Химия металлов и их соединений

1. Насколько справедливо утверждение, что металлы представлены элементами всех блоков, то есть s-, р-, d- и f-блоков? Можно ли выделить электронные кон­фигурации атомов, которые наиболее характерны для металлов?

 

2. Что представляют собой сплавы? Чем отличаются друг от друга сплавы внедре­ния и замещения? Можно ли прогнозировать образование тех или других спла­вов, исходя из свойств элементов, которые планируется использовать для их по­лучения?

4. Исходя из электронной конфигурации атомов металлов, объясните склонность их к образованию ионов типа Ме⁺ и Ме²⁺. Как связаны максимальные значения степени окисления металлов с электронными конфигурациями их атомов? Какая корреляция существует между положением металлов в периодической таблице и их химическими свойствами? Почему некоторые «активные» металлы проявля­ют пассивность при действии на них химических реагентов?

5. В каких формах металлы представлены в природных условиях? Какие минералы называют рудой? Приведите примеры руд металлов, наиболее важных для хозяйственных целей.

6. Сделайте обзор основных методов получения металлов из природных соединений. Приведите примеры, иллюстрирующие применение каждого из перечисленных методов. Какие металлы получают методом электролиза? Почему некоторые металлы получают электролизом водных растворов их солей, а другие - электролизом расплавов? С какой целью проводят электрорафинирование металлов?

7. Все s-элементы - металлы. Как изменяется активность металлов этой группы в зависимости от их положения в периодической таблице? Какие из металлов IА и IIА групп получают методом электролиза? Почему ни один из щелочных металлов не получают методом восстановления в водном растворе с помощью другого более активного щелочного металла?

8. Какие соединения образуются при взаимодействии металлов IА и IIА групп с кислородом и водой? Что представляют собой пероксиды и супероксиды этих металлов? Какие из числа щелочных и щелочно -земельных металлов образуют растворимые основания, амфотерные основания? Как изменяется сила основанийв зависимости от положения образующих их s-элементов в периодической таблице? Как получают практически важные продукты - кальцинированную соду Na₂С0₃ и пищевую соду NаНСО₃?

 

16. Насколько справедливо утверждение, что металлы представлены элементами всех блоков, то естьs-, р-, d- и f-блоков? Можно ли выделить электронные кон­фигурации атомов, которые наиболее характерны для металлов?

 

17. Что представляют собой сплавы? Чем отличаются друг от друга сплавы внедре­ния и замещения? Можно ли прогнозировать образование тех или других спла­вов, исходя из свойств элементов, которые планируется использовать для их по­лучения?

18. Какую информацию о сплавах содержат фазовые диаграммы? К какому типу от­носится фазовая диаграмма Fe-С? Что выражают на фазовой диаграмме эвтекти­ческая точка и эвтектоидная точка? Какие фазы называют аустенитом, ферритом, перлитом, цементитом? Почему содержание углерода в сталях ограничивают 2%? Чем объясняется существенное различие свойств чугуна и стали?

19. Исходя из электронной конфигурации атомов металлов, объясните склонность их к образованию ионов типа Ме⁺ и Ме²⁺. Как связаны максимальные значения степени окисления металлов с электронными конфигурациями их атомов? Какая корреляция существует между положением металлов в периодической таблице и их химическими свойствами? Почему некоторые «активные» металлы проявля­ют пассивность при действии на них химических реагентов?

20. В каких формах металлы представлены в природных условиях? Какие минералыназывают рудой? Приведите примеры руд металлов, наиболее важных для хо­зяйственных целей.

21. Сделайте обзор основных методов получения металлов из природных соедине­ний. Приведите примеры, иллюстрирующие применение каждого из перечислен­ных методов. Какие металлы получают методом электролиза? Почему некоторыеметаллы получают электролизом водных растворов их солей, а другие - элек­ролизом расплавов? С какой целью проводят электрорафинирование металлов?

22. Все s-элементы - металлы. Как изменяется активность металлов этой группы в зависимости от их положения в периодической таблице? Какие из металлов IА и IIА групп получают методом электролиза? Почему ни один из щелочных метал­лов не получают методом восстановления в водном растворе с помощью другого более активного щелочного металла?

 

23. Какие соединения образуются при взаимодействии металлов IА и IIА групп с кислородом и водой? Что представляют собой пероксиды и супероксиды этих металлов? Какие из числа щелочных и щелочно-земельных металлов образуют растворимые основания, амфотерные основания? Как изменяется сила оснований в зависимости от положения образующих их s-элементов в периодической таб­лице? Как получают практически важные продукты - кальцинированную соду
Na₂CO₃ и пищевую соду МаНСО₃?

24. Какие соединения Мg и Са сообщают воде временную и постоянную жесткость? Какие существуют пути устранения временной и постоянной жесткости воды?

 

25. В чем причина неустойчивости «простых» ионов А1³⁺ в водных растворах? Ка­кие формы ионов алюминия (III) преобладают в водных растворах в кислых и щелочных средах? Почему нельзя выделить из водных растворов соединения А1₂S_3, А1₂(СO₃)з?

 

26. В соответствии со значением электродного потенциала φ°_Al³⁺_/Al ⁼ -1,662 В алю­миний должен обладать высокой восстановительной способностью. Но алю­миний и его сплавы устойчивы в окислительных средах. Чем объясняется ус­тойчивость алюминия по отношению к окислителям? Какие свойства алюми­ния определили возможность широкого использования алюминиевой фольги для приготовления, упаковки и хранения пищевых продуктов?

 

27. Какие электродные конфигурации атомов свойственны d-металлам (переходным металлам)? Как, исходя из электронных конфигураций атомов, можно объяс­нить образование переходными металлами ионов типа Ме⁺, Ме²⁺ и Ме ³⁺? Как можно оценить значения возможных максимальных степеней окисления d-металлов, исходя из их положения в периодической таблице? Какие законо­мерности изменения свойств металлов проявляются в зависимости от их поло­жения в периодах и в группах периодической таблицы? Чем можно объяснить особую близость пар элементов второго и третьего переходных рядов одних и тех же групп?

28. Какими свойствами обладают металлы Cr, Мо и W, какие реагенты и при каких условиях действуют на эти металлы? Составьте уравнения реакций взаимодей­ствия Cr с разбавленной и концентрированной Н₂SО₄, Мо — с концентрирован­ной НNО₃, W - со смесью HNO₃ и НF.

 

29. Какие степени окисления характерны для Сг, Мо и W в их химических соедине­ниях? Рассмотрите основные закономерности изменения окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств хрома на примере соединений СrО-Сr₂О₃-СrО₃ и Сr(ОН)₂-Сr(ОН)з-Н₂СrО₄, сделанные выводы подтвердите уравнениями химических реакций. Какое различие по составу и структуре про­является между хроматами и дихроматами? Какие сложные формы ионов могут образовывать молибден (VI) и вольфрам (VI) в водных средах?

 

30. Какие степени окисления в химических соединениях проявляют Мn, Тс и Rе? Укажите наиболее устойчивые состояния этих элементов и те условия, при ко­торых они реализуются. В природных условиях наиболее устойчивым соедине­нием марганца является МnО₂. Предложите химические реакции, с помощью которых можно получить из МnО₂ следующие соединения: Мn(ОН)₂, МnО(ОН), К₂МnО₄ и КМnО₄.

 

31. Сопоставьте электронные конфигурации атомов Fе, Со и Ni и степени окисле­ния, свойственные этим элементам, обратив внимание на максимальные значе­ния возможных степеней окисления и значения наиболее устойчивых степеней окисления. В каких ионных состояниях существуют железо, кобальт и никель в водных растворах? Какие комплексные соединения могут образовывать данные элементы? Дайте характеристику кислотно-основных свойств гидроксидов же­леза (II) и (III). Что представляют собой ферриты? Чем обусловлено широкое практическое использование железа и сплавов на его основе?

 

4.5.2. Вопросы для подготовки к экзамену

1. Основные стехиометрические законы химии. Расчеты по химическим формулам и уравнениям.

2. Модель атома с позицией квантовой механики. Квантовые числа и атомные орбитали. Электронные конфигурации атомов.

3. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева. Периодичность свойств и их соединений.

4. Химическая связь, её природа и характеристики: длина, энергия, валентный угол.

5. Ковалентная связь и методы её описания. Механизмы образования и разрывы ковалентной связи. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность, поляризуемость. Гибридизация атомных орбиталей и пространственное строение атомов и ионов.

6. Ионная связь. Особенности структуры и свойства ионных соединений.

7. Металлическая связь.

8. Химическая связь в твердых телах. Проводники, диэлектрики, полупроводники.

9. Межмолекулярные взаимодействия (ориентационная, индукционная, дисперсионная).

10. Водородная связь. Влияние водородной связи на физические свойства веществ с молекулярной структурой.

11. Кристаллическое состояние веществ. Атомные, ионные, металлические молекулярные кристаллы и их свойства.

12. Основные понятия химической термодинамики (системы, параметры, процессы, функции состояния).

13. Внутренняя энергия и её изменения при химических превращениях. Первое начало термодинамики. Стандартная теплота образования веществ. Теплоты сгорания. Топливо как источник энергии.

14. Энтропия. Стандартная энтропия. Изменения энтропии в химических реакциях. Понятия о самопроизвольных процессах.

15. Энергия Гиббса и Гельмгольца и направленность химических реакций.

16. Химическое равновесие. Термодинамический подход, кинетический подход.

17. Фазовые равновесия. Применение правила фаз Гиббса к диаграммам состояния одно и двух компонентных систем.

18. Химическая кинетика: скорость химических реакций, влияние различных факторов на скорость химических реакций.

19. Теория активированного комплекса. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.

20. Колебательные химические реакции.

21. Основные характеристики дисперсных систем и их классификация. Термодинамика процесса растворения.

22. Растворимость газов, жидкостей, твердых веществ. Зависимость растворимости от температуры и давления.

23. Коллигативные свойства разбавленных растворов не электролитов.

24. Особенности растворов слабых электролитов. Константа диссоциации.

25. Электролитическая диссоциация. Степень электролитической диссоциации. Изотоническй коэффициент. Сильные и слабые электролиты.

26. Протолитическая теория Бренстеда и Лоури.

27. Особенности растворов сильных электролитов. Активность ионов. Ионная сила раствора.

28. Диссоциация воды. Ионное производное воды (рН, рОН). Способы определения рН растворов.

29. Протолитические равновесия. Гидролиз солей.

30. Буферные растворы: классификация, механизм действия.

31. Произведение растворимости малорастворимых сильных электролитов. Условия образования и растворения осадка.

32. Окислительно-восстановительные реакции. Факторы, влияющие на протекание окислительно-восстановительных процессов.

33. Потенциалы металлических и газовых электродов.

34. Электролиз, растворов и расплавов.

35. Потенциалы металлических и газовых электродов.

36. Химическая и электрохимическая коррозия. Защита металлов от коррозии.

37. Комплексные соединения. Получение. Номенклатура. Изомерия.

38. Комплексообразование в растворах. Константа нестойкости и константа устойчивости.

39. Химическая связь в комплексных соединениях.

40. Галогены и их соединения. Экология, токсикология.

41. Общая характеристика элементов VI –A группы. Биологическая роль, токсикология.

42. Сера и ее соединения. Соединения серы как важнейший загрязнитель окружающей среды. Круговорот и экологические аспекты химии серы.

43. Кислород и его соединения. Ресурсы и круговорот кислорода в природе.

44. Общая характеристика элементов V-А группы.

45. Азот и его соединения. Ресурсы и круговорот азота в природе.

46. Фосфор и его соединения. Ресурсы и круговорот фосфора в природе.

47. Общая характеристика элементов IV –A групп. Ресурсы и круговорот углерода в природе. Экологические аспекты химии углерода.

48. Соединения кремния и германия. Химия полупроводников.

49. Углерод. Аллотропные формы углерода. Оксиды, карбонаты, карбиды. Ресурсы и круговорот углерода в природе.

50. Силикаты и алюмосиликаты. Общая характеристика. Стекло, ситаллы, цемент, керамика.

51. Бор и его соединения.

52. Металлы: общая характеристика, сплавы, методы получения.

53. Химия s-металлов. Экология и токсикология.

54. Общая характеристика переходных металлов и их соединений. Биологическая роль, токсикология.

55. Химия d-элементов I-II групп периодической системы Д.И. Менделеева. Биологическая роль, токсикология.

56. Цинк, кадмий, ртуть и их соединения. Биологическая роль, токсикология.

57. Железо, кобальт, никель и их соединения. Биологическая роль, токсикология.

58. Хром, молибден, вольфрам и их соединения. Биологическая роль, токсикология.