2015-04-01
713
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ................................................................. 6
1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ХИМИИ............................................ 7
Контрольные вопросы и задания..................................................................................... 12
2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ
СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА....... 13
2.1. Модели строения атома.......................................................................................... 13
2.2. Двойственная природа электрона...................................................................... 14
2.3. Атомное ядро. Изотопы, изобары....................................................................... 16
2.4. Квантовые числа. Принцип Паули...................................................................... 17
2.5. Правило Гунда............................................................................................................ 21
2.6. Правила В. М. Клечковского. Последовательность заполнения электронами энергетических состояний в атоме............................................................................ 22
2.7. Периодический закон Д. И. Менделеева.......................................................... 23
Контрольные вопросы и задания..................................................................................... 26
Компетенции студента........................................................................................................ 27
3. ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И СТРОЕНИЯ
МОЛЕКУЛ............................................................................. 28
3.1. Параметры химической связи............................................................................ 28
3.2. Ковалентная связь................................................................................................... 29
3.2.1. Метод спиновой теории валентности, или метод валентных схем....................... 30
3.2.2. Метод молекулярных орбиталей............................................................................. 31
3.2.3. Насыщаемость и направленность ковалентной связи, а-, п - и 8-связи. 33
3.2.4. Конфигурации строения молекул..................................................................... 35
3.2.5. Гибридизация, ее виды............................................................................................ 36
3.2.6. Полярность и поляризуемость связи............................................................... 38
3.3. Ионная связь.............................................................................................................. 39
3.4. Водородная связь.................................................................................................... 40
3.5. Металлическая связь.............................................................................................. 41
3.6. Межмолекулярное взаимодействие. Силы Ван-дер-Ваальса................ 41
Контрольные вопросы и задания..................................................................................... 43
В Химия. Учеб. пособие
-1-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Компетенции студента........................................................................................................ 44
4. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ..................................... 45
4.1. Строение комплексных соединений............................................................... 45
4.2. Номенклатура комплексных соединений..................................................... 47
4.3. Изомерия комплексных соединений.............................................................. 49
Диссоциация комплексных соединений. Константа нестойкости комплексного иона 50
Контрольные вопросы и задания.................................................................................... 51
Компетенции студента........................................................................................................ 51
5. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ................... 52
5.1. Внутренняя энергия и энтальпия..................................................................... 52
5.2. Энтропия....................................................................................................................... 56
5.3. Энергия Гиббса............................................................................................................ 57
Контрольные вопросы и задания.................................................................................... 60
Компетенции студента........................................................................................................ 61
ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ... 62
Скорость химической реакции и влияние на нее различных факторов 62
6.2. Понятие о катализе и катализаторах............................................................... 66
6.3. Колебательные реакции...................................................................................... 68
6.4. Химическое равновесие и его смещение...................................................... 69
6.5. Фазовые равновесия............................................................................................ 72
Контрольные вопросы и задания.................................................................................... 78
Компетенции студента........................................................................................................ 79
7. РАСТВОРЫ...................................................................... 81
7.1. Способы выражения концентрации растворов......................................... 81
7.2. Растворы неэлектролитов.................................................................................. 83
7.2.1. Осмос и осмотическое давление............................................................................. 83
7.2.2. Давление пара над растворором. Первый закон Рауля............................ 85
7.2.3. Замерзание и кипение растворов. Второй закон Рауля........................... 86
7.3. Растворы электролитов...................................................................................... 87
7.3.1. Теория электролитической диссоциации..................................................... 87
В Химия. Учеб. пособие
-2-
ОГЛАВЛЕНИЕ
7.3.2. Теория кислот и оснований.............................................................................. 90
7.3.3. Ионо обменные реакции.......................................................................................... 93
7.3.4. Константы кислотности и основности............................................................ 94
7.3.5. Закон разбавления Оствальда................................................................................ 96
7.3.6. Ионное произведение воды. Водородный показатель.............................. 97
7.3.7. Произведение растворимости электролита........................................................... 98
7.4. Гидролиз солей..................................................................................................... 100
7.4.1. Виды гидролиза...................................................................................................... 100
7.4.2. Константа и степень гидролиза...................................................................... 103
7.5. Жесткость воды и методы ее устранения.................................................. 105
Контрольные вопросы и задания.................................................................................. 107
Компетенции студента...................................................................................................... 110
8. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ........................................... 111
8.1. Классификация дисперсных систем............................................................. 111
8.2. Получение дисперсных систем...................................................................... 113
8.2.1. Диспергационные методы............................................................................... 114
8.2.2. Конденсационные методы............................................................................... 115
8.2.3. Метод пептизации.................................................................................................. 116
8.3. Строение мицелл.................................................................................................. 116
8.4. Устойчивость дисперсных систем................................................................ 118
8.4.1. Виды устойчивости........................................................................................... 119
8.4.2. Коагуляция лиофобных коллоидных систем.............................................. 120
8.4.3. Коагуляция коллоидных систем под действием физических факторов 122
Контрольные вопросы и задания.................................................................................. 122
Компетенции студента...................................................................................................... 123
9. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ......................... 124
9.1. Окислительно-восстановительные реакции............................................. 124
9.1.1. Определение степени окисления. Типы окислительно-восстановительных реакций 124
9.1.2. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций 127
9.2. Измерение электродных потенциалов металлов.................................... 129
9.3. Гальванические элементы................................................................................ 132
9.4. Электролиз.............................................................................................................. 135
9.4.1. Основные законы электролиза....................................................................... 136
9.4.2. Потенциал разложения. Перенапряжение.......................................................... 137
В Химия. Учеб. пособие
-3-
ОГЛАВЛЕНИЕ
9.4.3. Последовательность электродных процессов....................................... 137
9.4.4. Практическое применение электролиза................................................ 139
Контрольные вопросы и задания................................................................ 141
Компетенции студента................................................................................ 142
10. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ............................................. 144
10.1. Виды коррозии.................................................................................. 144
10.1.1. Химическая коррозия....................................................................... 145
10.1.2. Электрохимическая коррозия............................................................ 146
10.2. Защита металлов от коррозии............................................................ 148
Контрольные вопросы и задания................................................................ 152
Компетенции студента................................................................................ 153
11. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛОВ................. 154
11.1. Классификация металлов.................................................................. 155
11.2. Физические свойства металлов.......................................................... 156
11.3. Химические свойства металлов.......................................................... 157
11.4. Способы получения металлов из руд................................................. 164
11.5. Получение мет аллов высокой степени чистоты................................. 167
Контрольные вопросы и задания................................................................ 168
Компетенции студента................................................................................ 169
12. ПОЛИМЕРЫ И ОЛИГОМЕРЫ..................................... 170
12.1. Основные понятия............................................................................. 170
12.2. Классификация и номенклатура полимеров........................................ 171
12.3. Применение полимеров и олигомеров................................................ 176
Контрольные вопросы и задания................................................................ 179
Компетенции студента................................................................................ 179
13. ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ............................. 180
13.1. Порядок выполнения анализа вещества............................................. 181
13.2. Качественный анализ......................................................................... 183
13.2.1. Аналитические реакции................................................................... 183
13.2.2. Методы качественного анализа......................................................... 185
13.2.3. Аналитическая классификация катионов и анионов............................. 186
13.2.4. Качественные реакции на катионы и анионы....................................... 187
В Химия. Учеб. пособие
-4-
ОГЛАВЛЕНИЕ
13.2.5. Качественные реакции на анионы.............................................................. 190
13.2.6. Устранение мешающих ионов............................................................................ 191
13.3. Физико-химические методы анализа.......................................................... 193
13.3.1. Оптические методы анализа............................................................................... 194
13.3.2. Электрохимические методы анализа................................................................. 199
13.3.3. Хроматографические методы анализа............................................................... 201
Контрольные вопросы и задания.................................................................................. 206
Компетенции студента...................................................................................................... 208
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................... 209
СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ.................................. 210
ПРИЛОЖЕНИЕ..................................................................... 215
В Химия. Учеб. пособие
-5-
ВВЕДЕНИЕ
Химия – одна из важнейших фундаментальных естественных наук, изучающая вещества, их свойства и процессы превращения веществ, сопровождающиеся изменением состава и структуры.
Что такое металл, галоген, полимер, пластмассы? Чем обусловлена разница в свойствах веществ? Почему идут химические реакции? Что такое коррозия? Как сохранить чистоту природы: рек, озер, морей, лесов, атмосферы? Ответить на эти и многие другие вопросы без знания химии нельзя.
Особенно велико значение химии в технике, развитие которой немыслимо без понимания процессов превращения веществ. Глубокое знание законов химии и их применение позволяет как совершенствовать существующие, так и создавать новые процессы, машины, установки и приборы.
Знание основных химических понятий, закономерностей и законов необходимо для формирования современных специалистов - бакалавров, инженеров, магистров.
Химия является общетеоретической дисциплиной. Она призвана дать студентам современное научное представление о веществе как одном из видов материи, о путях, механизмах и способах превращения одних веществ в другие. Владение техникой химических расчетов, понимание возможностей, предоставляемых химией, значительно ускоряет получение нужного результата в различных сферах инженерной и научной деятельности.
Технический прогресс промышленного производства неразрывно связан с разработкой и использованием новейших материалов, создание и использование которых невозможно без знаний химических свойств, состава, строения и структуры веществ.
Особенностью «Химии» как дисциплины для студентов нехимических специальностей является то, что небольшой по объему курс должен содержать сведения практически из всех областей химии. Общая, неорганическая, физическая и аналитическая химия закладывают теоретические основы многообразной и сложной картины химических явлений.
Приведены контрольные вопросы и задания, способствующие закреплению знаний и успешному выполнению студентами самостоятельной работы. Каждая глава завершается перечнем основных положений изучаемой темы, ориентированных на формирование и развитие компетенций, т. е. знаний, умений, навыков, алгоритмов действия студентов, которые направлены на повышение качества их подготовки к будущей профессиональной деятельности.
Цель дисциплины «Химия» – помочь студентам изучить химическую форму движения материи, познать законы её развития и основные закономерности протекания химических реакций.
