Тема 5: Окислительно-восстановительные реакции (4 часа).
Потенциал. Электрод. Окислитель. Восстановитель. Окисление. Восстановление. Фактор эквивалентности. Константа равновесия.
Примерные вопросы и задачи:
Какие реакции называют окислительно-восстановительными и чем они отличаются от обменных реакций?
В чем сущность процессов окисления и восстановления?
Какие простые вещества элементов периодической системы Д.И.Менделеева обладают наиболее сильными окислительными и восстановительными свойствами?
Назвать часто применяемые окислители и восстановители.
Как определяются эквиваленты окислителя и восстановителя?
Пользуясь таблицами стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, определить, будут ли протекать следующие реакции:
Ag + H2SO4(разб.) Sn + H2SO4(разб.) …
Mn(OH)2 + H2O2 NaNO2 + O3 …
KМnO4 + Cr2(SO4)3 + H2SO4 FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4
Для тех, которые будут протекать, написать уравнения реакций.
Написать уравнения реакций, пользуясь методом электронно-ионного баланса:
SO2 + Br2 + H2O FeCl3 + H2S
As2S3 + HNO3(конц.) K2Cr2O7 + H2S + H2SO4
H2O2 + CaOCl2 NO2 + Ca(OH)2
SnCl2 + Na2SO3 + HCl Zn + HNO3(очень разб.)
Fe + HCl Cl2 + KOH
Написать уравнения реакций, пользуясь методом электронного баланса:
NH3 + O2 KМnO4
(NH4)2Cr2O7
В 1 л раствора содержится 8 г хлорной кислоты. Вычислить ее нормальность в реакции с:
а) едким натром, б) сернистым газом.
0,8 г раствора пероксида водорода выделили из подкисленного раствора иодида калия 0,3 г иода. Вычислить процентную концентрацию раствора пероксида водорода.
Сколько мл 5%-ного раствора иодноватой кислоты (плотность 1,02) потребуется для окисления 40 мл 8%-ного раствора иодистоводородной кислоты (плотность 1,06)?
Сколько грамм нитрита калия можно окислить 30 миллиграммами 0,02н. подкисленного раствора перманганата калия?
Какие объемы сероводорода и сернистого газа (н.у.) должны прореагировать, чтобы получилось 100 кг серы?
Тема 6: Строение атома и периодическая система (4 часа).
Электрон. Орбиталь. Корпускулярно-волновой дуализм. Волновая функция. Квантовые числа. Периодическая система. Потенциал ионизации. Сродство к электрону. Электроотрицательность.
Примерные вопросы и задачи:
Кем, когда и какими опытами было открыто ядро атома и создана ядерная модель атома?
Что нового ввел Н. Бор в представление об атоме? Дайте краткое изложение постулатов Бора.
Что определяет и какие значения может иметь главное квантовое число, введенное Бором?
Как объясняет теория бора линейчатую структуру атомных спектров?
Что называется принципом неопределенности и соотношением неопределенности?
Какое экспериментальное подтверждение нашла гипотеза де Бройля о волновых свойствах микрочастиц?
Какое уравнение является основным уравнением квантовой механики и что описывают волновые функции, получаемые его решением?
Что в атоме называют энергетическим уровнем и энергетическим подуровнем?
Укажите значения квантовых чисел для электронов в атомах элементов с порядковыми номерами 11, 14, 20, 23, 33.
Что называется атомной орбиталью? Как связана каждая атомная орбиталь с электронным облаком?
Какую форму имеют s, p, d электронные облака, какой симметрией они обладают?
Дайте формулировку принципа Паули и покажите чем должны отличаться два электрона, находящиеся на а) одном и том же энергетическом уровне и подуровне и имеющие одинаковые спины; б) одном и том же энергетическом подуровне и имеющие одинаковое значение магнитного квантового числа и одинаковые спины; в) одном и том же энергетическом уровне и имеющие одно и то же значение магнитного квантового числа и одинаковые спины.
Покажите на примере, как при заполнении электронных оболочек действует принцип Паули и правило Гунда. Дайте формулировку этого правила.
Что называется энергией ионизации? Какая величина имеет одинаковое с ней числовое значение? В каких единицах они измеряются?
Что называется сродством атома к электрону?
Что называют абсолютной и относительной электроотрицательностью?
Что называют степенью окисления элемента и чему равна их общая сумма в молекуле и в ионе?
Дайте современную формулировку периодического закона?
Покажите, как периодический закон иллюстрирует и подтверждает закон перехода количества в качество.
Какова структура периодической системы? Что определяет число периодов, групп и подгрупп?
Как изменяются свойства элементов главных подгрупп по периодам и в пределах одной группы? Что является причиной этих изменений?
Тема 7: Химическая связь (4 часа).
Валентные схемы. Электронные пары. - и -связи. Гибридизация. Кратность связи. Атомная орбиталь. Молекулярная орбиталь.
Примерные вопросы и задачи:
Почему при взаимодействии свободных атомов в образовании химической связи выделяется энергия?
Какой атом или ион служит донором электронной пары при образовании иона ВF4-?
Составить энергетическую диаграмму МО частиц NO+, NO и NO- и сравнить их кратность и энергии связей.
Рассмотреть с позиций метода МО возможность образования BF, BC, BN.
Какие из перечисленных частиц не могут существовать в устойчивом состоянии с позиций теории МО:
а) Н2+; б) Н2; в) Н2-; г) Не2; д) ННе?
Какие из перечисленных частиц парамагнитны:
а) N2; б) O2; в) NO; г) CO; д) CN
Ответ мотивировать с позиций метода МО.
Сравнить кратность, энергию связей и магнитные свойства частиц СО+, СО и СО-.
При взаимодействии SiF4 с HF образуется сильная кислота H2SiF6, диссоциирующая на ионы Н+ и SiF62-. Может ли подобным образом протекать реакция между СF4 и НF? Указать тип гибридизации АО кремния в ионе SiF62-.
Одинакова ли конфигурация молекул BF3 и NF3. Почему?
Почему не могут существовать устойчивые молекулы Be2 и Ne2?
Объяснить с позиций методов ВС и МО изменение энергии диссоциации (кДж/моль) молекул в ряду F2 (155) - О2 (493) - N2 (945).
Тема 8: Химия металлов (2 часа).
Металлы. Металлическая связь. Активный металл. Неактивный металл. Энергия ионизации. Электрохимический ряд металлов.
Примерные вопросы и задачи:
Какова связь между положением металла в Периодической системе и электрохимическим рядом напряжений?
Как взаимосвязаны физические свойства металлов и металлическая связь?
Чем можно объяснить, что металлы легко взаимодействуют с неметаллами и другими веществами и значительно труднее друг с другом?
Смесь порошков магния, железа, меди и цинка массой 2.09 г обработали раствором NaOH. При этом выделилось 0.224 л водорода. Такая же масса смеси, взаимодействуя с кислотой, вытесняет 0.672 л водорода, а масса непрореагировавшего остатка составляет 0.640 г. Определить состав смеси по массе.
Железную пластинку массой 100 г опустили в раствор CuCl2.Через некоторое время пластинку вынули, высушили и вновь взвесили. Масса оказалась равной 102 г. Какая масса FeCl2 образовалась?
Какая масса алюминия потребуется для получения 1.56 г хрома из оксида Cr2O3 путем алюмотермии?
Тема 9: Химия неметаллов (2 часа).
Неметаллы. Валентность. Сродство к электрону. Аллотропные модификации. Водородные соединения. Солеобразующий, несолеобразующий оксид.
Примерные вопросы и задачи:
Какие закономерности наблюдаются в изменениях свойств неметаллов, относящихся к определенному из периодов?
Как изменяются окислительные свойства неметаллов внутри периода и внутри группы?
Объясните закономерности изменения строения наружных электронных оболочек на примере неметаллов второго периода.
Перечислите важнейшие физические свойства неметаллических элементов и объясните их, исходя из строения атомов.
Напишите уравнения соответствующих реакций, характеризующих свойства разбавленной и концентрированной серной и азотной кислот.
Элемент, высший солеобразующий оксид которого отвечает формуле Э2О3, образует водородное соединение, содержащее 3.85 % водорода. Назовите этот элемент. Ответ подтвердить расчетами.
Определить объем газообразного азота, измеренного при 22 оС и давлении 101325 Па, полученного при разложении 3.26 г нитрита аммония.
7. ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторная работа № 1
«ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ»
Опыт 1: Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость гомогенной химической реакции.
Опыт 2: Влияние величины поверхности на скорость гетерогенной химической реакции.
Опыт 3: Автокатализ.
Опыт 4: Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ.
Опыт 5: Влияние температуры на химическое равновесие.
Опыт 6: Ингибирование коррозии.
Для выполнения лабораторной работы необходимы:
Растворы химических реактивов: серная кислота, соляная кислота гидроксид натрия, сульфит натрия, иодат калия, перманганат калия, щавелевая кислота, хлорид железа (III), роданид аммония, хлорид аммония, иод (в растворе с KI), крахмал, формалин.
Твердые вещества: карбонат кальция (порошок и кусочками), соль марганца (II), стальная проволока.
Оборудование: стеклянные пробирки, стаканчики, спиртовка, пипетки, резиновые груши, секундомер.
Лабораторная работа № 2
«ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ»
Опыт 1: Влияние одноименного иона на степень диссоциации слабых электролитов.
Опыт 2: Буферные растворы.
Опыт 3: Гидролиз солей.
Опыт 4: Гетерогенные равновесия.
Для выполнения лабораторной работы необходимы:
Растворы химических реактивов: соляная кислота, уксусная кислота, гидроксид натрия, аммиак, ацетат натрия, иодат калия, хлорид аммония, хлорид натрия, хлорид магния, хлорид алюминия, сульфат калия, хлорид сурьмы (конц.), карбонат натрия, оксалат натрия, хлорид кальция, нитрат свинца, сульфид аммония.
Твердые вещества: ацетат натрия, хлорид аммония.
Оборудование: стеклянные пробирки, стаканчики, универсальная индикаторная бумага, спиртовка, пипетки, резиновая груша.
Лабораторная работа № 5
«ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (ОВР)»
Опыт 1: Окислительно-восстановительные свойства простых веществ.
Опыт 2: Влияние среды на протекание окислительно-восстановительных реакций.
Опыт 3: Окислительно-восстановительная двойственность.
Опыт 4: Окислительные и восстановительные свойства перекиси водорода.
Опыт 5: Внутримолекулярное окисление-восстановление.
Для выполнения лабораторной работы необходимы:
Растворы химических реактивов: соляная кислота (конц. и разб.), азотная кислота (конц. и разб.), серная кислота (конц. и разб.), гидроксид натрия, бромная вода, перманганат калия, сульфит натрия, нитрит натрия, иодид калия, пероксид водорода, крахмал.
Твердые вещества: оксид марганца (IV), бихромат аммония,
Оборудование: стеклянные пробирки, стаканчики, медная проволока, цинковая пыль, универсальная индикаторная бумага, спиртовка, лучинка, стеклянная палочка, пипетки, резиновая груша.
Каждому студенту в начале семестра выдается на руки учебно-методическая разработка для подготовки и выполнения лабораторных работ (см. Список основной литературы, п. 4).
После выполнения лабораторных работ проводятся семинарские занятия, на которых рассматриваются теоретические вопросы курса и на основе полученных знаний осуществляется решение задач.
8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ
Учебным планом ООП не предусмотрены.
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ, ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
9.1 Вопросы к экзамену
Основные понятия и законы стехиометрии. Атомные и молекулярные массы. Моль. Постоянная Авогадро.
Для всех ли соединений справедливы законы простых кратных отношений и постоянства состава? Ответ обосновать.
Закон эквивалентов. Фактор эквивалентности. Атомные и молярные массы эквивалентов.
Периодический закон. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Физический смысл номера периода и группы. Правила Клечковского.
Развитие представлений о сложной структуре атома. Явление радиоактивности. Модели атома. Атомные спектры.
Нахождение электрона в атоме. Постулаты Бора. Уравнение Шредингера. Волновая функция.
Представление об электроне как о частице и волне. Принцип неопределенности Гейзенберга, уравнение волны Де-Бройля. Электронное облако.
Заполнение электронных оболочек в атомах. Принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правило Гунда (Хунда), правила Клечковского. Привести примеры.
.Квантово-механическая теория строения атома. Квантовые числа. Форма и ориентация орбиталей. Принцип Паули. Правило Хунда.
s-, p-, d-элементы, их валентные электроны. Энергия ионизации, сродство к электрону. Электроотрицательность.
Как изменяется в группах энергия ионизации и сродство к электрону?
Основные типы химической связи. Отличительные особенности ионной связи от других связей (ковалентной, металлической). Существует ли в природе чистая ионная связь. Когда химическая связь считается ионной? Приведите примеры соединений с ионной связью.
Обменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. Понятие валентности.
Теория гибридизации. Виды гибридизации. Примеры. В чем ограниченность данной теории.
Основные положения теории гибридизации. Как теория гибридизации объясняет пространственное строение молекул (на примере молекулы аммиака)?
Направленность ковалентной связи. Перекрывание негибридных орбиталей. Изобразить перекрывание орбиталей в предложенных молекулах.
Основные характеристики связи: длина, энергия, валентные углы. Полярность связи. Дипольный момент связи.
Скорость химической реакции. Зависимость константы реакции от энергетического и стерического факторов. Понятие об активном комплексе. Энергия активации.
Каков физический смысл константы скорости реакции, от каких параметров она зависит.
Скорость химических реакций. Константа скорости. Факторы, влияющие на скорость реакции. Влияние температуры. Правило Вант-Гоффа.
Скорость химической реакции. Физический смысл константы скорости реакции. Ее зависимость от температуры. Правило Вант-Гоффа.
Зависимость скорости реакций от температуры. Правило Вант-Гоффа.
Обратимость химических реакций. Закон действия масс. Константа равновесия.
Константа равновесия в реакции гидролиза. Факторы, влияющие на равновесие реакции гидролиза. Пояснить на примерах.
Энергия активации. Пояснить понятие графически.
Катализаторы и ингибиторы. Механизм их действия. Пояснить графически.
Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Биологические катализаторы. Принцип их действия. Ферменты, коферменты. Привести примеры.
Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятие о механизме каталитической реакций.
Общие сведения о растворах. Классификация по агрегатному состоянию, другим признакам. Растворители. Растворимость. Растворы электролитов и неэлектролитов.
Осмос. Осмотическое давление. Зависимость осмотического давления от температуры и концентрации.
Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Осмос в природе.
Растворы как фазы переменного состава. Понижение давления пара растворителя над раствором. Законы Рауля. Эбулиоскопия и криоскопия. Физический смысл эбулио- и криоскопических постоянных. Физико-химическое объяснение данных явлений.
Межмолекулярные взаимодействия: ориентационные, индукционные, дисперсионные.
Водородная связь. Образование, энергия связи. Внутримолекулярная и межмолекулярные связи. Водородная связь в биологических объектах.
Растворы электролитов. Сильные и слабые электролиты. Константа и степень диссоциации слабого электролита. Закон разбавления Оствальда. Активность и коэффициент активности.
Степень диссоциации электролитов. Сильные и слабые электролиты. Факторы, влияющие на степень диссоциации. Кажущаяся степень диссоциации.
Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации. Изотонический коэффициент, его физический смысл. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты.
Вода как важнейший растворитель. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели, их взаимосвязь.
Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН). Методы измерения рН.
Буферные растворы, их типы. Принцип действия буферных растворов. Буферная емкость.
Растворимость. Произведение растворимости. Их взаимосвязь.
Гидролиз солей. Ионные уравнения реакций гидролиза. Факторы, влияющие на степень гидролиза. Константа и степень гидролиза.
Гидролиз солей. Виды гидролиза. Привести примеры.
Вывод формулы для расчета рН раствора соли, подвергающейся гидролизу по катиону.
Вывод формулы для расчета рН раствора соли, подвергающейся гидролизу по аниону.
Гидролиз солей. Расчет рН растворов солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой (с выводом).
Гидролиз солей образованных многозарядным катионом слабого основания и анионом сильной кислоты. По каким ступеням протекает гидролиз и почему?
Окислительно-восстановительные реакции, их классификация. Важнейшие окислители и восстановители.
Окислительно-восстановительные реакции. Направление протекания реакций. Окислительно-восстановительные потенциалы. Зависимость значений потенциалов от внешних условий. Уравнение Нернста. Пояснить на примере предложенной реакции.
Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы. Уравнение Нернста. Направление окислительно-восстановительных реакций.
Электродные потенциалы. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванические элементы. Химические источники электрической энергии.
Диссоциация комплексных соединений. Константа нестойкости. Условия образования и разрушения комплексных соединений.
Положение металлов в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Физические свойства металлов.
Положение металлов в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Химические свойства металлов.
Особенности строения атомов металлических элементов. Способы получения металлов.
Положение неметаллов в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Способы получения неметаллов.
Физические свойства и строение неметаллов.
Химические свойства неметаллов. Зависимость окислительных свойств неметаллов от положения внутри периода и группы.
Соединения неметаллов с водородом, их химические свойства.
Соединения неметаллов с кислородом, их химические свойства.
|
