ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ по химии
.docОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ, ПОНЯТИЯ И ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
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. – и – 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.
Жёсткость воды. Понятие о 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?
-
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.
-
Константа равновесия реакции FeO(тв) + CO(газ) 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.
-
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 (Ho298, кДж/моль): NaCl: -411,0; HCl: -92,3; NaOH: -428,).
1.6. Как изменится положение равновесия в каждой из равновесных систем:
8H2S (газ) 8Н2 (газ) + S8(тв) , Н>0
2NО2 N2O4 , Н<0
СО + Н2О СО2 + Н2 , Н<0
если : а) снижать температуру, б) повышать давление, с) снижать концентрацию продукта? Напишите выражения для констант равновесия указанных реакций.
-
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?
-
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.
-
Какие типы связи существуют в молекулах: LiCl, HF, O2, CaSO4. Изобразите структурную формулу последнего вещества.
-
Какие типы гибридизации ковалентной связи реализуются в молекулах BF3, CF4? Рассмотрите механизмы образования связей и структуру этих молекул.
-
Вычислите нормальность, молярность и титр 22%-ного раствора серной кислоты (плотность 1205 кг/м3).
-
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.
-
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?
-
При какой молярной концентрации муравьиной кислоты 99,1% ее молекул будут находиться в недиссоциированном состоянии? Константа диссоциации НСООН равна 1,8.10-4.
-
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%?
-
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.
-
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.
-
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?
-
Рассчитайте величину общей жесткости воды, в 1,8 л которой находится 0,5.10-2 моля нитрата кальция и 0,015 моль гидрокарбоната магния.
-
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.
-
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.
-
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?
-
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?
-
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.
-
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.
-
В 100 мл 0,9 М раствора AgNO3 опущена никелевая пластинка весом 20г. Определите массу пластинки после завершения реакции.
-
Определите массу образца цинка, если при действии на него избытка концентрированной азотной кислоты образовалось 1,32 литра газа (при н.у.).
-
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?
-
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% ?
-
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.
-
Если к медной пластинке, находящейся в этой кислоте прикоснуться цинковой проволочкой, на меди начнется выделение газа. Составьте уравнения происходящих при этом химических процессов.
-
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?
-
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.
-
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?
-
Определите чистоту образца природного (двухводного) гипса, если при его прокаливании при 600оС выделилось 14,1% воды?
-
Сколько килограммов аморфного оксида кремния (IV) необходимо для получения 6 кг 45%-ного раствора жидкого стекла (модуль 2,8)?
-
Сколько килограммов аморфного SiO2 потребуется для полного связывания гидроксида кальция, образующегося при взаимодействии 55 кг алита с водой?
-
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%.
-
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?
-
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?
-
Сколько кубометров пропилена (при н.у.) израсходовано для получения полипропилена массой 168 т, если выход продукта составил 81% от теоретического?
-
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?