химия + методичка / kontr_z

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет

имени П.О.Сухого»

Кафедра «Материаловедение в машиностроении»

Русов В.П., Александрова Т.И.

ХИМИЯ

Практикум по выполнению контрольных работ для студентов-заочников инженерно-технических (нехимических) специальностей ВУЗов

2011

1

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие……………………………………………………..…3

Общие методические указания……………………………………4

Программа…………………………………………………………..6

Контрольные задания………………………………………………

Эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. Закон эквивалентов……………………………………….12

Строение атома. Химическая связь и строение молекул………20

Энергетика химических процессов. Термохимические расчеты…………………………………………………………….31

Химическое сродство…………………………………………….39

Химическая кинетика и равновесие……………………………..47 Способы выражения концентрации растворов…………………59

Свойства растворов……………………………………………….65

Гальванические элементы……………………………………..…78

Электролиз………………………………………………………...87 Коррозия металлов……………………………………………..…95

Таблица вариантов контрольных заданий……………………..102

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Химией называется наука о превращениях веществ. Она изучает состав и строение веществ, зависимость свойств вещества от его состава и строения, условия и пути превращения одних веществ в другие.

Практикум составлен в соответствии с учебной программой по химии для студентов-заочников инженерно-технических (нехимических) специальностей ВУЗ′ов и включает в себя 484 контрольных задания по основным разделам курса химии (строение атома, химическая связь, строение молекул – 120 задач, закономерности протекания химических процессов – 116 задач, растворы – 126 задач, электрохимия – 123 задачи).

Контрольные задания по каждой теме предваряются кратким изложением необходимого теоретического материала, справочными данными и решениями 4÷6 типовых задач, что облегчает выполнение каждым студентом 12 контрольных заданий в соответствии с предложенным вариантом (их 100).

Предложенный практикум позволяет освоить теоретический материал и закрепить практические навыки студентов при изучении курса химии в ВУЗ′е, а также будет полезен при изучении других дисциплин.

3

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Химия, являясь одной из фундаментальных естественнонаучных дисциплин, изучает материальный мир, законы его развития, химическую форму движения материи. Знание химии необходимо для плодотворной творческой деятельности инженера любой специальности. Изучение химии позволяет получить современное научное представление о материи и формах ее движения, о веществе как одном из видов движущейся материи, о механизме превращения химических соединений, о свойствах технических материалов и применении химических процессов в современной технике. Необходимо прочно усвоить основные законы и теории химии, овладеть техникой химических расчетов, выработать навыки самостоятельного выполнения химических экспериментов и обобщения наблюдаемых фактов. Знание химии необходимо для успешного последующего изучения общенаучных и специальных дисциплин.

Основной вид учебных занятий студентов-заочников - самостоятельная работа над учебным материалом. В курсе химии она слагается из следующих элементов: изучение дисциплины по учебникам и учебным пособиям; выполнение контрольных заданий; выполнение лабораторного практикума; индивидуальные консультации (очные и письменные); посещение лекций; сдача экзамена по всему курсу.

Работа с книгой. Изучать курс рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с содержанием каждой из них по программе. (Расположение материала курса в программе не всегда совпадает с расположением его в учебнике). При первом чтении не задерживайтесь на математических выводах, составлении уравнений реакций: старайтесь получить общее представление об излагаемых вопросах, а также отмечайте трудные или неясные места. При повторном изучении темы усвойте все теоретические положения, математические зависимости и их выводы, а также принципы составления уравнений реакций.

Чтобы лучше запомнить и усвоить изучаемый материал, надо обязательно иметь рабочую тетрадь и заносить в нее формулировки законов и основных понятий химии, новые незнакомые термины и названия, формулы и уравнения реакций, математические зависимости и их выводы и т.п. Во всех случаях, когда материал поддается систематизации, составляйте графики, схемы, диаграммы, таблицы. Они очень облегчают запоминание и уменьшают объем конспектируемого материала.

Изучая курс, обращайтесь и к предметному указателю в конце книги. Пока тот или иной раздел не усвоен, переходить к изучению

4

новых разделов не следует. Краткий конспект курса будет полезен при повторении материала в период подготовки к экзамену.

Изучение курса должно обязательно сопровождаться выполнением упражнений и решением задач. Решение задач – один из лучших методов прочного усвоения, проверки и закрепления теоретического материала.

Контрольные задания. В процессе изучения курса химии студент должен выполнить одну контрольную работу. Контрольная работа не должна быть самоцелью; она являются формой методической помощи студентам при изучении курса. К выполнению контрольной работы можно приступать только тогда, когда будет усвоена определенная часть курса и тщательно разобраны решения примеров типовых задач, приведенных в данном пособии, по соответствующей теме.

Решения задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы, за исключением тех случаев, когда по существу вопроса такая мотивировка не требуется, например, когда нужно составить электронную формулу атома, написать уравнение реакции и т.п. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования.

Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена; для замечаний рецензента надо оставлять широкие поля; писать четко и ясно; номера и условия задач переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В конце работы следует дать список использованной литературы с указанием года издания. Работы должны быть датированы, подписаны студентом и представлены в университет на рецензирование.

Если контрольная работа не зачтена, ее нужно выполнить повторно в соответствии с указаниями рецензента и выслать на рецензирование вместе с незачтённой работой. Исправления следует выполнять в конце тетради, а не в рецензированном тексте. Таблица вариантов контрольных заданий приведена в конце пособия. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается как сданная.

Лабораторные занятия. Для глубокого изучения химии как науки, основанной на эксперименте, необходимо выполнить лабораторный практикум. Он развивает у студентов навыки научного экспериментирования, исследовательский подход к изучению предмета, логическое химическое мышление. В процессе проведения лабораторных занятий студентам прививаются навыки трудолюбия, акку-

5

ратности, товарищеской взаимопомощи, ответственности за полученные результаты.

Консультации. В случае затруднений при изучении курса следует обращаться за консультацией в университет к преподавателю, рецензирующему контрольные работы. Консультации можно получить по вопросам организации самостоятельной работы и по другим организационно-методическим вопросам.

Лекции. В помощь студентам читаются лекции по важнейшим разделам курса, на которых излагаются не все вопросы, представленные в программе, а глубоко и детально рассматриваются принципиальные, но недостаточно полно освещенные в учебной литературе понятия и закономерности, составляющие теоретический фундамент курса химии. На лекциях даются также методические рекомендации для самостоятельного изучения студентами остальной части курса. Студенты, не имеющие возможности посещать лекции одновременно с изучением курса по книге, слушают лекции в период установочных или лабораторно-экзаменационных сессий.

Экзамен. К сдаче экзамена допускаются студенты, которые выполнили и защитили контрольные задания и получили допуск к экзамену. Экзаменатору студенты предъявляют зачетную книжку, направление на экзамен, лабораторный журнал и зачтенные контрольные работы.

ПРОГРАММА

Содержание курса и объем требований, предъявляемых студенту при сдаче экзамена, определяет программа по химии для инженернотехнических (нехимических) специальностей высших учебных заведений. Настоящая программа курса химии составлена в соответствии с современным уровнем химической науки и требованиями, предъявляемыми к подготовке высококвалифицированных специалистов. Программа состоит из введения и пяти разделов. Первые четыре раздела охватывают содержание общей части курса, необходимой для подготовки инженеров любой специальности. Содержание пятого раздела программы отражает специализацию будущих инженеров. Ниже приводится эта программа.

6

ВВЕДЕНИЕ

Основные химические понятия и законы.

I.СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

1.Строение атомов и систематика химических элементов.

Квантово-механическая модель электрона. Электронные оболочки атомов. Модель атома по Резерфорду. Модель атома по Бору. Волновые свойства электрона. Уравнение де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновое уравнение Шредингера.

Квантовые числа электронов. Основные принципы распределения электронов в атоме. Главное квантовое число, сущность и принимаемые значения. Формы электронных облаков. Орбитальное квантовое число. Магнитное квантовое число, спиновое квантовое число. Принцип Паули и вытекающие из него следствия. Принцип наименьшей энергии электрона. Правило Гунда. Порядок заполнения атомных орбиталей электронами.

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Открытие периодического закона. Периодическая система элементов – графическое отображение периодического закона, ее структура. Группы, периоды. Развитие периодического закона, порядковый номер элемента. Периодическое изменение свойств химических элементов. Энергия ионизации и сродство к электрону, электроотрицательность.

2. Химическая связь.

Химическая связь, методы ее описания. Основные виды и характеристики химической связи. Строение простейших молекул. Условия возникновения химической связи. Сущность метода валентных связей. Образование ковалентной связи с точки зрения метода ВС. Основные характеристики ковалентной связи: насыщаемость, направленность, поляризуемость, кратность. Ковалентная полярная связь, ионная связь. Типы ковалентных молекул. Межмолекулярные воздействия (дисперсионное, ориентационное, индукционное). Донорно-акцепторный механизм образования связи. Комплексообразование. Водородная связь. Металлическая связь.

7

II. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1. Энергетика химических процессов и химические сродство.

Элементы химической термодинамики. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Термохимические уравнения, теплота образования и разложения вещества. Тепловые эффекты реакций. Стандартные тепловые эффекты . Закон Гесса и следствия из него. Элементы второго начала термодинамики. Энтропия, стандартные энтропии веществ . Изменение энтропии при химических процессах. Изо-

барно-изотермический потенциал (энергия Гиббса) и его изменение при химических процессах.

2. Химическая кинетика и равновесие в гомогенных и гетерогенных системах.

Скорость гомогенных химических реакций. Закон действующих масс. Константа скорости реакции. Зависимость скорости гомогенных реакций от температуры. Правило Вант-Гоффа. Цепные реакции. Фотохимические реакции. Гомогенный катализ. Химическая кинетика в гетерогенных системах. Скорость гетерогенных химических реакций. Гетерогенный катализ. Состояние химического равновесия. Константа равновесия. Основные факторы, влияющие на направление реакций и химическое равновесие. Принцип Ле Шателье.

III. РАСТВОРЫ

Общая характеристика растворов. Способы выражения концентрации растворов. Растворимость твердых веществ, жидкостей, газов. Закон Генри-Дальтона. Кривые растворимости. Давление пара растворов. Первый закон Рауля. Кипение и замерзание растворов. Второй закон Рауля. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Водные растворы электролитов. Основы теории электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты, степень диссоциации. Константа диссоциации. Ионное произведение воды. Водородный показатель.

8

IV. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

1. Гальванические элементы и электролиз.

Понятие об электродных потенциалах. Механизм возникновения. Строение двойного электрического слоя. Зависимость электродных потенциалов от природы электродов. Стандартный электродный потенциал. Ряд напряжений и вытекающие из него следствия. Уравнение Нернста. Основы теории гальванических элементов. Гальванический элемент Даниэля-Якоби.

Сущность электролиза. Анодное окисление и катодное восстановление. Электролиз растворов солей с нерастворимыми электродами. Законы Фарадея. Выход по току. Электролиз с растворимым анодом. Практическое применение электролиза. Гальваностегия и гальванопластика. Рафинирование металлов. Электролиз расплавов.

Химические источники тока. Элемент Лекланше. Аккумуляторы. Устройство и принцип действия кислотного (свинцового) аккумулятора. Топливные элементы. Принцип действия водороднокислородного топливного элемента.

2. Коррозия и защита металлов.

Коррозия металлов и сплавов. Сущность коррозионных процессов. Виды коррозионных разрушений. Типы коррозии: химическая и электрохимическая коррозия металлов. Коррозия в среде электролита, атмосферная коррозия. Коррозия под действием блуждающих токов (электрокоррозия). Скорость коррозии. Методы защиты металлов от коррозии. Защитные покрытия, применение ингибиторов. Электрохимическая защита.

V.СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ХИМИИ

1.Общие свойства металлов и сплавов.

Классификация металлов. Виды кристаллических решеток металлов. Химические свойства металлов. Взаимодействие металлов с водой, с растворами кислот и оснований. Распространение и формы нахождения металлических элементов в природе. Получение метал-

9

лов из руд. Пирометаллургия, электрометаллургия, гидрометаллургия. Методы получения металлов высокой чистоты. Зонная плавка.

2. Легкие конструкционные металлы.

Алюминий. Особенности свойств, нахождение в природе, выделение в свободном виде. Использование в технике. Важнейшие соединения.

3. Тяжелые конструкционные металлы.

Железо. Нахождение в природе, выделение в свободном виде. Применение в технике. Важнейшие соединения.

4. Высокомолекулярные соединения.

Высокомолекулярные соединения, их типы. Органические, элементоорганические, неорганические полимеры. Методы получения полимеров. Полимеризация, поликонденсация. Физико-химические свойства полимеров. Форма, гибкость, структура полимеров. Аморфные и кристаллические полимеры. Термопластичные и термореактивные полимеры. Старение полимеров. Полимерные материалы и их применение. Пластмассы, их состав. Основные полимеры, получаемые полимеризацией. Полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, фторлоны. Полимеры, получаемые поликонденсацией. Фенолформальдегидные смолы (фенопласты), полиамиды (капрон, нейлон), полиэфирные смолы. Лаки, клеи, пенопласты, синтетические волокна.

10