СОДЕРЖАНИЕ Стр. Методические указания 4 1. Моль. Количество вещества эквивалента (эквивалент) и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) простых и сложных веществ. Закон эквивалентов 12 2. Строение атома 17 3. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Химическая связь и строение молекул 23 4. Энергетика химических процессов (термохимические расчеты) 27 5. Энергия Гиббса и направленность химических реакций 34 6. Химическая кинетика и равновесие 41 7. Способы выражения концентрации раствора 46 8. Свойства растворов 50 9. Ионно-молекулярные (ионные) реакции обмена 53 10. Ионное равновесие воды. Водородный показатель рН 56 11. Гидролиз солей 59 12. Окислительно-восстановительные реакции 62 13. Электродные потенциалы и электродвижущие силы 67 14. Электролиз 74 15. Коррозия металлов 80 16. Жесткость воды и методы ее устранения 86 Варианты контрольных заданий 91 Приложения 94 ^ ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯНаука стала производительной силой нашего общества. Без применения достижений науки, и в частности химии, невозможно развитие современной промышленности и сельского хозяйства. Понимание химических законов помогает инженеру в решении экологических проблем. Знание химии необходимо для последующего успешного изучения общенаучных и специальных дисциплин.^ Основной вид учебных занятий студентов-заочников — самостоятельная работа над материалом. В курсе химии она слагается из следующих элементов: изучение дисциплины по учебникам и учебным пособиям; выполнение контрольных заданий и лабораторного практикума; индивидуальные консультации (очные и письменные); посещение лекций; сдача зачета по лабораторному практикуму; сдача экзамена по всему курсу.^ Работа с книгой. Изучать курс рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с содержанием каждой из них по программе. (Расположение материала курса в программе не всегда совпадает с расположением его в учебнике.) При первом чтении старайтесь получить общее представление об излагаемых вопросах, а также отмечайте трудные или неясные места. При повторном изучении темы усвойте все теоретические положения, математические зависимости и их выводы, а также принципы составления уравнений реакций. Вникайте в сущность того или иного вопроса, а не пытайтесь запомнить отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне сущности, а не на уровне отдельных явлений способствует более глубокому и прочному усвоению материала. Чтобы лучше запомнить и усвоить изучаемый материал, надо обязательно иметь рабочую тетрадь и заносить в нее формулировки законов и основные понятия химии, незнакомые термины и названия, формулы и уравнения реакций, математические зависимости и их выводы и т.п. Во всех случаях, когда материал поддается систематизации, составляйте графики, схемы, диаграммы, таблицы. Они очень облегчают запоминание и уменьшают объем конспектируемого материала. Изучая курс, обращайтесь и к предметному указателю в конце книги. Пока тот или иной раздел не усвоен, переходить к изучению новых разделов не следует. Краткий конспект курса будет полезен при повторении материала в период подготовки к экзамену. Изучение курса должно обязательно сопровождаться выполнением упражнений и решений задач (см. список рекомендованной литературы). Решение задач — один из лучших методов прочного усвоения, проверки и закрепления теоретического материала.^ Контрольные задания. В процессе изучения курса химии студент должен выполнить контрольную работу. Контрольная работа не должна быть самоцелью; она является формой методической помощи студентам при изучении курса. К выполнению контрольной работы можно приступить только после усвоения определенной части курса и решения примеров типовых задач, приведенных в данной книге, по соответствующей теме. Решения задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы, за исключением тех случаев, когда по существу вопроса такая мотивировка не требуется, например, когда нужно составить электронную формулу атома, написать уравнение реакции и т.п. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования. Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена; для замечаний рецензента надо оставлять широкие поля; писать четко и ясно; номера и условия задач переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В конце работы следует дать список использованной литературы и методического пособия с указанием года издания. Работы должны быть датированы, подписаны студентом и представлены в институт на рецензирование. Если контрольная работа не зачтена, ее нужно выполнить повторно в соответствии с указаниями рецензента и выслать на рецензирование вместе с не зачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце тетради, а не в рецензированном тексте. Таблица вариантов контрольных заданий приведена в конце методических указаний. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается как сданная.^ Лабораторные занятия. Лабораторный практикум развивает у студентов навыки научного экспериментирования, исследовательский подход к изучению предмета, логическое химическое мышление. Консультации. В случае затруднений при изучении курса следует обращаться за письменной консультацией в институт к преподавателю, рецензирующему контрольные работы, или за устной консультацией — к преподавателю на УКП. Лекции. В помощь студентам, прикрепленным к УКП, читаются лекции по важнейшим разделам курса, на которых излагаются не все вопросы, представленные в программе, а глубоко и детально рассматриваются принципиальные, но недостаточно полно освещенные в учебной литературе понятия и закономерности, составляющие теоретический фундамент курса химии. На лекциях даются также методические рекомендации для самостоятельного изучения студентами остальной части курса. Зачет. Выполнив лабораторный практикум, студенты сдают зачет. Для сдачи зачета необходимо уметь изложить ход выполнения опытов, объяснить результаты работы и выводы из них, уметь составлять уравнения реакций. Студенты, сдающие зачет, предъявляют лабораторный журнал с пометкой преподавателя о выполнении всех работ, предусмотренных планом практикума.Экзамен. К сдаче экзамена допускаются студенты, которые выполнили контрольные задания и сдали зачет по лабораторному практикуму. Экзаменатору студенты предъявляют зачетную книжку, направление на экзамен и зачтенные контрольные работы.ПРОГРАММАСодержание курса и объем требований, предъявляемых студенту при сдаче экзамена, определяет программа по химии для инженерно-технических (нехимических) специальностей высших учебных заведений, утвержденная Главным учебно-методическим управлением высшего образования. Настоящая программа составлена в соответствии с современным уровнем химической науки и требованиями, предъявляемыми к подготовке высококвалифицированных специалистов для народного хозяйства. Она состоит из введения и четырех разделов. Первые три охватывают содержание общей части курса, необходимой для подготовки инженеров любой специальности. На изучение общей части курса рекомендуется отводить 70-75% учебного времени, предусмотренного учебными планами на курс химии. Четвертый раздел связан со специализацией будущих инженеров и изменяется в зависимости от основных направлений профилирования их подготовки (механическое, энергетическое, строительное).^ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ВВЕДЕНИЕ Химия как предмет естествознания. Предмет химия и ее связь с другими науками. Значение химии в формировании мировоззрения, в изучении природы и развитии техники. Химизация народного хозяйства. Химия и охрана окружающей среды.^ 1. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА 1.1. Строение атома и систематика химических элементов Квантово-механическая модель атома. Квантовые числа. Атомные орбитали. Принцип Паули. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Строение многоэлектронных атомов. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Изменение свойств химических элементов и их соединений. Окислительно-восстановительные свойства элементов. Значение периодического закона Д.И. Менделеева.^ 1.2. Химическая связь Основные типы и характеристики химической связи. Ковалентная и ионная связь. Метод валентных связей, понятие о методе молекулярных орбиталей. Строение и свойства простейших молекул.^ 1.3. Типы взаимодействия молекул. Комплексные соединения Основные виды взаимодействия молекул. Силы межмолекулярного взаимодействия. Водородная связь. Донорно-акцепторное взаимодействие молекул. Комплексные соединения. Комплексы, комплексообразователи, лиганды, заряд и координационное число комплексов. Типы комплексных соединений. Понятие о теориях комплексных соединений.^ 1.4. Химия вещества в конденсированном состоянии Агрегатное состояние вещества. Химическое строение твердого тела. Аморфное и кристаллическое состояния вещества. Кристаллы. Кристаллические решетки. Химическая связь в твердых телах. Металлическая связь и металлы, химическая связь в полупроводниках и диэлектриках. Реальные кристаллы.^ 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ2.1. Энергетика химических процессов. Химическое равновесие Энергетические эффекты химических реакций. Внутренняя энергия и энтальпия. Термохимия. Законы Гесса. Энтальпия образования химических соединений. Энтропия и ее изменения при химических процессах. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца и ее изменение при химических процессах. Условия самопроизвольного протекания химических реакций. Условия химического равновесия. Константа равновесия и ее связь с термодинамическими функциями. Принцип Ле Шателье.^ 2.2. Равновесие в гетерогенных системах Химическое равновесие в гетерогенных системах. Фазовое равновесие и правило фаз. Физико-химический анализ двухкомпонентных систем. Распределение третьего компонента между двумя несмешивающимися жидкостями. Экстракция. Сорбция. Поверхностно-активные вещества. Адсорбция. Адсорбционное равновесие. Гетерогенные дисперсные системы. Коллоидные системы и их получение. Строение коллоидных частиц. Агрегативная и кинетическая устойчивость систем. Коагуляция. Эмульсии. Суспензии.^ 2.3. Химическая кинетика Скорость химической реакции и ее зависимость от концентрации и температуры. Константа скорости реакции. Гомогенный катализ. Цепные реакции. Физические методы ускорения химических реакций. Скорость гетерогенных химических реакций. Гетерогенный катализ.^ 3. РАСТВОРЫ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ3.1. Растворы Типы растворов. Способы выражения концентрации растворов. Законы идеальных растворов. Растворы неэлектролитов и электролитов. Водные растворы электролитов. Сильные и слабые электролиты. Свойства растворов электролитов. Активность. Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель среды. Ионные реакции в растворах. Гидролиз солей. Диссоциация комплексных соединений. Гидролиз. Теория кислот и оснований.^ 3.2. Электрохимические процессы Окислительно-восстановительные процессы: определение, термодинамика, составление уравнений реакций. Определение, классификация электрохимических процессов. Законы Фарадея. Термодинамика электродных процессов. Понятие об электродных потенциалах. Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов. Уравнение Нернста. Потенциалы металлических, газовых и окислительно-восстановительных электродов. Кинетика электродных процессов. Электрохимическая и концентрационная поляризация. Электролиз. Последовательность электродных процессов. Выход по току. Электролиз с нерастворимыми и растворимыми анодами. Практическое применение электролиза.^ 3.3. Коррозия и защита металлов и сплавов Основные виды коррозии. Химическая коррозия. Электрохимическая коррозия. Коррозия под действием блуждающих токов. Методы защиты от коррозии, легирование, электрохимическая защита, защитные покрытия. Изменение свойств коррозионной среды. Ингибиторы коррозии.^ 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ ХИМИИ4.1. Химия металлов Зависимость свойств металлов от их положения в периодической системе Д.И. Менделеева. Интерметаллические соединения и твердые растворы металлов. Основные методы получения металлов. Физико-химические процессы при сварке и пайке металлов. Получение чистых металлов. Свойства р-металлов и их соединений. Свойства переходных металлов d-элементов IV-VII групп. Химия элементов семейства железа, их сплавы и химические соединения. Химия платиновых металлов. Химия металлов подгрупп меди и цинка.^ 4.2. Химия неметаллических элементов Неметаллы и полуметаллы. Зависимость свойств неметаллов от их положения в периодической таблице Д.И. Менделеева. Бор и его соединения. Элементы VI и VII групп и их соединения.^ 4.3. Неорганическая химия р-элементов IV группы. Химия полупроводников Углерод и его аллотропные формы. Монооксид и диоксид углерода. Карбонаты. Силикаты. Стекла. Ситаллы. Фарфор, техническая и строительная керамика. Сверхпроводящие материалы. Элементные полупроводники. Полупроводниковые соединения. Физико-химические способы обработки полупроводников.^ 4.4. Химия вяжущих веществ Определение и классификация вяжущих веществ и их свойства. Воздушные и гидравлические вяжущие вещества. Известковые и гипсовые вяжущие вещества. Портландцемент. Процессы схватывания и твердения. Бетон. Коррозия бетонов и методы борьбы с ней.^ 4.5. Элементы органической химии. Органические полимерные материалы Строение, классификация и свойства органических соединений. Углеводороды и их производные. Кремнийорганические соединения. Состав и свойства органического топлива. Термохимия топлива. Твердое топливо и его переработка. Жидкое и газообразное топливо. Понятие о физико-химических процессах горения топлива. Химия смазочно-охлаждающих средств, применяемых при обработке металлов и сплавов. Физико-химические свойства и механизм воздействия рабочих сред гидравлических систем. Химия полимеров. Методы получения полимеров. Зависимость свойств полимеров от состава и структуры. Химия полимерных конструкционных материалов. Химия композиционных материалов. Полимерные покрытия и клеи. Химия полимерных диэлектриков. Химия полимерных проводников.^ 4.6. Химия воды Строение молекул и свойства воды. Диаграмма состояния воды. Диаграммы плавкости систем типа вода — соль. Кристаллизация воды и водных растворов в различных условиях. Химические свойства воды. Взаимодействие воды с простыми веществами и химическими соединениями. Природные воды и их состав. Жесткость воды. Коллоидные вещества природных вод и их удаление. Умягчение и обессоливание воды. Методы осаждения, ионного обмена, мембранные методы.^ 4.7. Электрохимические процессы в энергетике и машиностроении Химические источники тока. Электрохимические генераторы. Электрохимические преобразователи (хемотроны). Электрохимическая обработка металлов и сплавов. Получение и свойства гальванопокрытий.^ 4.8. Химия и охрана окружающей среды Технический процесс и экологические проблемы. Роль химии в решении экологических проблем. Продукты горения топлива и защита воздушного бассейна от загрязнений. Методы малоотходной технологии. Водородная энергетика. Получение и использование водорода. Охрана водного бассейна. Характеристика сточных вод. Методы очистки сточных вод. Методы замкнутого водооборота.^ ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ Электронная структура атомов. Периодическая система элементовД.И. Менделеева. Химическая связь и строение молекул. Комплексные соединения. Энергетика химических процессов. Определение теплоты нейтрализации и расчет энергии Гиббса реакции. Скорость химических реакций. Химическое равновесие. Концентрация растворов. Свойства водных растворов электролитов. Водородный показатель среды. Гидролиз солей. Окислительно-восстановительные реакции. Восстановительные свойства металлов. Гальванические элементы. Аккумуляторы. Электролиз. Получение и свойства гальванопокрытий. Коррозия металлов; защита металлов от коррозии. Классы неорганических соединений. Свойства соединений магния и кальция; жесткость воды. Умягчение и обессоливание воды. Свойства алюминия и его соединений. Соединения металлов побочных подгрупп. Полимерные материалы. Химия вяжущих веществ. В соответствии с профилем вуза перечень лабораторных работ может содержать и другие работы.^ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2000. Глинка Н.Л. Общая химия. М.: Высшая школа, 2000. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2000. Фролов В.В. Химия. М.: Высшая школа, 1980. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. М.: Высшая школа, 1983 – 2000 г. г. Васильева З.Г., Грановская А.А., Таперова А.А. Лабораторные работы по общей и неорганической химии.- Л.: Химия, 1986. Романцева Л.М., Лещинская З.Л., Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. - М.: Высшая школа, 1990. Усанова М.М., Сульман Э.М., Крупцова М.А., Матвеева В.Г. Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторным работам по курсу "Химия" для студентов нехимических специальностей. - Тверь.: ТГТУ, 2002. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя, A.M. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983. Свойства неорганических соединений: Справочник / А.И. Ефимов и др./ - Л.: Химия, 1983.КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ Каждый студент выполняет вариант заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 98594, две последние цифры 94, им соответствует вариант контрольного задания 94.