ФФКЭ вопросы и задачи к экзамену

Теоретические вопросы и типичные задачи для подготовки к экзамену по курсу
«ОБЩАЯ ХИМИЯ» для студентов 1-го курса ФФКЭ (июнь 2012 г.)
(лекторы профессор А.П. Алехин и доцент А.А. Сигарев)
Химическая термодинамика.
1. Термодинамические системы. Параметры и функции состояния системы.
2. Тепловые эффекты химических реакций. Эндотермические и экзотермические процессы.
Понятие о термохимических уравнениях реакций.
3. Закон Гесса для теплового эффекта физико-химического процесса. Следствия закона
Гесса: связь энтальпии химической реакции со стандартными энтальпиями образования,
сгорания или разрыва связей для исходных веществ и продуктов реакции. Стандартные
энтальпии образования и сгорания химических соединений.
4. Стандартные энтальпии образования и сгорания химических соединений. Формулы для
расчета стандартных энтальпий химических реакций с использованием стандартных
энтальпий образования, сгорания или разрыва связей для исходных веществ и продуктов.
5. Изобарно-изотермический потенциал (энергия) Гиббса для термодинамической системы.
Понятие об энтропии. Уравнение Гиббса для замкнутой системы.
6. Факторы, определяющие направление протекания химических реакций, анализ уравнения
Гиббса для замкнутой системы. Изотерма Вант-Гоффа.
Задачи по теме «Химическая термодинамика» по типу и уровню сложности соответствуют
примерам, приведенным на страницах 94-98 учебного пособия «Практический курс общей химии»/
Под ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой, М.: МФТИ, 2011 г.
Химической кинетики.
7. Скорость химической реакции и ее зависимость от концентраций реагирующих веществ в
гомогенных системах. Кинетическое уравнение. Константа скорости реакции. Порядок
реакции.
8. Константа скорости химической реакции для гомогенных систем. Закон действующих масс
для прямой и обратной реакции. Особенности химической кинетики для систем,
содержащих твердую фазу.
9. Влияние температуры на скорость химических реакций. Уравнение Аррениуса, энергия
активации. Понятие о катализе. Правило Вант-Гоффа.
10. Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие, константа химического
равновесия.
11. Закон действующих масс для обратимой химической реакции. Факторы, влияющие на
сдвиг химического равновесия. Принцип Ле- Шателье.
Задачи по теме «Химическая кинетика» по типу и уровню сложности соответствуют примерам,
приведенным на страницах 106-124 учебного пособия «Практический курс общей химии»/ Под
ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой, М.: МФТИ, 2011 г.
Растворы. Электролиты.
12. Способы выражения концентраций растворов.
13. Идеальные растворы. Законы Рауля для давления насыщенного пара растворителя над
раствором и для температур кипение и замерзание разбавленных растворов.
Осмотическое давление, закон Вант–Гоффа.
14. Реальные растворы. Активность и коэффициент активности для водных растворов
электролитов. Растворимость.
15. Слабые электролиты. Степень диссоциации электролита. Константа диссоциации. Связь
константы диссоциации со степенью диссоциации (закон разбавления Оствальда).
Изотонический коэффициент.
16. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели pH и pOH.
17. Сильные электролиты. Активность (активная концентрация) ионов. Коэффициент
активности для водных растворов электролитов.
18. Диссоциация сильных и слабых электролитов на примере кислот и солей: H3ВO3, FeCl3,
Na2HPO4, Fe(OH)2Cl.
19. Произведение растворимости. Для каких веществ применяется это понятие? Катионы
какого металла (Cd2+, Fe2+, Cu2+) наиболее эффективно уменьшат концентрацию
сероводорода в воде, если ПРCuS = 7,9۰10-27; ПРFeS = 5۰10-18; ПРCdS = 6.3۰10-36?
1
Задачи по теме «Растворы. Электролиты» по типу и уровню сложности соответствуют примерам,
приведенным на страницах 136-138, 147, 148, 169-174 (в соответствии с программой курса)
учебного пособия «Практический курс общей химии»/ Под ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой,
М.: МФТИ, 2011 г.
Электрохимия: Химические источники тока.
20. Устройство, принцип действия и схема обозначений типичного химического источника
электрической энергии (на примере гальванического элемента Даниэля-Якоби). Каков
механизм появления двойного электрического слоя и электродного потенциала?
21. Основные типы электродов, используемых в гальванических элементах. Электроды
сравнения. Устройство стандартного водородного электрода. Хлорсеребряный электрод.
22. Стандартный электродный потенциал. Зависимость электродного потенциала от
концентрации потенциалопределяющих ионов и температуры. Уравнение Нернста для
отдельного электрода в нестандартных условиях.
23. Таблица стандартных электродных потенциалов для окислительно-восстановительных
систем. Металлический электрод, уравнение Нернста для металлического электрода.
24. Гальванические элементы. Расчет ЭДС гальванического элемента, уравнение Нернста для
гальванического элемента.
В каком направлении будет протекать реакция в гальваническом элементе:
(-) Ni | Ni2+ || Sn2+ | Sn (+), если a(Ni2+) = 1 и a(Sn2+) = 10-4?
(E0Ni2+/Ni = 0,25 B; E0Sn2+/Sn = 0,14 В)
25. Аккумуляторы (на примере свинцового аккумулятора). Реакции на аноде и катоде,
суммарная реакция в свинцовом аккумуляторе при его работе (разрядке) и зарядке. ЭДС
свинцового аккумулятора (конечная формула с использованием активности серной
кислоты и воды).
26. При работе гальванического элемента, составленного из металлических электродов на
основе алюминия и хрома в растворах их сульфатов, на катоде выделилось 52 г металла.
Назовите металл, выделившийся на катоде, и сколько при этом растворилось металла,
являвшегося анодом?
(Е0Al3+/Al = -1,66 В, Е0Cr3+/Cr = -0,74 B).
Задачи по теме «Электрохимия. Химические источники тока» по типу и уровню сложности
соответствуют примерам, приведенным на страницах 198-201 учебного пособия «Практический
курс общей химии»/ Под ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой, М.: МФТИ, 2011 г.
Электронное строение атома и периодическая система элементов Д.И. Менделеева.
27. Назовите и охарактеризуйте квантовые числа электронов и определяемые ими параметры
электронных состояний. Электронные уровни, подуровни, орбитали.
28. Энергетическая последовательность атомных орбиталей многоэлектронного атома.
Правила заполнения атомных орбиталей электронами.
29. Охарактеризуйте пространственные распределения электронной плотности и формы
«граничных поверхностей» электронных орбиталей для атомных орбиталей при значениях
орбитального квантового числа l = 0, 1, 2.
30. Классификация элементов по типу заполнения электронных оболочек. Электронные
конфигурации атомов s-, p-, d- и f-элементов. Положение s-, p-, d- и f-элементов в
Периодической системе.
31. Периодический закон Д.И. Менделеева. Структура Периодической системы и ее связь со
строением атомов. Электронные семейства s-, p-, d- и f-элементов, их особенности и
положение в Периодической системе.
32. Изменение радиусов атомов с ростом заряда ядра Z в периоде и группе (главных и
побочных подгруппах). d- и f-сжатия.
33. Энергетические характеристики атома – энергия ионизации и сродство к электрону.
Электроотрицательность. Изменение энергии ионизации и сродства к электрону в периоде
и группе (в главных и побочных подгруппах) и связанное с этим изменение окислительновосстановительных свойств элементов.
34. Энергия ионизации элемента. Изменение энергии ионизации с ростом заряда ядра атома Z
в периодах и в группах (главные и побочные подгруппы). Сравните энергии ионизации
атомов Li и Be; N и O.
2
Задачи по теме «Электронное строение атома и периодическая система элементов Д.И.
Менделеева» по типу и уровню сложности соответствуют примерам, приведенным на страницах
40, 41 учебного пособия «Практический курс общей химии»/ Под ред. В.В. Зеленцова и С.А.
Зеленцовой, М.: МФТИ, 2011 г.
Химическая связь и строение молекул.
35. Понятие о химической связи в молекулах простых и сложных веществ. Основные
характеристики химической связи: длина, энергия, угол связи. Основные типы химической
связи, их характеристика.
36. Понятия валентности, степени окисления и эффективного заряда, введенные для
характеристики различных свойств атомов элементов в химических соединениях.
37. Природа и основные свойства ковалентной химической связи с позиций метода валентных
связей (МВС). Основные положения метода валентных связей. Обменный и донорноакцепторный механизмы образования ковалентной связи на примере NH3, BН3, NH4+, BН4.
Валентность с позиции МВС.
38. Основные положения теории гибридизации атомных орбиталей. Возможные
пространственные конфигурации молекул в случае sp-, sp2-, sp3-, d2sp3- гибридизации
атомных орбиталей центрального атома.
39. Каковы причины различий валентных свойств элементов второго и третьего периодов?
40. Строение молекул CH4, C2H6, C2H4, C2H2, C6H6, NH3, NH4+, с позиций метода валентных
связей (МВС). Какова гибридизация центрального атома, типы связей и углы связей в этих
соединениях?
41. Полярная и неполярная химическая связь. Дипольный момент молекулы. Полярность
связи и полярность молекулы на примере NH3, NF3 (с позиций метода валентных связей).
42. Какое влияние оказывают неподеленные электронные пары на валентные углы (на
примере молекул CH4, NH3, H2O) и дипольные моменты молекул (на примере молекул NH3
и NF3).
43. Основные положения метода молекулярных орбиталей (ММO ЛКАО). Что называют
связывающими и разрыхляющими орбиталями?
44. Энергетические схемы распределения электронов на молекулярных орбиталях
двухатомной гомоядерной молекулы, кратность связи, магнитные свойства молекул с
позиций метода молекулярных орбиталей (ММО) на примере элементов первого и второго
периодов (Н2, B2, C2, N2, О2).
45. С позиций метода молекулярных орбиталей докажите, что двухатомные молекулы
галогенов являются устойчивыми соединениями (на примере F2).
46. Чем объяснить, что молекула CN легко переходит в анион CN, а молекула NO в катион
NO+? (Объясните с использованием метода молекулярных орбиталей.)
Задачи по теме «Химическая связь и строение молекул» по типу и уровню сложности
соответствуют примерам, приведенным на страницах 77, 78 учебного пособия «Практический курс
общей химии»/ Под ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой, М.: МФТИ, 2011 г.
Некоторые свойства s- и p-элементов.
47. Положение s- и p- элементов в периодической системе Д.И. Менделеева. Общая
характеристика. Электронные конфигурации. Валентные электроны. Возможные степени
окисления элементов в соединениях.
48. Водород и его соединения. Классификация гидридов по типу химической связи. Примеры
ионных, ковалентно-полярных и металлоподобных гидридов.
49. Сравнительная характеристика окислительно-восстановительных свойств s- и pэлементов и их соединений.
50. На примере p-элементов VII группы расскажите (1) об изменении кислотных свойств
бескислородных кислот, содержащих группировки Э–Н, с ростом заряда ядра атома
элементов и (2) об изменении кислотно-основных свойств гидроксидов, содержащих
группировки Э–О–Н (для одинаковых степеней окисления).
51. Для элементов IYА подгруппы: укажите типичные степени окисления в соединениях с
другими элементами. Приведите примеры соединений с такими степенями окисления.
52. Для соединений HF, HCl, HBr, HI константы диссоциации (Кдисс) имеют значения
10-3, ·107, ·109, ·1010, соответственно. Почему для данного ряда веществ Кдисс
возрастает? Какую тенденцию в изменении силы кислот можно ожидать для
3
соединений НЭО4, где Э = Cl, Br, I?
53. На примере p-элементов VI группы охарактеризуйте изменение кислотно-основных свойств
гидроксидов, содержащих группировки Э–О–Н (для одинаковых степеней окисления).
Изменение каких свойств элементов в группе с ростом заряда ядра атома Z иллюстрируют
следующие реакции:
Se + 6 HNO3(конц)→H2SeO4 + 6NO2 + 2H2О
Po + 8 HNO3(конц)→Po(NO3)4 + 4NO2 + 4 H2O ?
54. Приведите примеры р-элементов, образующих элементарные полупроводники и
соединения с полупроводниковыми свойствами. Приведите примеры примесей в виде
химических элементов третьей и пятой групп Периодической системы для получения
кремния с электронным и дырочным типами проводимости.
55. Объясните немонотонный характер изменения энергии связи в молекулах галогенов (Э2) с
ростом порядкового номера элемента:
F2
Cl2
Br2
I2
159
242
192
151
Есв, кДж/моль.
56. Благородные газы и их соединения, соединения включения и соединения валентного типа.
Почему методом валентных связей нельзя объяснить образование фторидов ксенона?
Реакции диспропорционирования XeF2, XeF4.
57. PbO2 +Pb = 2PbO, G < 0
SnO2 + Sn = 2SnO, G > 0
На основании данных реакций сделайте вывод о наиболее характерных и
устойчивых степенях окисления для Pb и Sn.
Задачи по теме «Некоторые свойства s- и p-элементов» по типу и уровню сложности
соответствуют примерам, приведенным на страницах 269, 270 учебного пособия «Практический
курс общей химии»/ Под ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой, М.: МФТИ, 2011 г.
Некоторые свойства d-элементов.
Координационные соединения.
58. Положение d-элементов в периодической системе Д.И. Менделеева. Общая электронная
формула d-элементов для внешнего и предвнешнего электронных слоев. Валентные
электроны.
59. Объясните сходство свойств соединений d-элементов III – VII групп и соединений рэлементов соответствующих групп в высших степенях окисления (на примере соединений
Mn(VII) и Cl(VII)).
60. Координационные соединения (на примере соединений 3d-элементов). Структура
соединений, координационное число, лиганды. Примеры катионных, анионных, катионноанионных и нейтральных соединений. Устойчивость соединений в растворах, константа
устойчивости, константа нестойкости.
61. Модель описания химической связи в координационных соединениях в рамках метода
валентных связей (МВС) – на примере высокоспинового комплексного иона [FeF6]4- и
низкоспинового комплексного иона [Fe(CN)6]4-. Типы гибридизации атомных орбиталей
центрального атома в этих комплексах.
62. Модель описания химической связи в координационных соединениях и диаграммы
расщепления d-орбиталей центрального атома в рамках теории кристаллического поля
(ТКП) – на примере высокоспинового комплексного иона [FeF6]4- и низкоспинового
комплексного иона [Fe(CN)6]4-.
63. Модель описания химической связи в координационных соединениях и схемы
молекулярных орбиталей в рамках метода молекулярных орбиталей (ММО) - на примере
высокоспинового комплексного иона [FeF6]4- и низкоспинового комплексного иона
[Fe(CN)6]4-.
64. Химическая связь в комплексных ионах [Cr(H2O)6]3+ и [Fe(CN)6]4 с позиций метода
валентных связей (МВС) и теории кристаллического поля (ТКП).
Задачи по теме «Некоторые свойства d-элементов. Координационные соединения»
по типу и уровню сложности соответствуют примерам, приведенным на страницах 241, 290, 291
учебного пособия «Практический курс общей химии»/ Под ред. В.В. Зеленцова и С.А. Зеленцовой,
М.: МФТИ, 2011 г.
4