ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ХИМИИ

Строение атомов. Квантовые числа как характеристики состояния электронов в атоме. Принцип Паули. Электронные и электронно-графические формулы элементов в основном и возбужденном состояниях. Порядок заполнения подуровней. Порядок заполнения орбиталей на подуровне. Правило Хунда, его иллюстрация на конкретных примерах. Значения квантовых чисел для электронов в атомах конкретных элементов. Нахождение элемента по особенностям строения его электронной оболочки.

Электронные и электронно-графические формулы атомов и ионов. Энергия ионизации, ее изменение у элементов периодической системы по группам и периодам, сродство к электрону.

Периодическая система элементов. Периодический закон. Основные закономерности, выражаемые системой, ее структура, причины периодичности изменения свойств элементов с точки зрения строения электронных оболочек атомов.

Химическая связь. Основные виды химической связи. Ковалентная химическая связь. Механизм образования ковалентной связи Метод валентных связей. Понятия о валентности, электроотрицательности атомов. Основные свойства ковалентной связи. Полярная и неполярная, что является количественной мерой полярности ковалентной связи? Составление электронных схем строения молекул с указханием полярных и неполярных связей на конкретных примерах. s– и p– ковалентные связи. Гибридизация атомных электронных орбиталей. Виды гибридизации и схемы образования химических связей в молекулах с sp-, sp²-, и sp³-гибридизованными атомами.

Координационная (донорно-акцепторная), ионная и водородная химические связи. Причины возникновения и основные свойства.

Термохимия Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и следствия из него. Стандартная теплота образования и ее использование при расчетах тепловых эффектов. Энтальпия образования химического соединения.

Химическая кинетика. Скорость химических реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Зависимость скорости реакций от концентраций. Средняя скорость реакций. Закон действия масс и его применение к гомогенным и гетерогенным реакциям. Константа скорости химических реакций. Расчет изменения скорости реакции при изменении концентраций и давления. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Понятие об энергии активации реакции. Уравнение Аррениуса. Правило Вант-Гоффа. Температурный коэффициент скорости реакции. Расчет изменения скорости по известному температурному коэффициенту скорости и обратно. Понятие о катализе, его виды и природа. Катализаторы.

Обратимые химические реакции. Химическое равновесие. Равновесные концентрации. Константа равновесия для гомогенных и гетерогенных реакций. Расчет константы равновесия по исходным и равновесным концентрациям и обратно. Применение к гетерогенным системам. Смещение химического равновесия в гомогенных и гетерогенных процессах. Принцип Ле-Шателье. Влияние изменения концентраций, давления, объема, температуры на химическое равновесие.

Растворы. Растворимость. Способы выражения концентраций растворов. Массовая доля, молярная и нормальная концентрации растворов, их взаимосвязь, пересчеты концентраций растворов. Расчет изменения концентрации при разбавлении раствора.

Свойства растворов неэлектролитов. Коллигативные свойства растворов. Осмотическое давление, закон Рауля и следствия из него. Расчёт температуры замерзания водного раствора.

Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация, ее причины и количественные характеристики. Сильные и слабые электролиты, схемы их диссоциации. Смещение равновесия диссоциации слабых электролитов. Степень диссоциации. Изотонический коэффициент. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Задачи на закон разбавления. Ионно-молекулярные уравнения реакций в растворах. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Характеристики кислотности водных растворов. Индикаторы. Водородный и гидроксильный показатели. Расчет величины рН растворов кислот и оснований с известной концентрацией. Расчет изменения рН по изменению концентраций ионов H⁺ и OH^-.

Гидролиз солей. Причины и следствия гидролиза. Степень и константа гидролиза. Основные случаи гидролиза солей. Ступенчатый гидролиз, молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза. Изменения величины рН растворов солей в результате гидролиза. Смещение равновесия при гидролизе солей. Методы усиления гидролиза. Взаимное усиление гидролиза солей.

Соленость воды. Жёсткость воды. Понятие о солености и жёсткости воды. Виды жёсткости, единицы измерения жёсткости. Возникновение жёсткости в природных водах, её влияние на эффективность моющих средств. Образование накипи. Расчеты величины жёсткости по известному содержанию солей или катионов и анионов в воде. Методы анализа воды на величину карбонатной и общей жёсткости. Основные методы умягчения воды - термический, реагентные (известковый, известково-содовый, содовый, фосфатный). Расчет количества осадка или умягчителя по известным величинам исходной и остаточной жёсткости и обратно. Ионообменные смолы, их использование для устранения жёсткости и обессоливания воды. Регенерация ионообменных смол.

Дисперсные системы. Способы получения коллоидных растворов, основные условия их образования. Строение мицелл. Причины устойчивости коллоидных растворов.

Написание формул мицелл золей, полученных конденсационным методом в известных условиях. Свойства коллоидных растворов, коагуляция коллоидов.

Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Постоянные степени окисления некоторых элементов. Нахождение степени окисления элементов. Процессы окисления и восстановления. Окислитель и восстановитель. Методики составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Методы электронного и электронно-ионного баланса. Влияние среды на протекание окислительно-восстановительных реакций.

Металлы. Электронная структура атомов металлов и их положение в Периодической системе элементов. Основные способы получения металлов. Гидротермия, карботермия, металлотермия, гидрометаллургия. Физические свойства металлов. Химические свойства металлов. Сравнительная активность металлов. Взаимодействие металлов с неметаллами, водой, водными растворами щелочей и солей, кислотами на конкретных примерах. Особенности взаимодействия металлов с азотной и концентрированной серной кислотой. Пассивация металлов. Расчёты по уравнениям реакций. Расчёт состава смеси металлов по количеству выделившегося газа при реакции со щелочью или с кислотой.

Основы электрохимии. Явления на границе металл-раствор. Электродный потенциал. Стандартный водородный электрод. Стандартные электродные потенциалы металлов. Ряд напряжений металлов. Гальванический элемент. Схемы и принцип работы простейших гальванических элементов. Процессы, протекающие на электродах. Анод и катод. ЭДС гальванического элемента.

Коррозия металлов. Коррозия металлов и факторы, влияющие на ее процесс. Химическая коррозия. Химическая активность и коррозионная стойкость металлов. Электрохимическая коррозия. Причины возникновения гальванических элементов при электрохимической коррозии (контакт разных металлов, неравномерная аэрация, воздействие блуждающих токов). Анодный и катодный процессы и их зависимость от внешней среды. Активаторы коррозии. Виды коррозионных разрушений. Коррозия железа. Продукты коррозии. Основные методы защиты металлов от коррозии: защитные покрытия на поверхности металлов (в том числе – анодные и катодные металлические), катодная защита (протекторная защита и электрозащита), ингибиторы коррозии.

Неорганические вяжущие вещества. Общая характеристика вяжущих веществ. Классификация вяжущих: воздушные и гидравлические, быстро и медленно твердеющие. Основные представители. Теория твердения вяжущих. Расчеты по реакциям получения и твердения вяжущих (с учётом содержания примесей).

Воздушные вяжущие: Воздушная известь. Сырье, реакция при обжиге. Процесс гашения извести. Состав и свойства негашеной и гидратной извести. Реакция твердения, ее стадии. Роль песка в известковых растворах. Гипсовые вяжущие (строительный гипс, ангидритовый цемент, эстрих-гипс), сырье, получение, влияние условий обжига на их состав и свойства. Твердение гипсовых вяжущих, стадии твердения, применение. Магнезиальный цемент (каустический магнезит), его получение, особенности твердения и применение. Фибролит. Щёлочносиликатное вяжущее, жидкое стекло. Сырье, способы получения, модуль, реакции твердения, применение.

Гидравлические вяжущие: Портландцемент. Сырье для его получения и химические реакции при обжиге сырьевой смеси. Минералогический состав клинкера. Добавки к клинкеру. Роль добавки гипса, реакция образования эттрингита. Реакции при твердении портландцемента, стадии и сроки твердения. Расчет минералогического состава клинкера портландцемента по количеству продуктов твердения.

Смешанные вяжущие на основе портландцемента: пуццолановый цемент, шлакопортландцемент. Состав, твердение, особенности свойств. Пуццолановые добавки, их влияние на твердение и свойства вяжущих на основе портландцемента.

Глиноземистый цемент, сырьё, получение, твердение, важнейшие свойства и условия применения. Отличия от портландцемента по составу, условиям обжига, свойствам, стойкости камня. Твердение. Зависимость процессов при твердении от температуры. Применение.

Коррозия цементного камня и бетона. Физическая коррозия. Химическая коррозия: углекислотная, магнезиальная, сульфатная, кислотная. Химизм и причины разрушения при коррозии. Методы защиты от коррозии.

Полимеры. Мономер, олигомер, полимер, степень полимеризации, элементарное звено. Структура полимеров. Способы получения полимеров.

Цепная полимеризация. Мономеры. Получение мономеров и радикальный механизм их полимеризации на примере этилена, пропилена, стирола, винилхлорида, диенов. Полимеры в строительстве. Полиэтилен, его химическая инертность, ее причины и экологическое значение. Полипропилен, получение, свойства и применение. Получение винилхлорида из ацетилена. Поливинилхлорид, получение, свойства, применение в строительстве. Полистирол, получение, свойства, применение. Диеновые углеводороды, их полимеризация. Бутадиен, его получение из этанола. Изопрен. Вулканизация каучуков, получение резины.

Ступенчатая полимеризация (поликонденсация). Мономеры. Функциональные группы. Линейная и пространственная поликонденсация. Получение фенолформальдегидных смол (новолачных и резольных), полиамидов, сложных полиэфиров (на примере полиэтилентерефталата) реакциями поликонденсации.

Расчеты масс мономеров и образующихся из них полимеров. Расчет средней молярной массы по степени полимеризации.

Свойства полимеров. Термопластичные и термореактивные полимеры. Стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее состояния полимеров. Термомеханические кривые аморфных линейных и пространственных полимеров.

Примеры практических заданий

в экзаменационных билетах

1.1. При повышении температуры от 10°С до 40°С время протекания реакции уменьшилось от 2 мин 40 сек до 20 сек. За какое время закончится эта реакция, если ее проводить при -10⁰?

1.2. Во сколько раз изменится скорость реакции 2С₂H₆ + 7O₂ = 4CO₂ + 6Н₂О, если при неизменном количестве исходных веществ: а) объем газовой смеси увеличить в 2 раза, б) увеличить в 3 раза давление в системе?

1.3. При 2000⁰ водяной пар на 10% разлагается на водород и кислород. Определите величину константы равновесия этой обратимой реакции, принимая исходную концентрацию водяного пара 0,12 моль/л.

1.4. Константа равновесия реакции FeO(тв) + CO(газ) Û Fe(тв) + CO₂(газ) при некоторых условиях равна двум. Определите равновесные концентрации CO и CO₂, если их начальные концентрации составляют: [CO]₀ = 0,07 моль/л; [CO₂]₀ = 0,05 моль/л.

1.5. Сколько было взято гидроксида натрия, если при его нейтрализации по реакции NaOH (т) + HCl (г) = NaCl (т) + H₂O (ж) выделилось 674,9 кДж теплоты? Значения стандартных теплот образования (DH^o₂₉₈, кДж/моль): NaCl: -411,0; HCl: -92,3; NaOH: -428,).

1.6. Как изменится положение равновесия в каждой из равновесных систем:

8H₂S (газ) Û 8Н₂ (газ) + S₈(тв), DН>0

2NО₂ Û N₂O₄, DН<0

СО + Н₂О Û СО₂ + Н₂, DН<0

если: а) снижать температуру, б) повышать давление, с) снижать концентрацию продукта? Напишите выражения для констант равновесия указанных реакций.

2.1. Может ли одновременно на 3d- и 4s-подуровнях атома находиться по одному электрону? А по два электрона? Если да, то напишите электронные и электронно-графические формулы таких атомов. Если нет, то почему?

2.2. Атом какого элемента имеет три электрона, для каждого из которых n=4, l=1? Каковы значения магнитного и спинового квантовых чисел для этих электронов? Ответ подтвердите электронной и электронно-графической формулой этого элемента.

2.3. Какие типы связи существуют в молекулах: LiCl, HF, O₂, CaSO₄. Изобразите структурную формулу последнего вещества.

2.4. Какие типы гибридизации ковалентной связи реализуются в молекулах BF₃, CF₄? Рассмотрите механизмы образования связей и структуру этих молекул.

3.1. Вычислите нормальность, молярность и титр 22%-ного раствора серной кислоты (плотность 1205 кг/м³).

3.2. В результате введения добавки хлорида калия, температура замерзания водного раствора понизилась до –1,6⁰. Определите массовую долю соли в растворе, если криоскопическая константа воды 1,86.

3.3. К 200 мл 23%-ного раствора азотной кислоты с плотностью 1,15 г/мл прибавили 3,5 л воды. Чему равна массовая доля HNO₃ в полученном растворе?

3.4. При какой молярной концентрации муравьиной кислоты 99,1% ее молекул будут находиться в недиссоциированном состоянии? Константа диссоциации НСООН равна 1,8^.10^-4.

3.5. Сколько растворенных частиц (ионов и недиссоциированных молекул) содержат 3,5 литра раствора уксусной кислоты с массовой долей 1,5%, плотностью 1007 кг/м³ и степенью диссоциации 1,6%?

3.6. Увеличится, уменьшится или останется без изменений величина рН, если в 2 раза разбавить растворы: 0,01 М HNO₃, 0,01 М KOH? Ответ подтвердите расчетом.

3.7. Какую окраску примет метилоранж в растворах солей: NH₄OCOCH₃, AlCl₃, K₃PO₄, Ca(NO₃)₂? Ответ подтвердите молекулярными и молекулярно-ионными уравнения реакций, реально протекающих в этих растворах.

3.8. Смешали равные объемы 0,005 М раствора хлорида кальция и 0,006 М раствора карбоната калия. Определите знак заряда гранул золя и напишите формулу мицеллы. При каких воздействиях на этот коллоидный раствор произойдет его коагуляция?

4.1. Рассчитайте величину общей жесткости воды, в 1,8 л которой находится 0,5^.10^-2 моля нитрата кальция и 0,015 моль гидрокарбоната магния.

4.2. Рассчитайте карбонатную и общую жёсткость воды, содержащей в 100 мл 0,063 г MgSO₄, 0,025 г KCl и 0,061 г Ca(HCO₃)₂? Какие вещества можно использовать для устранения такой жёсткости? Приведите уравнения реакций, приводящих к умягчению данной воды.

4.3. К 10 м³ воды, содержащей 8 моль гидрокарбоната кальция и 2 моль хлорида кальция, добавлено 10 моль гидроксида кальция. Рассчитать, как изменятся величины временной и постоянной жёсткости воды.

4.4. Сколько килограммов Na₂CO₃^.10H₂O нужно затратить на умягчение 100 литров воды с исходной жёсткостью 8,1 мэкв/л до остаточной жёсткости 0,6 мэкв/л?

4.5. Общая жёсткость воды, содержащей только соли кальция, равна 6,5 мэкв/л, а временная – 3,1 мэкв/л. Определите минимальную массу гидроксида кальция и карбоната натрия, которые надо последовательно прибавить к 150 л такой воды, чтобы полностью устранить жёсткость известково-содовым методом?

4.6. Какова была величина общей жёсткости воды, если при титровании 100 мл воды 0,02 н. раствором трилона-Б окраска индикатора изменилась после прибавления 17,5 мл раствора трилона.

5.1. Какие из перечисленных ниже веществ могут выступать как окислители, а какие как восстановители: F₂, NH₃, ClO₂, Fe, Mn₂O₃? Уравняйте окислительно-восстановительную реакцию, используя метод электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель: FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O.

5.2. В 100 мл 0,9 М раствора AgNO₃ опущена никелевая пластинка весом 20г. Определите массу пластинки после завершения реакции.

5.3. Определите массу образца цинка, если при действии на него избытка концентрированной азотной кислоты образовалось 1,32 литра газа (при н.у.).

5.4. Определите массу серной кислоты, необходимую для растворения образца магния массой 6,4 г, если в одном случае взять разбавленный раствор, а в другом – концентрированный? Какой объем газа выделится в каждом случае?

5.5. Сколько граммов оксида меди (II) восстанавливается водородом, выделившимся при взаимодействии 5 г алюминия с 140 мл раствора с плотностью 1430 кг/м³ и массовой долей NaOH 40%?

5.6. При взаимодействии 15 г смеси порошков железа, алюминия и меди с избытком концентрированной азотной кислоты выделилось 2,48 л газа (н.у.), а с избытком концентрированного раствора КОН - 3,72 л. Определите массовую долю металлов в смеси.

6.1. Если к медной пластинке, находящейся в этой кислоте прикоснуться цинковой проволочкой, на меди начнется выделение газа. Составьте уравнения происходящих при этом химических процессов.

6.2. Гальванический элемент составлен из металлических электродов (магниевого и никелевого), погруженных в емкости с растворами солей: сульфата магния и сульфата никеля. Какие процессы протекают на электродах и какова ЭДС этого элемента, если концентрации ионов магния и меди в растворах равны по 1 моль/л?

6.3. Железо покрыто хромом. Какой из металлов будет подвергаться коррозии в случае нарушения целостности покрытия? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при коррозии: а) в водном растворе хлорида натрия, б) в воде, содержащей растворенный углекислый газ.

7.1. Негашёная известь часто содержит в качестве примесей известняк и песок. Какие реакции позволят обнаружить эти примеси? При разложении образца известняка массой 3 г соляной кислотой было получено 282 мл СО₂ (при н.у.). Сколько гашёной извести можно получить из одной тонны этого известняка?

7.2. Определите чистоту образца природного (двухводного) гипса, если при его прокаливании при 600^оС выделилось 14,1% воды?

7.3. Сколько килограммов аморфного оксида кремния (IV) необходимо для получения 6 кг 45%-ного раствора жидкого стекла (модуль 2,8)?

7.4. Сколько килограммов аморфного SiO₂ потребуется для полного связывания гидроксида кальция, образующегося при взаимодействии 55 кг алита с водой?

7.5. Рассчитайте минералогический состав клинкера портландцемента, если известно, что алита в нем по массе вдвое больше, чем белита, и известен химический состав образца: CaO - 70%, SiO₂ - 20%, Al₂O₃ - 5%, Fe₂O₃ - 5%.

7.6. При действии на образец портландцемента массой 100 г избытком концентрированной соляной кислоты образовалось 15 г AlCl₃ и 8 г FeCl₃. Сколько % C₃A и C₄AF входит в состав этого цемента?

7.7. Глиноземистый цемент получают из боксита, содержащего 41% оксида алюминия. Сколько нужно взять известняка, содержащего 92% карбоната кальция на 3 тонны боксита при составлении сырьевой смеси?

8.1. Сколько кубометров пропилена (при н.у.) израсходовано для получения полипропилена массой 168 т, если выход продукта составил 81% от теоретического?

8.2. Получение бутадиена и механизм его радикальной полимеризации с образованием каучука. Как из каучука получают резину?

8.6. Сколько килограммов бутадиена можно получить из 1,6 тонн 94%-ного спирта, если выход его составляет 70% от теоретического?

Поиск по сайту: