2971_ Программа и контрольные задания по химии

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

П о 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 инженернотехнических (нехимических) специальностей предназначены для 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 понятия и законы. Основные классы неорганических соединений. Химический эквивалент.

Строение вещества

Строение атомов и систематика химических элементов

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

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

Особенности электронного строения атомов, элементов главных и побочных подгрупп, s-, р-, d- и f-элементы.

Электронные аналоги. Радиусы атомов и ионов. Периодически изменяющиеся свойства элементов.

Энергия ионизации атомов, сродство к электрону. Понятие об электроотрицательности.

Перспективы развитие периодической системы.

Химическая связь и строение молекул

Основные типы и характеристики химической связи: длина, энергия, валентные углы. Ковалентная связь. Основные положения 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 между частицами вещества.

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

Кристаллическое состояние.

Ионная, атомная и молекулярная кристаллические решетки. Зависимость 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 энтальпия. Экзо- и эндотермические реакции. Термохимические уравнения. Закон Гесса и следствия из него. Применение закона Гесса для 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 энтропии при химических процессах. Понятие об энергии Гиббса. Энтальпийный и энтропийный факторы химических процессов. Изменение 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. Факторы, влияющие на скорость реакции. Закон действия масс. Константа скорости реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Гомогенный и гетерогенный катализы. Понятие о механизме каталитических процессов. Цепные реакции. Фотохимические реакции, Радиационно-химические реакции.

4

Обратимые и необратимые процессы. Химическое равновесие в гомогенных и гетерогенных системах. Константа равновесия. Связь константы равновесия с изменением энергии Гиббса в реакциях. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье и его 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.

Растворы

Образование растворов

Растворы как многокомпонентные системы. Гидраты и сольваты. Изменение энтальпии и энтропии при растворении.

Растворимость газов, жидкостей и кристаллов в жидкостях. Влияние на растворимость различных факторов. Насыщенные растворы. Различные способы выражения состава растворов и их взаимные пересчеты.

Растворы неэлектролитов

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

Растворы электролитов

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

5

равновесие. Произведение растворимости. Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН) и его значение в технологических 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. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Электродные потенциалы и электродвижущие силы

Понятие об электродных потенциалах. Зависимость величины электродных потенциалов от природы электродов и растворителей. Зависимость величины электродных потенциалов от концентрации ионов в растворе. Измерение электродных потенциалов. Ряд стандартных электродных потенциалов. Гальванические элементы. Напряжение гальванического элемента, его измерение. Современные гальванические элементы. Щелочные и кислотные аккумуляторы.

Электролиз

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

Коррозия металлов

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

6

Специальные вопросы химии

Для инженеров машиностроительных специальностей и механиков-технологов

Общие свойства металлов. Сплавы

Физические свойства металлов. Растворы в металлических системах, сплавы и диаграммы плавкости. Химические свойства металлов. Участие металлов в окислительно-восстановительных процессах. 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

С в о й с т в а s - м е т а л л о в

Щ е л о ч н ы е и щ е л о ч н о з е м е л ь н ы е м е т а л л ы О б з о р с в о й с т в и п р и м е н е н и е р - э л е м е н т о в

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

О б з о р с в о й с т в и п р и м е н е н и е d - м е т а л л о в

Физико-химические свойства d-металлов. Соединения, распространение 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 высо-

кой 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 полимеризации и поликонденсации. Зависимость свойств полимеров от их структуры. Полимерные конструкционные материалы. Полимерные диэлектрики. Органические полупроводники. Изоляторы.

Электрохимические процессы в энергетике и электротехнике

Химические источники электрической энергии, кислотные и щелочные аккумуляторы. Новые типы аккумуляторов. Электрохимические генераторы. Электрохимические преобразователи (хемотроны). Электрохимическая анодная обработка металлов и сплавов. Получение изоляционных покрытий. Гальванопластика.

Химия воды и топлива

Свойства воды. Состав природных и сточных вод. Жесткость воды. Методы умягчения воды. Удаление коллоидных примесей из природных 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 воздушного 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. Радиоактивные 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).

Гидрогели. Гидратация и дегидратация гидрогелей. Тиксотропия, тиксотропные явления в строительной технике. Адсорбция водяных паров. Хемосорбция. Капиллярная конденсация. Гидрофильность и гидрофобность. Диаграмма состояния двойных систем типа вода-соль. Замерзание воды и водных растворов в различных условиях. Химические свойства воды, взаимодействие с элементарными веществами и химическими соединениями. Процессы гидратации и гидролиза.

Гетерогенные дисперсные системы

Образование гетерогенных дисперсных систем. Суспензии и 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