Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Пособие по химии для студ.ТФ

.pdf
Скачиваний:
27
Добавлен:
11.03.2015
Размер:
661.99 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса» (ГОУ ВПО «ЮРГУЭС»)

Х И М И Я

Учебно-методическое пособие

для самостоятельной работы студентов специальностей: 260905 «Технология изделий из кожи»,

260906 «Конструирование изделий из кожи»,

260901 «Технология швейных изделий»,

260902 «Конструирование швейных изделий»,

260704 «Технология текстильных изделий»,

200503 «Стандартизация и сертификация»,

260800 «Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности»

2-е издание, переработанное и дополненное

ШАХТЫ Издательство ЮРГУЭС

2008

УДК 54(07)

ББК 24я73

Т13

Авторы:

к.т.н., доцент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

Т.И. Тавлинова

ассистент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

Н.П. Денисова

к.т.н., доцент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

И.К. Михалко

к.т.н., доцент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

Е.А. Сидорова

ассистент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

Е.В. Яковлева

Рецензенты:

к.т.н., доцент кафедры «Химическая технология высокомолекулярных соединений, органическая, физическая и коллоидная химия» ЮРГТУ (НПИ)

И.Ю. Жукова

к.т.н., доцент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

А.А. Тартанов

Т13 Тавлинова, Т.И. Химия: учебно-методическое пособие / Т.И. Тавлинова [и др.]. – 2-е изд., перераб. и доп. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2008. – 57 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов специальностей: 260905 «Технология изделий из кожи», 260906 «Конструирование изделий из кожи», 260901 «Технология швейных изделий», 260902 «Конструирование швейных изделий», 260704 «Технология текстильных изделий», 200503 «Стандартизация и сертификация», 260800 «Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности».

Пособие составлено с целью оказания методической помощи студентам при подготовке и выполнению контрольных работ и сдачи итогового экзамена.

УДК 54(07)

ББК 24я73

Тавлинова Т.И., Денисова Н.П., Михалко И.К., Сидорова Е.А., Яковлева Е.В., 2008

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, 2008

2

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................

4

1. Программа курса.......................................................................................

4

2. Варианты контрольных работ ..................................................................

5

3. Задания и методические указания ...........................................................

7

3.1. Основные понятия и законы химии ......................................................

7

3.1.1. Относительная атомная и относительная молярная массы...

7

3.1.2. Количество вещества. Постоянная Авогадро.

 

Молярная масса ...........................................................................

8

3.1.3. Относительная плотность газов...............................................

9

3.1.4. Эквиваленты простых и сложных веществ ..............................

9

3.2. Строение атома.......................................................................................

13

3.2.1. Строение атома. Периодическая система элементов.............

13

3.3. Химическая связь...................................................................................

15

3.4. Комплексные соединения......................................................................

16

3.5. Энергетика химических реакций...........................................................

19

3.6. Химическая кинетика и химическое равновесие..................................

22

3.7. Растворы. Способы выражения концентрации растворов.

 

Свойства растворов неэлектролитов .....................................................

27

3.8. Коллоидные растворы............................................................................

31

3.9. Ионное произведение воды. Гидролиз солей .......................................

33

3.10. Электролитическая диссоциация. Ионные реакции.

 

Ионное равновесие...............................................................................

36

3.11. Жесткость воды и способы ее устранения..........................................

38

3.12. Окислительно-восстановительные реакции .......................................

40

3.13. Электролиз............................................................................................

43

3.14. Гальванические элементы....................................................................

47

3.15. Коррозия металлов...............................................................................

49

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..........................................................

52

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Растворимость оснований и солей в воде...................

53

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Стандартные энтальпии образования H0298

 

энтропии S0298 и энергии Гиббса, образования G0298

 

некоторых веществ при 298 0К (25 0С)........................

54

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Стандартные электродные потенциалы E0

 

некоторых металлов (ряд напряжений).......................

56

3

ВВЕДЕНИЕ

Среди дисциплин, составляющих базовую подготовку специалистов, важное место занимает химия – наука, изучающая общие свойства и формы движения материи. Знание химии необходимо для понимания основ создания новых материалов и технологических процессов, расширения сырьевой базы.

Основной составляющей учебного процесса для студента является самостоятельная работа с литературой; обязательное посещение лекций; выполнение контрольных и лабораторных работ. К сдаче зачета и экзамена допускаются студенты, получившие устный зачет по контрольной работе и отработавшие лабораторный практикум.

1. ПРОГРАММА КУРСА

Химия и периодическая система Д.И. Менделеева. Строение атомов. Состав ядра. Атомные орбитали s-, p-, d- и f-состояний электронов, принцип Паули, правило Хунда. Периодический закон и строение атомов элементов.

Химическая связь. Реакционная способность веществ. Типы химических связей, их характеристика. Теория гибридизации и пространственная форма молекул. Строение молекул и межмолекулярное взаимодействие. Метод валентных связей.

Химическая кинетика и химическое равновесие. Скорость гомогенных и гетерогенных реакций. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры, наличия катализаторов. Гомогенный и гетерогенный катализ. Химическое равновесие, константа химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Химическая термодинамика. Внутренняя энергия и энтальпия. Энергетический эффект химических реакций. Термохимические законы и уравнения. Стандартная энтальпия образования веществ. Закон Гесса и его следствие. Энтропия и её изменение при химических процессах. Энергия Гиббса. Условия самопроизвольного протекания химических реакций.

Истинные растворы и их классификация. Растворимость веществ и способы выражения концентрации растворов. Основные свойства разбавленных растворов неэлектролитов: давление пара раствора, осмотическое давление, температуры кипения и кристаллизации растворов.

Растворы электролитов. Природа электролитической диссоциации, ступенчатая диссоциация слабых электролитов, константа диссоциации. Сильные электролиты, их свойства, реакции ионного обмена. Гидролиз солей. Водородный показатель среды.

4

Окислительно-восстановительные реакции, понятие о степени окисления. Основные положения теории окислительно-восстановительных реакций. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Способы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Химическая идентификация. Химический, физико-химический и физический методы анализа.

Электродные потенциалы. Понятие об электродных потенциалах и их измерение. Водородный электрод. Ряд стандартных электродных потенциалов металлов.

Химическая и электрохимическая коррозия металлов. Анодные и катодные процессы, протекающие при электрохимической коррозии металлов. Вопросы экономики и экологии, связанные с коррозией металлов. Методы защиты металлов от коррозии (металлические покрытия, катодная и протекторная защита).

Электролиз. Сущность процессов электролиза. Электролиз расплавов и растворов. Электролиз с нерастворимым и растворимым анодом. Законы Фарадея. Практическое применение электролиза.

2. ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Вариант контрольной работы выбирается по двум последним цифрам шифра зачетной книжки студента.

 

 

 

 

 

 

Номера задач

 

 

 

 

 

вар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

11

21

31

41

51

61

71

81

91

101

111

121

131

141

2

2

12

22

32

42

52

62

72

82

92

102

112

122

132

142

3

3

13

23

33

43

53

63

73

83

93

103

113

123

133

143

4

4

14

24

34

44

54

64

74

84

94

104

114

124

134

144

5

5

15

25

35

45

55

65

75

85

95

105

115

125

135

145

6

6

16

26

36

46

56

66

76

86

96

106

116

126

136

146

7

7

17

27

37

47

57

67

77

87

97

107

117

127

137

147

8

8

18

28

38

48

58

68

78

88

98

108

118

128

138

148

9

9

19

29

39

49

59

69

79

89

99

109

119

129

139

149

10

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

11

1

12

23

34

45

56

67

78

89

100

101

112

123

134

145

12

2

13

24

35

46

57

68

79

90

91

102

113

124

135

146

13

3

14

25

36

47

58

69

80

81

92

103

114

125

136

147

14

4

15

26

37

48

59

70

71

82

93

104

115

126

137

148

15

5

16

27

38

49

60

61

72

83

94

105

116

127

138

149

5

Продолжение табл.

16

6

17

28

39

50

51

62

73

84

95

106

117

128

139

150

17

7

18

29

40

41

52

63

74

85

96

107

118

129

140

141

18

8

19

30

31

42

53

64

75

86

97

108

119

130

131

142

19

9

20

21

32

43

54

65

76

87

98

109

120

121

132

143

20

10

11

22

33

44

55

66

77

88

99

110

111

122

133

144

21

1

12

21

32

41

52

61

72

81

92

101

112

121

132

141

22

2

11

22

31

42

51

62

71

82

91

102

111

122

131

142

23

3

14

23

34

43

54

63

74

83

94

103

114

123

134

143

24

4

13

24

33

44

53

64

73

84

93

104

113

124

133

144

25

5

16

25

36

45

56

65

76

85

96

105

116

125

136

145

26

6

15

26

35

46

55

66

75

86

95

106

115

126

135

146

27

7

18

27

38

47

58

67

78

87

98

107

118

127

138

147

28

8

17

28

37

48

57

68

77

88

97

108

117

128

137

148

29

9

20

29

40

49

60

69

80

89

100

109

120

129

140

149

30

10

19

30

39

50

59

70

79

90

99

110

119

130

139

150

31

2

14

22

34

42

54

62

74

82

94

102

114

122

134

142

32

3

15

23

35

43

55

63

75

83

95

103

115

123

135

143

33

4

16

24

36

44

56

64

76

84

96

104

116

124

136

144

34

5

17

25

37

45

57

65

77

85

97

105

117

125

137

145

35

6

18

26

38

46

58

66

78

86

98

106

118

126

138

146

36

7

19

27

39

47

59

67

79

87

99

107

119

127

139

147

37

8

20

28

40

48

60

68

80

88

100

108

120

128

140

148

38

9

11

29

31

49

51

69

71

89

91

109

111

129

131

149

39

10

12

30

32

50

52

70

72

90

92

110

112

130

132

150

40

1

13

21

33

41

53

61

73

81

93

101

113

121

133

141

41

3

16

23

36

43

56

63

76

83

96

103

116

123

136

143

42

4

17

24

37

44

57

64

77

84

97

104

117

124

137

144

43

5

18

25

38

45

58

65

78

85

98

105

118

125

138

145

44

6

19

26

39

46

59

66

79

86

99

106

119

126

138

146

45

7

20

27

40

47

60

67

80

87

100

107

120

127

140

147

46

8

11

28

31

48

51

68

71

88

91

108

111

128

131

148

47

9

12

29

32

49

52

69

72

89

92

109

112

129

132

149

48

10

13

30

33

50

53

70

73

90

93

110

113

130

133

150

49

1

14

21

34

41

54

61

74

81

94

101

114

121

134

141

50

2

15

22

35

42

55

62

75

82

95

102

115

122

135

142

51

4

18

24

38

44

58

64

78

84

98

104

118

124

138

144

52

5

19

25

39

45

59

65

79

85

99

105

119

125

139

145

53

6

20

26

40

46

60

66

80

86

100

106

120

126

140

146

54

7

11

27

31

47

51

67

71

87

91

107

111

127

131

147

55

8

12

28

32

48

52

68

72

88

92

108

112

128

132

148

56

9

13

29

33

49

53

69

73

89

93

109

113

129

133

149

6

Окончание табл.

57

10

14

30

34

50

54

70

74

90

94

110

114

130

134

150

58

1

15

21

35

41

55

61

75

81

95

101

115

121

135

141

59

2

16

22

36

42

56

62

76

82

96

102

116

122

136

142

60

3

17

23

37

43

57

63

77

83

97

103

117

123

137

143

61

5

11

25

31

45

51

65

71

85

91

105

111

125

131

145

62

6

12

26

32

46

52

66

72

86

92

106

112

126

132

146

63

7

13

27

33

47

53

67

73

87

93

107

113

127

133

147

64

8

14

28

34

48

54

68

74

88

94

108

114

128

134

148

65

9

15

29

35

49

55

69

75

89

95

109

115

129

135

149

66

10

16

30

36

50

56

70

76

90

96

110

116

130

136

150

67

1

17

21

37

41

57

61

77

81

97

101

117

121

137

141

68

2

18

22

38

42

58

62

78

82

98

102

118

122

138

142

69

3

19

23

39

43

59

63

79

83

99

103

119

123

139

143

70

4

20

24

40

44

60

64

80

84

100

104

120

124

140

144

71

6

14

28

34

48

54

68

74

88

94

108

114

128

134

148

72

7

15

29

35

49

55

69

75

89

95

109

115

129

135

149

73

8

16

30

36

50

56

70

76

90

96

110

116

130

136

150

74

9

17

21

37

41

57

61

77

81

97

101

117

121

137

141

75

10

18

22

38

42

58

62

78

82

98

102

118

122

138

142

76

1

19

23

39

43

59

63

79

83

99

103

119

123

139

143

77

2

11

24

40

44

60

64

80

84

100

104

120

124

140

144

78

3

12

25

31

45

51

65

71

85

91

105

111

125

131

145

79

4

13

26

32

46

52

66

72

86

92

106

112

126

132

146

80

5

14

27

33

47

53

67

73

87

93

107

113

127

133

147

3. ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

3.1. Основные понятия и законы химии

3.1.1. Относительная атомная и относительная молярная массы

Так как абсолютные значения масс атомов и молекул очень малы, то удобнее использовать их относительные значения. Для этого абсолютные значения масс сравнивают с 1/12 массы изотопа углерода С12 атомной единицей массы (а.е.м.):

Ar(атома) m(атома), m(а.е.м)

где Ar – относительная атомная масса; m (атома) – абсолютное значение массы атома; m (а.е.м.) = 1,66 ∙ 10-27 кг.

7

Большинство химических элементов имеют атомы с различной массой (изотопы).

Относительной атомной массой химического элемента называется среднее арифметическое масс атомов отдельных изотопов данного элемента с учетом их распространенности в природе. Относительные атомные массы элементов приводятся в периодической системе Д.И. Менделеева.

Относительная молекулярная масса вещества – это число, показывающее, во сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Относительную молекулярную массу вещества (Mr) определяют сложением относительных атомных масс (Аг) элементов с учетом числа атомов (N) каждого из них в соединении:

Mr = Аr(эл.1) NI + Аr(эл.2) N2 + Аг(эл.3) N3 + ...

Химическая формула вещества и вычисленная по ней относительная молекулярная масса дают возможность рассчитать массовую долю (ω) элемента в веществе. Массовая доля элемента в веществе показывает, какую часть составляет масса атомов элемента от массы молекулы вещества. Это отношение выражается формулой:

ω(эл.) = Ar(эл.)N .

Mr

3.1.2. Количество вещества. Постоянная Авогадро. Молярная масса

Количеством вещества называется физическая величина, определяемая числом структурных элементов (атомов, молекул, ионов, электронов и других частиц), содержащихся в системе.

Количество вещества обозначают греческой буквой ν или латинской буквой n. Единицей количества вещества является моль. Массу одного моля вещества называют молярной массой (М).

Моль – это количество вещества, содержащее столько структурных единиц (молекул, атомов, электронов и других частиц), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа атома 12С.

Зная массу одного атома углерода (1,993∙10-26), можно вычислить число атомов NA в 0,012 кг углерода:

NA 0,012кг/моль 6,02 1023моль 1. 1,993 10 26кг

Это число называется постоянной Авогадро (обозначение NА, размерность 1/моль), показывает число структурных единиц в 1 моле любого вещества. Значит 1 моль вещества содержит 6,02 1023 структурных частиц. По известному количеству вещества можно вычислить число структурных частиц:

N0 NA ν,

где N0 – число структурных частиц; ν – количество вещества.

8

M m,

ν

где М – молярная масса вещества (г/моль); m – масса вещества (г); ν – количество вещества (моль).

Из закона Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул, вытекает важное следствие: при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает одинаковый объем (при н.у. он равен 22,4 л).

Молярный объем газа – это отношение объема вещества к количеству этого вещества:

V VM ν ,

где VM – молярный объем газа; V – объем вещества; ν – количество вещества.

3.1.3. Относительная плотность газов

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа (взятого при тех же условиях), называется плотностью первого газа ко второму. Обозначается буквой Д:

ДМ1 ,

М2

где M1 – молярная масса одного газа; M2 – молярная масса другого газа. Отсюда M1 = М2∙Д.

Обычно плотность газа определяют по отношению к самому легкому газу – водороду (обозначают ДН2 ). Молярная масса водорода равна

2,016 г/моль иди приближенно 2 г/моль. Поэтому

M 2 ДН2 .

Часто плотность определяют и по отношению к воздуху (ДВ). Средняя молярная масса воздуха равна 29 г/моль. Тогда

M29 ДВ .

3.1.4.Эквиваленты простых и сложных веществ

Эквивалентом (Э) называется реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть ка- ким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислот- но-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окисли- тельно-восстановительных реакциях. Моль вещества эквивалента содержит 6,02 1023 эквивалентов.

Фактор эквивалентности (f) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в кислотноосновной или ионообменной реакциях или одному электрону в окисли- тельно-восстановительной реакции.

9

Так, для кислоты фактор эквивалентности равен обратной величине ее основности (число Н+ в молекуле кислоты):

fэкв (кислоты) = 1 ,

N(H )

где N(H ) – основность кислоты.

fэкв (H2SO4) = 1 .

2

Фактор эквивалентности для основания равен обратной величине его кислотности (число ОНв молекуле основания):

fэкв (основания) = 1 ,

N(ОH )

где N(OH ) – кислотность основания.

fэкв (Cr(OH)3) = 1 . 3

Фактор эквивалентности одного и того же вещества в разных реакциях может быть различным.

Например, в реакции нейтрализации:

H3PO4 + 3KOH → K3PO4 + 3H2O

три иона Н+ замещаются на ионы К+, т.е. N(H ) = 3. Следовательно, фактор

1

эквивалентности фосфорной кислоты будет равен fэкв(H3PO4 ) 3 .

Если же реакция протекает по уравнению: H3PO4 + 2KOH → K2НPO4 + 2H2O,

1

то N(H ) 2 и fэкв(H3PO4 ) 2.

Молярная масса эквивалента вещества (Мэ) – это масса одного моль эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу этого вещества (г/моль):

Мэ = fэкв ∙ М.

Количество вещества эквивалента (моль) – отношение массы вещества к молярной массе его эквивалента:

m ν(fэкв) Mэ .

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ:

m1 Mэ(1) m2 Mэ(2)

или если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то

10