Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курс лекций К.Севастьянова, М.Карнаухова Общая химия.docx
Скачиваний:
3414
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
10.04 Mб
Скачать

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» г.К.Севастьянова, т.М.Карнаухова Общая химия

Курс лекций

Учебное пособие

Тюмень 2014

УДК 57(075.8)

ББК 24.1 л73

С28

Рецензенты:

доцент, кандидат химических наук Т. Г. Шиблева

доцент, кандидат химических наук Н.М. Хлынова

Севастьянова, Г.К., Карнаухова, Т. М.

С28 Общая химия: Курс лекций[Текст]: учебное пособие / Г. К. Севастьянова, Т. М. Карнаухова. – Тюмень: ТюмГНГУ, - 2-е изд. испр. и доп. - 2014. – 210 с.

ISBN

Излагаются общетеоретические вопросы общей химии – основные понятия и законы, строение атомов и молекул, общие закономерности протекания химических реакций, растворы, электрохимические процессы, свойства металлов. При подготовке курса лекций использован многолетний опыт преподавания данной дисциплины на кафедре общей и физической химии ТюмГНГУ, а также собственный опыт авторов.

Предназначается для студентов химико-технологических и технических специальностей.

УДК 546(075)

ББК 24.1 л73

ISBN

Ó Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2014г.

Оглавление

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ 6

1.1. Определение химии. Предмет химии. Её связь с другими науками. Значение химии в изучении природы и развитии техники. 6

1.2. Основные понятия химии 7

1.3. Основные законы химии 11

2. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА 14

2.1. Общие положения 14

2.2. Развитие представлений о строении атома 16

2.3. Квантово – механическая модель атома водорода. Исходные представления квантовой механики 17

2.4. Модель состояния электрона в атоме 18

2.5. Квантовые числа 19

2.6. Электронные конфигурации (формулы) элементов 24

2.7. Порядок заполнения электронами уровней, подуровней, орбиталей в многоэлектронных атомах 25

2.8. Электронные семейства элементов 27

2.9. Понятие об электронных аналогах 28

2.10. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева 28

2.11. Структура периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева 29

2.12. Периодическая система Д.И. Менделеева и электронная структура атомов 31

2.13. Периодичность свойств элементов 34

3.ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ 42

3.1. Основные понятия и определения 42

3.2. Теория метода валентных связей 44

3.3. Ковалентная связь 45

3.4. Насыщаемость ковалентной связи 47

3.5. Направленность ковалентной связи 52

3.6. Полярность и поляризуемость химической связи 60

3.7. Полярность молекул (типы ковалентных молекул) 63

3.8. Алгоритм выполнения заданий по теме «Химическая связь. Строение молекул» 65

3.8. Ионная связь 67

3.9. Металлическая связь 69

4. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 72

4.1. Классификация веществ 72

4.2. Оксиды 72

4.3. Гидроксиды 74

4.4. Кислоты 75

4.5. Основания 77

4.6. Соли 78

5. ЭНЕРГЕТИКА И НАПРАВЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ) 83

5.1 Основные понятия и определения 83

5.2. Первый закон термодинамики 85

5.3. Тепловой эффект химической реакции. Термохимия. Закон Гесса 87

5.4. Энтропия 88

5.5. Свободная энергия Гиббса 91

5.6. Свободная энергия Гельмгольца 92

6. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА 93

6.1. Основные понятия химической кинетики 93

6.2. Влияние природы реагирующих веществ 95

6.3. Закон действующих масс 95

6.4. Зависимость скорости химической реакции от температуры 97

6.5. Влияние катализатора 100

7. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ 102

7.1. Общие представления о химическом равновесии. Константа химического равновесия 102

7.2. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье 105

7.3. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса 106

8. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. РАСТВОРЫ 109

8.1. Дисперсные системы и их классификация 109

8.2. Общая характеристика растворов 110

8.3. Способы выражения концентрации растворов 111

8.4. Растворимость 112

8.5. Природа жидких растворов 114

8.6. Типы и свойства растворов 116

8.7. Свойства растворов неэлектролитов 117

8.8. Растворы электролитов 124

8.9. Равновесия и обменные реакции в растворах электролитов 130

8.10. Гидролиз солей 144

8.11. Комплексные соединения 155

9. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ 164

9.1. Общие понятия и определения 164

9.2. Восстановители и окислители 172

9.3. Влияние среды на окислительно-восстановительные реакции 175

9.4. Типы окислительно-восстановительных реакций 178

9.5. Окислительно – восстановительные (электродные) потенциалы 179

9.6. Направление протекания окислительно-восстановительных реакций 184

185

10. Электрохимические процессы 186

10.1. Гальванические элементы (химические источники электрического тока) 186

10.2. Электролиз 191

10.3. Коррозия металлов 201

10.4. Защита металлов от коррозии 209

11. СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 214

11.1. Физические свойства металлов 214

11.2. Химические свойства металлов 216

ЛИТЕРАТУРА 223

Приложение 1 224

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

1.1. Определение химии. Предмет химии. Её связь с другими науками. Значение химии в изучении природы и развитии техники.

Качество подготовки инженеров существенно зависит от уровня их образования в области фундаментальных наук: математики, физики и химии. Роль и место химии в системе естественнонаучных дисциплин определяется тем, что в области материального производства человеку всегда приходится иметь дело с веществом.

В повседневной жизни мы наблюдаем, что вещества подвергаются различным изменениям: стальной предмет во влажном воздухе покрывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя лишь небольшую кучку золы; бензин в двигателе автомобиля сгорает, при этом в окружающую среду поступает около двухсот различных веществ, в том числе токсичных и канцерогенных; опавшие листья деревьев постепенно истлевают, превращаясь в перегной, и т.д.

Познание свойств вещества, строения, химической природы его частиц, механизмов их взаимодействия, возможных путей превращения одного вещества в другое, - эти проблемы составляют предмет химии.

Химия – это наука о веществах и законах их превращений.

Как одна из отраслей естествознания, химия связана с другими естественными науками. Химические изменения всегда сопровождаются изменениями физическими. Широкое применение физических методов исследования и математического аппарата в химии сблизило её с физикой и математикой. Химия также связана и с биологией, поскольку биологические процессы сопровождаются непрерывными химическими превращениями. Химические методы используют для решения проблем геологии. Связь между различными естественными науками очень тесная, на стыках наук возникают новые науки, например, ядерная химия, биохимия, геохимия, космохимия и т.д.

Изучение химическими методами ряда технических проблем связывает химию с инженерно – техническими и специальными дисциплинами, необходимыми для практической деятельности инженера. Так, производство стали и других сплавов, чистых металлов и полупроводников, выработка из них изделий и их дальнейшее использование, эксплуатация различных механизмов в соответствующих газовых и жидких средах – всё это требует конкретных химических знаний и умения применить их на практике.

Нет почти ни одной отрасли производства, не связанной с применением химии. Природа даёт нам исходное сырьё: дерево, руду, нефть, газ и др. Подвергая природные материалы химической переработке, человек получает разнообразные вещества, необходимые для сельского хозяйства, промышленности, домашнего обихода: удобрения, металлы, пластические массы, краски, лекарственные вещества, мыло, соду и т.д. Химия нужна человечеству для того, чтобы получить из природных веществ, всё необходимое – металлы, цемент и бетон, керамику, фарфор и стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, фармацевтические средства. Для химической переработки природного сырья необходимо знать общие законы превращения веществ, а эти знания даёт химия.

В современных условиях, когда стало ясно, что запасы многих природных ресурсов ограничены и не восстанавливаются, когда нагрузка на окружающую среду со стороны человека стала столь велика, а способность природы к самоочищению ограничена, на первый план выдвигается ряд принципиально новых проблем, решение которых невозможно без химических знаний. К ним в первую очередь относятся вопросы охраны окружающей среды и соблюдение экологических требований в новых технологических процессах, создание замкнутых производственных циклов и безотходных технологий, теоретическое обоснование и разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий. Реализация требований к высокому качеству продукции и её долговечности немыслима без понимания того, что контроль за химическим составом является важнейшим этапом технологического цикла. Борьба с коррозией материалов, изделий из них, новые методы обработки поверхностей требуют от инженера глубокого понимания сущности химических процессов.

Указанные выше проблемы по силам решить всесторонне грамотным инженерам, способным наряду с другими задачами разбираться и самостоятельно ориентироваться в химических вопросах.