МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАДРЫ ВЫСШЕЙ КВАЛИФИКАЦИИ
(АСПИРАНТУРА)
Утверждаю
Декан Химического факультета НИ ТГУ
_________________Ю.Г. Слижов
« 25 » февраля 2014 г.
ПРОГРАММА
вступительных экзаменов по специальным дисциплинам, соответствующих профилю «Неорганическая химия»; «Аналитическая химия»; «Органическая химия»; 02.00.04 – Физическая химия; «Высокомолекулярные соединения»
(направление подготовки: 04.06.01 - Химические науки)
Томск 2014
ЧАСТЬ I
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева как естественная классификация элементов по электронным структурам атомов. Варианты периодической таблицы. Типические элементы. Полные и неполные электронные аналоги.
Изменение важнейших свойств элементов по группам и периодам периодической системы.
Основополагающие представления о химической связи. Природа химической связи. Ковалентная, ионная, металлическая и ионная связь.
Химическая связь с позиций методов молекулярных орбиталей и валентных связей. Гибридизация атомных электронных орбиталей.
Термохимия и термодинамика. Изменение энтальпии как характеристика теплового эффекта химической реакции. Эндо- и экзотермические реакции. Закон Гесса.
Стандартное состояние и стандартная энтальпия образования вещества. Расчеты тепловых эффектов реакций.
Энтальпия атомизации веществ и средняя энергия связи в многоатомных молекулах.
Скорость химической реакции и факторы ее определяющие. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов.
Константа скорости реакции и ее зависимость от температуры. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.
Химическое равновесие. Необратимые и обратимые реакции. Константа химического равновесия.
Связь константы химического равновесия со стандартным изменением энергии Гиббса.
Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.
Водные растворы электролитов. Электролитическая диссоциация растворенных веществ. Сильные и слабые электролиты. Константа и степень диссоциации электролита. Закон разбавления Оствальда.
Теории кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда-Лоури, Льюиса, Усановича.
Протолитические взаимодействия. Гидролиз солей. Константа и степень гидролиза.
Буферные растворы.
Окислительно-восстановительные равновесия в растворах. Уравнение Нернста.
Влияние рН на величину окислительно-восстановительного потенциала.
Стандартные условия и стандартный потенциал полуреакции. Таблицы стандартных восстановительных потенциалов. Использование табличных данных для оценки возможности протекания окислительно-восстановительных реакций.
Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова. Типы гибридизаций атома углерода в органических соединениях.
Типы химической связи в органических соединениях. Принципы номенклатуры ИЮПАК органических соединений. Изомерия.
Классификация органических реакций по механизму.
ЧАСТЬ II
ВОПРОСЫ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ РАЗДЕЛОВ
РАЗДЕЛ 1. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Основы атомно-молекулярного учения. Основные понятия химии: атом, молекула, химический элемент, изотопы, простое и сложное вещество, эквивалент, моль. Основные стехиометрические законы, их развитие.
Квантовомеханическая модель атома. Развитие представлений о строении атома: ядро, протоны, нейтроны, электроны. Волновая теория строения атома, двойственная природа электрона, принцип неопределённости. Квантовомеханические представления о строении электронных оболочек атома: понятие о волновой функции, электронной плотности и её радиальном распределении в атоме водорода, радиусе атома, квантовых числах, s-, p-, d- и f-состояниях электронов, энергетическом уровне, подуровне, атомной орбитали.
Принцип Паули и емкость электронных оболочек, правило Хунда. Строение электронных оболочек многоэлектронных атомов, энергия атомных орбиталей.
Периодический закон Д.И.Менделеева. Периодическая система элементов. Периодический закон Д.И.Менделеева, развитие учения о периодичности. Длинная и короткая формы периодической системы, периоды, группы и подгруппы, семейства элементов.
Периодичность изменения свойств атомов (радиусов, ионизационных потенциалов, сродства к электрону, электроотрицательности) как следствие периодичности изменения структур электронных оболочек атомов.
Периодичность изменения химических свойств простых веществ и химических соединений (кислотно-основных, окислительно-восстановительных) по периодам и группам. Изменение валентности по периодам и группам. Изменение свойств элементов по периодам и группам в зависимости от структуры внешней и предвнешней электронных оболочек и радиусов атомов.
Теории химической связи и валентности. Механизм образования химической связи, её характеристики, типы связей.
Свойства ковалентной связи: насыщаемость связи, понятие валентности, развитие этого понятия; направленность ковалентной связи. Теории ковалентной связи: теория валентных связей (ВС), теория молекулярных орбиталей (МО). Концепция гибридизации атомных орбиталей, пространственное строение молекул и ионов.
Ионная связь. Свойства ионной связи, отличие в свойствах соединений с ионной и ковалентной связью. Трактовка полярных связей согласно концепции поляризации ионов.
Металлическая связь.
Водородная связь. Связь в газообразных, жидких и твердых веществах. Силы межмолекулярного взаимодействия. Агрегатное состояние веществ как проявление взаимодействия между атомами и молекулами.
Строение веществ в конденсированном состоянии. Типы кристаллических решеток. Зависимость физических свойств веществ от их структуры.
Химия комплексных соединений. Основы координационной теории Вернера. Состав комплексных соединений, пространственная конфигурация комплексных ионов. Положение в периодической системе элементов, являющихся типичными комплексообразователями и донорными атомами моно- и полидентантых лигандов.
Классы комплексных соединений: одноядерные с моно- и полидентатными лигандами; многоядерные комплексы; π-комплексы; карбонилы. Изомерия комплексных соединений и комплексного иона.
Химическая связь в комплексных соединениях с точки зрения электростатического подхода, теории валентных связей и теории молекулярных орбиталей.
Теория кристаллического поля, применение ее для объяснения магнитных свойств и цветности комплексов. Комплексообразование в растворах. Устойчивость комплексных ионов.
Энергетика химических реакций. Закон Гесса и следствия из него. Расчет тепловых эффектов различных реакций. Внутренняя энергия и энтальпия. Энтропия. Энергия Гиббса, направление протекания химических процессов. Обратимые и необратимые химические реакции.
Химическое равновесие. Константа равновесия, закон действующих масс для равновесия. Смещение химического равновесия, принцип Ле-Шателье. Факторы, влияющие на равновесие: концентрация, температура, давление.
Скорость химических реакций. Влияние различных факторов на скорость реакции: концентрации веществ, давления (для реакций, протекающих в газовой фазе), температуры, катализатора. Закон действующих масс. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации.
Гомогенный и гетерогенный катализы, их механизмы.
Растворы электролитов и неэлектролитов. Истинные растворы. Образование растворов. Тепловые эффекты при растворении. Гидратная теория Д.И. Менделеева. Гидраты, сольваты, кристаллогидраты. Растворимость газов, жидкостей, твердых веществ в воде.
Свойства разбавленных растворов неэлектролитов. Осмос, осмотическое давление. Давление насыщенного пара растворителя над раствором, понижение давления пара. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов. Законы Рауля.
Свойства растворов электролитов. Теория электролитической диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Степень электролитической диссоциации, константа диссоциации, их связь. Связь изотонического коэффициента со степенью диссоциации. Кажущаяся степень диссоциации сильных электролитов.
Активность ионов.
Произведение растворимости малорастворимых веществ.
Обменные реакции в растворах электролитов. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН. Индикаторы.
Гидролиз солей. Влияние различных факторов на гидролиз солей.
Химические источники электрического тока. ЭДС гальванического элемента. Восстановительные стандартные электродные потенциалы и их определение с помощью водородного электрода сравнения. Уравнение Нернста. Влияние концентрации, реакции среды на электродные потенциалы. Направление протекания окислительно-восстановительных процессов.
Электролиз. Электролиз расплавов и растворов. Законы электролиза. Электрохимический эквивалент. Электрохимическая коррозия.
Химия элементов – неметаллов и металлов. Положение неметаллов в периодической системе, общая их характеристика.
Водород, положение в периодической таблице. Его физические и химические свойства. Получение водорода в лаборатории и в технике. Его применение. Классы водородных соединений, свойства соединений.
Галогены. Их общая характеристика. Соединения галогенов в природе, их применение. Хлор. Его физические и химические свойства. Галогеноводороды, получение, свойства, применение. Соляная кислота и ее соли. Кислородные соединения галогенов: оксиды, кислоты, соли.
Общая характеристика элементов главной подгруппы VI группы периодической системы. Сера. Ее физические и химические свойства, аллотропия. Серная кислота, свойства и химические основы производства контактным способом. Кислород, физические и химические свойства, аллотропия. Получение кислорода в лаборатории и в промышленности. Роль кислорода в природе и применение в технике. Вода. Строение молекулы воды. Физические и химические свойства воды.
Общая характеристика элементов главной подгруппы V группы периодической системы. Азот, физические и химические свойства. Аммиак, промышленный синтез, физические и химические свойства аммиака. Соли аммония. Азотная кислота, соли азотной кислоты, азотные удобрения. Фосфор, аллотропные формы, физические и химические свойства. Оксид фосфора(V). Фосфорная кислота и ее соли, фосфорные удобрения.
Общая характеристика элементов главной подгруппы IV группы периодической системы. Химические свойства углерода, аллотропические формы. Оксиды углерода(II) и (IV), их химические свойства. Семейства угольной и синильной кислот, их соли. Кремний, физические и химические свойства. Оксид кремния(IV) и кремниевые кислоты, силикаты. Соединения кремния в природе. Их использование в технике.
Общая характеристика элементов главной подгруппы III группы периодической системы. Бор, получение, очистка, применение. Оксид бора, борные кислоты, полибораты.
Металлы. Их положение в периодической системе, физические и химические свойства. Электрохимический ряд напряжений металлов. Металлы и сплавы в технике. Основные способы получения металлов.
Общая характеристика p-металлов главных подгрупп III, IV, V групп системы.
Алюминий. Соединения алюминия в природе, получение, его роль в технике. Характеристика элемента и его соединений на основе положения в периодической системе и строения атома. Амфотерность оксида и гидроксида алюминия, соли алюминия. Общая характеристика элементов подгруппы галлия, свойства металлов, оксидов, гидроксидов. Соли трехвалентных элементов, их применение.
Германий, олово, свинец. Общая характеристика элементов, нахождение в природе, получение, свойства. Аллотропные модификации олова. Химические свойства германия, олова и свинца. Моно- и диоксиды германия, олова и свинца. Гидроксиды двух- и четырехвалентных соединений элементов, их получение и свойства. Гидролиз соединений германия, олова и свинца. Сопоставление кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений элементов. Применение простых веществ и соединений.
Общая характеристика элементов подгруппы мышьяка. Свойства соединений трех- и пятивалентных сурьмы и висмута, их применение.
Общая характеристика d-металлов, положение их в периодической системе. Соединения элементов подгруппы меди и цинка. Получение соединений одно- и двухвалентной меди, их применение. Комплексные соединения меди(II). Оксид, гидроксид и соли цинка, их применение. Биологическая роль меди и цинка.
Элементы подгруппы титана, их оксиды, гидроксиды, галогениды; сульфаты титанила, цирконила. Получение, свойства, применение.
Общая характеристика соединений шестивалентных элементов подгруппы хрома: оксиды, гидроксиды, соли. Способность элементов образовывать изо- и гетерополисоединения, применение этих соединений.
Общая характеристика элементов подгруппы марганца. Соединения марганца в различных степенях окисления, сравнение кислотно-основных свойств их оксидов и гидроксидов, сравнение окислительно-восстановительных свойств. Применение соединений марганца, биологическая роль марганца.
Общая характеристика соединений двух- и трехвалентных элементов семейства железа: оксиды, гидроксиды, соли, комплексные соединения железа, кобальта, никеля. Биологическая роль железа и кобальта.
Общая характеристика f-элементов, положение их в периодической системе, электронное строение атомов. Лантаноиды, нахождение в природе, извлечение, получение индивидуальных редкоземельных элементов (РЗЭ). Проблема разделения РЗЭ. Изменение химических свойств с возрастанием порядкового номера, лантаноидное сжатие, степени окисления, координационные числа ионов. Физические и химические свойства соединений лантаноидов. Комплексные соединения.
Ответы на перечисленные вопросы рекомендуется строить по плану:
1. Энергетические уровни атомов. Закономерности в изменении радиусов атомов (ионов), энергии ионизации, сродства к электрону.
2. Проявляемые степени окисления элементов. Закономерности обсуждения их устойчивости с обсуждением причин.
3. Специфика элементов подгруппы сравнительно с соседними элементами (справа и слева в таблице Д.И.Менделеева).
4. Свойства простых веществ и их строение, Типы связей; физические и химические свойства, закономерности их изменения в подгруппах, группах, периодах.
5. Методы получения основных соединений в лабораторных и промышленных условиях.
6. Водородные соединения элементов и их свойства.
7. Оксиды, гидроксиды. Изменение полярности связей Э–О, Э–Н, Э–О–Н. Диссоциация гидроксидов по кислотному, основному и амфотерному типам. Донорно-акцепторные свойства элементов и их способность к комплексообразованию.
Литература
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. 3-е изд. М.: Высш. шк., 1998.
Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 2001.
Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Т. 1—3. М.: Мир, 1969.
Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. М.: Мир, 1997.
Неорганическая химия / Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю. Цивадзе. Т. 1, 2. М.:
Химия, 2001.
Хьюи Дж. Неорганическая химия: строение вещества и реакционная способность. М.: Химия, 1987.
Дополнительная литератураГиллеспи Р, Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул. М.: Мир, 1992.
Джонсон Д. Термодинамические аспекты неорганической химии. М.: Мир, 1985.
Драго А. Физические методы в химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1981.
Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Строение вещества. М.: Высш. шк., 1978.
Костромина Н.А., Кумок В.Н., Скорик Н.А. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 1990.
Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 2001.
Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. 1, 2. М.: Химия, 1972—1973.
Пиментел Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и завтра. М.: Мир, 1992.
Полторак О.И., Ковба Л.М. Физико-химические основы неорганической химии. М.: Изд-во МГУ, 1984.
Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Т. 1, 2. М.: Изд-во МГУ, 1991, 1994.
Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. М.: ВХК РАН, 1999.
Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 2001.
Уэллс А. Структурная неорганическая химия. Т. 1–3. М.: Мир, 1987.
Фримантл М. Химия в действии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1991.
|
