Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ТЕМА 1. ОСНОВЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙСтр 1 из 15Следующая ⇒
ХИМИЯ (ХИМИЯ ОБЩАЯ) Методические указания и задания для выполнения контрольной работы бакалаврами факультета энергетики и электрификации очной и заочной формы обучения
Составители: Г.Н.Аристова В.В.Сентемов
Ижевск ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
УДК ББК Т
Учебно-методическое пособие разработано в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки: 1) 110800- «Агроинженерия» (бакалавриат), 2)140100-«Теплоэнергетика и теплотехника» (бакалавриат) Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом ФГОУ ВО Ижевская ГСХА, протокол №___ от « __» _______2014 г.
Рецензенты:
В.А. Руденок – к. х. н., доцент кафедры химии ФБОУ ВО Ижевская ГСХА, Л.А. Пантелеева – к. т. н., доцент кафедры электротехники, электрооборудования и электроснабжения ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА.
Составители
Г.Н. Аристова – ст. преподаватель кафедры химии ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, В.В.Сентемов- профессор кафедры химии ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
Т Химия (Общая): метод. пособие /Сост. Г.Н. Аристова, В. В.Сентемов. – Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2014.– с.
В методических указаниях приводятся опорные конспекты, алгоритмы и примеры решения задач, справочные материалы, задания для выполнения контрольной работы студентами очной и заочной формы обучения по направлению подготовки (бакалавриат) 110800- «Агроинженерия» и 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника».
Содержание: Введение...................................................................................................................4 Раздел I. Опорные конспекты …………………………………………………....8 Тема № 1. Классы неорганических соединений………………………….………..4 Тема № 2. Строение атома…………………………………………………….…...11 Тема № 3. Ковалентная связь……………………………………………………...14 Тема № 4. Энергетика химических реакций……………………………………...17 Тема № 5. Кинетика химических реакций………………………………………..22 Тема № 6. Способы выражения концентраций растворов..……………………..25 Тема № 7. Растворы неэлектролитов……………………………………………...29 Тема № 8. Растворы электролитов………………………………………………...31 Тема № 9. Гидролиз солей…………………………………………………….…...33 Тема № 10. Окислительно-восстановительные реакции………………………...36 Тема № 11. Электрохимия. Гальванические элементы………………………….40 Тема № 12. Электролиз…………………………………………………………….42 Тема № 13. Электрохимия. Коррозия металлов………………………………….46 Раздел II. Задания для самостоятельной работы …………………………...........54 Приложения…………………………………………………………………………49 Список литературы…………………………………………………………………55
ВВЕДЕНИЕ Бакалаврам факультета энергетики и электрификации, будущая деятельность которых тесно связана с применением химии в профессии, необходимы качественные знания основ общей химии. Данные методические указания подготовлены в соответствии ФГОС ВПО по направлениям подготовки 110800 – «Агроинженерия» (бакалавриат) и 140100 – «Теплоэнергетика и теплотехника» (бакалавриат). Дисциплины «Химия» и «Химия (общая)» включены в базовую часть математического и естественнонаучного цикла дисциплин и должны формировать следующие компетенции: ОК-1 - владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения; ОК-2 - умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; ОК-3 – готовность к кооперации с коллегами, работе с коллективом; ОК-11 (для 110800) - владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией; ОК-12 (для 140100) - способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики; ПК-1 – способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования; ПК-3 (для 140100) – готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат; В результате изучения дисциплины студент должен: Знать: фундаментальные разделы общей химии, в т.ч. химические системы, химическую термодинамику и кинетику, реакционную способность веществ, химическую идентификацию, процессы коррозии и методы борьбы с ними; классификацию неорганических веществ, строение простых и сложных веществ; свойства химических элементов (металлов); выпускник должен обладать готовностью к кооперации с коллегами, работе с коллективом, методы, анализа веществ. Уметь: использовать знания в области химии для освоения теоретических основ и практики при решении инженерных задач в области АПК; определять возможности и пути самопроизвольного протекания химических процессов, выбрать наиболее оптимальные; прогнозировать свойства элементов и их важнейших соединений по положению элементов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, сравнивать полученные данные и идентифицировать их с применяемыми методами. Владеть: базовыми знаниями и умениями для изучения последующих дисциплин; формулированием правильных выводов и оцениванием возможности использования химических материалов в производственной деятельности, выполнение основных химических лабораторных операций. Методические указания соответствуют примерной программе по химии и включают наиболее важные 13 тем, и составлены в 25 вариантах. Подготовка данных методических указаний вызвана необходимостью обеспечения студентов учебно-методической литературой, соответствующей требованиям ФГОС ВО. Цель пособия состоит в оказании помощи студентам в освоении теоретического и практического материала, предусмотренного рабочей программой. Материал методических указаний разделен на 2 части (раздела). Первый раздел «Опорные конспекты» включает 11 тем, в которых кратко в виде тезисов рассматриваются основные теоретические вопросы общей и неорганической химии. Эти знания необходимы для изучения свойств неорганических соединений, методов качественного и количественного анализа. Химия элементов в данном разделе не рассматривается в связи с большим объемом материала, но приводятся задания по химии металлов и сплавов. По каждой теме приводится разбор типовой задачи и алгоритмами ее выполнения. Второй раздел «Задания для самостоятельной работы» включает 14 заданий. К каждому заданию прилагаются 25 вариантов задач. Для решения задач требуются справочные данные, которые приводятся в приложении. В методических указаниях указаны экзаменационные вопросы. Основными задачами данного пособия являются: 1) методическая помощь студентам в освоении основных тем дисциплины; 2) оказание помощи для самостоятельной работы студента. Самостоятельной работе студентов в вузе отводится половина учебного времени, изучаемой дисциплины. При выполнении контрольных работ согласно своего варианта рекомендуется для лучшего усвоения и закрепления теоретического материала темы изучить сначала раздел «Опорные конспекты», чтобы понять сущность вопроса, теоретическое положение (его математическое выражение), уравнения реакций. Затем разобраться в решении типовой задачи и приступить к решению своей задачи.
РАЗДЕЛ I. ОПОРНЫЕ КОНСПЕКТЫ ТЕМА 1. ОСНОВЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Оксиды Оксиды – это соединения, состоящие из двух элементов, один из которых кислород в степени окисления –2. Названия состоят из: ● слова оксид; ● названия элемента с указанием степени окисления (если она переменная). Классификация оксидов.
Гидроксиды – вода + оксид
Основные оксиды – это оксиды металлов в низших степенях окисления (+1, +2), которым соответствуют основания, и которые взаимодействуют с кислотами, кислотными оксидами, а некоторые – с водой. Na2O → NaOH CaO → Ca(OH)2 BaO → Ba(OH)2 K2O → KOH Химические свойства основных оксидов: 1) CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O 2) СaO + CO2 → CaCO3 3) CaO + H2O → Ca(OH)2 Кислотные оксиды – это оксиды неметаллов, а также оксиды металлов в высших степенях окисления (+5, +6, +7), которым соответствуют кислоты, и которые взаимодействуют с основаниями, основными оксидами и с водой.
СO2 → H2CO3 SO3 → H2SО4 SiO2 → H2SiO3 SO2 → H2SO3 N2O5 → HNO3 Cl2O7 → HClO4 N2O3 → HNO2 CrO3 → H2CrO4 P2O5 → H3PO4 FeO3 → H2FeO4 P2O3 → H3PO3 Mn2O7 → HMnO4
Химические свойства кислотных оксидов: 1) SO3 + 2 NaOH → Na2SO4 + H2O 2) SO3 + CaO → CaSO4 3) SO3 + H2O → H2SO4
Амфотерные оксиды – это оксиды металлов в промежуточных степенях окисления (чаще всего +3, +4), которым соответствуют и основания и кислоты, поэтому они взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями.
Например: ZnO, BeO, Al2O3, Cr2O3. Zn(OH)2 – основание Al(OH)3 – основание ZnO Al2O3 H2ZnO2 – кислота кислоты: H3AlO3 – ортоалюминиевая HAlO2 – метаалюминиевая Химические свойства амфотерных оксидов: 1) ZnO +2 HCl → ZnCl2 + H2O 2) ZnO + 2 NaOH t Na2ZnO2 + H2O цинкат натрия 3) ZnO + 2 NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] тетрагидроксоцинкат натрия 4) Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O 5) Al2O3 + 6 NaOH t 2 Na3AlO3 + 3 H2O ортоалюминат натрия 6) Al2O3 + 2 NaOH t 2 NaAlO2 + H2O метаалюминат натрия 7) Al2O3 + 6 NaOH + 3 H2O → 2 Na3[Al(OH)6] гексагидроксоалюминат натрия 8) Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 Na[Al(OH)4] тетрагидроксоалюминат натрия Кислоты Кислоты: ● соединения, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на металл, и кислотных остатков. ● электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют на катионы водорода (Н+) и анионы кислотных остатков.
Классификация кислот
1. По числу атомов водорода (основности):
HCl H2CO3 H3PO4
2. По наличию атомов кислорода:
HBr H2SO4 3. По степени растворимости в воде:
HNO3 H2SiO3 4. По степени диссоциации (α ):
Необходимо запомнить 6 сильных кислот и 17 слабых, а также названия их анионов. Сильные кислоты
Химические свойства кислот: 1) с основаниями – H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O; 2) с основными оксидами – H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O; 3) с металлами (до Н) HCl и разб. H2SO4 – 2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2; 4) с солями слабых и летучих кислот – 2 HCl+Na2CO3 → 2 NaCl+H2O+CO2
3. Основания Основания: ● соединения, состоящие из атомов металлов и одной или нескольких гидроксильных групп (ОН− 1). ● электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют на анионы гидроксильных групп (ОН− 1) и катионы металлов. Классификация оснований
1. По числу гидроксильных групп (ОН− 1):
KOH Ba(OH)2 Fe(OH)3 2. По степени растворимости в воде:
NaOH Ca(OH)2 3. По степени диссоциации (α ):
Необходимо запомнить сильные основания – это основания, образованные щелочными или щелочноземельными металлами (кроме Mg и Be).
Химические свойства Ме+n(OH)n-1: 1) с кислотами – 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O; 2) с кислотными оксидами – 2 KOH + CO2 → K2CO3 + H2O; 3) с солями – 2 KOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + K2SO4; 4) нерастворимые основания разлагаются при нагревании – Cu(OH)2 t CuO + H2O; 5) амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями – Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O; Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4].
4. Соли Cредние соли: ● соединения, состоящие из атомов металла и кислотных остатков. ● электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют на катионы металла и анионы кислотных остатков. Al2(SO4)3 NaHCO3 MgOHCl сульфат алюминия гидрокарбонат натрия гидроксохлорид магния
KAl(SO4)2 Ca(OCl)Cl K3[Fe(CN)6] cульфат алюминия хлорид-гипохлорит гексацианоферрат (III) калия кальция калия
Химические свойства средних солей: 1) с металлами (см. ряд напряжений) – CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu; 2) с кислотами – Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 + H2O 3) с солями – AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3.
Ионные уравнения реакций ! При составлении ионных уравнений реакций, помни: 1. Сильные электролиты (6 сильных кислот, 9 сильных оснований и все растворимые соли) расписываем на ионы. 2. Слабые электролиты, труднорастворимые и газообразные вещества записываются в виде молекул.
ТЕМА 2. СТРОЕНИЕ АТОМА
Современное состояние: 1924 г. Луи де Броиль – двойственная природа электрона (корпускулярно-волновой дуализм). электрон – частица (m, υ, q) электрон – волна (дифракция) 1927 г. В. Гейзенберг – принцип неопределенности (положение (е) вокруг ядра определить невозможно) при вращении (е) образуется атомная орбиталь (А: О) (электронное облако) – область пространства вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона более 95 %. Квантовые числа характеризуют поведение электрона в атоме.
Таблица 1
Таблица 2
Продолжение таблицы 2
Продолжение таблицы 2
РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ: «СТРОЕНИЕ АТОМА»
Проанализируйте с точки зрения строения атома элемент с порядковым № 12. Алгоритм. а) найдем положение химического элемента в П.С. Д.И. Менделеева и составим электронную формулу, воспользовавшись реальной электронной схемой. см. табл.2 (п.2) и сделаем вывод: указав семейство и тип элемента. (см. п.5 и п.8)
б) Графически изобразим валентные электроны в нормальном и возбужденном состояниях (см. п.6 и п.7)
в) Укажем окислительно-восстановительные свойства атома, помня, что это металл (см. п.8)
г) Исходя из числа неспаренных электронов в нормальном и возбужденном состояниях, укажем устойчивые С.О. (см. п.9 или п.10)
д) Приведем примеры соединений в устойчивых степенях окисления (простое вещество, оксиды и гидроксиды см. п.11)
е) Укажем характер оксидов и гидроксидов (см.п.11)
ТЕМА 5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА (СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ) Таблица 4 Под скоростью химической реакции (Jх.р.) понимают изменение концентрации реагирующих веществ в единицу времени.
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
Гомогенные Гетерогенные
в одной фазе в разных фазах ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА Jх.р.: 1.Концентрация (давление), С (р) – ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ НеобратимыеОбратимые до конца (до завершения) ®в двух взаимнопро- (®), если образуется: тивоположных нап- а) осадок; равлениях ( ) б) газ; в) слабый электролит. Химическое равновесие – такое состояние системы, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции (J1 = J2), а концентрации всех веществ в системе становятся постоянными.
(1) J J1 пр.
J1 = J2 J2 обр
. t Константа равновесия (К.р.) Гомогенная реакция Гетерогенная реакция 2 NO(Г) +O2(Г) « 2NO2(Г) Ca CO3(ТВ) « CaO(ТВ) + CO2(Г) 1. J1 = J2 (ЗДМ) 1. J1 = J2 (ЗДМ) 2. J1 = [NO]2 *[O2]*k1 2. J1 = k1 3. J2 = [NO2]2 *k2 3. J2 = [СO2] *k2 4. [NO]2 *[O2] *k1 = [NO2]2 *k2 4. k1 = [СO2] *k2 5. т.к. k1 и k2 – const, то 5. т.к. k1 и k2 – const, то 6. k1[NO2]2 6. k1[СO2] k2 [NO]2 *[O2] k2 1 k1k1 k2 Р k2 р 7. [NO2]2 7. КР = [CO2] Р [NO]2 *[O2] [C]q *[D]p для химической реакции (1) Р [A]n *[B] Смещение химического равновесия. Таблица 6 Принцип Ле Шателье: если изменить одно из условий (С, р, Т), при которых система находилась в состоянии равновесия, то, равновесие смещается в сторону той реакции, которая противодействует произведённому изменению. 1. Влияние концентрации: 3 H2 + N2 « 2 NH3 3 H2 + N2 « 2 NH3 [H2] [H2]¯
[N2] [N2] ¯
[NH3] [NH3] ¯ 2. Влияние давления: 3 H2 + N2 « 2 NH3
3 +1 = 4 моль 2 моль р р¯ р р¯ 3. Влияние температуры: 3 H2 + N2 « 2 NH3 (- D Н х.р.) Þ экзотермическая реакция t°¯ t° t° t°¯ C исходная = С равновесная + С израсходованная к моменту равновесия
С равновесная = С исходная – С израсходованная к моменту равновесия РЕШЕНИЕ ТИПОВОЙ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ: «ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА» Задача № 1. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 1265; Нарушение авторского права страницы