1. Главная
  2. Химия 11 класс

Химия 11 класс: строение атома, связь, реакции — уроки и опыты

Химия 11 класс — общая химия: курс собирает неорганику и органику в единую систему теорий. Изучают строение атома и периодический закон, химическую связь и кристаллические решётки, закономерности реакций — скорость, равновесие, тепловой эффект, — растворы, ОВР и электролиз, гидролиз солей, обзор металлов и неметаллов. На базовом уровне это обобщение школьного курса, на углублённом — основа для ЕГЭ. Ниже — темы 11 класса кратко, таблица качественных реакций и опыты онлайн.

Строение атома и периодический закон

В 11 классе строение атома описывают через энергетические уровни, подуровни и орбитали. На s-подуровне одна орбиталь (до 2 электронов), на p — три (до 6), на d — пять (до 10). Подуровни заполняются в порядке возрастания энергии: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p. Поэтому у калия девятнадцатый электрон попадает на 4s, а не на 3d.

Пример электронной конфигурации атома: железо — 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s². У хрома и меди происходит «провал» электрона: 3d⁵4s¹ и 3d¹⁰4s¹, потому что наполовину и полностью заполненный d-подуровень устойчивее.

Периодический закон в современной формулировке: свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома. В периоде слева направо радиус атома уменьшается, электроотрицательность и неметаллические свойства растут; в главной подгруппе сверху вниз радиус растёт, металлические свойства усиливаются. Схемы и таблицы — строение атома, электронная конфигурация атома, таблица Менделеева.

№ЭлементЭлектронная формулаПо уровням
1H — Водород1s¹1
2He — Гелий1s²2
3Li — Литий1s² 2s¹2, 1
4Be — Бериллий1s² 2s²2, 2
5B — Бор1s² 2s² 2p¹2, 3
6C — Углерод1s² 2s² 2p²2, 4
7N — Азот1s² 2s² 2p³2, 5
8O — Кислород1s² 2s² 2p⁴2, 6
9F — Фтор1s² 2s² 2p⁵2, 7
10Ne — Неон1s² 2s² 2p⁶2, 8
11Na — Натрий1s² 2s² 2p⁶ 3s¹2, 8, 1
12Mg — Магний1s² 2s² 2p⁶ 3s²2, 8, 2
13Al — Алюминий1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹2, 8, 3
14Si — Кремний1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²2, 8, 4
15P — Фосфор1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³2, 8, 5
16S — Сера1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴2, 8, 6
17Cl — Хлор1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵2, 8, 7
18Ar — Аргон1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶2, 8, 8
19K — Калий1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹2, 8, 8, 1
20Ca — Кальций1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²2, 8, 8, 2
21Sc — Скандий1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s²2, 8, 9, 2
22Ti — Титан1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s²2, 8, 10, 2
23V — Ванадий1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s²2, 8, 11, 2
24Cr — Хром1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹2, 8, 13, 1
25Mn — Марганец1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s²2, 8, 13, 2
26Fe — Железо1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²2, 8, 14, 2
27Co — Кобальт1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁷ 4s²2, 8, 15, 2
28Ni — Никель1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸ 4s²2, 8, 16, 2
29Cu — Медь1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹2, 8, 18, 1
30Zn — Цинк1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s²2, 8, 18, 2
31Ga — Галлий1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p¹2, 8, 18, 3
32Ge — Германий1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p²2, 8, 18, 4
33As — Мышьяк1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³2, 8, 18, 5
34Se — Селен1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴2, 8, 18, 6
35Br — Бром1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵2, 8, 18, 7
36Kr — Криптон1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶2, 8, 18, 8

У хрома и меди — «провал» электрона: 3d⁵4s¹ и 3d¹⁰4s¹ выгоднее, чем 3d⁴4s² и 3d⁹4s². Конфигурации остальных элементов — на их страницах.

Химическая связь и строение вещества, кристаллические решётки

Ковалентная связь образуется по обменному механизму, когда каждый атом даёт по электрону, или по донорно-акцепторному: в ионе аммония NH₄⁺ азот предоставляет неподелённую пару, а ион H⁺ — свободную орбиталь. Водородная связь — притяжение атома водорода к сильно электроотрицательному атому (F, O, N) соседней молекулы; из-за неё у воды аномально высокая температура кипения.

Тип кристаллической решётки определяет физические свойства вещества:

РешёткаЧастицы в узлахСвойстваПримеры
ионнаяионытвёрдые, тугоплавкие, расплавы и растворы проводят токNaCl, CaO, KOH
молекулярнаямолекулылегкоплавкие, летучие, небольшая твёрдостьI₂, CO₂ (сухой лёд), H₂O (лёд)
атомнаяатомыочень твёрдые, очень тугоплавкие, нерастворимы в водеалмаз, Si, SiO₂
металлическаяатомы и ионы металла, общие электроныблеск, пластичность, тепло- и электропроводностьCu, Fe, Al

Как определять вид связи по составу вещества — на странице химическая связь.

Химические реакции: скорость, равновесие, тепловой эффект

В 11 классе скорость гомогенной реакции выражают количественно: v = Δc / Δt. Закон действующих масс: для простой (одностадийной) реакции aA + bB скорость пропорциональна произведению концентраций в степенях коэффициентов, v = k·c(A)a·c(B)b; концентрации твёрдых веществ в выражение не входят. Правило Вант-Гоффа в виде формулы: v₂ = v₁·γ(t₂ − t₁)/10, где γ = 2–4. При нагревании на 30 °C и γ = 2 скорость вырастет в 2³ = 8 раз.

Принцип Ле Шателье: если на систему в равновесии оказать внешнее воздействие, равновесие сместится в сторону, которая это воздействие ослабляет. Для реакции 2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃ — экзотермической, со слева 3 моль газов и справа 2 — повышение давления смещает равновесие вправо, повышение температуры — влево, отвод SO₃ — вправо.

Тепловой эффект записывают в термохимических уравнениях: при сгорании 1 моль углерода по уравнению C + O₂ → CO₂ выделяется около 394 кДж. Подробнее — скорость химической реакции, химическое равновесие, тепловой эффект; влияние катализатора видно в опыте получение кислорода.

ОВР и электролиз

В 11 классе ОВР рассматривают с учётом среды. Классический пример — перманганат калия: в кислой среде он восстанавливается до почти бесцветных ионов Mn²⁺, в нейтральной — до бурого осадка MnO₂, в щелочной — до зелёного манганат-иона MnO₄²⁻. Реакция в кислой среде: 2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O.

Электролиз — окислительно-восстановительный процесс на электродах при пропускании постоянного тока через раствор или расплав электролита. На катоде (−) идёт восстановление, на аноде (+) — окисление. Правила для водных растворов с инертным анодом:

  • катод: катионы металлов, стоящих в ряду активности после водорода, восстанавливаются до металла; катионы активных металлов, до алюминия включительно, не восстанавливаются — вместо них из воды выделяется водород; у металлов средней активности выделяются и металл, и водород;
  • анод: анионы бескислородных кислот (кроме F⁻) окисляются — выделяются Cl₂, Br₂, I₂; кислородсодержащие анионы и F⁻ не окисляются — из воды выделяется кислород.

Пример: электролиз раствора поваренной соли — 2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑, её расплава — 2NaCl → 2Na + Cl₂↑. Алюминий получают электролизом оксида в расплаве криолита: 2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂↑. Электролиза в виртуальной лаборатории нет — схемы и уравнения разобраны на странице электролиз растворов и расплавов.

Гидролиз солей

В 11 классе гидролиз разбирают по типам и ступеням. Соль слабого основания и сильной кислоты гидролизуется по катиону: Fe³⁺ + H₂O ⇄ FeOH²⁺ + H⁺ — раствор FeCl₃ кислый. Соль сильного основания и слабой кислоты — по аниону: CH₃COO⁻ + H₂O ⇄ CH₃COOH + OH⁻ — раствор CH₃COONa щелочной. Многозарядные ионы гидролизуются ступенчато, и при обычных условиях идёт в основном первая ступень.

Если соль образована слабым основанием и слабой летучей кислотой, гидролиз идёт необратимо: Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑. Поэтому в таблице растворимости у сульфида алюминия стоит прочерк — в водном растворе такая соль не существует. По той же причине при сливании растворов хлорида алюминия и карбоната натрия выпадает гидроксид, а не карбонат алюминия: 2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑ + 6NaCl.

Среду растворов солей можно проверить индикаторами в свободном режиме лаборатории. Таблица типов гидролиза — гидролиз солей.

Металлы и неметаллы: обзор свойств

Металлы — восстановители, их активность показывает ряд напряжений. Особые случаи, которые нужно знать:

Неметаллы проявляют двойственность: с металлами и водородом они обычно окислители, а с более электроотрицательными неметаллами — кислородом, фтором — восстановители; фтор бывает только окислителем. Окислительная активность галогенов падает от фтора к иоду: Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂. Подробные таблицы — химические свойства металлов и ряд активности металлов; основу можно повторить в уроках темы «Металлы» на странице химия 9 класс.

Качественные реакции и эксперимент в ЕГЭ

Качественная реакция даёт заметный признак — осадок определённого цвета, газ или окраску — и позволяет обнаружить ион в смеси. Главные качественные реакции неорганической химии:

ИонРеактивПризнак
Cl⁻, Br⁻, I⁻AgNO₃осадки: AgCl белый, AgBr светло-жёлтый, AgI жёлтый
SO₄²⁻Ba²⁺белый осадок BaSO₄, нерастворимый в кислотах
CO₃²⁻сильная кислотагаз без запаха, известковая вода мутнеет
Fe³⁺KSCN; щёлочькроваво-красный раствор; бурый осадок Fe(OH)₃
Fe²⁺K₃[Fe(CN)₆]; щёлочьсиний осадок; серо-зелёный осадок Fe(OH)₂
Cu²⁺щёлочьголубой осадок Cu(OH)₂
Al³⁺, Zn²⁺щёлочьбелый осадок, растворяется в избытке щёлочи
NH₄⁺щёлочь, нагреваниезапах аммиака, влажная лакмусовая бумажка синеет

Есть ли опыт в ЕГЭ по химии? В действующей модели реального эксперимента на ЕГЭ нет — опыт проводят мысленно: описывают признаки, выбирают реактивы для распознавания, составляют уравнения. Сверяйтесь с демоверсией ФИПИ текущего года. Каждый признак полезно хотя бы раз увидеть: в лаборатории есть опыты на иодид-ион (AgI), ионы железа(III) (роданид), меди(II) (Cu(OH)₂), алюминия (амфотерный гидроксид) и окраску пламени (катионы металлов). Остальные реакции — на странице качественные реакции.

Уроки химии 11 класса онлайн: 11 уроков

Курс «Общая химия»: строение вещества, скорость и равновесие, растворы, ОВР и электролиз. Каждый урок — короткая теория, опыт в виртуальной лаборатории или практика и три вопроса для самопроверки.

  1. Строение атома — ядро, уровни, подуровни.
  2. Периодический закон — периоды, группы, свойства.
  3. Химическая связь и решётки — виды связи, решётки.
  4. Классификация реакций — типы реакций.
  5. Скорость реакции — от чего она зависит, опыт: металлы и кислота.
  6. Химическое равновесие — обратимые реакции.
  7. Электролиты и ионный обмен — электролиты и ионы, опыт: хлорид-ион.
  8. Гидролиз солей — среда растворов солей, опыт: среда раствора соды.
  9. Окислительно-восстановительные реакции — окислитель и восстановитель, опыт: перманганат калия.
  10. Комплексные соединения — комплекс и лиганды, опыт: аммиакат меди.
  11. Электролиз — катод и анод.

Практические и лабораторные работы 11 класса онлайн

Практические работы 11 класса обобщающие: получение, собирание и распознавание газов, экспериментальные задачи на идентификацию веществ. В лаборатории онлайн:

  • газы: водород — сбор над водой и хлопок (опыт), кислород — тлеющая лучина вспыхивает (опыт), углекислый газ — горящая лучина гаснет (опыт), аммиак — резкий запах при нагревании хлорида аммония со щёлочью в свободном режиме;
  • распознавание веществ: возьмите растворы хлорида, иодида, сульфата и карбоната натрия или калия и определите каждый по осадку или газу с нитратом серебра, хлоридом бария и кислотой (свободный режим);
  • среда растворов солей: фенолфталеин в растворе соды, универсальный индикатор в растворе хлорида железа(III).

Описание каждой работы с выводом — в разделе лабораторные работы по химии.

Подготовка к ЕГЭ по химии

ЕГЭ по химии охватывает весь школьный курс: теорию 11 класса, неорганику 8–9 классов и органику 10 класса — если она забыта, начните с 10 класса. Теория по блокам, ОВР и электролиз в заданиях, тривиальные названия и таблицы — на странице ЕГЭ по химии.

Химия по классам

Повторить основу можно по классам — от вводного курса до органики:

Проведите опыт онлайн

Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.

Иодид-ион и нитрат серебра

Нитрат серебра с иодидом калия — жёлтый осадок иодида серебра.

Открыть в лаборатории

Ионы железа(III)

Роданид калия окрашивает раствор с ионами Fe³⁺ в кроваво-красный цвет.

Открыть в лаборатории

Гидроксид алюминия

Щёлочь к хлориду алюминия — белый студенистый осадок, в избытке растворяется.

Открыть в лаборатории

Получение кислорода

Пероксид водорода с катализатором MnO₂: кислород зажигает тлеющую лучину.

Открыть в лаборатории

Окраска пламени

Петлю с солью вносят в пламя: Na⁺ — жёлтое, K⁺ — фиолетовое, Cu²⁺ — зелёное.

Открыть в лаборатории

Читайте также

Частые вопросы

Что изучают по химии в 11 классе?

Общую химию: строение атома и периодический закон, химическую связь и кристаллические решётки, классификацию и закономерности реакций (скорость, равновесие, тепловой эффект), растворы и электролитическую диссоциацию, гидролиз, ОВР и электролиз, обзор свойств металлов и неметаллов.

Как определить тип кристаллической решётки по свойствам вещества?

Тугоплавкое вещество, расплав которого проводит ток, имеет ионную решётку. Летучее и легкоплавкое — молекулярную. Очень твёрдое, тугоплавкое и нерастворимое неметаллическое вещество — атомную. Блестящее, пластичное, проводящее ток в твёрдом виде — металлическую.

Как сместить химическое равновесие?

Изменить концентрацию, температуру или давление. Добавление исходного вещества смещает равновесие вправо, нагревание — в сторону эндотермической реакции, повышение давления — в сторону меньшего числа молекул газов. Катализатор равновесие не смещает.

Чем базовый уровень химии в 11 классе отличается от углублённого?

На базовом уровне курс обобщающий и часов немного. На углублённом подробнее разбирают строение атома, механизмы реакций, электролиз и гидролиз, решают много расчётных задач — это уровень, который нужен для ЕГЭ.