1) Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева на основе представлений о строении атомов. Значение периодического закона для развития науки. 2) Алканы. Особенности строения, физические и химические свойства. Получение и применение. 3) Задача. Определите концентрацию сульфата меди, если в 16% раствор массой 200 г добавить ещё 16 г CuSO4.

1) Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Периодический закон гласит, что свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер.

Периодическая система химических элементов, основанная на этом законе, представляет собой графическое выражение периодического закона. Она систематизирует все известные элементы, упорядочивая их по возрастанию атомного номера. Каждый элемент занимает определенное место в системе, определяемое его электронным строением. Периоды (горизонтальные ряды) отражают заполнение электронных оболочек, а группы (вертикальные столбцы) — наличие одинакового числа электронов на внешнем энергетическом уровне, что обусловливает сходство химических свойств.

Значение периодического закона для развития науки:

• Предсказание новых элементов: На основе периодической системы Менделеев предсказал существование и свойства ещё не открытых элементов (например, галлия, скандия, германия), что стимулировало их поиск.
• Объяснение свойств: Закон позволил объяснить закономерности изменения свойств элементов и их соединений, строение атомов и химическую связь.
• Основа для дальнейших исследований: Периодический закон стал фундаментом для развития атомной физики, квантовой химии и понимания строения вещества.
• Систематизация знаний: Система упорядочила огромный массив химических знаний, сделав их более доступными и понятными.

2) Алканы

Алканы — это насыщенные углеводороды, содержащие только одинарные ковалентные связи между атомами углерода и водорода. Их общая формула C_nH_2n+2.

Особенности строения:

• Атомы углерода в алканах находятся в состоянии sp³-гибридизации.
• Геометрия молекулы тетраэдрическая вокруг каждого атома углерода.
• Связи C-C и C-H неполярны или слабополярны, что определяет их химическую инертность.

Физические свойства:

• Низшие алканы (метан — бутан) — газы без цвета и запаха.
• Средние алканы (пентан — гексадекан) — жидкости.
• Высшие алканы (начиная с гептадекана) — твердые вещества (воски).
• Алканы нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях.
• Плотность алканов меньше плотности воды, они не тонут в воде.
• Температуры кипения и плавления возрастают с увеличением молекулярной массы.

Химические свойства:

• Реакции замещения: Алканы вступают в реакции замещения водорода под действием света (галогенирование) или при высоких температурах (пиролиз).
• Реакции окисления: Горят в присутствии кислорода с образованием CO₂ и H₂O (полное сгорание) или CO и H₂O (неполное сгорание).
• Реакции разложения (крекинг): При высоких температурах алканы распадаются на более низшие алканы и алкены.

Получение:

• Из природных источников: Нефть и природный газ являются основными источниками алканов.
• Синтез: Восстановление галогеналканов (реакция Вюрца), декарбоксилирование солей карбоновых кислот.

Применение:

• Топливо: Природный газ (метан), сжиженный газ (смесь пропана и бутана), бензин, керосин.
• Растворители: Гексан, гептан.
• Сырье для органического синтеза: Получение алкенов, спиртов, галогеналканов.
• Смазочные материалы: Вазелин, парафин.

3) Задача

Дано:

• Масса раствора = 200 г
• Массовая доля CuSO₄ = 16%
• Масса добавленного CuSO₄ = 16 г

Найти:

• Конечная массовая доля CuSO₄

Решение:

1. Найдем массу CuSO₄ в исходном растворе:

\[ m(\text{CuSO}_4)_{\text{исх}} = m(\text{раствора}) \times w(\text{CuSO}_4)_{\text{исх}} = 200 \text{ г} \times 0.16 = 32 \text{ г} \]

Найдем общую массу CuSO₄ после добавления:

\[ m(\text{CuSO}_4)_{\text{общ}} = m(\text{CuSO}_4)_{\text{исх}} + m(\text{CuSO}_4)_{\text{доп}} = 32 \text{ г} + 16 \text{ г} = 48 \text{ г} \]

Найдем общую массу раствора после добавления:

\[ m(\text{раствора})_{\text{общ}} = m(\text{раствора})_{\text{исх}} + m(\text{CuSO}_4)_{\text{доп}} = 200 \text{ г} + 16 \text{ г} = 216 \text{ г} \]

Рассчитаем конечную массовую долю CuSO₄:

\[ w(\text{CuSO}_4)_{\text{конечная}} = \frac{m(\text{CuSO}_4)_{\text{общ}}}{m(\text{раствора})_{\text{общ}}} \times 100\% = \frac{48 \text{ г}}{216 \text{ г}} \times 100\% \approx 22.22\% \]

Ответ: Конечная концентрация (массовая доля) сульфата меди составляет примерно 22.22%.