неорганическая химия - Иркутский государственный технический

Министерство образования Российской Федерации
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ
профессор
Проректор по научной работе
А.Д.Афанасьев
«_____» ____________________ 2008 г.
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Направление подготовки:
02.00.01 – Неорганическая химия
Иркутск 2008 г
ПРОГРАММА
для вступительных экзаменов в аспирантуру по специальности
02.00.02 – Неорганическая химия
Поступающий должен показать знания основных теоретических положений
химии как одной из важнейших естественных наук, лежащих в основе научного
понимания природы. Экзаменующийся должен уметь применять теоретические
положения при рассмотрении классов неорганических и органических веществ
и их конкретных соединений, раскрывая зависимость свойств веществ и их
конкретных соединений от состава и строения; на их основе решать типовые и
комбинированные расчетные задачи; знать свойства важнейших веществ,
применяемых в народном хозяйстве и быту, понимать научные принципы
важнейших химических производств.
На
экзамене
можно
пользоваться
справочными
таблицами:
"Периодическая
система
химических
элементов
Д.И.Менделеева",
"Растворимость оснований, кислот и солей в воде", "Электрохимический ряд
напряжений металлов".
Основные положения
1. Атомно-молекулярное учение. Атомы. Молекулы. Постоянство состава
вещества. Относительная атомная и относительная молекулярная масса.
Закон сохранения массы, его значении в химии. Моль - единица
количества вещества. Молекулярная масса. Закон Авогадро и
молекулярный объем газа. Химический элемент, простое вещество,
сложное вещество. Знаки химических элементов и химические формулы.
Валентность и степень окисления.
2. Строение атома. Принципы квантовой механики. Характеристика
состояния электрона в атоме квантовыми числами. Составление
электронных формул. Оксиды и Основания. Способы получения и
свойства. Щелочи, их получение, свойства и применение. Кислоты. Их
общие свойства и способы получения. Реакция нейтрализации. Соли
средние и кислые. Их состав, название, химические свойства. Гидролиз
солей. Кристаллогидраты.
3. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева. Связь
электронного строения элемента с местоположением в периодической
системе. Общий обзор изменения свойств элементов в периодах и
группах.
4. Химическая связь, строение и свойства молекул. Основные виды
химической связи. Ковалентная связь. Метод валентных связей, основные
положения метода ВС. Механизмы образования связи. Количественные
характеристики химической связи:
энергия, длина, полярность. Свойства ковалентной связи: направленность
и насыщенность. Гибридизация атомных орбиталей. Пространственное
строение молекул, валентные углы, полярность молекул.
Метод молекулярных орбиталей (МО). Энергетические диаграммы
распределения электронной плотности.
Порядок связи. Применение метода МО к описанию связи между
атомами 1 и 2 периодов периодической системы.
Ионная связь. Свойства ионной связи, отличие в свойствах соединений с
ионной и ковалентной связью.
Металлическая связь. Водородная связь. Влияние вида связи на
химическую активность веществ.
Силы
межмолекулярного
взаимодействия:
ориентационное,
индукционное, дисперсионное. Агрегатное состояние веществ как
проявление взаимодействия между атомами и молекулами. Строение
веществ в конденсированном состоянии. Типы кристаллических решеток.
5. Энергетика химических реакций. Закон Гесса и следствия из него. Расчет
тепловых эффектов различных реакций. Внутренняя энергия и энтальпия.
Энтропия. Энергия Гиббса, направление протекания химических
процессов.
Химическая кинетика и равновесие. Скорость химических реакций.
Влияние различных факторов на скорость реакции: концентрации
веществ, давления (для реакций, протекающих в газовой фазе),
температуры, катализатора. Закон действующих масс. Правило ВантГоффа. Понятие об энергии активации. Гомогенный и гетерогенный
катализы, их механизмы.
Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое
равновесие. Константа равновесия. Смещение химического равновесия.
Принцип Ле Шателье. Факторы, влияющие на равновесие: концентрация,
температура, давление.
6. Основные характеристики дисперсных систем и их классификация.
Истинные растворы. Образование растворов. Тепловые эффекты при
растворении. Гидратная теория Д.И. Менделеева. Гидраты, сольваты,
кристаллогидраты. Растворимость газов, жидкостей, твердых веществ в
воде.
Качественная
характеристика
растворимости
веществ.
Насыщенные,
ненасыщенные
и
пересыщенные
растворы.
Количественные характеристики растворимости - способы выражения
концентраций растворов:
массовая доля (%), нормальная, молярная, моляльная концентрации,
мольная доля.
Растворы электролитов и неэлектролитов. Свойства растворов
неэлектролитов.
Осмос. Осмотическое давление. Давление насыщенного пара
растворителя над раствором, Понижение давления пара. Повышение
температуры кипения растворов и понижение температуры замерзания
растворов. Закон Рауля.
Свойства растворов электролитов. Электролитическая диссоциация.
Теория Аррениуса. Механизмы диссоциации электролитов с различными
видами связи. Изотонический коэффициент. Сильные и слабые
электролиты.
Степень
электролитической
диссоциации.
Связь
изотонического коэффициента со степенью диссоциации. Константа
диссоциации. Связь степени диссоциации и константы диссоциации.
Закон разбавления Оствальда. Кажущаяся степень диссоциации сильных
электролитов. Активность ионов. Произведение растворимости
труднорастворимых веществ.
Обменные реакции в растворах электролитов. Ионное произведение
воды. Водородный показатель рН. Индикаторы. Гидролиз солей. Влияние
различных факторов на гидролиз солей.
7. Комплексообразование в растворах. Состав, структура, номенклатура и
классификация
соединений.
Комплексообразователи,
лиганды,
кординационное
число.
Изомерия
комплексных
соединений.
Диссоциация комплексных соединений. Устойчивость комплексного
иона. Применение комплексных соединений в технологических
процессах.
Образование
химической
связи
между
комплексообразователем и лигандами по методу ВС. Определение типа
гибридизации орбиталей комплексообразователя и пространственного
строения иона, его магнитные свойства.
8. Окислительно-восстановительные процессы. Важнейшие окислители и
восстановители. Степень окисления, определение степени окисления.
Изменение окислительно-восстановительных характеристик элементов в
периодах и группах периодической системы Д.И. Менделеева.
Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций.
Метод ионно-электронного баланса.
9. Химические источники электрического тока. Элемент Якоби-Даниэля.
ЭДС гальванического элемента. Стандартные электродные потенциалы, и
их определение с помощью водородного электрода сравнения. Расчет
потенциалов различных электродных процессов. Уравнение Нернста.
Влияние концентрации, реакции среды на электродные потенциалы.
Направление протекания окислительно-восстановительных процессов.
10. Электролиз. Электролиз расплавов и их растворов. Законы электролиза.
Электрохимический эквивалент. Коррозия. Виды и механизмы коррозии.
Основные методы защиты от коррозии.
Свойства элементов
11. Металлы. Их положение в периодической системе, физические и
химические свойства. Металлы и сплавы в технике. Основные способы
получения металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов.
12. Щелочные металлы. Их характеристика на основе положения в
периодической системе и строения атомов. Соединение натрия и калия в
природе, их применение. Калийные удобрения.
13. Общая характеристика элементов главной подгруппы II группы
периодической системы. Кальций. Его соединения в природе. Жесткость
воды и способы ее устранения.
14. Алюминий. Характеристика элемента и его соединений на основе
положения в периодической системе и строения атома. Амфотерность
оксида и гидрооксида алюминия. Соединения алюминия в природе, его
роль в технике.
15. Железо. Его оксиды и гидрооксиды. Зависимость их свойств от степени
окисления железа. Химические реакции, на которых основано
производство чугуна и стали. Роль железа и его сплавов в технике.
16. Водород. Его физические и химические свойства. Получение водорода в
лаборатории и в технике. Его применение.
17. Галогены. Их общая характеристика. Соединения галогенов в природе,
их применение. Хлор. Его физические и химические свойства.
Применение хлора. Хлороводород. Его получение, свойства. Соляная
(хлороводородная) кислота и ее соли.
18. Общая характеристика элементов главной подгруппы IV группы
периодической системы. Сера. Ее физические и химические свойства.
Серная кислота. Ее свойства и химические основы производства
контактным способом.
19. Кислород. Его физические и химические свойства. Аллотропия.
Получение кислорода в лаборатории и в промышленности. Роль
кислорода в природе и применение в технике.
20. Вода. Строение молекулы воды. Физические и химические свойства
воды.
21. Общая характеристика элементов главной подгруппы V группы
периодической системы. Фосфор. Его аллотропные формы, физические и
химические свойства. Оксид фосфора (V). Фосфорная кислота и ее соли.
Фосфорные удобрения.
22. Азот. Его физические и химические свойства. Аммиак. Его
промышленный синтез, физические и химические свойства. Соли
аммония. Азотная кислота. Химические особенности азотной кислоты.
Соли азотной кислоты. Азотные удобрения.
23. Общая характеристика элементов главной подгруппы IV группы
периодической системы. Кремний. Его физические и химические
свойства. Оксид кремния (IV) и кремниевая кислота. Соединения кремния
в природе. Их использование в технике.
24. Углерод. Его аллотропные формы. Химические свойства углерода.
Оксиды углерода (II) и (IV), их химические свойства. Угольная кислота и
ее соли. Теория химического строения органических соединений
А.М.Бутлерова. Зависимость свойств органических веществ от
химического строения. Изомерия. Электронная природа химических
связей в молекулах органических соединений, способы разрыва связей.
Понятие
о
свободных
радикалах.
Общие
понятия
химии
высокомолекулярных соединений: мономер, полимер, элементарное
звено, степень полимеризации. Полиэтилен. Понятие о диеновых
углеводородах. Природный каучук. Его строение и свойства.
Синтетический каучук. Понятие об искусственных волокнах. Ацетилен.
Особенности его строения (Sp-гибридизация, тройная связь). Получение
ацетилена карбидным способом из метана, химические свойства,
применение. Природные источники углеводородов: нефть, природный и
попутный нефтяные газы, уголь. Перегонка нефти. Крекинг
нефтепродуктов. Аминокислоты. Их строение, химические особенности.
Синтетическое волокно - капрон. Альфа-аминокислоты, как структурные
единицы белков. Строение и биологическая роль белков.
ПЕРЕЧЕНЬ типовых расчетных задач
1. Вычисление относительной молекулярной массы вещества по его
формуле.
2. Вычисление массовых долей (процентного содержания) элементов в
сложном веществе по его формуле.
3. Вычисление массовой доли растворенного вещества в растворе, если
известна масса растворенного вещества и масса раствора.
4. Вычисление массы определенного количества вещества.
5. Вычисление количества вещества (в молях), содержащегося в
определенной массе вещества.
6. Вычисление относительных плотностей газообразных веществ.
7. Вычисление объема определенного количества газообразного вещества
при нормальных условиях.
8. Вычисление массы газообразного вещества, занимающего определенный
объем при нормальных условиях.
9. Вычисление объема определенной массы газообразного вещества при
нормальных условиях.
10.Нахождение простейшей химической формулы вещества по массовым
долям элементов.
11.Вычисление массы продукта реакции по известным массам исходных
веществ, если одно из них взято в избытке.
12.Вычисление массы продукта реакции по известной массе одного из
вступивших в реакцию веществ.
13.Вычисление объема газа, необходимого для реакции с определенным
объемом другого газа.
14.Вычисление выхода продукта реакции в процентах от теоретически
возможного.
15.Вычисление массы (объема) продукта реакции по известной массе
(объему) исходного вещества , содержащего определенную долю
примеси.
16.Установление молекулярной формулы газообразного вещества по
продуктам сгорания.
Список литературы, рекомендуемой для подготовки к экзамену
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1988. 639 с.
Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. М.: Изд-во Моск. ун-та,
1991, 1994. Ч.1,2.
Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир,
1969. Т.1,2,3.
Воробьева О.И., Лавут Е.А., Тамм Н.С. Вопросы , упражнения и задачи по
неорганической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. 180 с.
Гольбрайх З.Е., Маслов Г.И. Сборник задач и упражнений по химии. М.: Высш.
шк., 1997. 384 с.
Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. С.-Петербург: Химия, 1997.623 с.
Основы аналитической химии: В 2 кн. / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш.
шк., 1999. Кн. 1. 351 с.; Кн. 2. 495 с.
Васильев В.П. Аналитическая химия: В 2 ч. М.: Высш. шк., 1989. Ч. 1. 320 с.; Ч.
2. 384 с.
Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии: В 2 т. М.: Мир, 1979. Т. 1-2.
Лайтинен Г.А., Харрис В.Е. Химический анализ. М.: Химия, 1979. 624 с.
Дерффель К. Статистика в аналитической химии. М.: Мир, 1994. 268 с.
Шабаров Ю.С. Органическая химия. М.: Химия. 1994. Т.1,2.
Терней А. Современная органическая химия. М.: Мир, 1981. Т.1,2.
Робертс Дж., Кассерио М. Основы органической химии. М.: Мир, 1978. Т.1,2.
Органикум : В 2 т. М., 1992. Т. 1,2.
Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. М.: Мир, 1974.
Несмеянов А.Н., Несмеянов А.Н. Начала органической химии. М.: Мир, 1974.
Т.1,2.
Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высш. шк., 1990.
Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения. М.: Высш. шк., 1992.
Семчиков Ю.Д., Жильцов С.Ф., Кашаева В.Н. Введение в химию полимеров:
М.: Высш. шк., 1988. 148 с.
Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров: М.: Высш. шк., 1988.
311 с.
Шур А.М. Высокомолекулярные соединения: М.: Высш. шк., 1981. 656 с.
Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М.: Высш.шк., 1990.
Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и
нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988.
Мелёшина А.М. Курс квантовой механики для химиков: М.: Высш. шк., 1980.
215 с.
Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии.
Структурные методы и оптическая спектроскопия. М.: Высш. шк., 1987. 366 с.
Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии.
Резонансные и электрооптические методы. М.: Высш. шк., 1989. 288 с.
Порай-Кошиц М.А. Основы структурного анализа химических соединений. М.:
Высш. шк., 1982.
Татевский В.М. Строение молекул и физико-химические свойства молекул и
веществ. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993.
Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. Ростов-наДону: Изд-во “Феникс”, 1997. 570 с.
Быков А.А., Мурзин Н.В. Проблемы анализа безопасности человека, общества,
природы. СПб.: Наука, 1997.
Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. Киев:
Кмуга, 1997.
Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния среды. М.: Гидрометеоиздат,
1984.