УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой аграрных дисциплин
______________________________
«____»________ 20 __ г.
Вопросы к экзамену по дисциплине
«Химия»
Специальность 1-74 06 01 «Техническое обеспечение процессов сельскохозяйственного производства»
Инженерный факультет
Заочная форма получения образования на базе среднего образования
1 курс, 1-2 семестр
Материя и движение. Химическая форма движения материи. Химия как раздел естествознания. Значение химии в изучении природы, развитии техники и промышленности. Предмет химии и связь ее с другими дисциплинами. Основные понятия и законы химии. Химические элементы. Атомная масса. Элементы и простые вещества.
Атомно-молекулярное учение. Классификация и современная номенклатура неорганических соединений.
Составные части атома – ядро и электроны, их заряд и масса. Изотопы.
Квантовый характер излучения и поглощения энергии. Теория строения атома водорода по Бору. Корпускулярно-волновая природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантово-механическая модель атома. Понятие о волновой функции.
Квантовые числа, их физический смысл. Форма электронных облаков для s-, p- ,d- и f-состояний.
Размещение электронов в атоме. Принцип Паули. Правило Хунда. Максимальное число электронов на уровнях и подуровнях.
Последовательность заполнения электронами энергетических уровней и подуровней в многоэлектронных атомах. Правила Клечковского. Способы записи электронных конфигураций атомов и ионов: электронные формулы и схемы.
Современная формулировка периодического закона. Структура периодической системы. Периоды, группы и подгруппы. Изменение свойств элементов в периодической системе.
Периодическая система элементов и ее связь со строением атома. Особенности электронного строения атомов в главных и побочных подгруппах. Элементы s-, p-, d-, f-семейства.
Радиусы атомов (орбитальные и эффективные) и их изменение по периодической системе. Энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность и их изменение по периодической системе.
Естественные границы периодической системы. Значение периодического закона и системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронная природа связи. Типы химической связи. Ковалентная связь. Метод валентных связей (ВС). Механизм образования ковалентной связи (спин-валентный, донорно-акцепторный). Характеристики химической связи – энергия (прочность), длина.
Свойства ковалентной связи: насыщаемость и направленность. Валентность элементов с позиции метода валентных связей. Понятие о валентных углах. Гибридизация (sp-, sp2- и sp3-) и форма молекул. Сигма- и пи-связи, их особенности.
Полярность связи и степень окисления. Ионность связи. Эффективный заряд атомов в молекуле. Дипольный момент. Полярные и неполярные молекулы.
Ионная связь. Механизм ее образования. Ненасыщаемость и ненаправленность ионной связи. Электростатическое взаимодействие ионов. Единство природы ковалентной и ионной связей.
Металлическая связь и свойства металлов, обусловленные ею. Проводники, полупроводники и диэлектрики.
Понятие о комплексообразовании. Состав комплексных соединений. Вид химической связи в комплексных соединениях. Комплексообразователи, лиганды. Заряд центрального иона и координационное число. Комплексные анионы, катионы, нейтральные комплексы. Номенклатура комплексных соединений.
Устойчивость комплексных соединений в растворах. Первичная и вторичная диссоциация комплексных соединений. Устойчивость комплексных ионов. Константы нестойкости и устойчивости (образования) комплекса.
Характер сил при межмолекулярном взаимодействии (ММВ). ММВ: универсальные и специфические. Составляющие универсальных взаимодействий (силы Ван-дер-Ваальса): ориентационные, индукционные и дисперсионные силы притяжения и силы отталкивания.
Специфические межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь. Межмолекулярная и внутримолекулярная водородная связь. Влияние водородной связи на свойства веществ.
Агрегатное состояние вещества как проявление взаимодействия между частицами вещества. Газообразное состояние. Жидкое состояние. Конденсированное состояние вещества. Твердое состояние. Аморфное и кристаллическое состояние состояния вещества
Элементарная ячейка. Представление об элементах симметрии и классификации кристаллических форм. Полиморфизм и изоморфизм. Типы кристаллических решеток: молекулярные, атомные, ионные и металлические. Смешанная решетка графита. Зависимость физических свойств от вида химической связи между частицами в кристаллах.
Системы: открытая, закрытая, изолированная. Параметры системы: давление, объем, температура, концентрация вещества, теплоемкость. Функции состояния системы.
Закон сохранения и превращения энергии. Основные понятия химической термодинамики. Внутренняя энергия. Тепловой эффект реакции при постоянном давлении. Энтальпия. Экзо- и эндотермические реакции.
Стандартная энтальпия образования химического соединения. Закон Гесса и следствия из него. Энергетические эффекты при фазовых переходах. Термохимия и термохимические уравнения.
Энтропия – функция состояния системы. Уравнение Больцмана. Абсолютная энтропия вещества. Расчет изменения энтропии в процессе химической реакции. Изменение энтропии при фазовых переходах.
Энергия Гиббса. Стандартное изменение энергии Гиббса химической реакции. Использование стандартного изменения энергии Гиббса химической реакции для приближенной оценки термодинамической возможности ее протекания.
Понятие скорости химической реакции. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов – основной постулат химической кинетики. Закон действия масс. Скорость реакции в гомогенных и гетерогенных системах. Константа скорости реакции.
Зависимость скорости и константы скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Энергия активации. Активные молекулы. Теория переходного состояния. Активированный комплекс.
Скорость реакции в гетерогенных системах.
Сущность катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Положительный и отрицательный катализ. Ингибиторы. Селективность катализаторов. Понятие о теории промежуточных соединений при гомогенном катализе и сорбционной теории гетерогенного катализа. Биокатализ. Ферменты.
Понятие о цепных реакциях.
Необратимые и обратимые реакции. Химическое равновесие, константа химического равновесия и способы ее выражения в гомогенных и гетерогенных системах. Равновесные концентрации. Факторы, влияющие на величину константы равновесия. Константа равновесия и энергия Гиббса.
Принцип Ле-Шателье. Влияние температуры, давления и концентрации реагентов на смещение химического равновесия в гомогенных и гетерогенных системах.
Общая характеристика растворов. Процесс растворения. Сольватная теория растворов Д.И.Менделеева. Термодинамика процессов растворения. Растворимость.
Способы выражения состава растворов. Массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльность, молярная доля.
Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Давление пара раствора. Законы Рауля. Температура кристаллизации и кипения растворов. Криоскопия и эбуллиоскопия.
Электролитическая диссоциация и причины ее возникновения: влияние природы растворителя и электролита, температуры. Отклонение от законов Вант-Гоффа и Рауля для растворов электролитов. Изотонический коэффициент.
Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Ее связь с изотоническим коэффициентом. Константы диссоциации слабых электролитов и факторы, влияющие на их величины. Закон разбавления Оствальда. Ступенчатая диссоциация слабых электролитов.
Состояние сильных электролитов в водных растворах. Кажущаяся степень диссоциации в растворах сильных электролитов. Активность ионов. Коэффициент активности.
Свойства кислот, оснований и солей с точки зрения теории электролитической диссоциации. Ионно-молекулярные уравнения.
Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель.
Гидролиз солей. Различные случаи гидролиза. Совместный гидролиз. Запись уравнений гидролиза в молекулярной и ионно-молекулярной формах. Расчет водородного показателя (рН) раствора при гидролизе соли. Понятие о степени и константе гидролиза.
Классификация гетерогенных систем по степени дисперсности. Их отличие от истинных (молекулярных и ионных) растворов. Дисперсионная среда и дисперсная фаза, их взаимная нерастворимость.
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Аэрозоли. Лиозоли. Суспензия. Эмульсия (прямая и обратная). Литозоли.
Классификация дисперсных систем по отсутствию или наличию взаимодействия между частицами дисперсной фазы. Свободнодисперсные и связнодисперсные. Порошки, концентрированные эмульсии и суспензии (пасты), пены. Почвенно-поглощающий комплекс. Капиллярно-дисперсные системы.
Различные виды сорбции. Состояние вещества на границе раздела фаз. Поверхностное натяжение.
Кинетическая и агрегативная устойчивость. Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Стабилизация суспензий и эмульсий. Коагуляция и седиментация.
Внутренняя структура коллоидных частиц и методы их получения: диспергирование, конденсация. Лиофобные коллоиды. Лиофильные коллоиды. Набухание.
Структура и электрический заряд коллоидных частиц – мицелл. Понятие об электрокинетическом потенциале. Устойчивость коллоидных частиц. Коагуляция под действием электролита. Порог коагуляции.
Степень окисления элементов. Важнейшие окислители и восстановители. Изменение окислительно-восстановительных свойств веществ в связи с положением элементов в группах и периодах. Окисление и восстановление. Окислитель и восстановитель.
Понятие об электродных потенциалах. Стандартный водородный электрод как электрод сравнения. Стандартные электродные потенциалы. Электрохимический ряд напряжений металлов. Восстановительная способность атомов металлов и окислительная способность их ионов в электрохимическом ряду напряжений металлов.
Теория гальванических элементов. Электродвижущая сила гальванического элемента. Связь электродвижущей силы гальванического элемента, константы равновесия со стандартным изменением энергии Гиббса окислительно-восстановительной реакции, протекающей в гальванических элементах.
Зависимость величины потенциала электрода от концентрации участников электродной реакции и от температуры. Уравнение Нернста.
Топливные элементы. Водородно-кислородный топливный элемент. Практическое использование химических источников тока. Аккумуляторы.
Коррозия. Основные виды коррозии. Химическая коррозия: газовая и жидкостная.
Электрохимическая коррозия. Показатели коррозии. Важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию (кислород и ионы водорода).
Механизм электрохимической коррозии. Возникновение и работа микрогальванических элементов. Коррозия технического металла. Контактная коррозия. Анодное окисление металла и катодное восстановление окислителя. Деполяризация: водородная и кислородная. Активаторы коррозии. Коррозия при неравномерной аэрации. Биокоррозия.
Защита металлов и сплавов от коррозии. Изоляционные методы – антикоррозионные покрытия: неметаллические, металлические, химические.
Защита металлов и сплавов от коррозии. Электрохимические методы: протекторная и катодная защита. Электродренаж – защита от блуждающих токов.
Защита металлов и сплавов обработкой коррозионно-агрессивных сред: дезактивация с целью устранения ионов-активаторов, нейтрализация кислых и щелочных сред, введение ингибиторов. Изменение состава и структуры металлов как средство защиты их от коррозии: повышение степени чистоты, введение легирующих добавок
Рациональное конструирование металлических сооружений, узлов машин (исключение контакта различных металлов) как средство снижения скорости коррозионных процессов. Средства борьбы с биологической коррозией.
Сущность электролиза. Электролиз расплавов и растворов электролитов. Электролиз с нерастворимыми и растворимыми анодами. Анодное окисление и катодное восстановление. Потенциал разложения. Понятие о перенапряжении. Последовательность восстановления катионов и окисления анионов на инертных электродах.
Электролиз с активным (металлическим – растворимым) анодом. Основы гальванических методов нанесения металлических покрытий. Применение электролиза – электролитическая технология. Законы электролиза. Выход по току.
Распространение и формы нахождения металлических элементов в природе. Основные способы получения металлов. Методы получения металлов высокой степени чистоты: электролитическое рафинирование и зонная плавка.
Физические свойства металлов и их зависимость от электронного строения атомов элементов и строения кристаллической решетки металла. Механические свойства металлов: твердость, пластичность, прочность.
Химические свойства металлов. Восстановительная активность. Отношение металлов к простым веществам неметаллов; воде и водным растворам окислителей. Взаимодействие металлов с кислотами, растворами щелочей.
Взаимодействие металлов друг с другом. Твердые растворы (сплавы): замещения и внедрения. Интерметаллические соединения. Температура их плавления и твердость. Применение металлов в качестве конструкционных материалов в технике.
Общая характеристика органических соединений. Отличительные особенности органических соединений. Теория химического строения органических соединений. Гомологи. Изомеры.
Классификация органических соединений в зависимости от строения углеродной цепи и содержания функциональных групп. Углеводороды и галогенопроизводные. Кислород- и азотсодержащие органические соединения. Элементоорганические соединения и их особенности. Элементоорганические соединения d- и f- элементов. Их значение и применение.
Понятие об органических полимерах. Методы получения полимеров: реакции полимеризации и поликонденсации и полимеры на их основе. Элементоорганические полимеры – полиорганосилоксаны, их свойства и применение.
Особенности внутреннего строения и физико-механические свойства полимеров. Термопластичные и термореактивные полимеры. Три физических состояния линейных аморфных полимеров. Материалы, получаемые на основе полимеров. Конструкционные пластические массы, волокна, пленки, клеи. Применение полимеров в сельском хозяйстве.
Проблема легких конструкционных материалов. Требования, предъявляемые к легким конструкционным материалам. Понятие о пределе прочности, удельной прочности, достаточной термической прочности и достаточной пластичности как важных свойствах легких конструкционных материалов. Легкие конструкционные металлические материалы: бериллий, магний, алюминий, титан и сплавы на их основе. Применение этих металлов и их сплавов.
Тяжелые конструкционные металлические материалы: железо, ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, цинк и сплавы на их основе. Применение этих металлов и их сплавов.
Железо. Общая характеристика, свойства, получение. Соединения железа: оксиды, гидроксиды, ферриты и ферраты. Сплавы железа: углеродистые стали, чугуны, легированные стали и стали с особыми свойствами.
Требования, предъявляемые к свойствам износостойкого материала. Высокая твердость поверхности. Карбиды металлов. Применение карбидов металлов и их сплавов. Методы упрочнения поверхности стали: термическая, химико-термическая (цементация, азотирование, борирование) обработка. Применение обработанной стали.
Требования, предъявляемые к свойствам износостойкого материала. Низкий коэффициент трения между трущимися материалами пары трения. Материалы, отвечающие данному свойству: сплавы на основе олова и свинца (баббиты), бронзы, латуни, алюминиевые сплавы, серые чугуны, полимеры и пластики, комбинированные материалы.
Требования, предъявляемые к свойствам износостойкого материала. Высокий коэффициент трения, обеспечивающий повышение трения в тормозных механизмах. Материалы, отвечающие данному свойству: многокомпонентные неметаллические и металлические спеченные материалы. Состав этих материалов.
Инструментальные материалы на основе тугоплавких соединений: твердые сплавы на основе карбида вольфрама, безвольфрамовые твердые сплавы (карбид титана, сплавы карбида титана и ниобия и др.) и керамика. Преимущества безфольфрамовых сплавов перед вольфрамовыми. Метод нанесения тугоплавких соединений на поверхность лезвийных инструментов – химико-термическая обработка.
Абразивные материалы: алмаз, электрокорунд, карбид кремния, карбид бора и их применение. Зависимость абразивной способности от физико-технических свойств абразива и от свойств обрабатываемого материала.
Литература:
Глинка, Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под. ред. А.И. Ермакова. – Изд. 30-е, исправленное. – М.: Интеграл-Пресс, 2007. – 728 с.
Хомченко, И.Г. Общая химия: Учебник. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: ООО «Издательство Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2003. – 480 с.: ил.
Фролов, В.В. Химия: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 543 с., ил.
Коровин, Н.В. Общая химия: Учеб. для технических направ. и спец. вузов / Н.В. Коровин. – 8-е изд., стер. – М.: Высш. шк, 2007. – 557 с.: ил.
Карапетьянц, М.Х. Общая и неорганическая химия. Учебное пособие для вузов / М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. – М.: Химия, 1981. – 632 с., ил.
Харин, А.Н. Курс химии: Учебник для приборостроит. спец. вузов / А.Н. Харин, Н.А. Катаева, Л.Т. Харина; Под ред. А.Н. Харина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. Высш. шк., 1986. – 543 с., ил.
Курс общей химии: Учеб. для студ. энергет. спец. вузов / Э.И. Мингулина, Г.Н. Масленников, Н.В. Коровин, Э.Л. Филиппов; Под ред. Н.В. Коровина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 446 с.: ил.
Глинка, Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.А. Рабиновича и Х.М. Рубиной. При участии Т.Е. Алексеевой, Н.Б. Платуновой, В.А. Рабиновича, Х.М. Рубиной, Т.Е, Хрипуновой. – М.: Интеграл-Пресс, 2006. – 240 с.
Пустовалова, Л.М. Общая химия / Л.М. Пустовалова, И.Е. Никанорова. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. – 478 с.
Ахметов, Н.С. Неорганическая химия: Учеб. пособие для вузов / Н.С. Ахметов. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1975. – 672с.: ил.
Скатецкий, В.Г. Математические методы в химии: учеб. пособие для студентов вузов / В.Г. Скатецкий, Д.В. Свиридов, В.И. Яшкин. – Мн.: ТетраСистемс, 2006. – 368 с.
Cоставитель:
преподаватель Т.В. Дейхина |
