Паспорт химического элемента как один из видов контрольной работы по химии
Authors: Григор’єва Алла Олександрівна 
Published: March 2022

В последние годы в университет пришло много студентов на ускоренную форму обучения. Они начинают обучаться с 3-го курса, но по некоторым дисциплинам, в том числе и по химии, из-за несовпадения числа часов на изучение дисциплин, разнобоя в программах, у многих студентов-ускоренников образовались несколько задолженностей по предметам, изучаемым на младших курсах университета. Ликвидировать долги студент обязан на протяжении одного года. Понятно, что таким студентам приходится тяжело. Они должны осваивать программу 3-го курса и параллельно досдавать ряд предметов за младшие курсы. Поэтому многие студенты идут по пути наименьшего сопротивления. Они не выполняют сами контрольные задания, а «заказывают» их выполнение у знакомых людей. На экзамене или зачете они, в большинстве своем, плохо защищают свои работы и показывают низкий уровень знаний всей программы.Чтобы облегчить выполнение контрольного задания, в последние 2 года мы даем студентам инженерных специальностей не 12 задач по темам курса химии, а озадачиваем их составлением химического паспорта элемента описания свойств элемента согласно плану:Общепринятое название элемента. Другие названия. Положение в периодической системе Д. И. Менделеева. Порядковый номер, молекулярная масса. Номер периода, группы иподгруппы.Полная электронная формула нейтрального атома.Подуровни, содержащие валентныеэлектроны.Графическое распределение электронов в валентныхподуровнях.Низшая (самая меньшая) степень окисления.Высшая степень окисления элемента.Промежуточные степени окисления.Формулы оксидов по каждой степени окисления.Формулы иназвания гидратоввышеперечисленных оксидов.Нахождение элемента вприроде (%-ноесодержание), важнейшие минералы (1-2) (названия иформулы). Методы получения элемента всвободном виде (указать название метода иуравнение реакции получения элемента)Физические свойства элемента: Агрегатное состояние.Температура плавления (ºС иК)Температура кипения (ºСиК)Растворимость вводе (г/100 г)Плотность г/см3или кг/м3.Другие физические свойства (твердость, модуль упругости, электропроводности).Стандартный электродный окислительно-восстановитель­ный потенциал.Химические свойства элемента (везде писать уравнение реакции и указать название продуктов).Реакция скислородом.Реакция снеметаллами(S, Сl2, Вг2, I2, N2, Ридр.) Реакция сводой.Реакции сразбавленными кислотами (НС1,Н2SO4,Н3РO4).Реакция сразбавленной HNO3.Реакции сконцентрированными кислотами Н2SO4иНNО3.Реакция со щелочью (NaOHили KOH).Реакция ссолью. Применение элемента втехнике инародном хозяйстве. Важнейшие соединения данного элемента (формула, название, области применения). Особо выделить значение для отраслей Вашей специальности. Другие сведения (какие Вы считаете нужными иинтересными)Литература.В методических указаниях к выполнению этой работы мы приводим образец выполнения задания.Образец выполнения первой части заданияХарактеристика Zr (циркония)Цирконий (Zirconium). Других названий нет. Положение впериодической системе Д. И. Менделеева. Впериодической системе элементов находится под №40(40 протонов вядре его атома и40 электронов вокруг ядра). Молекулярная масса атома 91,22. Zr находится в5периоде, IV группе, побочной (IV В) подгруппе. Полная электронная формула атома: 40Zr -2,8,18,10,2 ls22s22р63s23р63d104s24р64d25s2Валентныеэлектроны находятся вподуровнях 4d25s2Графическое распределение их:   ↑↑   4d 5s  Низшая степень окисления +2 (уходят электроны с5s-подуровня).Высшая степень окисления +4 (уходят еще два электрона с4d-подуровня; высшая степень окисления равна №группы элемента впериодической системе). Промежуточная степень окисления +3. Формулы оксидов: ZrO, Zr2O3иZrO2.Формулы иназвания их гидратовZr(ОН)2–цирконий (II) гидроксид,Zr(ОН)3–цирконий (Ш) гидроксид,H2ZrO3–циркониевая(цирконатная)кислота. В земной коре циркония0,025 масс. %, важнейшие минералы: ZrSiO4–циркониZrO2–бадделеит.Получают цирконий сложными путями: Спекание цирконасК2[S1F6],отделение K2[ZrF6]и восстановление до Zr: а) ZrSiO4 + K2[SiF6]=K2[ZrF6] + 2SiO2;б) K2[SiF6] + 2Zn=Zr + 2KF + 2ZnF2.Метод хлорирования: ZrSiO4 + 2Cl2 + C=ZrCl4 + SiO2 + CO2,ZrCl4 + 2Mg=Zr + 2MgCl2.Чистый цирконий получают разложением ZrI4при 1200 ºС: ZrI4 → Zr + 2I2Физические свойства элемента: Твердое вещество, блестящий металл серебристо-белого цвета.Температура плавления равна 1855 ºC или 2128 КТемпература кипения равна 4340 ºС или 4613 КВводе не растворим. Плотность р=6,45г/см3.Пластичен. Пропускает тепловые нейтроны, относительная электрическая проводимость равна 2(Hg=l)малоэлектропроводен.Стандартный электродный потенциал Е0Zr = 1,53В.Химические свойства циркония.Он относится ккоррозинноустойчивымметаллам. На воздухе покрыт защитной оксиднойпленкой, при высокой температуре окисляется:Zr+O2 = ZrО2.Реагирует сгалогенамиF2, Сl2,Вr2:Zr+2F2= ZrF4; Zr+2Cl2=ZrCl4Не реагирует сводой. Не растворяется вразбавленных HCl,H2SO4,Н3РO4.Не растворяется вразбавленной HNO3.Растворяется вплавиковойкислоте: Zr+6HF=H2ZrF6 +2H2.Растворяется вконцентрированной H2SO4:Zr+4H2SO4(k) = Zr(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O.Пассивируетсяконцентрированной азотной кислотой НNО3 при нагревании:Zr+4НNО3(конц.) =ZrO2↓ +4NO2 + 2H2O Zr0 – 4 ē → Zr4+(окисление), Zr —восстановительN5+ +1 ē → N5+(восстановление), НNО3—окислитель. Растворяется вцарской водке: 3Zr+4HNO3 + 18HCl = 3H2[ZrCl6]+4NO+8H2OНе растворяется вщелочах. Ссолями не реагирует. Металлический цирконий иего сплавы-циркалоныиспользуются как: - конструкционные материалы для атомных реакторов;- легирующийкомпонент броневых, нержавеющих ижаропрочныхсталей; - для повышения прочности сплавов меди, магния иалюминия Важнейшие соединения циркония. ZrO2–цирконий (n) оксид.Тугоплавкоесоединение, применяется для изготовления тугоплавкихстекол, эмалей, глазурей, жароупорнойхимической посуды, огнеупорных тиглей. ZrN1–x, где х=0–0.42–цирконий нитрид–один изсамых устойчивых итвердых нитридов.ZrC–цирконий карбид, тугоплавкое(Тпл.=3630 ºС)иочень твердое вещество, применяется вкачестве шлифовального материала, атакже вместо алмаза при резке стекла. Добавка циркониякмеди значительно повышает ее прочность, не снижая при этом электропроводности.Соединения циркониявсегда содержат трудноотделяемые соединения гафния(=2% Hf). Zr, как иTi, способен поглощать водород, кислород иазот, ипоэтому спользуется как присадка для удаления из сплавов растворенных газов, что делает литье однородным, т.е. не содержащим пустот. Мировое производство циркония500 тыс. тонн вгод. Литература (дать перечень использованной литературы).Студент, получив свой химический элемент, может самостоятельно, без посторонней помощи выполнить контрольное задание. Некоторые студенты приходят на кафедру и, получив необходимую справочную литературу, выполняют контрольную работу в течение одного рабочего дня.Считаем, что такой метод ликвидации задолженности по химии студентами ускоренной формы обучения эффективен.