядро радиусом около 2300 км. О строении внешнего ядра известно немного. Оно, как и внутреннее ядро, состоит из расплавленных железа и никеля и, возможно, из некоторых других элементов. Температура веществ в ядре достигает 5000-6500 °С.

Ядро покрывает мантия (от греч. мантион - покрывало, плащ) толщиной около 2800 км. Мантия состоит из минералов, построенных в основном кремнием, магнием и железом. Она имеет температуру около 2000-2500 °С. Вещества мантии находятся под высоким давлением, в ней на разных глубинах образуется магма (от греч. магма - густая мазь) - расплавленная вязко-жидкая масса, выходящая на поверхность при извержении вулкана в виде лавы. Вещества магмы представлены уже большим числом химических элементов: кислородом, кремнием, алюминием, железом, магнием, кальцием, натрием, калием. При извержениях выделяются летучие вещества: вода, сероводород, оксиды углерода и серы и др.

За мантией следует земная кора - литосфера. Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов (рис. 7). Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 1/4 - на кремний. Всего 18 элементов - О, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg, Н, Ti, С, Cl, Р, S, N, Mn, F, Ва - составляют 99,8% массы земной коры.

Химические элементы в клетках живых организмов . В составе веществ, образующих клетки всех живых организмов (человека, животных, растений), обнаружено более 70 элементов. Эти элементы принято делить на две группы: макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы содержатся в клетках в больших количествах. В первую очередь это углерод, кислород, азот и водород. Суммарное их содержание в клетке составляет 98%. Кроме названных элементов к макроэлементам относят также магний, калий, кальций, натрий, фосфор, серу и хлор. Суммарное их содержание 1,9%. Таким образом, на долю остальных химических элементов приходится около 0,1%. Это микроэлементы. К ним относят железо, цинк, марганец, бор, медь, иод, кобальт, бром, фтор, алюминий и др.

В молоке млекопитающих обнаружено 23 микроэлемента: литий, рубидий, медь, серебро, барий, стронций, титан, мышьяк, ванадий, хром, молибден, иод, фтор, марганец, железо, кобальт, никель и др.

В состав крови млекопитающих входит 24 микроэлемента, а в состав головного мозга человека - 18 микроэлементов.

Элементный состав человеческого тела представлен на рисунке 8.

Рис. 8.
Химические элементы в организме человека

Как можно заметить, в клетке нет каких-либо особенных элементов, характерных только для живой природы, т. е. на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. Эти различия обнаруживаются лишь на уровне сложных веществ - на молекулярном уровне. Так, наряду с неорганическими веществами (водой и минеральными солями) клетки живых организмов содержат вещества, характерные только для них, - органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны и др.). Эти вещества построены в основном из углерода, водорода, кислорода и азота, т. е. из макроэлементов. Микроэлементы содержатся в этих веществах в незначительных количествах, тем не менее их роль в нормальной жизнедеятельности организмов огромна. Например, соединения бора, марганца, цинка, кобальта резко увеличивают урожайность отдельных сельскохозяйственных растений и повышают их сопротивляемость к различным болезням.

Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности микроэлементы с пищей. Если в пище не хватает марганца, то возможна задержка роста, замедление наступления половой зрелости, нарушение минерального обмена при формировании скелета. Добавка долей миллиграмма солей марганца к суточному рациону животных устраняет эти заболевания.

Кобальт входит в состав витамина В12, необходимого для нормальной работы кроветворных органов. Недостаток кобальта в пище вызывает серьёзное заболевание, приводящее к истощению и даже гибели организма.

Значение микроэлементов для человека впервые было выявлено при изучении эндемического зоба - заболевания щитовидной железы, которое вызывается недостатком иода в воде и пище. Добавка иода к пище в малых количествах предупреждает это заболевание. С профилактической целью проводят иодирование пищевой поваренной соли, в которую добавляют 0,001-0,01% иодида калия (рис. 9).

Рис. 9.
Иодированная соль

В состав большинства биологических катализаторов - ферментов входят цинк, молибден и некоторые другие металлы. Эти элементы, содержащиеся в клетках живых организмов в очень малых количествах, обеспечивают нормальную работу тончайших биохимических механизмов, являются активными участниками процессов жизнедеятельности.

Многие витамины содержат микроэлементы. Витамины - это органические вещества различной химической природы, поступающие в организм с пищей в малых дозах и оказывающие большое влияние на обмен веществ и общую жизнедеятельность организма. В отличие от ферментов, витамины не образуются в клетках организма человека. Большинство из них поступают с пищей (рис. 10), а некоторые синтезируются микрофлорой кишечника. Источниками многих витаминов служат растения: цитрусовые, шиповник, петрушка, лук, чеснок и многие другие. Некоторые витамины поступают в организм человека с животной пищей. Витамины А, B 1 , В 2 , К получают синтетическим путем. Своё название витамины получили от двух слов: вита - «жизнь» и амин - «содержащий азот».

Рис. 10.
Витамины в продуктах питания

Микроэлементы входят также в состав некоторых гормонов (от греч. хармао - побеждаю) - биологически активных веществ, регулирующих работу органов и систем органов человека и животных. Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции и поступают в кровь, которая разносит их по всему организму.

Новые слова и понятия

1. Строение Земли.
2. Химический состав ядра, мантии и земной коры.
3. Макроэлементы и микроэлементы.
4. Роль микроэлементов в жизнедеятельности растений, животных и человека.
5. Органические вещества: белки, жиры, углеводы.
6. Ферменты.
7. Витамины.
8. Гормоны.

Задания для самостоятельной работы

1. На каком уровне форм существования химического элемента начинается различие между живой и неживой природой?
2. Назовите вещества, которых нет в неживой природе.
3. Почему отдельные макроэлементы называют также биогенными? Перечислите их.
4. Почему одно из заболеваний щитовидной железы называют эндемическим зобом? Что такое эндемики? Назовите некоторые эндемики-растения и эндемиков-животных.
5. Чем различаются витамины и ферменты? Что общего между ними?
6. Вспомните из курса анатомии некоторые гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции, и укажите их биологическое значение.

Как справедливо отмечает Б. Небел (1993), на протяжении многих лет химики, биологи и многие другие естествоиспытатели потратили значительные усилия на то, чтобы отыскать некую «жизненную» силу, которая обусловливает функционирование живых организмов. Но никакой особой субстанции, никаких особых приметтого, что она существует, обнаружить не удалось. В конце концов, было установлено, что живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и окружающий нас воздух, вода, горные породы и почва. Но была обнаружена одна главная химическая особенность, отличающая «живое» от «неживого» - это сложность слагающих их молекул. Соединения «неживой» природы принципиально просты, хотя некоторые из них состоят из нескольких (до десятков) отдельных атомов. Вода, воздух и минералы горных пород непрерывно взаимодействуют друг с другом, в связи с чем происходят химические реакции, но при этом особого усложнения молекул не происходит.

Другое дело, когда речь идет о «живой» природе. Химическая структура в данном случае основана на сложных молекулах - углеводах, белках, липидах, нуклеиновых кислотах. Эти соединения представляют собой молекулы в составе тканей живых существ, образованные в основном атомами углерода (и связанными с ними атомами водорода) и соединенные друге другом в «цепочки». В их построении может принимать участие и ряд других главных биогенов и микроэлементов, но общим для всех этих молекул являются углерод-углерод-иые и углерод-водородные связи. Сложность таких соединений колоссальна (некоторые состоят из нескольких миллионов атомов), а потенциальные возможности создания различных комбинаций соединений являются бесконечными. Таким образом обеспечивается абсолютное разнообразие живых организмов.

Все молекулы, которые основаны на структурах из разнообразных углеродных «цепочек», носят название органических, и вслед за этим все соединения, в основе которых лежат углеродные и углерод-водо-родные связи, также называют органическими.

С химической точки зрения созданные человеком пластмассы и другие близкие к ним материалы можно отнести к органическим, но ничего общего с живыми системами они не имеют. В связи с этим следует выделять природные органические и синтетические органические соединения. Особенностью синтетической органики является то, что в подавляющем большинстве ее представители в природных редукционных процессах не разлагаются до простых соединений и при сжигании выделяют не только диоксид углерода, воду и соединения главных биогенов, но и другие химические образования, многие из которых (например, диоксины) токсичны. В любом случае в воздухе, воде и горных породах сколько бы значимых следов органики ни обнаружено, если только она не оказалась там при деятельности человека.

Затем при сравнении «живого» и «неживого» показано, что хотя они могут состоять из одинаковых элементов, в том числе и из главных биогенов (1М, С, Н, О, Р, Б), но характер организации атомов в молекулах существенно различен. Как было установлено и будет показано и в дальнейшем изложении: при синтезе, росте, разложении и горении речь идет не об изменении атомов, не об образовании их, а только о перегруппировке атомов. Это свойственно всем химическим реакциям с органическими природными соединениями.

Универсальный характер установленного факта позволяет сделать вывод, что для взаимодействий в органических системах полностью выполняется один из главных физических законов, а именно закон сохранения массы. В данном случае его следует сформулировать следующим образом: атомы в химических реакциях с органическими природными соединениями никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с об-

разованием различных молекул и соединений. В то же время в физике установлено, что при высокоэнергетических ядерных реакциях возможно изменение атомов (превращение атомов одних элементов в другие), но для «живых» систем это не выявлено и, как полагают практически все биологи, является абсолютно нехарактерным, тем более в живых организмах отсутствуют какие-либо радиоактивные химические элементы или радиоактивные изотопы, если они не попали в организмы случайным образом. Можно заключить, что живые организмы ни при каких условиях не могут представлять собой «ядер-ные реакторы».