МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Департамент научно-технической политики и образования
Федеральное государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
Иркутская государственная сельскохозяйственная академия
Т.Н. МАРТЫНОВА
ХИМИЯ
Иркутск 2008
УДК 540
ББК 24
М25
Рецензенты: Писарькова Е.А. доцент, канд. хим. наук;
Станевич Л.М. доцент, канд. хим. наук;
Мартынова Т.Н.
Химия. Программа, методические указания, решение типовых задач и контрольные задания для студентов-заочников факультета механизации сельского хозяйства. - Иркутск. Изд-во Иркутской государственной сельскохозяйственной академии.- 2008. – 92 с.: ил.
ISBN
В методическом пособии представлены программа, методический подход, решение типовых задач и контрольные задания для студентов-заочников I курса факультета механизации сельского хозяйства.
УДК 540
ББК 24
ISBN
Мартынова Т.Н., 2008
ВВЕДЕНИЕ
Учебная работа студента-заочника по изучению курса химии включает: самостоятельное изучение дисциплины по учебникам и учебным пособиям в соответствии с программой курса; решение задач, в том числе и задач контрольных заданий; присутствие на установочных лекциях и консультациях в период экзаменационной сессии; выполнение лабораторных работ; сдача зачета или экзамена.
В силу специфики формы обучения основной упор в изучении дисциплины делается на самостоятельную работу студентов-заочников в течение всего учебного года. Для наиболее рациональной организации такой работы студенту следует руководствоваться следующими рекомендациями.
1. В связи со сложностью и большим объёмом материала по курсу химии не следует откладывать начало его изучения на предсессионный период. Сразу же после получения настоящего методического пособия необходимо взять в библиотеке по месту жительства или работы рекомендованную учебную литературу, по возможности не ограничивая себя одним учебником.
2. В соответствии с программой курса изучить теоретический материал, составляя краткий конспект по каждому рассматриваемому вопросу и воспроизводя его содержание по памяти. При этом особое внимание следует обратить на законы, описывающие количественные соотношения между элементами или веществами, вступающими в химическую реакцию и образующимися в ее ходе. Необходимо знать, кто и когда открыл тот или иной закон, в чем он проявляется, где и как он используется на практике.
3. Ознакомление с теоретическим материалом по соответствующим разделам курса должно обязательно подкрепляться решением типовых задач. В обоих случаях следует пользоваться периодической таблицей химических элементов Д.И.Менделеева. Необходимо знать ее структуру, принцип построения и все условные обозначения.
4. В ходе самостоятельного изучения курса химии в период между сессиями следует использовать любые возможности присутствия на лекциях или семинарских занятиях по курсу химии в высших учебных заведениях или учебно-консультационных пунктах, если таковые имеются по месту жительства. Если это доступно, может быть также полезен просмотр видеозаписей на электронных носителях лекционных курсов по химии, которые готовятся ведущими вузами страны.
5. В сессионный период не следует допускать пропусков лекций, лабораторных работ и консультаций.
Литература
Основная
1. Коровин Н. В. Общая химия. - М.: Высшая школа, 2003.
2. Фролов В.В. Химия М.: - Высшая школа, 1986.
3. Новиков Г.И. Основы общей химии.- М.: Высшая школа, 1988.
4. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжкова Н.Г. Лабораторные работы по химии. - М.: Высшая школа, 1986.
5. Романцева Л.М., Лещинская З.Л. Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии.- М.: Высшая школа, 1988.
6. Практикум по неорганической химии /Под ред. А.Ф. Воробьева, С.А. Дракина - М.: Химия, 1983.
Дополнительная
1. Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1983.
2. Киреев В. А. Курс физической химии. – М.: Химия, 1975.
3. Гаршин А. П. Неорганическая химия в рисунках, схемах, таблицах, формулах, химических реакциях. - С.-Петербург: СПбГУ, 1998..
4. Глинка Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. Л.: Химия, 1985.
5. Обучающая энциклопедия «Химия для всех»: http:/www.informika.ru/text/database/chemy/START.html
6. Учебные материалы (программы, лекции, семинары) https://caty.catalysis.nsk.su/chem/education/welcome.html
ПРОГРАММА
Предмет химии, значение химии в изучении природы и развитии технологии.
Основы атомно-молекулярного учения (атомы, молекулы, ионы). Химические элементы. Вещества. Аллотропия. Законы количественных отношений при химических превращениях. Валентность химических элементов.
Классификация сложных веществ. Оксиды, основания, кислоты, соли, их химические свойства и способы получения.
Систематика химических элементов: исторический аспект. Структура периодической системы Д. И. Менделеева, ее роль в открытии новых элементов.
Строение периодической системы Д. И. Менделеева: периоды, группы элементов. Развитие периодического закона в связи со строением атома, Современная формулировка периодического закона Д.И.Менделеева.
Квантовая теория света и строение атома по Бору. Электронное облако. Квантование движения электрона в атоме. Принцип Паули, s-, р-, d-, f-орбитали и максимальное число электронов на них. Распределение электронов в атомах по орбиталям. Электронная конфигурация атома и периодическая система элементов. Размеры атомов и ионов. Энергия ионизации и сродство к электрону. Строение атомного ядра, естественная и искусственная радиоактивность. Ядерные реакции.
Химическая связь. Энергетический аспект образования химических связей. Ковалентная связь. Электроотрицательность атомов. Полярные и неполярные молекулы, их геометрия и свойства. Способы образования ковалентной связи, ее насыщаемость и направленность. Гибридизация атомных орбиталей. Типы и геометрия ковалентных молекул. Ионная связь, её свойства. Поляризуемость и поляризующая способность ионов в ионных соединениях, эффективные заряды ионов. Водородная и металлическая связь. Валентность и степень окисления элементов в свете строения вещества.
Гомогенные и гетерогенные химические реакции. Скорость химической реакции, ее зависимость от концентрации реагентов, их природы и температуры. Энергия активации химической реакции. Катализ. Необратимые и обратимые реакции. Константа химического равновесия. Способы смещения химического равновесия. Принцип Ле Шателье. Факторы, определяющие направленность химических реакций. Термодинамика химических превращений: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и энергия Гиббса.
Энергетические эффекты химических реакций. Термохимические расчёты, энтропия и её изменение в ходе химической реакции. Энергия Гиббса.
Вода. Аномальные свойства воды. Растворы и способы выражения концетрации. Насыщенные и пересыщенные растворы. Растворимость веществ в воде.
Электролиты и неэлектролиты. Теория электролитической диссоциации. Механизмы диссоциации электролитов. Степень электролитической диссоциации. Сила электролитов. Константа диссоциации электролитов. Свойства электролитов с точки зрения теории электролитической диссоциации. Ионно-молекулярные уравнения химических реакций. Диссоциация воды. Водородный показатель.
Степени окисления элементов. Окислительно-восстановительные реакции. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Важнейшие восстановители и окислители.
Химический источник электрической энергии. Гальванический элемент Якоби - Даниэля. ЭДС гальванического элемента. Электродные потенциалы. Ряд напряжений металлов.
Электролиз. Катодные и анодные процессы. Законы электролиза. Электролиз в промышленности.
Химия полимеров, способы получения полимеров, полимеризация, поликонденсация. Классификация, зависимость свойств от состава и строения. Применение полимеров в народном хозяйстве.
Качественный и количественные методы анализа (титриметрический и гравиметрический) их сущность, преимущества и недостатки. Методы физико-химического и физического анализа.
Студентам-заочникам факультета механизации сельского хозяйства при изучении химии необходимо выполнить контрольную работу.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО
ПОДГОТОВКЕ, ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
1. Прежде чем приступать к решению задачи по тому или иному разделу, следует внимательно ознакомиться с теоретическим материалом, а также с примерами решения типовых задач, используя рекомендованные учебники и учебные пособия, а также настоящее методическое пособие.
2. Задачи по определению количественных мер реагентов или продуктов реакции решаются путем составления пропорций. Для этого необходимо записать уравнение химической реакции с учетом соблюдения закона сохранения массы, проявляющегося в правильной расстановке коэффициентов перед химическими формулами реагентов и продуктов реакции.
3. Во избежание ошибок при переводе встречающегося в условии задачи словесного обозначения химических соединений на язык химических формул следует пользоваться справочной и учебной литературой, в частности приложениями к сборникам задач по химии.
4. При оформлении решения задачи записывается как ее номер и условие, так и подробный, с пояснениями ход решения задачи. При этом вначале в общем виде записывается математическое выражение закона, которое затем разрешается относительно искомой величины и лишь после этого в окончательную формулу подставляются все известные из условия данные и производится математический подсчет результата. Величины, имеющие размерность, при подстановке в формулы должны обязательно указываться как числом, так и размерностью, например, 15 г/моль.
Если какие-то размерности при вычислениях сокращаются, это должно быть указано косыми черточками, перечеркивающими их.
5. В конце решения после слова «Ответ» должен быть обязательно указан результат, выраженный числом и размерностью, если она имеется.
6. Выполненная работа представляется на кафедру химии не позднее, чем за 5 дней до проведения экзамена по дисциплине. Она должна быть оформлена в отдельной школьной тетради в клетку, на обложке которой указывается «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия. Ниже - Кафедра неорганической, органической и биологической химии. Ниже — Контрольная работа по химии, вариант № 1 (или любой другой). Ниже — Выполнил — студент энергетического факультета (оставляется место для подписи) Фамилия И.О. Ниже — Проверил - профессор (доцент, ст. преподаватель) (оставляется место для подписи) Фамилия И.О. Ниже - Оценка (оставляется место для оценки).»
После проверки контрольной работы студент должен защитить её, т. е. объяснить преподавателю ход решения задач. Только после этого контрольная работа считается зачтенной, а студент допускается к сдаче экзамена.
Если из-за большого числа ошибок или из-за неряшливого оформления работа не зачитывается, она должна быть доработана или переоформлена студентом в соответствии с указаниями преподавателя.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Ниже приводится 25 вариантов контрольной работы, охватывающей все основные разделы курса химии. Каждый студент должен решить все задачи своего варианта, который указан в номере задачи вторым числом после точки. Так, запись «Задача 2.6» означает вторую задачу шестого варианта.
Номер варианта студент определяет по пересечению строк (предпоследняя цифра шифра зачетной книжки) и столбцов (последняя цифра шифра) таблицы вариантов контрольной работы:
Таблица вариантов
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
0 |
1 |
11 |
21 |
6 |
16 |
1 |
11 |
21 |
6 |
16 |
|
1 |
2 |
12 |
22 |
7 |
17 |
2 |
12 |
22 |
7 |
17 |
|
2 |
3 |
13 |
23 |
8 |
18 |
3 |
13 |
23 |
8 |
18 |
|
3 |
4 |
14 |
24 |
9 |
19 |
4 |
14 |
24 |
9 |
19 |
|
4 |
5 |
15 |
25 |
10 |
20 |
5 |
15 |
25 |
10 |
20 |
|
5 |
6 |
16 |
1 |
11 |
21 |
6 |
16 |
1 |
11 |
21 |
|
6 |
7 |
17 |
2 |
12 |
22 |
7 |
17 |
2 |
12 |
22 |
|
7 |
8 |
18 |
3 |
13 |
23 |
8 |
18 |
3 |
13 |
23 |
|
8 |
9 |
19 |
4 |
14 |
24 |
9 |
19 |
4 |
14 |
24 |
|
9 |
10 |
20 |
5 |
15 |
25 |
10 |
20 |
5 |
15 |
25 |
Так, студент, у которого номер шифра зачетной книжки заканчивается цифрами ...46, решает задачи 5 варианта (см. теневой путь поиска номера варианта в таблице).
1. ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, ПРОСТОЕ
ВЕЩЕСТВО, СЛОЖНОЕ ВЕЩЕСТВО И СМЕСЬ
Под химическим элементом понимают совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра и с определенным набором свойств. Атомы одного и того же химического элемента, соединяясь, образуют простое вещество. При сочетании атомов разных химических элементов возникают сложные вещества (химические соединения) или смеси. Отличие химических соединений от смесей состоит в том, что:
- они обладают новыми свойствами, которых не было у простых веществ, из которых они были получены;
- их невозможно механически разделить на составные части;
- химические элементы в их составе могут быть только в строго определенных количественных соотношениях.
Некоторые химические элементы (углерод, кислород, фосфор, сера) способны существовать в виде нескольких простых веществ. Это явление носит название аллотропии, а разновидности простых веществ одного и того же химического элемента называются его аллотропными модификациями (видоизменениями).
Задачи
1.1. Чего больше существует в природе: химических элементов или простых веществ? Почему?
1.2. Верно ли утверждение, что сера и железо в состав сульфида железа входят как вещества? Если нет, то каков правильный ответ?
1.3. Назовите аллотропные модификации кислорода. Отличаются ли они по своим свойствам? Если да, то как?
1.4. Какая из аллотропных модификаций кислорода химически более активна и почему?
1.5. Простыми веществами или химическими элементами являются цинк, сера и кислород в следующих реакциях:
1) СuSО4 + Zn = ZnSO4 + Cu;
2) S + O2 = SO2;
3) Zn + 2HC1 = ZnCl2 + H2;
4) Zn + S = ZnS;
5) 2H20 = 2H2 + O2.
1.6. Можно ли из одного простого вещества получить другое простое вещество? Дать мотивированный ответ.
1.7. При сгорании некоторого вещества в кислороде получаются оксид серы (IV), азот и вода. Какие химические элементы образуют исходное вещество?
1.8. Указать, к простым или сложным веществам относятся: Н2О, С12, NaOH, O2, HNO3, Fe, S, ZnSO4, N2, AgCl, I2, A12O3, O3?
1.9. Для каких химических элементов известны аллотропные модификации? Назовите эти модификации.
1.10. Возможен ли переход химического элемента из одной аллотропной модификации в другую? Привести примеры.
1.11. Какие химические элементы имеют в виду, когда говорят об алмазе, озоне?
1.12. Какие из веществ являются химическими соединениями, а какие - смесями:
1) почва;
2) воздух;
3) мел;
4) серная кислота;
5) вода?
1.13. Как доказать, что хлорид натрия относится к сложным веществам?
1.14. Назовите три аллотропные модификации углерода.
1.15. Как называются и чем отличаются друг от друга аллотропные модификации фосфора?
1.16. Как называются и чем отличаются друг от друга аллотропные модификации серы?
1.17. Указать, какое из утверждений верно и почему - в состав сульфата бария входят:
1) простые вещества барий, сера, кислород;
2) химические элементы барий, сера, кислород.
1.18. Сколько литров аммиака может быть получено из смеси 10 литров азота и 30 литров водорода?
1.19. Сколько литров водяного пара образуется из смеси 10 литров водорода и 4 литров кислорода? Какой газ и в каком объёме останется в избытке?
1.20. Сколько граммов сульфида цинка (ZnS) может образоваться из смеси 130 г цинка и 48 г серы?
1.21. Можно ли считать ковкий чугун химическим соединением или это смесь веществ?
1.22. Чем является раствор спирта в воде – смесью или химическим соединением?
1.23. Может ли сложное вещество состоять из атомов одного вида?
1.24. Какие из нижеперечисленных веществ являются смесями и какие химическими соединениями:
1) бронза;
2) нихром;
3) керосин;
4) калийная селитра:
5) канифоль;
6) суперфосфат.
1.25. Дана смесь Cl2 + HCl + CaCl2 + H2O.
1) Сколько в смеси различных веществ;
2) Сколько в смеси молекул хлора;
3) Сколько в смеси атомов хлора;
4)Сколько молекул различных веществ содержится в смеси.
2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МЕРЫ ВЕЩЕСТВА:
АТОМНАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ МАССЫ, МОЛЬ,
ЗАКОН АВОГАДРО. МОЛЬНЫЙ ОБЪЁМ ГАЗА.
В настоящее время единицей измерения масс атомов и молекул является атомная единица массы (1 а. е. м.= 1.66*10-27 кг), равная 1/12 части массы изотопа углерода 12С. Относительной атомной массой элемента (или просто атомной массой) называют отношение массы его атома к 1/12 части массы атома 12С. Соответственно, относительной молекулярной массой простого или сложного вещества (или просто молекулярной массой) называют отношение массы его молекулы к 1/12 части массы изотопа углерода 12С.
Наряду с названными характеристиками в химии широко пользуются понятием количества вещества, единицей измерения которого служит моль.
Моль - это количество вещества, которое содержит столько же молекул, атомов, ионов или других структурных единиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12С.
В 1 моле вещества содержится 6,02*1023 структурных единиц (число Авогадро, которое обозначается буквой N и имеет размерность моль-1).
Масса 1 моля вещества (мольная или молярная масса) численно равна его молярной массе, выраженной в граммах.
Мольная масса выражается обычно в г/моль. Мольная масса М вещества равна отношению его массы m к количеству вещества v, выраженному в молях:
.
Пример 2.1. Выразить массу одной молекулы СО2 в граммах.
Решение:
Относительная молекулярная масса диоксида углерода СО2 равна 12 + 2*16 = 44. Это означает, что его мольная масса равна 44 г/моль.
В 1 моле СО2 содержится 6,02*1023 молекул, откуда для массы одной молекулы можно записать соотношение:
г.
Ответ: Масса одной молекулы СО2 равна 7,31*10-23 г.
Для газов, кроме мольной массы, важную роль играет объем. Согласно закону Авогадро, в равных объемах любых газов при одной и той же температуре и при одном и том же давлении содержится одинаковое число молекул. Отсюда следует, что при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем, называемый мольным объемом. При температуре 0 0С и при давлении 101,325 кПа (нормальные условия) мольный объем любого газа равен 22,4 л.
следующая страница>