Рудненский индустриальный институт
Кафедра «Прикладная экология и химия»
Методические УКАЗАНИЯ К СРС
по дисциплине «Химия»
для студентов специальности 050709 «Металлургия»
Рудный 2007
ББК 20.1
Рецензент: Куликова Г.Г., зав.каф.ПЭиХ, к.х.н.
В методических указаниях к СРС по дисциплине «Химия» содержатся общие методические указания, методические указания для выполнения СРС-заданий, перечень вопросов и заданий к каждому занятию по СРС, рекомендуемая литература.
Методические указания предназначены для студентов для студентов специальности 050709 «Металлургия»
Список лит. 7 назв.
для внутривузовского использования
© Рудненский индустриальный институт 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………….…………………………………………………………………4
1 Предмет и задачи химии. Основные понятия и законы………..……………….5
1.1 СРС 1,2 Классы неорганических соединений….………………………………5
1.2 СРС 3,4 Основные законы химии……………………………………………….5
1.3 СРС 5 Закон эквивалентов ………………………………………………………5
2 Строение атома……………………………………………………………………..6
2.1 СРС 6 Модели строения атома………………………………………………….6
2.2 СРС 7,8 Квантово-механическое представление о строении атома…………..6
2.3 СРС 9 Окислительно-восстановительные свойства атомов……………………7
2.4 СРС 10 Метод полуреакций……………………………………………………...7
3 Химическая связь и межмолекулярные взаимодействия………………..……...7
3.1 СРС 11 Типы химической связи …………………………………………………8
3.2 СРС 12 Ковалентная связь………………………………………………………..8
3.3 СРС 13 Метод молекулярных орбиталей……..………………………………...8
3.4 СРС 14 Межмолекулярные взаимодействия…………………………………...9
3.5 СРС 15 Комплексные соединения……………………………………….…......9
3.6 СРС 16 Подготовка к коллоквиуму……………………………………………...9
4 Химическая термодинамика. ……………………………………………..….... 10
4.1 СРС 17 Термохимия. Закон Гесса……………………………………………..10
4.2 СРС 18 Определение теплоты гидратации безводного сульфата меди (II)…11
4.3 СРС 19,20 Термодинамические законы……………………………………..…11
4.4 СРС 21 Условия самопроизвольного протекания процессов……………….. 11
5 Химическая кинетика……………………………………………...…………..…12
5.1 СРС 22 Скорость химических реакций………………………………………..12
5.2 CРC23 Решение задач по теме «Скорость химических реакций»……………12
5.3 СРС 24 Химическое равновесие………………………………………………..12
5.4 СРС 25,26 Равновесия в гетерогенных системах………………………...……13
6 Растворы и дисперсные системы……..…………………………………………13
6.1 СРС 27,28 Приготовление растворов заданной концентрации……………....13
6.2 СРС 29,30 Дисперсные системы………………………………………………..13
6.3 СРС 31 Растворы электролитов…………………………………………………14
6.4.СРС 32,33 Гидролиз солей……………………………………………………...14
6.5 СРС 34,35 Тестирование по темам 4-6………………………………………...15
7 Электрохимия……………………………………………………………………...17
7.1 СРС 36,37 Гальванические элементы………………………………………….17
7.2 СРС 38,39 Коррозия металлов…………………………………………………....17
7.3 СРС 40,41Электролиз …………………………………………………………...18
7.4 СРС 42,43 Химические источники тока………………………………………..18
8 Органические соединения ……………………………………….……………....18
8.1 СРС 44 Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова………....18
8.2 СРС 45 Качественный анализ органических соединений…………..………….19
9 Варианты заданий домашней контрольной работы..…………………………..20
Список литературы……………………………………………………………………21
ВВедение
Для освоения материала по изучаемой дисциплине необходимо прорабатывать материал учебника основательно, обращая особое внимание на выводы. Если Вы испытываете трудности в усвоении материала, не сомневайтесь в своих способностях и попробуйте разобраться и понять выводы, а затем вернуться к основному тексту. По всем вопросам можно получить консультацию у преподавателя во время практических занятий и СРСП.
Весь изучаемый материал можно разделить на следующие модули: основные понятия и законы химии, строение атома и химическая связь, закономерности протекания химических реакций, электрохимия, специальные разделы химии. Изучение каждого модуля заканчивается составлением и сдачей глоссария, работать над которым нужно в течение всего времени изучения модуля. Последний срок сдачи глоссария не позднее заключительного занятия по изучаемому модулю. Правильность выполнения заданий и проработка тем проверяется на аудиторных занятиях или СРСП с проставлением баллов. Наивысший балл проставляется только в случае качественного и полного выполнения задания. При сдаче заданий не в срок вводится поправочный коэффициент 0.8. При работе с текстом нет необходимости переписывать текст с учебника методом копирования, необходимо записать лишь основные моменты, которые помогут при устном ответе на вопросы или при работе в малых группах. Необходимо научиться правильно формулировать и высказывать свои суждения по изучаемым вопросам. После проработки теоретического материала, необходимо решить задачи, тем самым подкрепив теоретические знания практическими навыками. В самостоятельную работу студента включена также подготовка к лабораторному занятию. Для этого необходимо изучить теоретические вопросы по предлагаемой литературе и лабораторному практикуму, уяснить цель и задачи каждого опыта, а также письменно составить план проведения опытов и уравнения, характеризующие каждый химический процесс.
В течение семестра будет проведено два рубежных контроля в виде коллоквиума и тестирования. Коллоквиум – устное собеседование преподавателя с каждым студентом по темам 1-4, тест включает 30 вопросов по темам 5-7. Если по тестированию правильно даны ответы на менее 50% вопросов, баллы не засчитываются, и предоставляется повторный шанс сдачи рубежного контроля.
Задания по одному из модулей можно заменить решением задач по предложенной преподавателем теме. Для этого необходимо в начале изучения темы предупредить преподавателя и получить конкретное задание.
При подготовке к СРСП необходимо прорешать задачи согласно своему варианту. Вариант решения задач указывает преподаватель, проводящий занятия по СРСП.
1 Предмет и задачи химии. Основные понятия и законы
1.1 СРС 1,2 Классы неорганических соединений
Цель: Повторить классификацию неорганических соединений и свойства кислот, оснований, оксидов и солей.
Ключевые слова: оксид, основание, кислоты, соли, амфотерные оксиды, амфотерные гидроксиды, реакции: замещения, обмена, разложения, обмена, нейтрализации.
Вопросы и задания
1. Классификация химических веществ.
2. Оксиды, классификация, свойства.
3. Кислоты, классификация, свойства.
4. Основания, классификация, свойства.
5. Соли, классификация, свойства.
Рекомендации: Проработать материал по учебнику, составить уравнения реакций, подтверждающих химические свойства неорганических веществ, сделать письменно задания по глава II, подготовиться к лабораторной работе: составить план проведения опытов, записать уравнения.
Литература – с.29-37, - с.29-34, 242-245.
1.2 СРС 3,4 Основные законы химии
Цель: Повторить, углубить и осмыслить представления об основных законах химии и научиться решать задачи с применением законов химии.
Ключевые слова: атом, молекула, моль, молекулярная масса, молярная масса, молярный объем, число Авогадро.
Вопросы и задания
1. Закон сохранения массы вещества.
2. Закон постоянства состава вещества.
3. Закон кратных отношений.
1.3 СРС 5 Закон эквивалентов
Цель: Научиться находить молярные массы эквивалентов сложных веществ по формуле и по уравнению реакций, решать задачи на закон эквивалентов.
Ключевые слова: эквивалент, молярная масса эквивалентов, закон эквивалентов.
Вопросы и задания
1. Расчет эквивалентов и молярных масс эквивалентов оксидов, гидроксидов, солей.
2. Закон эквивалентов.
3. Решение задач по согласно варианту, глава I.
Литература – с. 18-27, – с.14-16, – с.7-8
2 Строение атома
2.1 СРС 6 Модели строения атома
Цель: Познакомиться с развитием представлений о строении атома. Выявить преимущества и недостатки каждой модели.
Ключевые слова: электрон, радиоактивность, линейчатые спектры, альфа-частицы, квант.
Вопросы и задания
1. Открытия, доказывающие сложность строения атома.
2. Модель строения атома по Томпсону.
3. Опыты Резерфорда и модель строения атома по Резерфорду.
4. Постулаты Бора и строение атома по Бору.
Литература – с 37-45, – с.17-20.
2.2 СРС 7,8 Квантово-механическое представление о строении атома
Цель: Изучить принципы заполнения атомных орбиталей. Научиться составлять электронные формулы многоэлектронных атомов, составлять графические формулы валентных электронов и определять валентности элементов.
Ключевые слова: атомная орбиталь, волновая функция, корпускулярно-волновой дуализм, главное квантовое число, орбитальное квантовое число, магнитное квантовое число, спиновое квантовое число, атомный радиус, энергия ионизации, энергия сродства к электрону.
Вопросы и задания
1. Современная модель строения атома.
2. Квантовые числа, их характеристика.
3. Принцип Паули, правило Гунда, правила Клечковского.
4. Электронные формулы элементов малых и больших периодов.
5. Определение валентности элементов, относящихся к разным типам семейств.
6. Современная формулировка периодического закона Д.И.Менделеева.
7. Свойства атомов, их изменение в периодах и группах.
Литература – с.45-72, – с.20-34, – с.40-51.
2.3 СРС 9 Окислительно-восстановительные свойства атомов
Цель: По строению атома научиться определять характерные степени окисления и изменение окислительно-восстановительных свойств в зависимости от степени окисления.
Ключевые слова: степень окисления, окислительно-восстановительная реакция, окислитель, восстановитель, процесс окисления, процесс восстановления, окислительно-восстановительная двойственность, метод электронного баланса.
Вопросы и задания
1. Степень окисления, изменение свойств элементов в зависимости от степени окисления.
2. Окислительно-восстановительные реакции, процессы окисления и восстановления.
3. Метод электронного баланса.
4. Подготовиться к лабораторной работе.
Литература – с 80-85, 259-267, – с.251-258.
2.4 СРС 10 Метод полуреакций
Цель: Научиться дописывать уравнения химических реакций и уравнивать их методом полуреакций.
Вопросы и задания
1. Метод полуреакций.
2. Уравнять реакции методом полуреакций по согласно варианту, глава YIII.
Литература – с.264-266, – с. 167-170
3 Химическая связь и межмолекулярные взаимодействия
3.1 СРС 11 Типы химической связи
Цель: Изучить основные типы внутримолекулярных химических связей и их характеристику.
Ключевые слова: Ковалентная связь, ионная связь, металлическая связь, длина связи, энергия связи.
Вопросы и задания
1. Понятие химической связи.
2. Характеристика химической связи.
3. Отличительные особенности каждого вида связи.
Рекомендации: Проработать материал учебника, составить конспект по ключевым словам, определить тип химических связей в следующих молекулах: кристаллическая сера, поваренная соль, диоксид углерода, сероуглерод, уксусная кислота, металлическое железо, вода, водород.
3.2 СРС 12 Ковалентная связь
Цель: Изучить методы образования и свойства ковалентной связи.
Ключевые слова: метод валентных связей, валентность, энергия связи, длина связи, направленность, насыщаемость, донор, акцептор, ковалентная связь.
Вопросы и задания
1. Как образуется ковалентная связь в методе валентных связей? Приведите примеры.
2. Рассмотрите свойства ковалентной связи на примере молекул воды, углекислого газа и ионов аммония.
3. Определите тип гибридизации в молекулах метана, хлорида бора, аммиака.
Литература – с. 100- 105, 117-141, – с.38-56.
3.3 СРС 13 Метод молекулярных орбиталей
Цель: Разобрать образование связи в бинарных молекулах по методу молекулярных орбиталей как ЛКАО.
Ключевые слова: молекулярная орбиталь, связывающие МО, разрыхляющие МО, парамагнитные свойства, диамагнитные свойства,
Вопросы и задания
1. Метод МО как линейная комбинация АО.
2. Разобрать образование частиц О 2 , О 2 - , N 2 по ММО как ЛКАО.
Литература: – с.105-113, – с. 57-65.
3.4 СРС 14 Межмолекулярные взаимодействия
Цель: Изучить виды взаимодействия между полярными и неполярными молекулами.
Ключевые слова: полярная молекула, неполярная молекула, взаимодействия: индукционное, ориентационное, дисперсионное, водородная связь.
Вопросы и задания
1. Водородная связь.
2. Силы Ван-дер-Ваальса – силы межмолекулярного взаимодействия.
Литература: – с.151-158, – с.65-71.
3.5 СРС 15 Комплексные соединения
Цель: Изучить и осмыслить основные положения теории Вернера, подготовиться к выполнению лабораторной работы по теме.
Вопросы и задания
1. Строение комплексных соединений.
2. Номенклатура комплексных соединений.
3. Свойства комплексных соединений.
4. Составить план проведения опытов, написать уравнения проводимых реакций.
Литература: – с.354-376, – с.71-81.
3.6 СРС 16 Подготовка к коллоквиуму
Цель: Проверка знаний по материалу тем 1-4.
Вопросы и задания:
1. Закон сохранения массы вещества. Основы атомно-молекулярного учения. Закон постоянства состава вещества. Закон кратных отношений.
2. Эквивалент. Закон эквивалентов. Определение эквивалентов оксидов, оснований, кислот и солей. Расчет эквивалентов в реакциях обмена.
3. Моль. Закон Авогадро. Мольный объем газа.
4. Современная модель строения атома.
5. Квантовые числа и их характеристика.
6. Принципы и правила заполнения атомных орбиталей (принцип Паули, правило Гунда, правила Клечковского)
7. Электронные формулы элементов малых и больших периодов. Определение валентности элементов, относящихся к разным типам семейств.
8. Современная формулировка периодического закона Д.И.Менделеева. Структура периодической таблицы.
9. Свойства атомов (атомный радиус, энергия ионизации, энергия сродства к электрону), их изменение в периодах и группах.
10. Окислительные и восстановительные свойства атомов. Степень окисления. Определение степени окисления по формуле вещества.
11. Важнейшие окислители и восстановители. Изменение окислительно-восстановительной способности в зависимости от степени окисления элемента.
12. Составление окислительно-восстановительных реакций и уравнивание их методом электронного баланса.
13. Классификация окислительно-восстановительных реакций.
14. Метод полуреакций при составлении окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах.
15. Ковалентная связь. Обменный и донорно-акцепторный механизмы образования σ- и π-связи. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, поляризуемость, направленность. Гибридизация, ее виды: sр-, sр 2 -, sр 3 .
16. Ионная связь и ее свойства.
17. Металлическая связь. Зонная теория металлов.
18. Водородная связь.
19. Межмолекулярное взаимодействие и его виды.
20. Комплексные соединения, строение, природа связи, константа нестойкости.
Рекомендации: проработать материал по учебнику и лекциям, знать основные определения и понятия, уметь на практике применять теоретические знания: составлять электронные и графические формулы элементов, определять валентности и степени окисления, записывать формулы соединений, составлять окислительно-восстановительные реакции и уравнивать их методом электронного баланса и полуреакций, знать структуру комплексных соединений, записывать уравнения диссоциации константы нестойкости комплексного соединения.
Литература: – с.18-155, 354-376, – с.10-81.
4 Химическая термодинамика
4.1 СРС 17. Термохимия. Закон Гесса.
Цель: Освоить методику решения задач на закон Гесса.
Ключевые слова: экзотермические реакции, эндотермические реакции, термохимичекое уравнение реакции, тепловой эффект, теплота образования, теплота сгорания, теплота нейтрализации, теплота растворения, теплота гидратации.
Вопросы и задания:
1. Закон Гесса и следствия из него.
2. Решить задачи на расчет тепловых эффектов реакций по глава V согласно варианту.
Литература: – с.116-131
4.2 СРС 18. Определение теплоты гидратации безводного сульфата меди (II)
Цель: Подготовиться к проведению лабораторной работы.
Ключевые слова: теплота гидратации, теплоемкость, энергия кристаллической решетки.
Вопросы и задания:
1. Тепловые процессы при растворении.
2. Расчет тепловых эффектов при растворении, зная теплоемкость и массу растворенного вещества.
3. Составить план проведения опытов.
Литература: – с.170-176, – с.127-128.
4.3 СРС 19,20 Термодинамические законы
Цель: Изучить термодинамические законы, их смысл и значение.
Ключевые слова: система, процесс, параметры системы, термодинамические функции, термодинамические законы.
Вопросы и задания:
1. Первый закон термодинамики, формулировки, математическое выражение, смысл и значение.
2. Второй закон термодинамики, формулировки, математическое выражение, значение.
3. Третий закон термодинамики. Расчет энтропии вещества при фазовом переходе.
4. Подготовиться к терминологическому диктанту по теме «Химическая термодинамика».
Литература: – с.170-173, – с.132-135.
4.4 СРС 21 Условия самопроизвольного протекания процессов
Цель: Научиться рассчитывать изменение энергии Гиббса и определять направление протекания процесса в изобарно-изотермических условиях.
Ключевые слова: энтропия, энтальпия, энергия Гиббса, внутренняя энергия.
Вопросы и задания:
1. Условия самопроизвольного протекания реакций.
2. Решить задачи на расчет энергии Гиббса и определение возможности протекания процесса по глава V № 308, 312.
Литература: – с.177-185, – с.136-143.
5 Химическая кинетика
5.1 СРС 22 Скорость химических реакций
Цель: Углубить представления о скорости химических реакций и факторах, на нее влияющих, подготовиться к выполнению опытов и их осмыслению.
Ключевые слова: скорость реакции, парциальное давление, молярная концентрация, температурный коэффициент, закон действующих масс, закон Вант-Гоффа, катализатор, ингибитор.
Вопросы и задания:
1. Расчет скорости реакции для гомогенных и гетерогенных систем.
2. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.
3. Катализ: гомогенный и гетерогенный.
4. Составить план проведения опытов по данной теме.
Литература: – с.186-198, – с.177-183 .
5.2 CРC 23 Решение задач по теме «Скорость химических реакций»
Цель: Научиться рассчитывать скорость химических реакций, изменение скорости в зависимости от условий протекания реакций.
Вопросы и задания:
1. Изучить закон действующих масс, закон Вант-Гоффа.
2. Решить задачи на определение скорости реакций по глава V № 329, 330,332, 334, 335.
Литература: – с.194-198, – с.167-176, 184-200.
5.3 СРС 24 Химическое равновесие
Цель: Осмыслить условия смещения химического равновесия, подготовиться к выполнению лабораторной работы.
Ключевые слова: обратимые и необратимые реакции, константа равновесия, принцип Ле Шателье, равновесные концентрации.
Вопросы и задания
1. Химическое равновесие, его характеристика.
2. Принцип Ле Шателье.
3. Составить план проведения опытов, написать уравнения химических реакций.
Литература: – с.204-211, – с.143-148.
5.4 СРС 25,26 Равновесия в гетерогенных системах
Цель: Изучить особенности химического равновесия в гетерогенных системах и фазового равновесия, подготовиться к терминологическому диктанту.
Ключевые слова: испарение, сублимация, возгонка, плавление, кристаллизация, конденсация, степень свободы, компонент, фаза, тройная точка.
Вопросы и задания
1. Константа равновесия в гетерогенных системах
2. Диаграмма состояния воды.
3. Составить глоссарий и тезаурус.
Литература: – с.204-214, – с.149-158.
6 Растворы и дисперсные системы
6.1 СРС 27,28 Приготовление растворов заданной концентрации
Цель: Научиться проводить перерасчет из одной концентрации в другую, подготовиться к выполнению лабораторной работы.
Ключевые слова: раствор, растворитель, растворенное вещество, массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалентов, моляльная концентрация, титр.
Вопросы и задания
1. Пересчет концентрации раствора из одной в другую:
а) из массовой доли в молярную, моляльную концентрации и молярную концентрацию эквивалентов
б) из молярной концентрации в массовую долю.
2. Решить задачи по глава VIII согласно варианту.
3. Составить план проведения опыта.
Литература: – с.106-115.
6.2 СРС 29,30 Дисперсные системы
Цель: Изучить типы дисперсных систем, условия их образования и отличительные свойства от истинных растворов.
Ключевые слова: дисперсные системы, дисперсная фаза, дисперсионная среда, эмульсия, суспензия, аэрозоль, коллоидный раствор, двойной электрический слой, коагуляция, диализ, эффект Тиндаля.
Вопросы и задания
1. Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы и по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.
2. Строение коллоидной частицы и мицеллы. Разобрать на конкретном примере.
3. Методы получения коллоидных растворов.
4. Оптические свойства коллоидных растворов.
5. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных систем.
6. Роль коллоидных растворов в природе и технике.
Литература: – с.289-297, 306-311, – с.242-250.
6.3 СРС 31 Растворы электролитов.
Цель: Повторить, углубить и обобщить знания о поведении слабых и сильных электролитов в водных растворах, изучить их количественные характеристики.
Вопросы и задания
1.Сильные и слабые электролиты, их характеристика.
2. Условия протекания реакций в водных растворах. Ионные уравнения реакций.
3. Произведение растворимости.
4. Составить план проведения опытов по теме и уравнения химических реакций.
Рекомендации: В тетради для СРС составить правила составления полных и сокращенных уравнений реакций в водных растворах, по плану проведения опытов составить уравнения химических реакций в молекулярном и ионном виде.
Литература: – с.231-242, 245-247, – с. 210 -224, 231-234, 241-242.
6.4 СРС 32,33 Гидролиз солей
Цель: Углубить и обобщить знания о гидролизе солей в водных растворах, изучить количественные характеристики процесса гидролиза.
Ключевые слова: гидролиз, необратимый гидролиз, степень гидролиза, константа гидролиза, водородный показатель, кислотность среды.
Вопросы и задания
1. Ионное произведение воды. Водородный показатель.
2. Гидролиз солей.
3. Составить план проведения опытов по теме и уравнения гидролиза солей в молекулярном и ионном виде.
Литература: – с.241-259, – с. 224 -231, 234-238.
6.5 СРС 34,35 Тестирование по темам 4-6
Цель: Подготовиться к тестированию по темам 4-6.
Вопросы и задания:
1. Уравнения химических реакций, в которых указывается тепловой эффект, называются:
2. Согласно следствию из закона Гесса тепловой эффект реакции равен:
3. Термохимия – это раздел химии, который изучает:
4. Тепловой эффект реакции образования – это:
5. На скорость химической реакции влияет:
6. Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ. Это формулировка:
7. Уравнение Аррениуса устанавливает зависимость:
8. Уравнение Аррениуса имеет вид:
9. Уравнение Вант-Гоффа имеет вид:
10. Скорость химической реакции увеличивается в присутствии катализатора, так как:
11. Взаимодействие порошка алюминия с йодом происходит только в присутствии воды. Вода выступает как:
12. Фактор, не влияющий на состояние химического равновесия:
13. Формулировка принципа Ле-Шателье:
14. Константа равновесия для реакции С тв. + 2Н 2 О г. ↔ СО 2 + 2Н 2 имеет вид:
15. Для смещения равновесия в реакции N 2 + 3Н 2 ↔ 2NH 3 + 92 кДж в сторону образования продукта реакции необходимо:
16. Равновесие процесса перехода вещества из одной фазы в другую без изменения химического состава называется:
17. Процесс перехода вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое называется:
18. Процесс перехода вещества из парообразного состояния в твердое, минуя жидкое называется:
19. Правило фаз Гиббса имеет следующий вид: С + Ф = К + n. Расшифруйте обозначения С, Ф, К, n.
20. Константа равновесия реакции 2NO 2 2NO + O 2 при
0,006 моль/л; =0,012 моль/л; =0,024 моль/л:
21 Реакция идет по уравнению 2NO + O 2 = 2NO 2 . Концентрации исходных веществ были: = 0,03 моль/л; = 0,05 моль/л. Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию кислорода до 0,10 моль/л и концентрацию NO до 0,06 моль/л?
22. Способы выражения концентрации растворов:
23. Количество молей вещества, содержащееся в 1 литре раствора – это:
24. Моляльная концентрация – это:
25. Молярная концентрация 5% раствора соляной кислоты (плотность принять равной 1 г/мл) равна:
26. Диссоциация электролита при растворении в воде происходит:
27. Отношение числа молекул, диссоциированых на ионы, к общему числу молекул растворенного электролита называется:
28. Электролит, который диссоциирует с образованием в качестве катиона только катиона водорода, называется:
29. Электролит, который диссоциирует с образованием в качестве аниона только анионов гидроксо группы, называется:
30. Электролиты, диссоциирующие как кислоты и основания, называются:
31. Количество ионов, образующихся при диссоциации сульфата натрия:
32. Количество катионов, образующихся при диссоциации ортофосфата калия:
33. Сумма коэффициентов в сокращенном ионном уравнении химической реакции между гидроксидом натрия и хлоридом хрома (III):
34. Полусумма произведений концентраций всех ионов, присутствующих в растворе, на квадрат их заряда называется:
35. Коэффициенты активности зависят от:
36. Ионное произведение воды – это:
37. По современным представлениям растворение – это:
38. Константой диссоциации называется:
39. Если вещество является слабым электролитом, диссоциирует в воде в три ступени, которые характеризуются константами равновесия К 1 , К 2 , К 3 , то каково будет соотношение констант.
40. Зависимость между константой диссоциации К и степенью диссоциации α выражается уравнением:
41. Концентрация ионов водорода в водном растворе соляной кислоты равна 10 -5 моль/л. рН такого раствора равен:
42. рН водного раствора может изменяться в пределах:
43. Концентрация ионов гидроксильных групп в водном растворе гидроксида натрия равна 10 -4 моль/л. рН такого раствора равен
44. Логарифм концентрации ионов водорода, взятый со знаком минус – это
45. Какова кислотность водного раствора а)карбоната натрия б)хлорида аммония.
46. Выражение констант гидролиза соли, образованной а) слабой кислотой и слабым основанием б) образованной слабой кислотой и сильным основанием в) образованной сильной кислотой и слабым основанием
47. Уравнение гидролиза хлорида цинка по первой ступени.
48. Почему при кипячении разбавленного водного раствора хлорида железа (III) наблюдается помутнение раствора?
49. При нагревании раствора ацетата натрия в присутствии индикатора фенолфталеина раствор окрашивается в малиновый цвет, а при охлаждении снова обесцвечивается. Почему это происходит?
50. Цвет лакмуса в водном растворе карбоната натрия?
51. Цвет метилоранжа в водном растворе хлорида аммония?
52. Цвет лакмуса в водном растворе ацетата аммония?
53. Цвет лакмуса в водном растворе нитрата алюминия?
54. Объем 10%-ного раствора карбоната натрия Na 2 CO 3 (плотность 1,105 г/см 3), который потребуется для приготовления 5 л 2%-ного раствора (плотность 1,02 г/см 3) равен
55. Почему и как температура замерзания раствора отличается от температуры замерзания растворителя?
56. Почему и как t 0 кипения раствора отличается от температуры кипения растворителя?
57. К каким растворам применимы законы Рауля и Вант-Гоффа?
58. Физический смысл криоскопической и эбуллиоскопической постоянной.
59. Что такое изотонический коэффициент?
60. Каково значение изотонического коэффициента для растворов электролитов и неэлектролитов?
Литература: – с.170-254, – с.116-251.
7 Электрохимия
7.1 СРС 36,37 Гальванические элементы
Цель: Систематизировать и углубить представления об электродном потенциале, гальванических элементах, ряде стандартных электродных потенциалов.
Ключевые слова: электродный потенциал, гальванический элемент, электродвижущая сила элемента, стандартный водородный электрод, водородная шкала потенциалов, поляризация, перенапряжение.
Вопросы и задания
1.Поляризация и перенапряжение.
2. Решение типовых задач по глава VIII на расчет электродных потенциалов, э.д.с. гальванических элементов.
Литература: – с.273-281, – с.261-283.
7.2 СРС 38,39 Коррозия металлов
Цель: Углубить представления о термодинамике и кинетике процесса коррозии, подготовиться к проведению лабораторных опытов.
Ключевые слова: химическая коррозия, электрохимическая коррозия, скорость коррозии, кислородная деполяризация, водородная деполяризация, защитные покрытия, электрохимическая защита, протекторная защита.
Вопросы и задания
1. Электрохимическая коррозия.
2. Факторы, влияющие на коррозию металлов.
3. Защита металлов от коррозии
4. Составить план проведения опытов по теме и уравнения коррозии в молекулярном и ионном виде
Литература: – с.685-694, – с.310-337.
7.3 СРС 40,41 Электролиз
Цель: Систематизировать и углубить знания об электролизе растворов, научиться решать задачи с использованием законов Фарадея и рассчитывать молярные массы эквивалентов веществ в окислительно-восстановительных реакциях.
Ключевые слова: электролиз, инертный анод, растворимый анод, никелирование меднение, анодное покрытие, катодное покрытие.
Вопросы и задания
1. Электролиз растворов и расплавов минеральных веществ.
2. Последовательность электродных процессов.
3.Законы Фарадея. Применение электролиза при получении металлов
4. Решить задачи по глава VIII № 698,702,707.
Литература: – с 281-288, – с.260 -261, 284-291.
7.4 СРС 42,43 Химические источники тока.
Цель: Углубить знания о химических источниках тока.
Ключевые слова: емкость элемента, энергия элемента, сохраняемость элемента, топливные элементы, аккумуляторы.
Вопросы и задания
1. Гальванические первичные элементы, их характеристика.
2. Топливные элементы, принцип их действия.
3. Аккумуляторы: свинцовые и щелочные, принцип их действия.
Литература: – с 681-685, – с.300-310.
8 ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
8.1 СРС 44 Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова
Цель: Углубить представления о строении органических веществ, изучить виды структурной и пространственной изомерии.
Ключевые слова: органические вещества, гомологический ряд, гомологическая разность, изомеры, структурная изомерия, пространственная изомерия, реакции замещения, присоединения, гидрирования, гидратации, галогенирования, гидрогалогенирования, окисления, механизм реакций, свободно-радикальный, ионный.
Вопросы и задания
1. Особенности органических соединений (строение и свойства)
2. Изомерия положения функциональной группы.
3. Изомерия между классами органических соединений.
4. Пространственная изомерия.
5. Механизмы реакций: свободно-радикальный, ионный.
6.Типы реакций: замещения, присоединения, окисления для углеводородов и кислородсодержащих органических веществ.
Литература: – с.549-587.
8.2 СРС 45 Качественный анализ органических соединений
Цель: Подготовиться к лабораторному занятию по качественному определению органических соединений по функциональным группам.
Ключевые слова: функциональная группа, качественная реакция, кратная связь, альдегидная группа, карбоксильная группа.
Вопросы и задания:
1.Качественные реакции на органические соединения, содержащие кратные связи, альдегидную группу, гидроксильные группы, карбоксильную группу.
2. Качественные реакции на природные полимеры: крахмал, белок.
Литература: – с.45-48, – с.570-587.
9 Варианты заданий домашней контрольной работы
(сборник: «Задачи и упражнения по общей химии», автор Н.Л.Глинка, 1986.)
Список литературы
Основная литература
1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие /Под ред А.И.Ермакова - М.: Интеграл-Пресс, 2002 – 728 с.
2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических напр. и спец. вузов -М.: Высшая школа, 2000 – 558 с.
3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. /Под ред. Рабиновича В.А. и Рубинной Х.М. – Л.: Химия, 1986 -272 с.
4. Барулина И.В. Практикум по химии - Рудный, РИИ, 2006 – 60 с.
Дополнительная литература
1 Фролов В.В. Химия М.: Высшая школа, 1986 – 543 с.
2 Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 2002 – 743с.
3 Общая химия: Учебник /Под ред. Е.М.Соколовской и Л.С.Гузея – М.: изд. МГУ, 1998 – 640 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Рудненский индустриальный институт
РассмотренО
на заседании кафедры ПЭиХ
Протокол № 5 от 11.12.07
Заведующий кафедрой Куликова Г.Г.
Дата публикования: 2015-04-07 ; Прочитано: 348 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы
сайт - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.063 с) ...Отключите adBlock!
очень нужно
В статье рассмотрена организация эффективной исследовательской работы студентов, что позволяет формировать у студентов умение самостоятельно добывать знания, анализировать и эффективно использовать информацию для максимальной самореализации. Применение таксономического подхода при подготовки заданий СРС по дисциплине «Органическая химия» направлено на формирование профессиональных компетенций в соответствии с потребностями реальной действительности. Приведены примеры разноуровневых вопросов по теме «Ненасыщенные углеводороды» для экспресс-опроса. С использованием пирамиды Блума показано, какие результаты можно ожидать в результате изучения данной темы. Предлагается применение таксономии Блума при проведении экспериментальных работ на лабораторных занятиях. Для решения проблемы связи теории с практикой авторы предлагают применение проектного метода. Это позволит сформировать такие компетенции, как умение искать, собирать и анализировать информацию.
таксономия Блума
самостоятельная работа студентов (СРС)
ненасыщенные углеводороды
профессиональные компетенции
планирование занятия
1. Чижик В.П. Формы организации учебного процесса в высшем учебном заведении // Сибирский торгово-экономический журнал. – 2011. – № 11. – С. 119–121.
2. Нуров К. Высшее образование в Казахстане: цена без качества и знаний [Электрон. ресурс]. – 2011. – URL: http://www.ipr.kz/kipr/3/1/44.
3. Лазарева И.Н. Таксономический подход в проектировании личностно ориентированного интеллектуально-развивающего обучения // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. – 2009. – № 94. – С. 130–136.
4. Крюков В.Ф. Современная методика преподавания. – М.: Норма. – 2006. – 176 с.
Важнейшим фактором создания инновационной системы и развития человеческого капитала страны является образование.
В настоящее время в нашей стране разработана и принята Государственная программа развития образования и науки до 2020 года. Повышение конкурентоспособности человеческого капитала и уровня обучения в целом является основным акцентом в данной программе.
Во многих странах мира в качестве приоритетного признан личностно ориентированный подход, что соответствует современным концепциям образования . В результате применения этого подхода происходит формирование и развитие творческого мышления и умения работать с информацией. В центре внимания находится деятельность познания, сотрудничества, взаимной работы, т.е. основой данного метода является самостоятельная познавательная деятельность обучающихся. Внедрить этот подход невозможно путем простой смены одной системы или формы обучения на другую. В первую очередь, необходимо осознание происходящих изменений всеми участниками образовательного процесса, а это подразумевает определенную ломку привычек и стереотипов.
На современном этапе обучения изменилась роль преподавателя. Он теперь является не столько источником передачи информации, а сколько учит студента добывать информацию. Задача студента состоит в умении переосмысливать добытую информацию и уметь в дальнейшем использовать знания на практике. В данном аспекте реализация всех функций обучения зависит от выбора метода. Одним словом, эффективность образования будет зависеть в первую очередь от того, насколько у обучаемых сформированы умения самостоятельно добывать знания, анализировать, структурировать и эффективно использовать информацию для максимальной самореализации и полезного участия в жизни общества.
Ряд авторов предлагает использовать организацию исследовательской работы на практических занятиях и СРС, как один из способов активизации дивергентного мышления Исследовательская работа по актуальным практическим направлениям позволяет формировать компетенции и умения обучающегося в соответствии с потребностями реальной действительности, что позволит формировать конкурентоспособных специалистов.
Нами предлагается применение таксономического подхода при подготовке заданий СРС и СРСП по дисциплине «Органическая химия».
Эффективно организованная самостоятельная работа начинается с постановки целей. Во-первых, это позволит определить степень продвижения студентов к намеченному результату, а во-вторых, обеспечит своевременную коррекцию.
Многолетнее использование таксономической модели Б. Блума свидетельствует об ее эффективности . Она может быть использована как инструмент планирования занятий и разработки стратегии, методов опроса - от простого к сложному.
На примере темы «Ненасыщенные углеводороды» (6 час) мы хотели показать, какие результаты мы ожидаем в результате изучения данной темы:
Студент должен знать: свойства и строение ненасыщенных углеводородов, типы органических реакций с их участием, признаки и условия их протекания.
Студент должен уметь: устанавливать взаимосвязь между строением соединения и его свойствами, планировать и осуществлять химический эксперимент, анализировать его результаты.
Студент должен иметь навыки сборки установок для проведения лабораторного эксперимента, работы с современными приборами.
В результате изучения данной темы, используя таксономию Б. Блума студент на первоначальном этапе (знание) сможет определять тип углеводорода, особенности его строения, наличие реакционных центров. Двигаясь от простого к сложному, на стадии применения знаний он сможет интерпретировать стадии протекания химических реакций, расписывать схемы превращений и на стадии анализа будет сравнивать методы получения и химические свойства различных классов ненасыщенных углеводородов, обсуждать механизмы реакций.
Ниже нами приведены примеры разноуровневых вопросов по теме для экспресс-опроса:
|
1) Химическая формула бутадиена? 2) Что такое полимеризация? 3) Когда была открыта теория химического строения? |
|
|
Понимание |
1) Сравните химические свойства этилена и ацетилена? 2) Какие факторы влияют на галогенирование алкенов? 3) Как можно назвать одним словом реакцию отщепления воды от спиртов? |
|
Применение |
1) Каковы возможные результаты изомеризации пентана? 2) Что образуется при циклизации бутадиена? 3) Как можно на практике применить реакцию гидратации алкенов? |
|
1) Каковы предпосылки возникновения теории химического строения? 2) Каковы результаты стереохимических реакций? 3) В чем заключается сущность реакции Фаворского? |
|
|
1) Как можно доказать структуру синтезированных органических соединений? 2) Как можно проверить прошла реакция или нет? 3) Как можно решить проблему синтеза жидкокристаллических соединений? |
|
|
Оценка (создание оценочных суждений на основе разума) |
1) Как Вы считаете, реакционная способность сопряженных диенов выше чем у кумулированных? 2) Как можно аргументировать низкий выход реакций радикального замещения? 3) Чем можно объяснить способность ненасыщенных соединений к реакциям электрофильного присоединения? |
При составлении вопросов на знание часто используются слова-вопросы: когда, что такое, кто, верно ли и др. Ответы на такие вопросы предполагают простое воспроизведение информации. Нагрузка идет не на мышление, а на память, например, что такое гидрогалогенирование? Обучающийся просто запоминает и распознает информацию.
На уровне понимания происходит понимание полученной информации; формулирование проблемы своими словами. Обучающийся объясняет, преобразовывает, т.е. происходит обработка информации, например, чем отличаются алкены от алкинов?
Под применением понимают использование понятий в новых ситуациях. Вопросы на применение позволяют перенести полученные знания в новые условия, например, на решение проблем, например, предскажите результат реакции Дильса-Альдера, каковы возможные результаты гидрогалогенирования 1,3-бутадиена и т.д.
На уровне анализа происходит разбиение информации на связанные части. Вопросы на анализ требуют прояснения причин и следствий, выделение отдельных частей из целого, например, в чем заключается суть проблемы, какой вывод можно сделать, каковы предпосылки и т.д.?. Анализ дает возможность разобраться и показать, как это работает.
Синтез - это компиляция информации. Вопросы на синтез связаны с творческим решением проблем. Здесь недостаточно просто имеющейся информации. Необходимо создание нового целого на основе оригинального подхода. На этом уровне чаще используются глаголы: разработайте, сформулируйте, обобщите, объедините, модифицируйте и др. Например, сформулируйте правило Марковникова, объедините схожите реакции ненасыщенных углеводородов.
На уровне оценки обучающийся дискутирует, выбирает и с помощью определенных критериев оценивает. На этом уровне чаще используются глаголы: докажите, выберите, сравните, сделайте вывод, обоснуйте, предскажите. Например, докажите, что тройная связь у пентина-1 концевая, сравните методы получения карбоновых кислот окислением углеводородов.
При подготовке описания алгоритма СРС необходимо чаще формулировать вопросы и задания более высоких уровней мышления. Очень важным моментом является обучение студентов самостоятельно формулировать разноуровневые вопросы при индивидуальном выполнении заданий. Тогда используя «Ромашку Блума», обучающиеся смогут не только отвечать на вопросы, но и сами разрабатывать определенные типы вопросов, позволяющие раскрыть каждый блок пирамиды Блума. Для традиционной системы образования этот принцип не характерен, так как там было более привычным, когда формируют вопросы и задают их только преподаватели. Преподавателю использование данного метода позволит диагностировать качество полученных знаний.
Слишком «теоретизированное» обучение не позволяет формировать качественные знания у студентов. А ведь не имеющие связи с практикой знания вызывают однобокое и очень узкое понимание изучаемого вопроса. Дополнительная мотивация студентов, направленная на активизацию ответов на более сложные вопросы, возможна при дифференцированной системе оценивания ответов на вопросы .
Разработка критериев для оценки знаний делает процесс оценивания прозрачным и понятным для всех, а совместная со студентами разработка критериев позволит сформировать позитивное отношение к оцениванию.
При проведении экспериментальных работ по теме применение таксономии Блума выглядит следующим образом:
Известно, что самыми распространенными заданиями для СРС в большинстве случаев выступают эссе и рефераты. Выполнение подобных заданий не вызывает сложностей у студентов, т.к. в интернете можно найти типовые эссе и рефераты практически по любым дисциплинам и темам. Следовательно, для подготовки конкурентоспособных специалистов необходимо приложить больше усилий по формированию у обучающихся не только необходимых знаний по дисциплине, что было характерно для традиционной системы, но и необходимо сформировать навыки и исследовательские компетенции с привязкой к практической действительности. Это позволяет готовить специалистов, направленных на потребности рынка и способных найти наиболее эффективные решения из множества других. Специалисты, подготовленные по предложенной схеме, уже в процессе обучения будут иметь четкие представления о своей специализации, но при этом будут иметь эффективные инструменты для решения вопросов более широкого спектра. Для решения данной проблемы широко используется метод проектов . Отличительной особенностью данной формы организации образовательного процесса является тот факт, что все необходимые знания, умения и навыки студенты получают не в процессе изучения той или иной дисциплины, а в процессе работы над тем или иным проектом. Метод проектов можно определить как способ обучения через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом, имеющим жизненный контекст. В образовательном процессе вуза под проектом понимается специально организованный преподавателем и самостоятельно выполняемый студентами комплекс действий, завершающийся созданием творческого продукта. Для экспериментальных наук применение метода проектов очень актуально.
Для студентов химического факультета в качестве проектного задания по дисциплине «Органическая химия» разработан научно-исследовательский проект
Моль. Закон Авогадро. Мольный объем газа
С 1961 г. в нашей стране введена Международная система единиц измерения (СИ). За единицу количества вещества принят моль.
Моль - количество вещества системы, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько их содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12 С . Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества NА (число Авогадро), определено с большой точностью; в практических расчетах его принимают равным 6,02 10 23 молекул (моль -1).
Нетрудно показать, что масса 1 моля вещества (мольная масса), выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе этого вещества, выражаемой в атомных единицах массы (а.е.м.). Например, относительная молекулярная масса кислорода (Мr) - 32 а.е.м., а мольная масса (М) - 32 г/моль.
Согласно закону Авогадро, в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул. Иными словами, одно и то же число молекул любого газа занимает при одинаковых условиях один и тот же объем. Вместе с тем, 1 моль любого газа содержит одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется молярным объемом газа (V 0) и при нормальных условиях (0 °С = 273 К, давлении 101,325 кПа = 760 мм рт. ст. = 1 атм) равен 22,4 л/моль. Объем, занимаемый газом при этих условиях, принято обозначать через V 0 , а давление - через Р 0 .
Согласно закону Бойля-Мариотта, при постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объему газа:
Р 0 /Р 1 = V 1 /V 0 или РV = const.
По закону Гей-Люссака при постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре (Т):
V1/T1 = V0/T0 или V/T = const.
Зависимость между объемом газа, давлением и температурой можно выразить общим уравнением, объединяющим законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
PV/T = P0V0/T0, (1)
где Р и V - давление и объем газа при данной температуре Т; P0 и V0 - давление и объем газа при нормальных условиях (н.у.).
Приведенное уравнение позволяет находить любую из указанных величин, если известны остальные.
П р и м е р 1. При 25 °С и давлении 99,3 кПа (745 мм рт.ст) некоторый газ занимает объем 152 см 3 . Найдите, какой объем займет этот же газ при 0 °С и давлении 101,33 кПа?
Решение: Подставляя данные задачи в уравнение (1) получим:
V0 = PVT0/TP0 = 99,3 152 273/101,33 298 = 136,5 см 3 .
П р и м е р 2. Выразите в граммах массу одной молекулы СО2.
Решение: Молекулярная масса СО2 равна 44,0 а.е.м. Следовательно, молярная масса СО2 равна 44,0 г/моль. В 1 моле СО2 содержится 6,02 10 23 молекул. Отсюда находим массу одной молекулы:
m = 44,0/6,02 10 23 = 7,31 10 -23 г.
П р и м е р 3. Определите объем, который займет азот массой 5,25 г при 26 °С и давлении 98,9 кПа (742 мм рт.ст.).
Решение: Определяем количество N2, содержащееся в 5,25 г:
5,25/28 = 0,1875 моль, V0 = 0,1875 22,4 = 4,20 л.
Затем приводим полученный объем к указанным в задаче условиям:
V = P0V0 T/PT0 = 101,3 4,20 299/98,9 273 = 4,71 л.
Определение молекулярных масс веществ в газообразном состоянии
Чтобы определить молекулярную массу вещества (а.е.м.), обычно находят численно равную ей молярную массу вещества (г/моль).
А . Определение молекулярной массы по плотности газа
П р и м е р 4. Плотность газа по воздуху равна 1,17. Определите молекулярную массу газа.
Решение: Из закона Авогадро следует, что при одном и том же давлении и одинаковых температурах массы (m) равных объемов газов относятся как их мольные массы (М):
m1/m2 = M1/M2 = D, (2)
где D - относительная плотность первого газа по второму.
Следовательно, по условию задачи:
D = М1/М2 = 1,17.
Средняя мольная масса воздуха М2 равна 29,0 г/моль. Тогда:
М1= 1,17 29,0 = 33,9 г/моль,
что соответствует молекулярной массе, равной 33,9 а.е.м.
П р и м е р 5. Найдите плотность по азоту воздуха, имеющего следующий объемный состав: 20,0 % О2; 79,0 % N2; 1,0 % Ar.
Решение: Поскольку объемы газов пропорциональны их количествам (закон Авогадро), то среднюю мольную массу смеси можно выразить не только через моли, но и через объемы:
Мср = (М1V1 + M2V2 + M3V3)/(V1+ V2+ V3). (3)
Возьмем 100 мл смеси, тогда V(O2) = 20 мл, V(N2) = 79 мл, V(Ar) = = 1 мл. Подставляя эти значения в формулу (1.2.2) получим:
Мср = (32 20 + 28 79 + 40 1)/(20 + 79 + 1),
Мср = 28,9 г/моль.
Плотность по азоту получается делением средней мольной массы смеси на мольную массу азота:
DN2 = 28,9/28 = 1,03.
Б . Определение молекулярной массы газа по молярному объему
П р и м е р 6. Определите молекулярную массу газа, если при нормальных условиях газ массой 0,824 г занимает объем 0,260 л.
Решение: При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л, νгаза = 0,26/22,4 = 0,0116 моль, а мольная масса равна 0,824/0,0116 = 71 г/моль.
Следовательно, мольная масса газа равна 71,0 г/моль, а его молекулярная масса 71,0 а.е.м.
В . Определение молекулярной массы по уравнению
Менделеева-Клапейрона
Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) устанавливает соотношение массы (m, кг), температуры (Т, К), давления (Р, Па) и объема (V, м3) газа с его молярной массой (М, кг/моль):
где R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль К). Пользуясь этим уравнением, можно вычислить любую из входящих в него величин, если известны остальные.
П р и м е р 7. Вычислите молекулярную массу бензола, зная, что масса 600 см 3 его паров при 87 °С и давлении 83,2 кПа равна 1,30 г.
Решение: Выразив данные задачи в единицах СИ (Р = 8,32 10 4 Па; V = 6 10 -4 м 3 ; m = 1,30 10 -3 кг; Т = 360 К) и, подставив их в уравнение (1.2.3), найдем:
М = 1,30 10-3 8,31 360/8,32 104 6 10-4 = 78,0 10-3 кг/моль = 78,0 г/моль.
Молекулярная масса бензола равна 78,0 а.е.м.
Вывод химических формул и расчеты по уравнениям реакций
Формулы веществ показывают, какие элементы и в каком количестве входят в состав вещества. Различают формулы простейшие и молекулярные. Простейшая формула выражает наиболее простой возможный атомный состав молекул вещества, соответствующий отношениям масс между элементами, образующими данное вещество. Молекулярная формула показывает действительное число атомов каждого элемента в молекуле (для веществ молекулярного строения).
Для вывода простейшей формулы вещества достаточно знать его состав и атомные массы образующих данное вещество элементов.
П р и м е р 8. Определите формулу оксида хрома, содержащего 68,4 % хрома.
Решение Обозначим числа атомов хрома и кислорода в простейшей формуле оксида хрома соответственно через x и y. Формула оксида CrхOy. Содержание кислорода в оксиде хрома 31,6 %.
x: y = 68,4/52: 31,6/16 = 1,32: 1,98.
Чтобы выразить полученное отношение целыми числами, разделим полученные числа на меньшее число:
x: y = 1,32/1,32: 1,98/1,32 = 1: 1,5,
а затем умножим обе величины последнего отношения на два:
Таким образом, простейшая формула оксида хрома Cr2O3.
П р и м е р 9. При полном сжигании некоторого вещества массой 2,66 г образовались СО2 и SO2 массами 1,54 г и 4,48 г соответственно. Найдите простейшую формулу вещества.
Решение: Состав продуктов горения показывает, что вещество содержало углерод и серу. Кроме этих двух элементов, в состав его мог входить и кислород.
Массу углерода, входившего в состав вещества, найдем по массе образовавшегося СО2. Мольная масса СО2 равна 44 г/моль, при этом в 1 моле СО2 содержится 12 г углерода. Найдем массу углерода m, содержащуюся в 1,54 г СО2:
44/12 = 1,54/m; m = 12 1,54/44 = 0,42 г.
Вычисляя аналогично массу серы, содержащуюся в 4,48 г SO2, получаем 2,24 г.
Так как масса серы и углерода равна 2,66 г, то это вещество не содержит кислорода и формула вещества СхSy:
х: y = 0,42/12: 2,24/32 = 0,035: 0,070 = 1: 2.
Следовательно, простейшая формула вещества СS2.
Для нахождения молекулярной формулы вещества необходимо, кроме состава вещества, знать его молекулярную массу.
П р и м е р 10. Газообразное соединение азота с водородом содержит 12,5 % (масс.) водорода.Плотность соединения по водороду равна 16. Найдите молекулярную формулу соединения.
Решение: Искомая формула вещества NхHу:
x: y = 87,5/14: 12,5/1 = 6,25: 12,5 = 1: 2.
Простейшая формула соединения NH2. Этой формуле отвечает молекулярная масса, равная 16 а.е.м.
Истинную молекулярную массу соединения найдем, исходя из его плотности по водороду:
М = 2 16 = 32 а.е.м.
Следовательно, формула вещества N2Н4.
П р и м е р 11. При прокаливании кристаллогидрата сульфата цинка массой 2,87 г его масса уменьшилась на 1,26 г. Установите формулу кристаллогидрата.
Решение: При прокаливании происходит разложение кристаллогидрата:
ZnSO 4 nН2О → ZnSO4 + nH2O
М(ZnSO4) = 161 г/моль; М(Н2О) = 18 г/моль.
Из условия задачи следует, что масса воды составляет 1,26 г, а масса ZnSO4 равна (2,87-1,26) = 1,61г.Тогда количество ZnSO4 составит: 1,61/161= = 0,01 моль, а число молей воды 1,26/18 = 0,07 моль.
Следовательно, на 1 моль ZnSO4 приходится 7 молей Н2О и формула кристаллогидрата ZnSO4 7Н2О
П р и м е р 12. Найдите массу серной кислоты, необходимую для полной нейтрализации гидроксида натрия массой 20 г.
Решение Уравнение реакции:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2Н2О.
М(H2SO4) = 98 г/моль; М(NaOH) = 40 г/моль.
По условию: (NaOH) = 20/40 = 0,5 моль. Согласно уравнению реакции 1 моль H2SO4 реагирует с 2 молями NaОH, с 0,5 моль NaOH реагирует 0,25 моль H2SO4 или 0,25 98 = 24,5 г.
П р и м е р 13. В токе хлора сожгли смесь медных и железных опилок массой 1,76 г; в результате чего получилась смесь хлоридов металлов массой 4,60 г. Рассчитайте массу меди, вступившей в реакцию.
Решение: Реакции протекают по схемам:
1) Cu + Cl2 = CuCl2
2) 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
М(Cu) = 64 г/моль; М(Fe) = 56 г/моль; М(CuCl2) = 135 г/моль;
М(FeCl3) = 162,5 г/моль.
По условию задачи масса смеси хлоридов меди(II) и железа(III), т.е. а + b = 4,60 г. Отсюда 135х/64 + 162,5 (1,76 - х)/56 = 4,60.
Следовательно, х = 0,63 , то есть масса меди 0,63 г.
П р и м е р 14. При обработке смеси гидроксида и гидрокарбоната калия избытком раствора соляной кислоты образовался хлорид калия массой 22,35 г и выделился газ объемом 4,48 дм 3 (н.у.). Рассчитайте состав исходной смеси (ω, %).
Решение: Уравнения реакций:
1) KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2
2) KOH + HCl = KCl + H2O
M(KHCO3) = 100 г/моль; М(KCl) = 74,5 г/моль; М(KOH) = 56 г/моль.
По условию задачи объем газа (CO2) по реакции (1) равен 4,48 дм 3 или 0,2 моль. Тогда из уравнения реакции (1) следует, что исходное количество в смеси гидрокарбоната калия составляет 0,2 моль или 0,2 100 = 20 г и образуется такое же количество 0,2 моль KCl или 0,2 74,5 = 14,9 г.
Зная общую массу KСl, образующегося в результате реакций (1 и 2) можно определить массу КСl, образующуюся по реакции (2). Она составит 22,35 - 14,9 = 7,45 г или 7,45/74,5 = 0,1 моль. На образование 0,1 моль КСl по реакции (2) потребуется такое же количество КОН, то есть 0,1 моль или 0,1 56 = 5,60 г. Следовательно, содержание исходных компонентов в смеси составит:
5,6 100/25,6 = 21,9 % КОН и 20,0 100/25,6 = 78,1 % KHCO3.
Расчеты по закону эквивалентов
Количество элемента или вещества, которое взаимодействует с 1 молем атомов водорода (1 г) или замещает это количество водорода в химических реакциях называется эквивалентом данного элемента или вещества.
Эквивалентной массой (М э ) называется масса 1 эквивалента вещества.
П р и м е р 15 Определите эквивалент и эквивалентные массы брома, кислорода и азота в
соединениях HBr, H2O, NH3.
Решение: В указанных соединениях с 1 молем атомов водорода соединяется 1 моль атомов брома, 1/2 моль атомов кислорода и 1/3 моль атомов азота. Следовательно, согласно определению, эквиваленты брома, кислорода и азота равны соответственно 1 молю, 1/2 моля и 1/3 моля.
Исходя из мольных масс атомов этих элементов, найдем, что эквивалентная масса брома равна 79,9 г/моль, кислорода - 16 1/2 = 8 г/моль, азота - 14 1/3 = 4,67 г/моль.
Эквивалентную массу можно вычислить по составу соединения, если известны мольные массы (М):
1) Мэ(элемента): Мэ = А/В,
где А - атомная масса элемента, В - валентность элемента;
2) Мэ(оксида) = Мэ(элем.) + 8,
где 8 - эквивалентная масса кислорода;
3) Мэ(гидроксида) = М/n(он-) ,
где n(он-) - число групп ОН- ;
4) Мэ(кислоты) = М/n(н+) ,
где n(н+) - число ионов Н+
5) Мэ(соли) = М/nмеВме,
где nме - число атомов металла; Вме - валентность металла.
П р и м е р 16. Определите эквивалентные массы следующих веществ Al, Fe2O3, Ca(OH)2, H2 SO4, CaCO3.
Решение: Мэ(Аl)= А/В = 27/3 = 9 г/моль; Мэ(Fe2O3) = 160/2 3 = = 26,7 г/моль; Мэ(Са(ОН)2) = 74/2 = 37 г/моль; Мэ(Н2SO4) = 98/2 = 49 г/моль; Мэ(СаСО3) = 100/1 2 = 50 г/моль; Мэ(Al2(SO4)3) = 342/2 3=342/6 = 57 г/моль.
П р и м е р 17. Вычислите эквивалентную массу Н2SO4 в реакциях:
1) Н2SO4+ NaOH = NaHSO4 + H2O
2) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O
Решение: Эквивалентная масса сложного вещества, как и эквивалентная масса элемента, могут иметь различные значения, и зависят от того в какую химическую реакцию вступает данное вещество.
Эквивалентная масса серной кислоты равна мольной массе, деленной на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл. Следовательно, Мэ(Н2SO4) в реакции (1) равна 98 г/моль, а в реакции (2) - 98/2 = 49 г/моль.
При решении некоторых задач, содержащих сведения об объемах газообразных веществ, целесообразно пользоваться значением эквивалентного объема (Vэ).
Эквивалентным объемом называется объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентном газообразного вещества. Так для водорода при н.у. эквивалентный объем равен 22,4 1/2 = 11,2 л, для кислорода - 5,6 л.
Согласно закону эквивалентов массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ m 1 и m 2 пропорциональны их эквивалентным массам (объемам) :
m1/ Мэ1 = m2/ М э2 . (5)
Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, тогда:
m/Мэ = V0/Vэ. (6)
П р и м е р 18. При сгорании металла массой 5,00 г образуется оксид металла массой 9,44 г. Определите эквивалентную массу металла.
Решение: Из условия задачи следует что, масса кислорода равна разности 9,44 г - 5,00 г = 4,44 г. Эквивалентная масса кислорода равна 8,0 г/моль. Подставляя эти значения в выражение (5) получим:
5,00/Мэ(Ме) = 4,44/8,0; Мз(Ме) = 5,00 8,0/4,44 = 9 г/моль.
П р и м е р 19. При окислении металла(II) массой 16,7 г образовался оксид массой 21,5 г. Вычислите эквивалентные массы: а) металла; б) его оксида. Чему равна молярная масса: в) металла; г) оксида металла?
Решение: m(O2) в оксиде составит: 21,54 - 16,74 = 4,80 г. В соответствии с законом эквивалентов получим:
16,74/Мэ(Ме) = 4,80/8,00,
Откуда: Мэ(Ме) = 27,90 г/моль.
Эквивалентная масса оксида равна сумме эквивалентных масс металла и кислорода и составит 27,90 + 8,00 = 35,90 г/моль.
Молярная масса металла (II) равна произведению эквивалентной массы на валентность (2) и составит 27,90 2 = 55,80 г/моль. Молярная масса оксида металла(II) составит 55,8 + 16,0 = 71,8 г/моль.
П р и м е р 20. Из нитрата металла массой 7,27 г получается хлорид массой 5,22 г. Вычислите эквивалентную массу металла.
Решение: Так как эквивалентная масса нитрата (хлорида) металла равна сумме эквивалентных масс металла (х) и кислотного остатка нитрата (хлорида), то по закону эквивалентов с учетом условия задачи получим:
7,27/5,22 = (х + 62)/(х + 35,5).
Откуда: х = 32,0 г/моль.
П р и м е р 21. Из сульфата металла (II) массой 15,20 г получен гидроксид массой 9,00 г. Вычислите эквивалентную массу металла и определите формулу исходной соли.
Решение: С учетом условия задачи и уравнения (5) получим:
15,2/9,0 = (Мэ(Ме) + 48)/(Мэ(Ме) + 17).
Откуда: Мэ(Ме) = 28 г/моль; М(Ме) = 28 2 = 56 г/моль.
Формула соли: FeSO4.
П р и м е р 22. В какой массе Са(ОН)2 содержится столько же эквивалентов, сколько в Аl(ОН)3 массой 312 г?
Решение: Мэ(Аl(ОН)3) составляет 1/3 его молярной массы, то есть 78/3 = = 26 г/моль.
Следовательно, в 312 г Аl(ОН)3 содержится 312/26 = 12 эквивалентов. Мэ(Са(ОН)2) составляет 1/2 его молярной массы, то есть 37 г/моль. Отсюда, 12 эквивалентов составляют 37 12 = 444 г.
П р и м е р 23. На восстановление оксида металла (II) массой 7,09 г требуется водород объемом 2,24 дм3 (н.у.). Вычислите эквивалентные массы оксида и металла. Чему равна мольная масса металла?
Решение: В соответствии с законом эквивалентов получим:
7,09/2,24 = Мэ(оксида)/11,20; Мэ(оксида) = 35,45 г/моль.
Эквивалентная масса оксида равна сумме эквивалентных масс металла и кислорода, поэтому Мэ(Ме) составит 35,45 - 8,00 = 27,45 г/моль. Мольная масса металла(II) составит 27,45 2 = 54,90 г/моль.
При определении эквивалентных масс различных веществ, например, по объему выделенного газа, последний собирают над водой. Тогда следует учитывать парциальное давление газа. Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси. Согласно закону парциальных давлений, общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь. Если газ собран над жидкостью, то при расчетах следует иметь в виду, что его давление является парциальным и равно разности общего давления газовой смеси и парциального давления пара жидкости.
П р и м е р 24. Какой объем займут при н.у. 120 см 3 азота, собранного над водой при 20 0 С и давлении 100 кПа (750 мм.рт.ст.)? Давление насыщенного пара воды при 20 °С равно 2,3 кПа.
Решение: Парциальное давление азота равно разности общего давления и парциального давления пара воды:
PN2 = Р - H2O P = 100 - 2,3 = 97,7 кПа.
Обозначив искомый объем через V0 и используя объединенное уравнение Бойля-Мариотта и Гей- Люссака, находим:
V0 = РVT0/TP0 = 97,7 120 273/293 101,3 = 108 см 3 .
