книги / Общая и неорганическая химия

УДК 54+546](072.8) О-28

Рецензенты: инженер-химик I категории Е.Н. Портнова

(ОА «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», г. Пермь);

канд. техн. наук, доцент Н.П.Углев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

О-28 Общая и неорганическая химия : учеб.-метод. пособие / О.И. Бахирева, Л.С. Пан, Г.В. Леонтьева, М.М. Соколова, М.В. Черепанова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. поли-

техн. ун-та, 2018. – 108 с.

ISBN 978-5-398-02069-4

Представлены основные разделы курса «Общая и неорганическая химия» для подготовки к экзамену, вариантные индивидуальные задания для контрольных работ по дисциплине «Общая и неорганическая химия», а также справочная информация, необходимая для расчетов.

Теоретический материал связан с примерами решения задач и систематизирован по разделам в соответствии с программой.

Предназначено для студентов заочной формы обучения направления 18.03.01 «Химическая технология».

УДК 54+546](072.8)

3

Общие методические указания

Дисциплина «Общая и неорганическая химия» относится к базовой части блока 1 «Дисциплины» (модули) и является обязательной при освоении ОПОП по направлению 18.03.01 «Химическая технология».

Цель дисциплины – развитие и углубление знаний химических законов и теории как составной части подготовки студентов по фундаментальным наукам; формирование у студентов целостного есте- ственно-научного мировоззрения; формирование осознанной необходимости химических знаний при решении экологических задач

вусловиях обострения отношений человек–окружающая среда.

Впроцессе изучения данной дисциплины студент осваивает следующие дисциплинарные части компетенций:

– способность к приобретению новых знаний в области химии, химической технологии, естественных наук, к повышению своей квалификации и мастерства (ОК – 7);

– способность и готовность использовать основные химические законы, теории и понятия в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа в описании химических процессов (ОПК – 1).

Предметомосвоения дисциплины являются следующиеобъекты:

– атом, молекула, простые и сложные вещества, их строение, свойства;

– химические процессыиобщиезакономерностиих протекания;

–равновесные системы и смещение равновесия в них;

–химические свойства элементов Периодической системы

иих соединений.

В результате изучения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты:

знать:

–основы строения атомов и молекул;

–теорию химической связи в соединениях разных типов;

–строение вещества в конденсированном состоянии;

4

–свойства растворов электролитов и неэлектролитов;

–химическую кинетику;

–химические свойства элементов различных групп периодической системы и их соединений.

уметь:

–использовать на практике основные закономерности и теорию химии;

–определять энергетические характеристики и геометрию мо-

лекул;

–рассчитывать скорость химических реакций;

–производить расчеты концентрации растворов различных соединений;

–определять растворимость труднорастворимых соединений;

–предсказывать свойства элементов и их соединений по положению элемента в периодической системе.

владеть:

–навыками проведения экспериментальных исследований;

–методиками анализа химических соединений;

–навыками работы с химическими реактивами;

–приемами обработки результатов эксперимента.

Основной вид учебных занятий студентов-заочников – самостоятельная работа с учебным материалом. По дисциплине «Общая и неорганическая химия» она слагается из следующих элементов: посещение лекций, выполнение лабораторных работ и сдача отчетов, изучение теоретического материала по учебникам и учебным пособиям, выполнение контрольных работ, индивидуальные консультации, сдача экзаменов.

Порядок изучения курса химии студентами-заочниками следующий:

1.Самостоятельное изучение материала по рекомендованным учебникам и учебным пособиям в соответствии с программой.

Основные вопросы, которые должны быть усвоены студента- ми-заочниками, приведены в методических указаниях и контрольных заданиях к разделам дисциплины.

2.Выполнение контрольных работ ведется параллельно с изучением соответствующих разделов дисциплины.

5

Всего студент-заочник должен выполнить две контрольные работы.

Контрольная работа № 1 охватывает вопросы по строению вещества, химической кинетике, свойствам растворов и окислитель- но-восстановительным процессам.

Контрольная работа № 2 включает задания по комплексным соединениям, химии элементов и их соединений.

Решения задач и ответы на вопросы должны быть краткими, но четко обоснованными. При решении задач нужно приводить все математические преобразования, избирая простейший путь решения. Нельзя переписывать текст из учебника или учебных пособий. Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены. Номера и условия задач в работах следует переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании.

Контрольные работы, выполненные не по своему варианту, преподавателем не рецензируются и не засчитываются. Вариант указывает преподаватель. Контрольные работы выполняются в тетради школьного типа, на лицевой стороне которой приводятся следующие сведения:

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Контрольная работа № ______ вариант № _____

студента ПНИПУ группы ___________________

направление ______________________________

профиль __________________________________

___________________________________________________

фамилия, имя, отчество

В конце работы должны быть указаны дата ее окончания и подпись лица, выполнившего работу. Обсуждение контрольных заданий и вопросов может проходить дистанционно, через Интернет. Конечные варианты контрольных работ должны быть представлены в рукописном виде, набранные на компьютере или сканированные работы не принимаются.

6

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

ТЕМА 1. СТРОЕНИЕ АТОМА

Строение атома. Составные части атома – ядро и электроны; их заряд и масса.

Квантовый характер излучения и поглощения энергии. Уравнение Планка. Двойственность природы света. Корпускулярно-волно- вой дуализм. Уравнение Де-Бройля. Понятие о квантовой механике.

Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Свойства волновой функции. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

Квантовые числа, их физический смысл. Атомные орбитали. Форма электронных облаков для s-, p-, d-, f- состояний. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули, правило Гунда.

Периодическая система и ее связь со строением атома. Последовательность заполнения уровней и подуровней атомов. Особенности электронного строения атомов в главных и побочных подгруппах.

Возбужденное состояние атома. Ковалентность атомов и ионов. Атомные радиусы. Энергия ионизации атомов и ионов. Сродство к электрону, электроотрицательность.

ЗАДАНИЕ 1

1.1.Составьте структуру электронной оболочки атомов элементов А (табл. 1).

1.2.Покажите распределение электронов по ячейкам для обычного и возбужденного состояния атома Б и иона В. Подсчитайте для них ковалентность.

Окончание табл. 1

Пример 1.1. Составьте структуру электронной оболочки атома

100Fm.

Решение. Структура электронной оболочки атома 100Fm име-

ет вид

100Fm 1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f145s2p6d10f136s2p6d07s2,

100Fm относится к семейству f-элементов.

8

Пример 1.2. Покажите распределение электронов по ячейкам для атома Si (в обычном и возбужденном состояниях) и иона Si2+. Подсчитайте для них ковалентность.

Решение. Структура электронной оболочки атома Si имеет вид

14Si 1s22s2p63s2p2

K = 2

K – ковалентность, определяется числом неспаренных электронов.

В возбужденном состоянии (Si*) электроны переходят на более

высокие энергетические подуровни, ковалентность атома возрастает:

Si* 1s22s2p63s2p3

K = 4

Положительно заряженный ион Si2+ образуется в результате отдачи 2 электронов:

Si0 → Si* – 2e → Si2+.

Следует учесть, что при образовании положительно заряжен-

ных ионов обычно происходит возбуждение электронов:

Si2+ 1s22s2p63s1p1

K = 2

9

ТЕМА 2. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Строение молекул и химическая связь. Основные характеристики химической связи – длина, прочность, энергия связи.

Ионная и ковалентная связи. Свойства ковалентной связи: направленность, насыщенность. Полярная ковалентная связь. Донор- но-акцепторная связь. Ионная связь как крайний случай ковалентной связи.

Основные положения метода валентных связей (МВС). Гибридизация с участием р- и s-орбиталей. Заполнение гибридных орбиталей неподеленными парами электронов (на примерах NH3, Н2О и др.).

Образование кратных связей. σ- и -связи, их особенности.

Объяснение строения молекул С2Н6, С2Н4, С2Н2, N2. Поляризуемость связей. Эффективные заряды атомов в молеку-

лах. Дипольный момент. Строение и дипольные моменты молекул. Ионная связь. Электростатическое взаимодействие ионов. Си-

лы отталкивания между разноименными ионами на близких расстояниях. Поляризуемость ионов и их взаимное поляризующее действие. Влияние степени поляризации ионов на свойства вещества.

Основные положения метода молекулярных орбиталей (МО). Одноэлектронное приближение. Метод МО ЛКАО. Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали.

МО в гомоядерных и гетероядерных молекулах и ионах, образованных элементами I и II периодов. Энергетические диаграммы. Порядок связи в рамках метода МО. Объяснение магнитных свойств и возможностей существования двухатомных частиц при помощи МО. Изоэлектронные молекулы.

Водородная связь. Влияние водородной связи на свойства вещества.

Строение вещества в конденсированном состоянии. Межмолекулярное взаимодействие. Металлическое состояние,

его особенности. Кристаллическое состояние. Атомная, ионная, молекулярная и металлическая решетка. Зависимость свойств кристаллических веществ от типа химической связи.

10