Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Реферат'
Как практическая дисциплина курс иностранного языка (английского) входит в базовую часть гуманитарного. Социального и экономического цикла Б1. Место д...полностью>>
'Документ'
Целью изучения данной темы является создание базовой основы подготовки менеджеров по специальности 080507 в области построения моделей различных задач...полностью>>
'Конкурс'
Городской конкурс на лучшую новогоднюю поделку «Дорожный знак на новогодней елке» проводится на основании областного положения в рамках мероприятий Фе...полностью>>
'Решение'
Матрицы широко используются для математического описания объектов и процессов. Excel в полной мере поддерживает операции и арифметические действия над...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Методические указания и контрольные задания по химии. Екатеринбург:
ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. университет», 2009. 68 с.

Методические указания и контрольные задания по химии предназначены для студентов всех форм обучения специальностей 050501.65 – Профессиональное обучение (030500) и 060800 – Экономика и управление на предприятии (машиностроение). Они включают основной теоретический материал по всем темам курса химии, примеры решения задач, контрольные задания и необходимые справочные данные.

Составители: доцент, канд. хим. наук Слинкина М.В.

доцент, канд. хим. наук Харина Г.В.

Одобрены на заседании кафедры общей химии.

Протокол от 2009 , № .

Заведующий кафедрой ОХ Н.Т. Шардаков

Рекомендованы к печати методической комиссией машиностроительного института ГОУ ВПО РГППУ.

Протокол от 2009 , № .

Председатель методической

комиссии МаИ РГППУ А.В. Песков

©ГОУ ВПО «Российский

государственный

профессионально-

педагогический

университет», 2009

©Слинкина М.В.

©Харина Г.В.

Содержание

Введение 4

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОСНОВНЫМ РАЗДЕЛАМ КУРСА ХИМИИ 5

1.1. Электронное строение атома 5

Примеры решения задач 7

1.2. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева 9

Примеры решения задач 10

1.3. Химическая связь 12

Примеры решения задач 14

1.4. Классы неорганических соединений 16

Примеры решения задач 17

1.5. Элементы химической термодинамики и термохимии 19

Примеры решения задач 21

1.6. Химическая кинетика и химическое равновесие 23

Примеры решения задач 25

1.7. Электролитическая диссоциация. Реакции ионного обмена 28

Примеры решения задач 30

1.8. Растворы. Способы выражения концентрации растворов 31

Примеры решения задач 32

1.9. Коллоидные растворы 33

Примеры решения задач 35

1.10. Растворы неэлектролитов 36

Примеры решения задач. 37

1.11. Окислительно-восстановительные реакции 38

Примеры решения задач 40

1.12. Электрохимические процессы в гетерогенных системах. 40

Гальванические элементы 40

Примеры решения задач 42

1.13. Коррозия металлов 43

Примеры решения задач 44

1.14. Электролиз 46

Примеры решения задач 48

2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 50

3. ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ 64

ЛИТЕРАТУРА 66

Введение

Самостоятельная работа студента над курсом химии предусматривает изучение программного теоретического материала по лекциям, учебникам и учебным пособиям, выполнение индивидуальной контрольной работы, подготовку к лабораторному практикуму и экзамену (зачету).

Контрольная работа по курсу химии выполняется по индивидуальному варианту, включающему 10 задач для студентов заочной формы обучения и
20 задач для студентов дневной формы обучения. К выполнению контрольной работы следует приступать только после изучения и усвоения теоретической части курса. Изучать курс химии рекомендуется по отдельным темам, причем пока не усвоена предыдущая тема, не следует переходить к изучению последующей. Далее следует разобраться с типовыми задачами по изучаемой теме, решение которых приведено в конце каждого подраздела методических указаний. Если эти задачи не вызывают у Вас затруднений, то тогда можно смело обратиться к решению задачи, предложенной в индивидуальной контрольной работе.

Обратите внимание на решение расчетных задач: оно обязательно должно включать в себя уравнения химических реакций, математические выражения законов (или принципов), которые используются для расчетов, физический смысл всех величин, входящих в эти выражения, и числовые значения используемых констант. При решении задач необходимо поэтапно приводить все математические преобразования и только потом уже давать окончательный числовой ответ.

Контрольную работу следует выполнить в отдельной тетради в 12 листов. На титульном листе необходимо указать номер варианта, который для студентов заочной формы обучения соответствует двум последним цифрам номера студенческого билета или зачетной книжки. Студентам дневной формы обучения вариант контрольной работы выдается преподавателем, который и устанавливает требования к ее выполнению. Студенты всех форм обучения при оформлении работы сначала должны записать номер задачи и ее полное условие, и только после этого изложить подробный ход решения. Контрольная работа должна быть грамотно выполнена и аккуратно оформлена, датирована, подписана студентом и затем представлена в университет на рецензирование не позднее, чем за две недели до начала сессии.

Контрольная работа, выполненная с ошибками, возвращается студенту. Ее следует доработать с учетом всех замечаний, сделанных рецензентом. Все необходимые исправления следует выполнять только в конце работы под заголовком «Работа над ошибками», исправления в тексте не допускаются.

Контрольная работа, выполненная студентом по другому варианту, на рецензирование не принимается.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОСНОВНЫМ РАЗДЕЛАМ КУРСА ХИМИИ

1.1. Электронное строение атома

Согласно представлениям квантовой механики электрон имеет двойственную природу: он ведет себя и как частица, и как волна. Электрон в атоме не имеет траектории движения. Квантовая механика рассматривает вероятность нахождения электрона в пространстве вокруг ядра.

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется атомной орбиталью (АО).

Состояние электронов в атоме определяется энергией взаимодействия электронов с ядром. Эта энергия квантована, т.е. ее величина не может быть любой, а принимает лишь определенные значения, зависящие от некоторых величин n, l, ml, которые называются квантовыми числами. Поэтому атомная орбиталь – это энергетическое состояние электрона, для которого определены значения n, l и ml.

Главное квантовое число (n) характеризует уровень энергии электронов (энергетический уровень): чем больше значение n, тем больше энергия соответствующего уровня и средний размер электронного облака. Главное квантовое число принимает целочисленные значения: n = 1, 2, 3 …

Своими значениями главное квантовое число нумерует энергетические уровни, на которых могут находиться электроны в атоме. Число заполняемых электронами энергетических уровней в атоме численно равно номеру периода, в котором находится элемент: у атомов элементов первого периода – один энергетический уровень, второго периода – два и т.д. Каждый энергетический уровень (кроме первого) расщепляется на несколько энергетических подуровней. Эти подуровни энергий определяются орбитальным квантовым числом (l), которое характеризует также форму атомной орбитали. Орбитальное квантовое число принимает значения от 0 до (n – 1): l = 0, 1, 2, 3 … (n – 1)

В зависимости от величины l подуровни энергий различаются по типам, которые обозначаются латинскими буквами. Величине l = 0 соответствует s – подуровень, 1 – p, 2 – d, 3 – f. Чем больше значение l, тем выше энергия соответствующего подуровня в пределах одного и того же энергетического уровня.

1-й уровень (n=1, l = 0) имеет s – подуровень (1s); 2-й уровень (n=2, l = 0, l = 1) имеет s– и p– подуровни (2s 2p); 3-й уровень (n=3, l = 0, l = 1, l = 2) имеет s–, p– и d–подуровни (3s3p3d) и т.д.

Магнитное квантовое число (ml) характеризует пространственную ориентацию атомной орбитали. Его значения зависят от величины орбитального квантового числа: ml = - l … 0 … + l. Например, для l = 1 (р – подуровень),
ml = -1, 0, 1. Число значений, принимаемых ml, определяет число АО на данном подуровне. То есть на р- подуровне имеется 3 АО , которым соответствуют три различных ориентации в пространстве, на s – подуровне (l = 0, ml = 0) - 1АО, на d (l =2, ml = -2,-1, 0, 1, 2) – 5АО и на f (l =3, ml = -3 -2,-1, 0, 1, 2, 3) – 7АО.

Для условного изображения АО принят символ квадрата называемый квантовой или электронной ячейкой.

Электрон имеет собственный магнитный и механический моменты, которые объединили общим названием «спин», и в связи с этим ввели четвертое квантовое число ms − спиновое число, принимающее всего два значения: + ½ (↑) и – ½ (↓).

Порядок заполнения электронами энергетических уровней и подуровней подчиняется следующим правилам.

Принцип минимума энергии заключается в том, что заполнение электронами энергетических подуровней происходит в порядке возрастания их энергии. Так как энергия электронов на подуровнях главным образом определяется квантовыми числами n и l, то в первую очередь электроны заполняют подуровень, характеризующийся наименьшей суммой (n + l). Если для двух энергетических подуровней (n + l) одинакова, то прежде всего заполняется подуровень с меньшим значением n. Эти утверждения выражает правило Клечковского, с учетом которого последовательность заполнения электронами энергетических подуровней может быть представлена в виде следующего ряда: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d ≈ 4f < 6p < 7s < 6d ≈ 5f …

Принцип Паули определяет максимальное число электронов на атомной орбитали, которое не может быть больше двух: в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел. Поэтому если на атомной орбитали появляется второй электрон, то он будет иметь спиновое квантовое число противоположного знака. Принцип Паули позволяет определить максимальное число электронов (ē) на каждом энергетическом подуровне: s – подуровень – 2 ē (s2); p – подуровень – 6 ē (p6); d – подуровень – 10 ē (d10); f – подуровень – 14 ē (f14).

Правило Гунда определяет порядок заполнения атомных орбиталей в пределах данного энергетического подуровня: атомные орбитали заполняются так, чтобы суммарное спиновое квантовое число электронов на подуровне было максимальным. Например, заселение вакантных d-АО пятью электронами возможно в только одним способом, отвечающим наименьшей энергии основного состояния d5:

Распределение электронов по различным АО называется электронной конфигурацией (электронной формулой) атома. Например, электронная конфигурация атома кислорода 1s2 2s2 2p4 , а атома натрия – 1s2 2s2 2p6 3s1.

В электронной конфигурации энергетические уровни обозначаются цифрами 1, 2, 3. Каждому энергетическому уровню соответствует определенное квантовое число n = 1, 2, 3 … Энергетические подуровни обозначаются буквенными символами s, p, d, f . Каждый подуровень имеет соответствующее значение орбитального квантового числа l: s – 0, p – 1, d – 2, f – 3. Число электронов, находящихся на подуровне, изображается верхним индексом у буквенного символа, например, 1s2.

При составлении электронной конфигурации необходимо пользоваться Периодической системой Д.И. Менделеева, которая отражает электронное строение атома элемента (см. примеры решения задач).

Строение внешнего энергетического уровня, определяет химические свойства атома – способность принимать или отдавать электроны. Вступая в химическое взаимодействие, атом стремится приобрести наиболее устойчивую конфигурацию внешнего уровня – конфигурацию ближайшего к нему инертного газа: двухэлектронную – ns2 (типа He) или восьмиэлектронную – ns2np6 (любого другого газа). Атомы, которые отдают свои электроны другим атомам при химическом взаимодействии, превращаясь в положительно заряженные ионы, проявляют металлические или восстановительные свойства. Атомы, которые принимают электроны, превращаясь в отрицательно заряженные ионы, проявляют неметаллические или окислительные свойства. Заряд образующегося иона называется степенью окисления. В Периодической системе Д.И. Менделеева все элементы делятся на металлы, неметаллы и химически инертные благородные газы (8 группа, главная подгруппа). К металлам относятся sэлементы (элементы, у которых последним заполняется s – подуровень внешнего уровня), кроме водорода и гелия; все d - и f – элементы (у них последними заполняются d – подуровень второго снаружи уровня и f – подуровень третьего снаружи уровня, соответственно); а также некоторые pэлементы (у них последним заполняется p – подуровень внешнего уровня). Среди p – элементов металлы отделены от неметаллов диагональю, проходящей от B к At, и лежат ниже этой диагонали.

Примеры решения задач

Пример 1. Какой из подуровней: 4d или 5s заполняется электронами в первую очередь?

Р е ш е н и е . Последовательность заполнения электронами подуровней в атоме определяется правилом Клечковского, которое предполагает сравнение значений суммы (n + l) для каждого из подуровней. Следовательно, надо определить сумму квантовых чисел n и l для данных подуровней: для 4d – подуровня n = 4, l = 2, n + l = 6;

для 5s – подуровня n = 5, l = 0, n + l = 5.

В первую очередь будет заполняться 5s – подуровень, так как для него значение (n + l) меньше, чем для 4d– подуровня, то есть 5s – подуровень имеет меньшее значение энергии, чем 4d– подуровень, а заполнение подуровней электронами происходит в порядке возрастания их энергии.

Пример 2. Запишите электронную конфигурацию и электронную схему строения внешнего уровня атома элемента с зарядом ядра, равным +33. Определите, какими химическими свойствами обладает атом этого элемента.

Р е ш е н и е. 1) Определим, атом какого элемента имеет Z = +33. Так как заряд ядра атома равен порядковому номеру N элемента в Периодической системе, то элементом с N = 33 является мышьяк (As).

2) Запишем электронную конфигурацию атома As (рассмотрим распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням). Для этого определим координаты данного элемента в Периодической системе, т.е. номер периода (арабская цифра) и номер группы (римская цифра). Группы делятся на две подгруппы – главную (обозначают символом «А») и побочную (обозначают символом «В»). Номер периода равен числу энергетических уровней в атоме, а номер группы – числу электронов на внешнем уровне (валентных электронов). Координаты As: (4, VА) т.е. элемент расположен в четвертом периоде (атом имеет четыре энергетических уровня); в пятой группе (имеет пять электронов на внешнем уровне) и главной подгруппе (р – элемент).

Число электронов в атоме равно заряду его ядра, следовательно, электронная оболочка As содержит 33 электрона. Распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням проводим в соответствии с порядком их заполнения, учитывая максимальное число электронов на каждом подуровне: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3

В электронной конфигурации выделим строение внешнего уровня, на котором находятся валентные электроны, способные участвовать в химическом взаимодействии – 4s2 4p3.

3) Изобразим электронную схему строения внешнего уровня, которая характеризует распределение электронов по энергетическим уровням, подуровням и атомным орбиталям, руководствуясь принципом Паули и правилом Гунда: 4p

4s

↑↓

4) Определим химические свойства атома As.

Химические свойства атома определяются строением внешнего энергетического уровня. Вступая в химическое взаимодействие, любой атом стремится завершить внешний уровень. Атом As имеет 5 валентных электронов, поэтому завершение внешнего уровня возможно за счет присоединения трех электронов. Принимая их, атом мышьяка проявляет окислительные свойства: As0 + 3ē = As3-

4s2 4p3 4s2 4p6

Атом мышьяка может проявлять восстановительные свойства, отдавая электроны внешнего уровня - три или все пять:

As0 - 3ē = As3+ As0 - 5ē = As5+

4s2 4p3 4s2 4s2 4p3 3s2 3p6 3d10

Пример 3. Электронная конфигурация атома имеет вид: [Kr] 4d2 5s2. Определите, какой это элемент, и какие химические свойства проявляет атом этого элемента.

Р е ш е н и е. 1) Определим координаты атома данного элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. Из электронной конфигурации атома видно, что главное квантовое число внешнего энергетического уровня равно пяти (n = 5), т.е. атом имеет пять энергетических уровней, следовательно, элемент расположен в 5-м периоде. Число валентных электронов равно четырем, значит, элемент расположен в IV группе. Так как незавершенным является d– подуровень (т.е. он заполняется последним), то мы имеем дело с d- элементом, а все d- элементы расположены в Периодической системе Д.И. Менделеева в побочных подгруппах. Таким образом, элемент (Э) имеет следующие координаты: Э (5, IVВ). Как видно из Периодической системы, этот элемент – цирконий (Zr).

2) Установим химические свойства атома циркония.

Вспомним, что все d – элементы являются металлами. Значит, атом циркония проявляет восстановительные свойства и способен только отдавать свои валентные электроны, превращаясь в положительно заряженный ион со степенью окисления +4:
Zr0 – 4ē = Zr4+



Похожие документы:

  1. Учебный план 3 иностранный язык 4 отечественная история 17

    Памятка
    ... . Которые выполнили контрольные задания и получили зачет по семинарско - лабораторному практикуму. Методические рекомендации к выполнению контрольных работ ...
  2. Б 796 Болтнев, Валентин Егорович. Экология : учеб для студ вузов, обуч по напр.: "Автоматизация технол процессов и пр-ва", "Прикл информатика" / Болтнев

    Документ
    ... методическое пособие содержит методические указания по изучению курса "Химия", методику решения типовых расчетных задач и контрольные задания ... ВПО "Ульян. гос. пед ... Рос. гос ... проф. Б. А. Ларина Санкт-Петербургского государственного университета ... Екатеринбург ...
  3. Литература универсального содержания

    Литература
    ... лекций, методические указания к лекционным, лабораторным занятиям, по самостоятельной подготовке студентов, даны контрольные вопросы по предмету ... России, АРПУИ, УМО по образованию в области подгот. пед. кадров, ГОУ ВПО "Моск. пед. гос. ун-т" ; [редкол ...
  4. Учебное пособие Йошкар-Ола, 2007 ббк 40. 1 Удк 631. 5

    Документ
    ... по образованию ГОУ ВПО «Марийский государственный университет ... гос. пед. ... задания ... химу ... контрольные ... Екатеринбурга. По ... методические указания по радиохимическим ме­тодам определения радиоактивности в объектах ветнадзора. М., 1984. 9.  Методические указания по ...

Другие похожие документы..