Довбыш С.А. Химия

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ХИМИИ

С.А. Довбыш

ХИМИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Барнаул 2010

1. Целевая установка и организационно-методические указания

Химия, является одной из фундаментальных естественнонаучных дисциплин, изучает материальный мир, законы его развития, химическую форму движения материи. В процессе изучения химии вырабатывается научный взгляд на мир в целом. Знание химии необходимо для плодотворной деятельности специалиста любой отрасли народного хозяйства.

Изучение химии позволяет получить современное научное представление о материи и формах ее движения, о механизме превращения химических соединений, свойствах веществ и применении химических процессов в АПК.

Химия включена в состав федерального компонент-блока естественнонаучных дисциплин.

Цели дисциплины - изучение студентами общих основ химии, ознакомление студента со свойствами материалов, используемых на предприятиях АПК, формирование диалектико-материалистического мировоззрения студента и в развитие у него аналитического химического мышления, помогающего решать вопросы качества, надежности товаров потребительского рынка, проблемы экологии.

Задачидисциплины:

•изучить основные разделы современной химии: квантово-механическое представление о строении материи, периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева, общие закономерности протекания химических процессов;

•научиться составлять уравнения химических реакций, производить расчеты по ним, приготавливать растворы веществ заданных концентраций, осуществлять и объяснять химические процессы;

•изучить свойства элементов и их соединений, использующихся в сельскохозяйственном производстве;

•развить у студентов логическое (химическое) мышление и привить определенные навыки в области экспериментальных исследований и обработки полученных результатов.

Требования к усвоению дисциплины

Врезультате усвоения курса «Химия» студент должен получить определенные знания, умения и навыки.

Врезультате изучения дисциплины студент должен

иметь представления:

•о возможностях применения фундаментальных законов физики и химии для объяснения свойств и поведения сложных многоатомных систем, включая биологические объекты;

•о физических, химических и биологических методах исследований;

•о свойствах ядер атомов и элементарных частиц;

3

•о современных достижениях естественных наук, физических принципах работы современных технических устройств;

•об экологических принципах рационального природопользования.

знать:

•основы классификации и номенклатуры солей, кислот, оснований, полимеров, поверхностно-активных веществ;

•основные законы химии и их практическое применение;

•общие закономерности протекания химических процессов природного и производственного характера (основы химической термодинамики, кинетики, равновесия);

•квантовую физику: состояние частиц в квантовой механике, дуализм волн и частиц, соотношение неопределенностей, электронное строение атомов, молекул и твердых тел, теорию химической связи;

•химические системы: дисперсные растворы, электрохимические, каталитические;

•реакционную способность веществ;

•методы химической идентификации веществ;

•энергетику и кинетику химических процессов, колебательные реакции;

•основы органической химии, свойства полимеров и биополимеров.

уметь:

•анализировать основную и дополнительную литературу курса;

•оценить возможные отрицательные последствия на окружающую среду производственной деятельности, связанной с использованием экологически опасных веществ или образующихся в процессе производства в количествах, превышающих предельно-допустимые концентрации (ПДК);

•оценить свойства материалов, применяемых на предприятиях АПК;

•контролировать качество приготовления растворов, применяемых при производстве сельскохозяйственной продукции.

владеть:

•методами работы в химической лаборатории.

•терминологий курса;

•навыками самостоятельной научно-исследовательской работы.

Знание химии необходимо для успешного последующего изучения общенаучных и специальных дисциплин (физика, экология, растениеводство, земледелие и др.).

Работа студента над курсом химии слагается из следующих элементов: самостоятельное изучение материала по учебникам и учебным пособиям; выполнение контрольных заданий, лабораторного практикума, посещение лекций; сдача зачета (или экзамена).

К сдаче зачета (или экзамена) по дисциплине допускаются студенты, получившие положительную рецензию на контрольную работу, зачет по лабораторному практикуму.

4

2. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ

Контрольная работа выполняется с целью проверки усвоения программного материала, закрепления теоретических знаний, полученных студентами на лекциях и в процессе самостоятельной работы.

Правила оформления контрольной работы

Контрольная работа выполняется на листах формата А4, должна содержать титульный лист (приложение 16), список используемой литературы, иметь поля для замечаний преподавателя (4 - 5 см).

В тексте необходимо:

•Записать номер и полную формулировку каждого конкретного задания.

•Дать четкие и краткие ответы по сути теоретических вопросов.

•Для задач: записать условие задачи, используемые расчетные формулы в общем виде, пояснить входящие в них величины, после чего проводить вычисления, обосновывая каждое действие и соблюдая при этом соответствие размерностей используемых величин в системе СИ.

•В конце работы поставить дату и подпись.

Для выполнения контрольной работы необходимо изучить теоретический материал (при необходимости использовать не только основную, но и дополнительную литературу) и воспользоваться справочными данными, основными расчетными формулами, приведенными в данном пособии (приложения 2-15).

Методические указания предусматривают 100 вариантов контрольных заданий. Каждый студент выполняет вариант, обозначенный двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Таблицы вариантов контрольных заданий для студентов инженерных и экономических специальностей приведены в конце пособия (приложение 1).

Выполненная контрольная работа направляется студентом на кафедру химии АГАУ.

Контрольная работа, выполненная студентом не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается.

Если контрольная работа не зачтена, ее нужно выполнить повторно с учетом указаний рецензента и выслать на рецензирование вместе с незачтенной работой. Исправления следует выполнять на отдельных листах, а не в рецензируемом тексте.

Для сдачи зачета (или экзамена) по дисциплине студент должен прослушать курс лекций, выполнить лабораторный практикум и предоставить преподавателю защищенную контрольную работу.

В случае возникновения затруднений при изучении дисциплины студент может обратиться за консультацией на кафедру химии АГАУ.

5

3.Контрольные задания

3.1.Моль. Эквивалентные массы и эквиваленты простых и сложных ве-

ществ. Закон эквивалентов

1.Выразите в молях: а) 12,04·1021 молекул СО2; б) 3,80·1024 атомов кисло-

рода.

2.Сколько атомов содержится в 0,5 моль углерода? Какое число атомов соответствует 0,25 моль железа?

3.Определите число молекул воды, которое соответствует количеству вещества 10 моль. Какова масса 0,5 моль молекул воды?

4.Вычислите массу вещества, соответствующую 4 моль атомов углерода. Сколько атомов содержит 1 моль молекул углекислого газа?

5.Какова масса 1,5·1020 молекул кислорода? Какой объем занимает это количество молекул при н.у.?

6.На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода (н.у.). Вычислите эквивалентную массу оксида и эквивалентную массу металла. Чему равна атомная масса металла?

7.При восстановлении водородом оксида металла массой 2,68 г образовалась вода массой 0,648 г. Вычислите молярную массу эквивалента металла.

8.Из 1,35г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите эквивалентную массу этого металла.

9.Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г его сульфата. Вычислите эквивалентную массу этого металла.

10.Чему равен при н.у. эквивалентный объём водорода? Вычислите эквивалентную массу металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовалось 0,28 л водорода (н.у.).

11.Определите эквивалент металла, 7 г гидроксида которого образуют 20,75 г йодида.

12.Эквивалент двухвалентного элемента равен 12. Вычислите массовую долю (в %) кислорода в оксиде элемента.

13.Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите эквивалентную массу этого металла.

14.Вычислите эквивалентную массу серы в соединении, содержащем 5,92% водорода и 94,08% серы.

15.На нейтрализацию 0,471 г фосфористой кислоты израсходовано 0,644 г гидроксида калия. Вычислить молярную массу эквивалента кислоты.

16.При сгорании магния массой 6 г образовалось 9,945 г оксида. Чему равна эквивалентная масса магния?

17.Определите молярную массу эквивалента двухвалентного металла, если 14,2г оксида этого металла образуют 30,2г сульфата металла.

18.При разложении оксида металла массой 0,92 г выделился металл массой 0,86 г. Вычислите молярную массу эквивалента металла.

19.Эквивалент трехвалентного металла равен 17 г/моль. Вычислить атомную массу металла, эквивалентную массу оксида и процентное содержание ки-

6

слорода в оксиде.

20.При восстановлении водородом 5 г оксида израсходовано 1,45 л водорода. Вычислить эквивалентные массы оксида и элемента.

21.При восстановлении 1,485 г оксида металла, выделилось 0,41 л оксида углерода СО. Вычислить эквивалентную массу металла.

22.В 3,72 г оксида металла содержится 2,75 г металла. Вычислить эквивалентные массы металла и оксида.

23.При взаимодействии 3,62 г металла с кислотой выделилось 1,25 л водорода, измеренного при н.у. Вычислить эквивалентную массу металла.

24.На нейтрализацию 1,3 г серной кислоты израсходовано 1,1 г гидроксида щелочного металла. Какова формула этого металла?

25.Из 2,6 г гидроксида металла получено 4 г фосфата металла. Вычислить эквивалентную массу металла.

3.2.Строение атома

26.Изобразите электронную формулу и электронную схема у атома стронция и иона Sr²+. Какие значения принимают квантовые числа для внешних электронов атома стронция?

27.Сформулируйте 1-е и 2-е правило Клечковского. Используя эти правила, объясните, какая орбиталь раньше заполняется электронами: 3d или 4s; 5p

или 6s; 4f или 5p?

28.Значением каких квантовых чисел отличаются электроны: а) находящихся на одной электронной орбитали; б) находящихся на одном электронном подуровне. Запишите символ и изобразите форму электронной орбитали, имеющей следующие значения квантовых чисел n = 3, l= 1. Сколько электронов может находиться на орбиталях с данными значениями n и l?

29.По какому признаку элементы подразделяются на электронные семейства? К одному или к разным семействам относятся элементы IV группы периодической системы? Ответ поясните.

30.Составьте электронные формулы элементов с порядковыми номерами 23 и 51. Какие электроны этих атомов являются валентными? Чему равна максимальная валентность?

31.Какие элементарные частицы входят в состав атома? Охарактеризуйте каждую из них по разряду и массе. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержит атом серебра? К какому электронному семейству он относится?

32.Какое состояние атома называется основным и какое – возбужденным? Чем ион отличается от нейтрального атома? Изобразите электронные формулы

исхемы атома серы в основном и в возбужденных состояниях, а также ионов S

иS² .

33.Что характеризует орбитальное квантовое число? Какие значения оно принимает на данном уровне? Какое значение имеет орбитальное квантовое число для электронов, находящихся на 4s, 5s, 3d, 6p, 4f - орбиталях?

34.Что характеризует главное квантовое число? Какие значения оно принимает? Какое значение имеет n для внешних электронов атомов цинка, каль-

7

ция, азота, сурьмы, ртути?

35.Какие атомы называются изотопами и какие - изобарами? Какие из них имеют сходные химические свойства? Почему?

36.Что характеризует спиновое квантовое число, какие значения оно принимает? Сформулируйте правило Хунда. Чему равна по модулю сумма спиновых квантовых чисел всех электронов атома углерода в основном и в возбужденном состояниях?

37.Что характеризует магнитное квантовое число, какие значения оно может принимать для электронов s-, p-, d- и f-подуровней? Какое максимальное количество электронов может находиться на орбиталях перечисленных подуровней?

38.Какие электроны атома называются валентными? Сколько валентных электронов имеет атом с порядковыми номерами 50 и 17? Изобразите электронные формулы и электронные схемы эти элементов? К каким электронным семействам они относятся?

39.Как определить, сколько подуровней может иметь данный энергетический уровень? Сколько и каких подуровней имеет 4-й энергетический уровень? Сколько электронов он максимально вмещает? У каких элементов периодической системы (начиная с какого порядкового номера) 4-й уровень является полностью завершенным?

40.Охарактеризуйте набором квантовых чисел 3d-орбиталь. У каких элементов (назовите порядковые номера) заполняется 3d-подуровень? Почему 3dподуровень заполняется у элементов не 3-его, а 4-ого периода?

41.Изобразите символ и форму орбитали, для которой: а) n = 4, l = 0 и n = 3, l = 1? Какая из этих орбиталей раньше заполняется электронными и почему?

42.Изобразите электронные формулу и схему для атома As, ионов As3- и As3+. Какой из перечисленных ионов имеет больший радиус и почему?

43.Сформулируйте принцип Паули. Приведите примеры двух электронов, которые различались бы лишь а) значением главного квантового числа n; б) значением орбитального квантового числа l; в) значением магнитного квантового числа ml; г) значением спинового квантового числа ms.

44.В чем суть радиоактивного распада атомов? Какую радиоактивность называют искусственной? запишите уравнение ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов Nb ά – частицами, если при этом поглощается одна ά – частица и выделяется 1 нейтрон?

45.Составьте электронные схемы и формулы элементов, имеющих порядковые номера 42 и 52 , если известно, что у первого элемента происходит провал одного внешнего s-электрона семейству относятся данные элементы и сколько они имеют валентных электронов?

46.Строение внешнего уровня атома выражается формулой ...3d14s2. Укажите номер периода, группы, в которой расположен этот элемент в периодической системе. Ответ обоснуйте.

47.Сколько пар валентных электронов в электронной оболочке атома титана в нормальном состоянии?

48.Сколько электронов имеется на внешнем уровне частицы As+3?

8

49.Что такое нейтрон? Укажите число нейтронов в ядре атома элемента с порядковым номером 35.

50.В каком ряду расположены только изотопы:

1)39К, 40К, 40Са;

2)41К, 41Са, 41Аr;

3)40Аr,40К,40Са;

4)39К,40К,41К? Ответ обоснуйте.

3.3.Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

51.Исходя из положения серы, селена и углерода в периодической системе, определите, какая из двух кислот является более сильной: а) H2CrO4 или

H2SeO4, б) H2CO3 или H2SO3.

52.Составьте формулы оксидов и гидроксидов хрома. Как изменяется химический характер этих соединений при повышении степени окисления?

53.Исходя из положения натрия, олова и марганца в периодической системе, составьте формулы следующих соединений: гидросульфата натрия, оловянной кислоты и оксида марганца, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.

54.Какой их этих двух элементов имеет большее значение потенциала ионизации: а) К или Си, б) Са или Sr, в) Be или B? Почему?

55.Исходя из положения металла периодической системе, определите ка-

кой из двух гидроксидов является более сильных основанием: а) Mg(OH)2 или

Be(OH)2, б) Cd(OH)2 или Sn(OH)2, Sr(OH)2 или Мо(OH)2?

56.Какую высшую степень окисления проявляют индий, ванадий, рений и осмий? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающим этим степеням окисления.

57.Исходя из положения хлора, вольфрама и теллура в периодической системе, составьте формулы следующих соединений: хлорной кислоты, теллуроводорода и оксида вольфрама, отвечающего его высшей степени окисления.

58.Объясните, какой из двух элементов имеет большое значение сродства

кэлектрону: а) Si или P, б) О или S, в) В или С?

59.Составьте формулы водородных соединений элементов пятой группы главной подгруппы. Расположите их в порядке возрастания восстановительных свойств. Ответ поясните, исходя из положения в периодической системе данных элементов.

60.Какую низшую ступень окисления проявляют йод, сурьма, кремний и селен? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающим этим степеням окисления.

61.Сравните по электроотрицательности пары элементов: а) В и I, б) S и Cl, в) C и N. Ответ мотивируйте, исходя из положения этих элементов в периодической системе.

62.Какую высшую и низшую степени окисления проявляют углерод, висмут, теллур и йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающим этим степеням окисления.

9

63. Исходя из положения серы, хлора и фосфора в периодической системе определите, как меняются окислительные свойства кислот: H3PO4, H2SO4, HClO4?

64.Как изменяется кислотно-основные свойства гидроксидов в рядах: а)

Gе(OH)2 - Sn(OH)2 - Рb(OH)2, б) Gе(OH)4 - Sn(OH)4 - Рb(OH)4? Ответ мотиви-

руйте, исходя из положения германия, олова и свинца в периодической системе.

65.В какой степени окисления галогены и элементы подгруппы марганца проявляют наибольшее сходство в свойствах? Приведите примеры сходных соединений.

66.Исходя из положения бора периодической системе, составьте формулы соединений: ортобората, метабората и борида натрия. Изобразите графически формулы этих соединений.

67.Почему первый потенциал ионизации атома бериллия больше, чем у атома лития, а второй потенциал ионизации ниже, чем у атома лития?

68.Как изменяются окислительные и кислотные свойства, в ряду HOCl -

HClО2 - HСlО3 - HClО4?

69.Почему в периодической системе элементов водород относят как к I, так и к VII группе?

70.Как изменяются кислотные и окислительно-восстановительные свой-

ства в ряду HOCl - HOBr – HОI?

71.У какого атома сильнее выражены металлические свойства?

Строение энергетических уровней:1)...3s23p2; 2)...4s2; 3)...3s23p6; 4)...3d104s1.

Ответьте, исходя из положения элементов в периодической системе.

72.У какого атома большее число неспаренных электронов в нормаль-

ном состоянии: l) Na, 2) Si,3) Р, 4)S, 5) С1?

73. У какого атома, строение энергетических уровней которых: 1) ...3s23p2, 2) ... 3s23p4, 3) ... 3s23p6, 4) ... 3s2, сильнее выражены неметаллические свойства? Ответьте, исходя из полных электронных формул атомов элементов.

74.Строение энергетических уровней: 1)...3s23p2, 2)...4s2, 3)...3s23p6, 4)...3dI04s1. Определите, какой из атомов может проявлять отрицательную степень окисления. Приведите примеры соединений.

75.В какой группе периодической системы находится элемент, если для восстановления 31,92 г его оксида ЭО2 потребовалось 0,4 моль водорода?

3.4. Химическая связь

При выполнении заданий по данной теме использовать значения относительных электроотрицательностей элементов, приведенных в приложении 3.

76.Как метод валентных связей (ВС) объясняет образование ковалентной

связи? Пользуясь данным методом, объясните строение молекул H2S и BeF2 и изобразите их электронноточечные формулы и структурные формулы.

77.Что называется кратностью связи? Приведите примеры соединений содержащих одинарные, двойные и тройные связи. Как соотносится кратность

10