Метод. указания, варианты и задания кр

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра химии

ПРОГРАММА И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ХИМИИ

Методические указания для студентов-заочников инженерно-технических

(нехимических) специальностей

По д р е д а к ц и е й В.Н. Яглова

М и н с к 2 0 0 6

УДК 54(076)

ББК 24я7

П 78

С о с т а в и т е л и :

Г.А. Бурак., Е.А. Евсеева, Н.В. Зык, Э.Ф. Марчик, Д.И. Медведев, А.А. Меженцев, J1.M. Слепнева, В.Н. Яглов

Р е ц е н з е н т ы : д-р хим. наук А.К. Баев

д-р техн. наук Я.Н. Ковалев

Методические указания для студентов-заочников инженерн технических (нехимических) специальностей предназначены дл обучения и лучшего усвоения студентами программного материала.

Они включают примеры решения задач и контрольные задания по курсу химии.

© БИТУ, 2006

ВВЕДЕНИЕ

Химия как наука о веществах и их превращениях. Место химии в системе наук. Значение химии в различных отраслях науки и техники. Химия и охрана окружающей среды. Основные химические по нятия и законы. Основные классы неорганических соединений. Химический эквивалент.

Строение вещества

Строение атомов и систематика химических элементов

Основные сведения о строении атомов. Состав атомных яде Изотопы. Электронные оболочки атомов. Квантовомеханическ объяснение строения атома. Квантовые числа. Принцип Паули, правило Хунда, правило Клечковского. Многоэлектронные ато Нормальное и возбужденное состояние атомов.

Периодическая система Д. И. Менделеева и электронное строе ние атомов. Структура периодической системы: периоды, группы и подгруппы.

электроотрицательности.

Перспективы развитие периодической системы.

метода валентных связей (ВС).

Свойства ковалентной связи. Типы гибридизации атомных орбигалей. Ионная связь.

Типы взаимодействия молекул

Электростатическое взаимодействие молекул. Дисперсионное ориентационное и индукционное взаимодействие молекул. Донор- но-акцепторное взаимодействие. Водородная связь.

3

Конденсированное состояние вещества

Агрегатное состояние как проявление взаимодействия меж частицами вещества.

Твердое, жидкое и газообразное состояния вещества; плазменное состояние вещества.

Кристаллическое состояние.

Ионная, атомная и молекулярная кристаллические решетки. Зави симость свойств веществ от типа связи между частицами в кристаллах.

Металлическое состояние вещества. Металлическая связь, Понятие об электронной и дырчатой проводимости. Проводники, полупроводники и диэлектрики. Аморфное состояние вещества, его особенности.

Закономерности протекания химических процессов

Энергетика химических процессов

Элементы химической термодинамики. Внутренняя энергия и эн тальпия. Экзо- и эндотермические реакции. Термохимические ура нения. Закон Гесса и следствия из него. Применение закона Гесса д вычисления изменения энтальпии в различных процессах (образование, растворение, сгорание вещества и т.п.). Стандартная энтальпия образования и сгорания химических соединений.

Понятие об энтропии. Стандартные энтропии. Изменение тропии при химических процессах. Понятие об энергии Гиббса. Энтальпийный и энтропийный факторы химических процессов. Изме нение энергии Гиббса при химических процессах. Стандартные энергии Гиббса. Направление и условия самопроизвольного протекания химических процессов.

Химическая кинетика и равновесие

Химические реакции в гомогенных и гетерогенных системах. Скорость реакции в гомогенных и гетерогенных системах. Фак влияющие на скорость реакции. Закон действия масс. Константа ско рости реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Энер гия активации. Уравнение Аррениуса. Гомогенный и гетерогенн катализы. Понятие о механизме каталитических процессов. Цепн реакции. Фотохимические реакции, Радиационно-химические реакции.

4

Обратимые и необратимые процессы. Химическое равновесие гомогенных и гетерогенных системах. Константа равновесия. Связь константы равновесия с изменением энергии Гиббса в реакци Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье и значение в химии. Влияние различных факторов на равновесие.

Комплексные соединения

Структура комплексных соединений.

Атомы и ионы как комплексообразователи. Различные типы лигандов в комплексных соединениях. Соединения с комплексными анионами. Соединения с комплексными катионами, нейтральные комплексы.

Устойчивость комплексных соединений в растворах.

Влияние на растворимость различных факторов. Насыщенные ра творы. Различные способы выражения состава растворов и их взаимные пересчеты.

Растворы неэлектролитов

Осмос. Осмотическое давление. Законы Вант-Гоффа. Явлени осмоса в природе. Давление насыщенного пара над раствором. По вышение температуры кипения растворов и понижение температуры кристаллизации. Законы Рауля.

Растворы электролитов

Электролитическая диссоциация. Особенности воды как растворителя. Сильные и слабые электролиты. Степень и константа дис социации. Свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент, его связь со степенью диссоциации. Ионные реакции

5

равновесие. Произведение растворимости. Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН) и его значение в технологически процессах. Индикаторы. Современные теории кислот и оснований.

Гидролиз. Различные случаи гидролиза солей. Влияние на гидролиз температуры и концентрации растворов. Смещение равновесия гидролиза. Константа ,степень и рН гидролиза. Значение гидролиза в технологических процессах.

Электрохимические процессы

Окислительно-восстановительные реакции

Типы окислительно-восстановительных реакций. Степень окисления. Важнейшие окислители и восстановители. Составл уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Электродные потенциалы и электродвижущие силы

Понятие об электродных потенциалах. Зависимость величи электродных потенциалов от природы электродов и растворителей Зависимость величины электродных потенциалов от концентраци ионов в растворе. Измерение электродных потенциалов. Ряд ста дартных электродных потенциалов. Гальванические элементы. Н пряжение гальванического элемента, его измерение. Современн гальванические элементы. Щелочные и кислотные аккумуляторы.

Электролиз

Сущность электролиза. Последовательность разрядки ионов на аноде и катоде. Электролиз с нерастворимым и растворимым анода ми. Законы Фарадея. Практическое применение электролиза: полу чение и рафинирование металлов, нанесение гальванических крытий, получение водорода, кислорода и других продуктов.

Коррозия металлов

Основные виды коррозии. Классификация коррозионных пр цессов. Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия. Защита металлов от коррозии.

6

Специальные вопросы химии

и механиков-технологов

Общие свойства металлов. Сплавы

Физические свойства металлов. Растворы в металлических си темах, сплавы и диаграммы плавкости. Химические свойства метал лов. Участие металлов в окислительно-восстановительныхпроцес- сах. Взаимодействие металлов с кислотами, щелочами и водой.

Получение металлов

Природные соединения металлов. Основные способы получения металлов из руд: гидро-, пиро- и электрометаплургические процессы Получение металлов высокой чистоты.

Конструкционные металлы

Общая характеристика р-элементов III А- и IV А- групп. Соеди нения, распространение в природе, добыча, инструментальные абразивные материалы: бор, бориды, алюминий, галлий, индий, и соединения и применение в технике. Углерод, графит, алмаз, кар биды, их использование в технике. Полупроводниковые матери лы: кремний, силикаты, сурьма, висмут, свойства и применение.

Физико-химические свойства d-металлов. Соединения, распро странение в природе, добыча. Использование в технике.

7

Органические полимерные материалы

Понятие об органических полимерах. Методы синтеза полимеров реакции полимеризации и поликонденсации.Строение и физико-хими- ческие свойства полимеров. Конструкционные полимерные материалы.

ДЛЯ инженеров-энергетиков

Химия конструкционных и электротехнических материалов

Общие свойства металлов и сплавов, физико-химический анализ. Свойства алюминия и его соединений. Оксид алюминия.

Свойства переходных металлов и их соединений: оксиды, карби ды, бориды, сульфиды. Сплавы и интерметаллические соединения.

Свойства магнитных материалов. Химия металлов и сплавов с высокой и низкой электропроводностью. Химия полупроводников. Влияние примесей на электрические свойства веществ. Методы получения материалов высокой чистоты. Химия материалов волоконных волноводов.

Полимерные материалы в энергетике

Методы получения полимерных материалов. Реакция полимери зации и поликонденсации. Зависимость свойств полимеров от структуры. Полимерные конструкционные материалы. Полимерны диэлектрики. Органические полупроводники. Изоляторы.

Электрохимические процессы в энергетике и электротехнике

Химические источники электрической энергии, кислотные и щелочные аккумуляторы. Новые типы аккумуляторов. Электрохими ческие генераторы. Электрохимические преобразователи (хемотро ны). Электрохимическая анодная обработка металлов и спла Получение изоляционных покрытий. Гальванопластика.

Химия воды и топлива

Свойства воды. Состав природных и сточных вод. Жесткость воды. Методы умягчения воды. Удаление коллоидных примесей из п родных и сточных вод. Ионный обмен. Катионирование, анионирование и химическое обессоливание вод. Удаление кислорода из воды.

8

Топливо и его классификация. Состав топлив. Продукты сгорания и способы их обезвреживания. Роль химии в охране водного и во душного бассейнов от загрязнений продуктами горения топлива. Методы малоотходной технологии. Водородная энергетика.

Методы очистки сточных вод. Методы замкнутого водооборота.

Ядерная химия. Радиохимия

Состав атомных ядер, изотопы. Радиоактивность. Радиоактив ные ряды. Использование радиоактивных изотопов. Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Ядерная энергетика. Радиоактивные элементы и материалы.

Для инженеров-строителей

Химия воды

Строение молекул воды. Структура кристаллов и свойства льда. Диаграмма состояния воды. Различные формы связанной воды. Аквасоединения (кристаллогидраты).

дяных паров. Хемосорбция. Капиллярная конденсация. Гид фильность и гидрофобность. Диаграмма состояния двойных систем типа вода-соль. Замерзание воды и водных растворов в различны условиях. Химические свойства воды, взаимодействие с элементарными веществами и химическими соединениями. Процессы гидратации и гидролиза.

Гетерогенные дисперсные системы

Образование гетерогенных дисперсных систем. Суспензии эмульсии, их устойчивость. Поверхностно-активные вещества и их влияние на свойства дисперсных систем.

Строение и электрический заряд коллоидных частиц. Седиментация и коагуляция. Структурообразование в дисперсных системах. Образование и свойства гелей.

9