Общая и неорганическая химия

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ К ГОСУДАРСТВЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ ПО ХИМИИ

 

1. Химические вещества. Смеси. Растворы, классификация. Концентрация раствора. Дисперсные системы, классификация. Коллоидные растворы. Химический состав. Химические реактивы. Простые и сложные вещества.

2. Химические реакции. Атомно-молекулярные представления в химии. Атом. Химические элементы, их символы. Количественные отношения в химии. Стехиометрия. Химические вещества, элементный состав. Молекулы, атомный состав. Валентность. Атомные и молекулярные массы. А.е.м. Количество вещества. Химические формулы. Уравнения реакций.

3. Стехиометрические законы и их современное содержание. Эквивалент.

4. Химическое строение. Изомерия, ее виды. Таутомерия.

5. Электронные представления в химии. Строение и свойства атома. Понятие о квантовой механике. АО. Квантовые числа. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

6. Химическая связь. Ковалентная связь, механизмы ее образования, свойства. Строение молекул. Понятие о квантовой химии. Количественные характеристики химических связей. Химическая связь в атомных кристаллах. Межмолекулярные связи. Силы Ван-дер-Ваальса. Водородные связи.

7. Принципы классификации и номенклатуры в химии. Классификационные схемы и признаки. Обзор классов и номенклатуры неорганических веществ и реакций.

8. Химические реакции, их классификация и механизмы. Интермедиаты, их строение и реакционная способность. Радикальные и ионные реакции.

9. Кислоты и основания. Протолиз. Гидролиз. Константа и степень гидролиза.

10. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Степень окисления. Окисление и восстановление. Окислители и восстановители. Классификация ОВР. Термодинамика ОВР.

11. Подготовка выпускной квалификационной работы. Работа с химической литературой. Химический эксперимент, его типы. Синтез и анализ, исследование строения вещества, определение количественных характеристик веществ и химических процессов. Этапы подготовки химического эксперимента, планирование и моделирование, методы, методики, количественные расчеты, учет побочных процессов. Обработка результатов. Оформление лабораторного журнала и публикаций.

12. Растворы, их роль в химии, технологии и экологии, классификация, компоненты, применимость правила аддитивности, термодинамика образования. Растворимость. Растворение как физико-химический процесс. Сольватация (гидратация) и сольваты (гидраты). Факторы, определяющие растворимость.

13. Коллигативные свойства растворов. Законы Рауля. Диаграмма состояния воды. Осмос, осмотическое давление. Правило Вант-Гоффа. Обратный осмос. Методы определения молекулярных масс.

14. Электролиты и растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Изотонический коэффициент. Физико-химическая теория растворов. Диэлектрическая проницаемость растворителя. Степень электролитической диссоциации. Равновесия в растворах электролитов. Кажущаяся степень диссоциации. Активность (Льюис). Коэффициент активности. Понятие о теории Дебая-Хюккеля. Ионная сила.

15. Протолитические равновесия в растворах слабых электролитов. Закон разбавлений Оствальда. Диссоциация (ионизация) воды (автопротолиз). Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели. Буферные растворы, их действие. Буферная емкость.

16. Гетерогенные равновесия. Произведение растворимости и растворимость. Солевой эффект. Реакции обмена в растворах электролитов. Правило Бертолле. Разрушение комплексов и растворение осадков.

17. Комплексные соединения (КС). Координационная теория Вернера. Классификация, номенклатура и изомерия КС. Диссоциация КС в водных растворах. Константы нестойкости и устойчивости. Образование и разрушение КС.

18. Химическая связь в КС. Координационная связь. Донорно-акцепторная и дативная связь. Строение и свойства комплексов. Спектрохимический ряд лигандов. Теория кристаллического поля. ЭСКП.

19. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева как основа химической систематики. Общие закономерности и аномалии в изменении свойств элементов и их соединений.

20. Общая характеристика галогенов. Особенности фтора.

21. р-элементы VI группы периодической системы, общая характеристика. Простые вещества, строение и свойства. Халькогениды, химическая связь. Оксиды и сульфиды. Ангидриды и тиоангидриды. Тиосоли. Пероксосоединения. Полисульфиды.

22. Кислородсодержащие соединения серы. Сернистая кислота и ее ангидрид, окислительно-восстановительные свойства. Тиосерная кислота и ее соли, строение и свойства. Серные гомоцепи. Катенация. Политионовые кислоты и их соли. Серная кислота и ее ангидрид. Реакции присоединения к серной кислоте. Полисерные кислоты и их соли.

23. Общая характеристика пниктогенов. Азот, основные валентные состояния, окислительно-восстановительные превращения. Строение молекулы и особенности химии азота. Азот в природе. Физико-химические аспекты проблемы связанного азота. Получение и очистка азота. Сравнение простых веществ, образованных элементами-пниктогенами: строение молекул, реакционная способность.

24. Фосфор, основные валентные состояния, их устойчивость, окислительно-восстановительные превращения, сравнение с азотом.

25. Пниктогеноводороды: строение, свойства, комплексующее действие. Аммиак и фосфин: устойчивость, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Соли аммония и фосфония.

26. Обзор водородных соединений азота. Гидразин, строение, сравнение с пероксидом водорода и аммиаком, кислотность, устойчивость, свойства, производные. Гидроксиламин, сравнение с пероксидом водорода, аммиаком и гидразином, устойчивость, свойства, производные. Азотистоводородная кислота и азиды, строение, устойчивость, свойства.

27. Кислородные соединения азота, окислительно-восстановительные реакции, комплексы. Азотистая кислота и ее соли, строение, окислительно-восстановительная двойственность. Азотная кислота и ее соли, характер восстановления.

28.  Соединения фосфора, их устойчивость. Оксиды фосфора. Фосфорноватистая кислота и гипофосфиты. Фосфористая кислота, таутомерия, производные. Фосфорные кислоты и их производные.

29.  Кислородсодержащие соединения мышьяка, сурьмы и висмута, оксо- и гидроксоформы. Соединения мышьяка, сурьмы и висмута с серой и галогенами, гидролиз. Тиосоли.

30.  р-элементы IV группы периодической системы, общая характеристика. Простые вещества, строение и свойства. Особенности химии углерода. Углеродные гомоцепи. Представление о специфике органической химии. Оксиды углерода, строение молекул, свойства. Угольная кислота и ее соли. Временная жесткость воды.

31.  Особенности химии кремния, сравнение с углеродом. Силаны и алканы, сравнение устойчивости, отношение к воде, окислительно-восстановительные свойства. Кремниевый ангидрид, сравнение с угольным, свойства. Кремниевые кислоты и их соли. Силикаты и карбонаты, особенности гидролиза. Золи и гели кремниевых кислот. Силикагель. Кремний в природе. Алюмосиликаты. Цеолиты. Цемент. Стекла. Кремнийорганические соединения. Силанолы. Силоксаны. Силиконы.

32.  р-элементы III группы периодической системы, общая характеристика, сравнение с РЗЭ. Бор, координационные числа, особенности их стабилизации. Соединения бора с водородом, галогенами и кислородом. Борный ангидрид, борные кислоты и их производные, сравнение с аналогичными соединениями кремния. Бура: состав, строение, гидролиз. Применение соединений бора в химическом анализе. Особенности качественного и количественного анализа соединений бора.

33.  Алюминий. Оксид алюминия и его роль. Кислотно-основные свойства соединений алюминия. Гидролиз солей. Многоядерные комплексы. Гелеобразование, сравнение с соединениями кремния. Алюминий в природе.

34.  s-элементы, общая характеристика, диагональное сходство, химическая связь в соединениях. Комплексообразование. Разделение, выделение и очистка соединений, химический анализ. Жесткость воды, определение, способы устранения.

35.  Особенности строения атомов переходных элементов, сравнение с непереходными. Изменение атомных радиусов и свойств в рядах и подгруппах переходных элементов. d- и f-сжатие. Комплексообразующая способность переходных элементов. Закономерности в изменении характерных степеней окисления переходных элементов в рядах и подгруппах, основные тенденции. Изменение устойчивости, окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств кислородных соединений переходных элементов и их производных.

36.  Хром, комплексные соединения. Гидратная изомерия. Изо- и гетерополисоединения d-элементов VI группы периодической системы. Пероксосоединения хрома. Аналитические реакции d-элементов VI группы периодической системы.

37.  Железо, кобальт, никель, общая характеристика, сравнение с платиноидами. Толкование горизонтальных аналогий. Основные валентные состояния железа, кобальта и никеля, взаимные переходы между ними. Комплексные соединения, их значение, координационные числа, строение, сравнительная устойчивость, образование и разрушение, окислительно-восстановительные превращения и смена лигандного окружения, аналитические реакции.

38.  d-элементы I группы периодической системы, общая характеристика, сравнение со щелочными металлами. Простые вещества, электрохимическая активность, свойства, применение. Переработка природного сырья. Основные валентные состояния, взаимные переходы между ними.

39.  Соединения одновалентных меди, серебра и золота, устойчивость, комплексы, строение, свойства. Аналитические реакции на альдегиды: реакции Фелинга и серебряного зеркала. Соединения меди (II), сравнение с соединениями меди (I). Комплексные соединения, строение, свойства. Эффект Яна-Теллера. Аналитические реакции. Иодометрическое определение меди в водных растворах. Серебро. Серебрение. Переработка серебряных отходов. Золото, принципы металлургии.

40.  d-элементы II группы периодической системы, общая характеристика. Положение в периодической системе, сравнение со щелочноземельными металлами, валентные состояния, химическая связь в соединениях. Простые вещества, электрохимическая активность, свойства, применение. Амальгамы. Токсикология цинка, кадмия и ртути. Техника безопасности при работе с цинком, кадмием, ртутью и их соединениями. Экологические проблемы загрязнения окружающей среды соединениями тяжелых металлов. Геохимическая характеристика цинка, кадмия и ртути. Разделение, выделение и очистка металлов.

41.  Цинк. Оксид и гидроксид, кислотно-основные свойства. Соли цинка, гидролиз. Цинкаты. Комплексные соединения цинка, строение, свойства. Аналитическая химия цинка. Кадмий, химические соединения, химическая связь. Оксид и гидроксид, кислотно-основные свойства, сравнение с соединениями цинка. Разделение цинка и кадмия в разных объектах. Комплексные соединения кадмия, строение, сравнение с соединениями цинка. Автокомплексообразование. Аналитическая химия кадмия.

42.  Ртуть. Валентные состояния ртути, взаимные переходы между ними, особенности строения соединений, природа химической связи. Оксид ртути, химические особенности. Соли ртути (I) и (II). Сулема. Каломель. Комплексные соединения ртути, координационные числа, сравнение с соединениями цинка и кадмия. Амидные производные ртути. Основание Миллона. Реакция Несслера.

Аналитическая химия

 

1. Химические, физико-химические, физические, биологические методы анализа. Классификация методов и их сравнительная характеристика.

2. Электрохимические методы анализа. Классификация методов и их краткая характеристика.

3. Потенциометрический метод анализа. Измерение потенциала. Электрохимическая ячейка. Индикаторный электрод и электрод сравнения. Классификация потенциометрических методов, их характеристика.

4. Ионометрия. Классификация ионселективных электродов. Возникновение потенциала на стеклянном электроде. Методы определения концентрации ионов.

5. Потенциометрическое титрование. Изменение электродного потенциала в процессе титрования. Способы обнаружения конечной точки титрования.

6. Кондуктометрический метод анализа. Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Области применения метода.

7. Кулонометрические методы анализа. Прямая кулонометрия и кулонометрическое титрование. Расчет количества вещества. Области применения, преимущества и ограничения метода.

8. Вольтамперометрия. Классификация вольтамперометрических методов. Качественный и количественный вольтамперометрический анализ. Методы определения концентрации вещества.

9. Оптические методы анализа. Классификация методов. Спектры атомов. Характеристики спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, полуширина. Спектры молекул, их особенности.

10. Эмиссионный спектральный анализ. Качественный и количественный анализ. Области применения, достоинства и недостатки метода.

11. Атомно-абсорбционный метод. Основы метода, способы получения поглощающего слоя атомов. Источники излучения. Возможности, преимущества и ограничения метода.

12. Молекулярная абсорбционная спектроскопия. Поглощение света веществом. Величины, характеризующие поглощение. Оценка чувствительности фотометрической реакции. Способы определения содержания вещества.

13. Хроматография. Основные принципы метода. Расшифровка хроматограммы. Качественный и количественный газохроматографический анализ. Эффективность и селективность хроматографического разделения.

14. Равновесие в системе «кислота — сопряженное основание — растворитель». Константы кислотности и основности. Кислотно-основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислот и оснований.

15. Реакции комплексообразования. Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), функция образования, функция закомплексованности, степень образования комплекса.

16. Окислительно-восстановительные реакции. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций.

17. Кислотно-основное титрование. Вид кривых титрования. Определение конечной точки титрования. Кислотно-основные индикаторы, их характеристика. Выбор индикатора. Возможности и ограничения.

18. Комплексоны и их использование в анализе. Хелатный эффект. Понятие эффективных констант устойчивости комплексов. Металл-индикаторы, механизм их действия. Возможности и ограничения комплексонометрического титрования.

19. Окислительно-восстановительное титрование. Примеры использования окислительно-восстановительных методов в анализе органических и неорганических веществ. Red-Ox-индикаторы, их характеристика.

20. Методы титриметрического анализа. Классификация методов. Виды титриметрических определений: прямое, обратное, титрование заместителя. Виды кривых титрования. Способы фиксирования конечной точки титрования. Погрешности титрования.   

 

Физическая химия

1. Химическая термодинамика. Основные понятия и определения, применяемые в химической термодинамике. Состояние системы и функции, его характеризующие. Начала термодинамики. Термодинамические потенциалы системы. Стандартные энтальпии и энтропии химических веществ. Термодинамические таблицы. Свободная энергия и направление химической реакции. Расчет энергии Гиббса (DG) химической реакции. Изучение равновесий. Закон действующих масс. Законы смещения равновесия. Понятие фазового равновесия. Фазовые равновесия в одно- и двухкомпонентных системах. Диаграммы состояния.    

2. Учение о растворах. Образование растворов. Термодинамическое описание свойств растворов. Равновесие жидкого раствора с насыщенным паром. Перегонка. Экстракция из растворов. Равновесие жидких растворов с газами и твердыми веществами. Твердые растворы. Диаграмма состояния "соль — вода". Системы с ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Коллоидные растворы. Растворы высокомолекулярных соединений. Растворы электролитов. Классическая теория электролитической диссоциации. Ион-дипольные и ион-ионные взаимодействия в растворах электролитов. Описание термодинамических свойств растворов электролитов. Неравновесные явления в растворах электролитов. Подвижность ионов. Основы электрохимической термодинамики. Равновесия в электрохимической системе. Равновесие "электрод — раствор". Электродные потенциалы. ЭДС гальванических элементов. Мембранный потенциал. Возникновение двойного электрического слоя на границе "электрод — раствор". Основные модельные представления о строении д.э.с.    

3. Поверхностные явления и адсорбция. Поверхностное натяжение. Поверхностные свойства растворов. Адсорбция на твердой поверхности. Изотермы адсорбции. Природа адсорбционных явлений. Практическое применение адсорбции. Хроматография.    

4. Химическая кинетика. Скорости химических реакций. Объяснение законов скоростей. Сложные реакции. Механизм химической реакции. Быстрые реакции. Лимитирующая стадия. Формально-кинетическая модель, ее основные параметры. Факторы, влияющие на скорость реакции. Энергия активации. Динамика молекулярных реакций. Регулирование скоростей реакций. Катализ и катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Типы катализаторов и каталитических систем. Основные представления о природе каталитического действия.    

5. Реакции в конденсированных средах. Кинетика процессов, контролируемых диффузией. Кинетика реакций в жидкой фазе. Гетерогенные реакции. Процессы на твердых поверхностях. Рост и структура поверхностей. Адсорбция на поверхностях. Каталитическая активность на поверхностях. Процессы на электродах. Электрохимические процессы. Генерирование и накопление мощности. Коррозия металлов.    

Органическая химия

 

1.  Явление гомологии. Гомологические ряды. Закономерности изменения физических и химических свойств органических соединений в гомологических рядах.

2. Структурные фрагменты молекулы в классических структурных моделях: атомы и связи, радикалы и функциональные группы, скелет и заместители. Типы скелетов: гомо- и гетероцепные, линейные, разветвленные, циклические и полициклические.

3.  Изомерия органических соединений и ее виды: скелетная, положения заместителя, положения гетеро-атома (метамерия), геометрическая, оптическая.

4.  Геометрические характеристики органических молекул. Линейные, плоские, тетраэдрические фрагменты. Длины связей и валентные углы. Конформационная подвижность органических молекул.

5. Принципы классификации и номенклатуры органических соединений. Основные классы. Особенности физических и химических свойств веществ разных классов. 

6.  Электронное строение органических молекул. Модель Льюиса. Особенности строения электронных оболочек: неподеленные пары, лакуны, неспаренные электроны.

7.  Квантовохимические модели. Электронные облака и электронные орбитали. Орбитальные модели атомов-органогенов. Понятие о гибридизации АО.

8.  Орбитальные модели простых и кратных связей. Модель гибридизации АО, типы гибридизации для атомов-органогенов.

9.  Сопряжение в органических молекулах. Типы сопряжения. Ароматичность, правило Хюккеля.

10.   Распределение электронной плотности и локальные электрические заряды в органических молекулах, их связь с реакционной способностью. Электронные эффекты (индуктивные и мезомерные) в молекулах.

11.  Стехиометрические типы органических реакций: замещение, присоединение-элиминирование, перегруппировка, инклюзия-эксклюзия. Строение молекул субстратов органических реакций указанных типов.

12.  Механизмы органических реакций. Элементарные акты и интермедиаты. Условия образования свободно-радикальных, электрофильных и нуклеофильных частиц.

13.  Свободнорадикальные механизмы в органических реакциях. Образование и устойчивость свободных радикалов. Субстраты радикальных реакций.

14.  Электрофильные механизмы в органических реакциях. Образование и устойчивость электрофильных частиц. Субстраты электрофильных реакций.

15.  Нуклеофильные механизмы в органических реакциях. Образование и устойчивость нуклеофильных частиц. Субстраты нуклеофильных реакций.

16.  Селективность органических реакций и методы управления ею (внешние условия, растворитель, катализаторы, защитные группы).

17.  Основные схемы синтетических реакций: введение или модификация функциональных групп, наращивание и расщепление органического скелета молекулы, образование циклов и изменение их размеров, реакции изомеризации (перегруппировки).

18.  Катализ в органических реакциях. Типы катализаторов и каталитических реакций в органической химии и нефтехимии.

19.  Высокомолекулярные органические соединения. Основные классы ВМС. Особенности состава и строения макромолекул.

20.  Нефть и газ. Их состав и основные направления химической переработки.

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Паничев С.А., Хритохин Н.А., Паничева Л.П. Общая химия. Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2001.

Общая химия: Учеб. / Под ред. Е.М. Соколовской, Л.С. Гузея. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989.

Угай Я.А. Общая химия: Учеб. М.: Высш. шк., 1987.

Хьюи Дж. Неорганическая химия: строение вещества и реакционная способность. М.: Химия, 1987.

Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. М.: Высш. шк., 1979.

Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. Т. 1 и 2. М.: Высш. шк., 1984.

Практикум по общей химии / Под ред. Е.М. Соколовской, О.С. Зайцева. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981.

Анорганикум / Под ред. Л. Кольдица. Т.1, 2. М.: Мир, 1984,

Практикум по неорганической химии / Воробьева О.И. и др. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984.

Органикум / Практикум по органической химии. Т.1,2. М.: Мир, 1979.

Вейганд К., Хильгетаг Г. Методы эксперимента в органической химии. М.: Химия, 1968.

Практическое руководство по физико-химическим методам анализа. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. 

 

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Общая химия: Учеб. / Под ред. Е.М. Соколовской, Л.С. Гузея. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989.

Угай Я.А. Неорганическая химия: Учеб. М.: Высш. шк., 1989.

Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учеб. М.: Высш. шк., 1988.

Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия: Учебник. Ч. 1, 2. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991, 1994.

Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Т. 1, 2, 3. М.: Мир, 1969.

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Основы аналитической химии. /Под ред. Ю.А.Золотова. В 2кн. М.: Высш. шк., 1996, 1999.

Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. М.: Высш. шк., 1989.

Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии. М.: Высш. шк., 1987.

Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В 2 т. М.: Мир, 1979.

Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ. М.: Мир, 1978.

Юинг Г. Инструментальные методы химического анализа. М.: Мир, 1989.

Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа. М.: Мир, 1997. 

 

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Эткинс П. Физическая химия. Т. 1,2. М.: Мир, 1980.

Полторак О.М. Термодинамика в физической химии: Учеб. М.: Высш. шк., 1991.

Физическая химия / Под ред. К.С. Краснова. М.: Высш. шк., 1982.

Еремин Е.М. Основы химической кинетики. М.: Высш. шк., 1976.

Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. М.: Высш. шк., 1987.

Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высш. шк. 1988.  

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии. Т. 1 и 2. М.: Мир, 1978.

Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высш. шк., 1990.

Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М.: Мир, 1974.

Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. М.: Мир, 1977.

Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. М.: Высш. шк., 1981.

Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1975.     

 

Составители:

к.х.н., доцент Н.А. Хритохин (раздел "Общая и неорганическая химия")

к.х.н., доцент Н.А. Ермакова (раздел "Аналитическая химия")

д.х.н., профессор В.И. Баканов (раздел "Физическая химия")

д.п.н., профессор С.А. Паничев (раздел "Органическая химия")