Вопросы к экзамену

по дисциплине «Химия» для студентов направления:

280700.62 – «Техносферная безопасность»

Основные понятия и законы химии. Химия как наука, часть естествознания. Разделы химии и

их объекты изучения. Актуальные направления ее развития.

Основной закон химии как частный случай общего закона материального мира. Понятия: материя, вещество, поле, движение - и их количественные характеристики и взаимосвязь. Математические выражения законов сохранения массы и энергии.

Атомно-молекулярное учение: современные положения, краткая история (основоположники).

Основные понятия химии: атом, молекула, химический элемент, вещество (простое и сложное). Количественные характеристики атома и молекулы: размеры, абсолютная и относительная атомная и молекулярная массы, атомная единица массы (а.е.м.).

Расчет количества, молярной массы и молярного объема вещества. Число Авогадро.

Химический элемент, символы элементов. Химическая формула вещества, вид формулы: эмпирическая, молекулярная, графическая. Понятия: валентность (стехиометрическая, связевая, координационная) и степень окисления химического элемента. Примеры.

Понятия и количественное определение массовой, мольной и объемной долей элемента в молекуле вещества и вещества в смеси. Алгоритм установления эмпирической и молекулярной формул.

Стехиометрия: предмет изучения, основные законы (перечислить). Закон эквивалентов. Понятия: эквивалент, число и фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента вещества.

Химическая реакция: определение, признаки, отличие от физических явлений, классификации.

Схема и уравнение химической реакции (алгоритм записи уравнения). Физический смысл стехиометрических коэффициентов. Типы уравнения: полное, неполное, молекулярное, ионное, термохимическое. Привести примеры.

Классификация химических реакций по составу и числу реагентов и продуктов (примеры).

Ионообменные реакции в растворах электролитов, критерии их направления и необратимости.

Агрегатное состояние вещества: понятие, типы его и особенности различных агрегатных состояний; конденсированное состояние.

Особенности газообразного состояния вещества: расстояние, тип и характер взаимодействия между частицами, зависимость от температуры.

Молекулярно-кинетическая теория газов: положения, основоположники и выводы из нее. Возможность использования законов идеального газового состояния для реальных газов.

Стехиометрия. Законы газового состояния: Бойля-Мариотта, Шарля, Гей-Люссака, Авогадро, объединенный газовый закон (Клапейрона-Менделеева). Краткая характеристика каждого закона, отражающая взаимосвязь между основными термодинамическими параметрами газовой системы.

Закон А. Авогадро (1811 г.) и его следствия. Понятия: плотность и относительная плотность газа. Определение молекулярной массы газа по его относительной плотности.

Объединенный закон идеального газового состояния (Клапейрона и Клапейрона - Менделеева). Разные формы уравнения состояния газов в нормальных и отличающихся от них условиях. Универсальная газовая постоянная, ее физический смысл.

Конденсированные состояния вещества. Твердые вещества: кристаллические и аморфные. Понятия: анизотропия, дальний порядок, элементарная ячейка (кристалла), кристаллическая решетка. Основные типы кристаллических решеток и их взаимосвязь со свойствами веществ.

Жидкое состояние вещества. Общие свойства жидкостей. Понятия: изотропность и анизотропия, ближний и дальний порядок. Жидкие кристаллы.

Классы неорганических химических соединений и их основные, кислотно-основные и окислительно-восстановительные, свойства: металлы (в т.ч. биометаллы) и неметаллы (в т.ч. органогены); бинарные соединения (их основные типы: оксиды и др. халькогениды, галогениды, карбиды, силициды, нитриды, арсениды, фосфиды); гидроксиды, основания и кислоты, соли. Свойство амфотерности.

Комплексные (координационные) соединения: общая характеристика (теория Вернера), классификация, химические свойства, способы получения и применение.

Химические номенклатуры неорганических веществ. Примеры систематических названий (ИЮПАК) простых и сложных соединений.

Классификация и основные свойства органических соединений разных классов. Химические номенклатуры органических веществ.

Природные и синтетические высокомолекулярные соединения. Реакция полимеризации и поликонденсации. Форма и структура макромолекул полимеров. Полимеры и олигомеры. Полимерные материалы, их свойства и применение. Старение полимеров.

Строение атома: первые (доквантовые) модели. Модель атома Н. Бора: основные постулаты. Понятия кванта энергии, атомные и молекулярные спектры. Достоинства (возможности) и недостатки теории Бора.

Современная квантово-механическая модель строения атома. Состояние электрона в атоме. Корпускулярно-волновой дуализм электрона, уравнение и физический смысл волны де Бройля. Принцип неопределенности Гайзенберга.

Уравнение Э.Шредингера. Квантовые числа, их связь со строением электронной оболочки атома и с периодической системой Д.И. Менделеева. Энергетические уровни и подуровни, s-, р-, d-, f- атомные орбитали.

Понятия изотопов, изобаров, изотонов (примеры). Радиоактивность химического элемента. Виды радиоактивного излучения: ά-, β^--, β⁺-распад, спонтанное деление. Понятие периода полураспада. Влияние радиоактивного излучения на живые организмы и растения.

Определения периодического закона, системы, таблицы. Структура и физический смысл периодической системы. Основные типы периодической таблицы.

Периодические и непериодические свойства атомов химических элементов и их веществ, виды периодичности изменения свойств по таблице Д.И.Менделеева.

Закономерности распределения химических элементов (в т. ч. биогенных) по s-, p-, d-, f- блокам периодической системы Д.И.Менделеева. Особенности реакционной способности атомов s-, p-, d-, f- элементов и веществ, ими образуемых.

Свойства атомов: действительный и эффективный радиусы, энергии (энтальпии) ионизации и сродства к электрону, электроотрицательность - и их связь с положением элемента в периодической системе.

Химическая связь: понятие, квантово-механическое представление (потенциальная кривая), характеристики (энергия, длина, валентные углы), основные черты и типы.

Ковалентная химическая связь: определение, свойства, механизмы образования, методы описания. Полярность связи и ее количественные характеристики. Понятия кратности и порядка химической связи, определение устойчивости молекулы. Химическая связь в комплексных соединениях.

Ионная связь: условия образования и свойства. Образование ионной кристаллической решетки как результат ненаправленности и ненасыщаемости ионной связи.

Понятия поляризации, поляризуемости, поляризующей способности атомов, ионов, веществ. Влияние поляризации на свойства веществ.

Металлическая связь. Образование кристаллической решетки в металлах и сплавах.

Водородная связь, ее типы. Влияние водородной связи на свойства веществ.

Межмолекулярные взаимодействия Ван-дер-Ваальса. Ориентационный (Кьезома), индукционный (Дебая), дисперсионный (Лондона) эффекты взаимодействия и их относительный вклад в межмолекулярную химическую связь.

Супер- и супрамолекулярные вещества: особенности химической связи. Комплементарность.

Химическая термодинамика и ее особенности в сравнении с классической. Понятия термодинамики: внутренняя энергия, теплота, работа.

Химические системы. Типы систем. Состояние, параметры и функции состояния системы.

Равновесное состояние системы.

Процесс. Энергетика химических процессов. Типы термодинамических процессов:

обратимые, необратимые, самопроизвольные, равновесные. Типы процессов при постоянст-

ве различных термодинамических параметров. Гомогенные и гетерогенные процессы.

Первое начало термодинамики. Понятие энтальпии. Тепловой эффект реакции, экзотермиче-

ские и эндотермические реакции. Термохимические уравнения и их особенности.

Стандартное состояние термодинамической системы. Стандартное изменение функций

состояния. Энтальпия образования веществ в стандартных условиях. Теплоемкость.

Основной закон термохимии. Закон Гесса и его следствия.

Понятие энтропии. Второй и третий законы термодинамики. Самопроизвольные процессы.

Энтальпийный и энтропийный факторы химических реакций. Энергии Гиббса, Гельмгольца.

Химическая кинетика. Скорость реакции и методы ее регулирования. Способы количе-

ственного выражения и практического определения скорости химической реакции.

Влияние различных параметров на скорость химической реакции. Основное кинетическое

уравнение (закон действующих масс). Константа скорости. Правило Вант-Гоффа и уравне-

ние Аррениуса.

Исследование механизма химической реакции. Понятия: простые (элементарные) реакции,

порядок, молекулярность, сложные реакции разного типа. Привести примеры. Лимитирующая стадия химического процесса.

54. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые химические реакции. Константа

равновесия. Закон действующих масс для равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Теории переходного состояния и активного комплекса. Энергия активации и уравнение Аррениуса.

Явление катализа. Катализаторы и каталитические системы. Энергетическая диаграмма

хода реакции с участием катализатора. Виды катализа: положительный, отрицательный,

гомогенный и гетерогенный, ферментативный, аутокатализ – их краткая характеристика.

Фазовые равновесия в гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса. Понятия: фаза, степень

свободы, компонент, независимый компонент.

Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды.

Термический анализ состояния двухкомпонентных систем. Диаграммы плавкости, их типы.

Диаграммы состояния систем с эвтектикой, химическим соединением, твердыми растворами. Правило рычага.

Дисперсные системы: классификации, свойства, устойчивость.

Коллоидные растворы, их свойства: молекулярно-кинетические, оптические, электрические.

Мицеллярная теория строения золей.

Поверхностно-активные вещества. Поверхностное натяжение.

Явление адсорбции. Типы адсорбции.

Основные теории и закономерности адсорбционных процессов.

Дисперсные системы: аэрозоли, эмульсии, суспензии, пены и пленки.

Дисперсные системы ВМС.

Растворы. Истинные растворы, их состав, основные типы: газообразные, жидкие, твердые;

идеальные, разбавленные, концентрированные, насыщенные; растворы электролитов и неэлектролитов. Отличия раствора от смеси.

Теории образования растворов: физическая, химическая и современная. Энергетика

образования растворов. Процессы гидратации (сольватации), комплексообразования в растворе.

Способы выражения содержания растворенного вещества (концентрации раствора). Понятия

растворимости и коэффициента растворимости.

Классификация веществ по растворимости. Влияние на растворимость вещества природы

компонентов раствора, их агрегатного состояния, температуры. Закон Генри.

73. Коллигативные свойства растворов. Законы Рауля. Понятия: упругость насыщенного пара,

температуры кипения и замерзания, эбуллиоскопическая и криоскопическая константы.

Явление осмоса, его роль в биологических системах. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.

Растворы изотонические, гипо- и гипертонические.

Вода как основа жизни на Земле, ее физические и химические свойства с точки зрения

внутри- и межмолекулярной структуры, химической связи. Фазовая диаграмма воды.

Понятие жесткости воды и виды её. Способы определения и устранения жесткости воды.

Способы очистки воды от загрязняющих веществ: неорганических и органических

Химическое равновесие в воде: диссоциация (автопротолиз) и ионное произведение воды

(Кв). Водородный и гидроксидный показатели (понятие реакции среды в растворе), способы определения. Химические индикаторы и буферные растворы,- их назначение.

Современные теории кислот и оснований.

Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации. Константа и степень

диссоциации. Сильные и слабые электролиты.

Электролитическая диссоциация комплексных соединений. Константы устойчивости и

нестойкости комплексов.

Закон разбавления Оствальда. Понятие изотонического коэффициента.

Гидролиз: понятие, два основных вида: гидролиз солей и бинарных солеподобных

соединений. Количественные характеристики процессов гидролиза.

87. Гидролиз солей. Роль гидролиза в биологических системах.

Гидролиз соли по катиону и аниону. Реакция среды при гидролизе такого типа.

Реакции нейтрализации и гидролиза. Значение гидролиза в природных и технологических

процессах.

Гетерогенные ионные равновесия в растворах, реакции осаждения и растворения.

Произведение растворимости, зависимость его от температуры. Смещение гетерогенного равновесия в растворах, влияние одноименного иона, солевой эффект.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР), их основные типы. Важнейшие

окислители и восстановители. Значение окислительно-восстановительных процессов в биологических системах.

Электрохимические системы. Гальванические элементы, процессы в них. ЭДС.

Электролиз веществ и его типы. Процессы на электродах разного типа.

Получение, электрорафинирование металлов. Гальваностегия и гальванопластика.

Коррозия металлов. Механизмы протекания процессов коррозии разного вида.

Методы защиты от коррозии: катодная и анодная, протекторов, поверхностного

легирования, плакирования, оксидирования, фосфатирования и др.

Химическая идентификация: качественный и количественный анализ.

Понятия: аналитический сигнал, предел обнаружения, точность, воспроизводимость анализа.

99. Основные принципы и аналитические зависимости химических методов анализа:

гравиметрического, титриметрических, хроматографических.

100. Основные принципы и аналитические зависимости методов анализа: физико-химических

(спектральных, электрохимических) и физических (оптических, резонансных и др.).