Г. К. Севастьянова, к.х.н., доцент

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплинам «Химия», «Общая и неорганическая химия»,

«Неорганическая химия»

для организации самостоятельной работы студентов 1 курса всех специальностей, направлений и профилей очной формы обучения

Часть 1

Составители: Т. М. Карнаухова, к.х.н., доцент

Г. К. Севастьянова, к.х.н., доцент

Тюмень

ТюмГНГУ

Методические указания по дисциплинам «Химия», «Общая и неорганическая химия», «Неорганическая химия» для организации самостоятельной работы студентов 1 курса всех специальностей, направлений и профилей очной формы обучения. часть 1/ сост. Т.М.Карнаухова, Г.К.Севастьянова; Тюменский государственный нефтегазовый университет. – Тюмень: Издательский центр БИК ТюмГНГУ, 2015. – 31 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры общей и физической химии

« 23» марта 2015 года, протокол № 7.

Аннотация

Методические указания для организации самостоятельной работы по дисциплинам «Химия», «Общая и неорганическая химия», «Неорганическая химия» студентов 1 курса всех специальностей, направлений и профилей очной формы обучения.

Самостоятельная работа студентов (СРС) под руководством преподавателя представляет собой логическое продолжение аудиторных занятий.

Предлагаемая система методических указаний направлена на формирование у студентов навыков самостоятельной работы с учебной литературой, умений отвечать на поставленные вопросы, структурировать изучаемый материал, решать качественные и количественные задачи.

Ó Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2015г.

Пояснительная записка

Изучение учебных дисциплин «Химия», «Общая и неорганическая химия», «Неорганическая химия» при подготовке бакалавров, специалистов имеет следующую цель:

- формирование у студента химического мышления, которое необходимо при решении многообразных производственных проблем, связанных как с вопросами оптимальности технологических процессов, надежности работы технологических систем и оборудования, так и с вопросами охраны окружающей среды.

В результате изучения дисциплины в соответствии с Госстандартом, ФГОС студенты должны:

Знать:

- теоретические основы химии, как науки о веществах и законах их превращений;

- основные классы неорганических веществ, их свойства и области применения;

- основные закономерности протекания химических реакций;

- особенности протекания химических реакций в различных фазах, в частности в растворах;

Уметь:

- использовать и применять теоретические основы на практике;

- решать конкретные практические задачи;

- разбираться и самостоятельно ориентироваться в химических вопросах,

- возникающих в дальнейшей работе;

Владеть:

- культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;

- принципами выбора химреактивов для конкретного процесса;

- навыками сбора данных, изучения, анализа и обобщения научно-технической информации по тематике исследования, сопоставление полученных результатов с известными литературными или практическими данными.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

Общекультурные компетенции (ОК)

быть способным к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения, владеть культурой мышления

уметь логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь

быть способным к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства

уметь использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

Формы контроля

Правильность ответов на вопросы, предлагаемые в самостоятельной работе, контролируется преподавателем дисциплины. Критерии оценки каждого задания устанавливаются преподавателем в соответствие с разработанной им рейтинговой системой оценки знаний по читаемому курсу.

Определите степень окисления элемента в оксидах, назовите оксиды в соответствии с международной номенклатурой. Напишите эмпирические и графические формулы оснований или кислот, соответствующих данным оксидам

01 – MgO; 05 – ZnO; 09 – MnO₂; 13 – FeO; 17 – HgO; 21 – SeO₂; 25 – Ni₂O₃; 29 – PbO;

02 – SO₃; 06 – MnO; 10 – K₂O; 14 – SeO₃; 18 – SnO; 22 – Na₂O; 26 – Al₂O₃; 30 – BaO.

03 – BeO; 07 – N₂O₃; 11 – SO₂; 15 – CuO; 19 – SrO; 23 – MoO₃; 27 – SeO₃;

04 – CO₂; 08 – CaO; 12 – P₂O₅; 16 – TeO₂; 20 – N₂O₅; 24 – CdO; 28 – CrO₃;

1.3. Напишите уравнения реакций солеобразования, доказывающие характер оксидов (кислотный, основной, амфотерный), указанных в разделе 1.2.

1.4. Какие неорганические соединения относятся к классу оснований? Чем определяются общие свойства оснований? Напишите формулы и названия оснований следующих элементов:

01 – Mg; 05 – Be; 09 – Ni (III); 13 – Ca; 17 – Mn (II); 21 – Ca (II); 25 – Tc (II); 29 – Ag (I);

02 – Al; 06 – Ba; 10 – Cr (III); 14 – Rb; 18 – In (III); 22 – Fr; 26 – Pb (II); 30 – Mn (III).

03 – Fe (II); 07 – Na; 11 – Li; 15 – Sr; 19 – Tl (III); 23 – Ni (II); 27 – Fe (III);

04 – K; 08 – Zn; 12 – Cu (II); 16 – Mo (II); 20 – Sn (II); 24 – Co (II); 28 – Cr (II) ;

1.5. Какие неорганические соединения относятся к классу кислот? Чем определяются общие свойства кислот? Назовите кислоты в соответствии с международной номенклатурой. Напишите их графические формулы:

01 – H₃PO₄ 04 – HI 07 – HNO₃ 10 – H₂SeO₃ 13 – H₂Cr₂O₇ 16 – H₃ AsO₃ 19 – H₂Te 22 – H₂TeO₃ 25 – HCl 28 – HClO

02 – H₂SiO₃ 05 – H₃PO₃ 08 – H₂TeO₄ 11 – HNO₂ 14 – H₂SeO₄ 17 – HF 20 – HClO₄ 23 – H₂Se 26 – H₂GeO₃ 29 – HClO₃

03 – H₂CO₃ 06 – H₂SO₃ 09 – HMnO₄ 12 – H₂CrO₄ 15 – H₂S 18 – H₃AsO₄ 21 – HBr 24 – HClO₂ 27 – H₂MnO₄ 30 – HVO₃

Как получаются кислые соли, основные? Как из кислой или основной соли можно получить среднюю соль? Напишите уравнения реакций перевода кислых и основных солей, указанных в разделе 1.8, в средние соли.

1.10. Напишите эмпирические и графические формулы следующих солей:

01 – сульфата марганца (II); 03 – сульфида цинка; 05 – гидросиликата натрия; 07 – бромида кальция; 09 – гидрохромата калия; 11 – гидроселената калия; 13 – фторида натрия; 15 – сульфата гидроксомеди (II); 17 – бромида гидроксобария; 19 – силиката кальция; 21 – дигидрофосфата натрия; 23 – хлорида гидроксобериллия; 25 – нитрата аммония; 27 – гидрофосфата калия; 29 – иодида гидроксосвинца (II);

02 – нитрата калия; 04 – фосфата алюминия; 06 – карбоната натрия; 08 – нитрата гидроксокальция; 10 – теллурата натрия; 12 – арсената натрия; 14 – хромита калия; 16 – сульфита аммония; 18 – гидроселенида калия; 20 – сульфида гидроксоцинка; 22 – иодида магния; 24 – дигидроарсената калия; 26 – селенита калия; 28 – гидротеллурита натрия; 30 – селенида натрия.

1.11. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

1.	Fe à Fe₂O₃ à Fe₂(SO₄)₃ à Fe(NO₃)₃à Fe (OH)₃ à Fe₂O₃
2.	KOH à K₃PO₄ à H₃PO₄ à AlPO₄
3.	Al₂O₃ à Al₂(SO₄)₃ à AlCl₃ à Al(OH)₃
4.	CuO à CuSO₄ à Cu(OH)₂à CuCl₂ à Cu(NO₃)₂
5.	S à SO₂ à SO₃ à Na₂SO₄ à BaSO₄
6.	Zn à ZnCl₂; ZnO à ZnCl₂; ZnSO₄ à ZnCl₂; Zn(OH)₂ à ZnCl₂
7.	Al(OH)₃à Al₂(SO₄)₃; CaO à Ca(OH)₂; Al(OH)₃à KAlO₂
8.	Zn à ZnO à ZnSO₄ à Zn(OH)₂ à ZnCl₂
9.	Cu àCuCl₂ à Cu(OH)₂à CuO
10.	MgSO₄ à Mg(OH)₂à MgO à MgSO₄
11.	N₂ à N₂O₅ à HNO₃ à KNO₃
12.	Al à Al₂O₃ à Al₂(SO₄)₃ à AlCl₃ à Al(OH)₃à Al₂O₃
13.	Cu à CuO à CuSO₄ à Cu(OH)₂à CuOHCl à CuCl₂
14.	S à SO₂ à SO₃ à H₂SO₄ à NaHSO₄à Na₂SO₄ à BaSO₄
15.	Cu à CuO à CuCl₂ à Cu(OH)₂à CuO
16.	Mgà MgSO₄ à Mg(OH)₂à MgO
17.	Fe à Fe₂O₃ à Fe₂(SO₄)₃ à Fe(OH)₃ à Fe₂O₃ à Fe(NO₃)₃
18.	N₂ à NO₂ à HNO₃ à CaOHNO₃à Ca(NO₃)₂
19.	Zn à ZnCl₂; ZnO à Zn(NO₃)₂; Zn(OH)₂ à ZnSO₄
20.	Na à Na₂O à NaOH à NaHCO₃ à Na₂CO₃ à CO₂
21.	C à CO₂ à NaHCO₃ à Na₂CO₃à NaNO₃
22.	Cu à CuS à CuSO₄ à Cu(OH)₂à CuO à CuCl₂
23.	Zn à ZnCl₂à Zn(OH)₂à ZnO à Zn(NO₃)₂
24.	Be à BeO à BeSO₄àBe(OH)₂à BeO
25.	Ca à CaO à Ca(OH)₂ à Ca(HCO₃)₂ à CaCO₃ à CaO
26.	MgO à Mg(HSO₄)₂à MgSO₄ à Mg(OH)₂à MgOHNO₃
27.	S à SO₂ à SO₃ à Na₂SO₄ à BaSO₄
28.	Al(OH)₃à K[Al(OH)₄] à KAlO₂
29.	K à KOH à KH₂PO₄ à K₃PO₄ à H₃PO₄ à AlPO₄
30.	Co à CoO à CoSO₄ à Co(OH)₂ à CoCl₂

Определите электронное семейство элементов, указанных в разделе 3.2, распределите валентные электроны по квантовым ячейкам в не возбужденном состоянии атома. Поясните, металлические или неметаллические свойства имеет данный элемент с точки зрения строения атома.

ХИМИЧЕСКая кинетика

5.1. Дайте определение понятию «скорость химической реакции». Как выражается скорость химической реакции? От каких факторов она зависит? Сформулируйте закон действующих масс. Какой физический смысл имеет константа скорости реакции? От каких факторов зависит эта величина?

Напишите математическое выражение закона действующих масс для реакции:

01 – 2A_(г) + B_(ж) = A₂B_(г) 03 – H_2(г) + I_2(г) = 2HI_(г) 05 – O_2(г) + 2CO_(г) = 2CO_2(г) 07 – 2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г) 09 – 2F_2(г) + O_2(г) = 2OF_2(г) 11 – 3H_2(г) + N_2(г) = 2NH_3(г) 13 – 2HBr_(г) = H_2(г) + Br_2(г) 15 – CO_(г) + Cl_2(г) = COCl_2(г) 17 – C₂H_4(г) + H_2(г)= C₂H_6(г) 19 – 2Cl_(г) = Cl_2(г) 21 - 2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г) 23 – 2N_2(г) + O_2(г) = 2N₂O_(г) 25–CO_(г)+H₂O_(г) = CO_2(г)+ H_2(г) 27 – 2HI_(г) = H_2(г) + I_2(г) 29 – 2SO_3(г) = 2SO_2(г) + O_2(г)

02 – CaO_(тв) + CO_2(г) = CaCO_3(тв) 04 – 3Fe_(тв) + 4H₂O_(г) = F₃O_4(тв) + 4H_2(г) 06 – H_2(г) + S_(тв) = H₂S_(г) 08 – CO_2(г) + C_(тв) = 2CO_(г) 10 – Fe₃O_4(тв) + H_2(г) = 3FeO_(тв) + H₂O_(г) 12 – C_(тв) + O_2(г) = CO_2(г) 14 – 2Al_(тв) + 3Cl_2(г) = 2AlCl_3(тв) 16 – 2S_(тв) + 3O_2(г) = 2SO_3(г) 18 – Fe₃O_4(тв) + 4CO_(г) = 3Fe_(тв) + 4CO_2(г) 20 – 4Al_(тв) + 3O_2(г) = 2Al₂O_3(тв) 22 – A_(тв) + 2B_(ж) = AB_2(ж) 24 – 2NO_(г) + Cl_2(г) = 2NOCl_(г) 26 – C_(тв) + H₂O_(г) = CO_(г) + H_2(г) 28 – C₂H_4(г) + 3O_2(г) = 2CO_2(г) + 2H₂O_(г) 30 – A_(г) + 3B_(г) = AB_3(г)

5.2. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Как зависит скорость химической реакции от концентрации реагирующих веществ?

а) Как изменится (во сколько раз) скорость реакции, если концентрацию первого реагирующего вещества увеличить в три раза:

01 – 2A_2(г) + B_2(г) = 2A₂B_(г) 03 – C₂H_2(г) + H_2(г) = C₂H_4(г)

02 – 2NO_(г) + Cl_2(г) = 2NOCl_(г) 04 – 4HCl_(г) + O_2(г) = 2Cl_2(г) + 2H₂O_(г)

Ответ обоснуйте, проведя соответствующие вычисления.

б) Как изменится (во сколько раз) скорость реакции, если концентрацию второго реагирующего вещества увеличить в три раза:

05 – A_2(г) + 3B_(г) = AB_3(г) 07 – CO_(г) + Cl_2(г) = СOCl_2(г)

06 – O_2(г) + 2F_2(г) = 2OF_2(г) 08 – 2N_2(г) + O_2(г) = 2N₂O_(г)

Ответ обоснуйте, проведя соответствующие вычисления.

в) Как изменится (во сколько раз) скорость реакции, если концентрации реагирующих веществ увеличить в два раза:

09 – 2A_(г) + 3B_(г) = A₂B₃ 11 – 2NO_(г) + O_2(г) = 2N₂O_(г) 13 – H_2(г) + I_2(г) = 2HI_(г)

10 – C₂H_4(г) + 3O_2(г) = 2CO_2(г) + 2H₂O_(г) 12 – C₂H_2(г) + H_2(г) = C₂H_4(г) 14 – 2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г)

Ответ обоснуйте, проведя соответствующие вычисления.

г) Как изменится (во сколько раз) скорость реакции при увеличении давления в два раза:

15 – 2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г) 17 – N_2(г) + O_2(г) = 2NO_(г) 19 – CO_(г) + Cl_2(г) = COCl_2(г)

16 – 2S_(тв) + 3O_2(г) = 2SO_3(г) 18 – C_(тв) + O_2(г) = CO_2(г) 20 – A_(тв) + 2B_(г) = AB_2(г)

Ответ обоснуйте, проведя соответствующие вычисления

д) Как изменится (во сколько раз) скорость реакции при уменьшении давления в 4 раза:

21 – H_2(г) + Cl_2(г) = 2HCl_(г) 23 – 2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г) 25 – N₂O_4(г) = 2NO_2(г) 27 – CO_(г) + Cl_2(г) = COCl_2(г) 29 – 2A_(г) + B_(ж) = A₂B_(ж)

22 – 2Al_(тв) + 3Cl_2(г) = 2AlCl_3(тв) 24 – 2C_(тв) + O_2(г) = 2CO_(г) 26 – 3A_(г) + 2B_(ж) = A₃B_2(г) 28 – H_2(г) + S_(тв) = H₂S_(г) 30 – 2CO_(г) + O_2(г) = 2CO_2(г)

Ответ обоснуйте, проведя соответствующие вычисления.

Зависимость скорости химической реакции от температуры процесса. Как влияет температура на скорость реакции? Сформулируйте правило Вант-Гоффа. Что называется температурным коэффициентом скорости реакции?

а) Рассчитайте, во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 20 ⁰ С, если:

01 - g = 2,0; 02 - g = 3,2; 03 - g = 2,5

б) Рассчитайте, на сколько градусов следует повысить температуру системы, чтобы скорость протекающей в ней реакции возросла в 16 раз, если:

04 - g = 2,0; 05 - g = 4,0; 06 - g = 3,5.

в) Рассчитайте, на сколько градусов следует повысить температуру системы, чтобы скорость протекающей в ней реакции, для которой g = 2,0, возросла в:

07 – 128 раз; 08 – 32 раза; 09 – 4 раза.

г) Рассчитайте, чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30⁰ скорость реакции возросла в:

10 – 27 раз; 11 – 8 раз; 12 – 64 раза.

д) При 0⁰ С скорость реакции равна 1,0 моль/(л × мин.), g = 2,0. Рассчитайте, чему равна скорость этой реакции при:

13 – 50 ⁰С; 14 – 30 ⁰С; 15 – 70 ⁰С.

е) При 100⁰С скорость реакции равна 1,0 моль/ (л × мин.), g = 2,0. Рассчитайте, во сколько раз медленнее протекает эта реакция при:

16 – 40 ⁰С; 17 – 80 ⁰С; 18 – 50 ⁰С.

ж) При 100 ⁰С реакция, для которой g = 2,0, заканчивается за 20 с. Рассчитайте, через какое время закончится эта реакция при:

19 – 50 ⁰С; 20 – 80 ⁰С; 21 – 120 ⁰С.

з) При 0 ⁰С реакция, для которой g = 2,0, заканчивается за 120 с. Рассчитайте, при какой температуре закончится эта реакция за:

22 – 15 с; 23 – 30 с; 24 – 60 с.

и) Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 50⁰С, если:

25 – g = 2,2; 26 – g = 3,3; 27 – g = 4,1.

к) Рассчитайте, чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 40⁰С скорость реакции возросла в:

28 – 32 раза; 29 – 81 раз; 30 – 256 раз.

Кинетические расчеты

а) В процессе реакции концентрация первого реагирующего вещества уменьшилась на 0,01 моль/л. Как при этом изменится концентрация второго вещества, если реакция идет по уравнению:

01 – СO_(г) + Cl_2(г) = COCl_2(г) 03 – 2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г) 05 – 3H_2(г) + N_2(г) = 2NH_3(г)

02 – O_2(г) + 2SO_2(г) = 2SO_3(г) 04 – 2CO_(г) + O_2(г) = 2CO_2(г) 06 – 2A_(г) + B_(г) = A₂B_(г)

б) В процессе реакции концентрация второго реагирующего вещества уменьшилась на 0,1 моль/л. Как при этом изменилась концентрация первого вещества, если реакция идет по уравнению:

07 – 2NO_(г) + Cl_2(г) = 2NOCl_(г) 09 – O_2(г) + 2NO_(г) = 2NO_2(г) 11 – 2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(г)

08 – H_2(г) + Cl_2(г) = 2HCl_(г) 10 – C₂H_2(г) + H_2(г) = C₂H_4(г) 12 – 3A_(г) + B_(г) = A₃B_(г)

в) В начальный момент в гомогенной системе концентрация первого реагирующего вещества была 1,5 моль/л, второго – 2,0 моль/л. Чему равны эти концентрации в момент достижения концентрации продукта реакции 0,5 моль/л:

13 – O_2(г) + 2H_2(г) = 2H₂O_(г) 15 – 2NO_(г) + Cl_2(г) = 2NOCl_(г) 17 – A_(г) + 3B_(г) = AB_3(г)

14 – 2NO_(г) + O_2(г) = 2NO_2(г) 16 – N_2(г) + O_2(г) = 2NO_(г) 18 – CO_(г) + Cl_2(г) = COCl_2(г)

г) В некоторый момент концентрация первого реагирующего вещества была 0,1 моль/л, второго – 0,06 моль/л, а продукта реакции – 0,02 моль/л. Найдите концентрации всех веществ, в момент, когда концентрация первого вещества уменьшится на 0,02 моль/л для реакции:

19 – H_{2 (г)}+ I_2(г) = 2HI_(г) 21 – 2F_2(г) + O_2(г) = 2OF_2(г) 23 – CO_(г) + Cl_2(г) = COCl_2(г)

20 – C₂H_2(г) + H_2(г) = C₂H_4(г) 22 – O_2(г) + 2NO_(г) = 2NO_2(г) 24 – A_(г) + 3B_(г) = AB_3(г)

д) В некоторый момент концентрация первого реагирующего вещества была 0,1 моль/л, второго – 0,2 моль/л, а продукта реакции – 0,05 моль/л. Вычислите концентрации всех веществ после того, как прореагировало 20 % первого вещества для реакции:

25 – O_2(г) + 2CO_(г) = 2CO_2(г) 27 – CO_(г) + Br_2(г) = COBr_2(г) 29 – N_2(г) + 3H_2(г) = 2NH_3(г)

26 – 2NO_(г) + Cl_2(г) = 2NOCl_(г) 28 – C₂H_4(г) + Cl_2(г) = C₂H₄Cl_2(г) 30 – 3A_(г) + B_(г) = A₃B_(г)

Содержание

Пояснительная записка.. 3

1. КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. 6

2. ПРОСТЕЙШИЕ ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ. 10

3. СТРОЕНИЕ АТОМА И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. 14

4. ТЕРМОДИНАМИческие И ТЕРмохимические расчеты. 17

5. ХИМИЧЕСКая кинетика.. 22

6. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ. Смещение химического равновесия. 26

Список рекомендуемых учебников и учебных пособий.. 30

Методические указания для организации самостоятельной работы по дисциплинам «Химия», «Общая и неорганическая химия», «Неорганическая химия» для студентов 1 курса всех специальностей, направлений и профилей очной формы обучения. Часть 1.

Составители: Карнаухова Тамара Михайловна

Севастьянова Галина Константиновна

Подписано к печати Бум. ГОЗНАК

Заказ № Уч. – изд. л.

Формат 60х90 1/16 Усл. печ. л. 1,94

Отпечатано на RISO GR 3770 Тираж 130 экз. ----------------------------------------------------------------------------------------------

Библиотечно-издательский комплекс

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Типография библиотечно-издательского комплекса.

625039, г. Тюмень, ул. Киевская, 52