Экзаменационные билеты

по предмету «Химия»

Билет 1

1. Периодический закон и периодическая система химических элементов в свете теории строения атома.

2. Жиры, строение, свойства, применение.

3. Задача на вычисление массы продукта реакции по массе исходного вещества с учетом практического выхода.

Билет 2

1. Виды химической связи (ковалентная, ионная, металлическая, водородная).

2. Глюкоза, ее строение, свойства, применение и биологическая роль.

3. Опыт на определение с помощью характерных реакций каждого из 3 предложенных неорганических веществ.

Билет 3

1. Классификация химических реакций в неорганической и органической химии

2. Нефть, ее состав. Основные способы переработки нефти.

Нефть (от перс. neft) - горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Нахождение в природе

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли. По запасам нефти наша страна занимает одно из ведущих мест в мире.

Физические свойства.

Нефть – маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она немного легче воды и практически в ней не растворяется. Так как нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения.

Нефть сильно варьирует по цвету (от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти черной) и по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3).

Начало кипения нефти обычно выше 280С. температура застывания колеблется от +300 до –600С и зависит в основном от содержания парафина (чем его больше, тем температура застывания выше). Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг; теплота сгорания 43,7-46,2 мДж/кг; диэлектрическая проницаемость2-2,5; электрическая проводимость 2.10-10-0,3.10-18 ом-1.см-1.

Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальтосмолистых веществ). Температура вспышки нефти колеблется от –35 до 1200С в зависимости от фракционного состава и давления насыщенных паров. Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Классификация нефти.

Нефть можно классифицировать по разным признакам.

1. По содержанию серы:

a) Малосернистые (до 0,5 % S)

b) Сернистые (0,5-2 % S)

c) Высокосернистые (св. 2 % S).

2. По потенциальному содержанию фракций, выкипающих до 3500С:

a) Т1 – тип нефти, в которой указанных фракций не меньше 45 %

b) Т2 – 30-44,9 %

c) Т3 – меньше 30 %.

3. По потенциальному содержанию масел:

a) М1 – не меньше 25 %

b) М2 – меньше 25 %.

4. По качеству масел:

a) Подгруппа И1 – с индексом вязкости масел больше 85

b) Подгруппа И2 – с индексом 40-85.

Сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида составляет шифр технологической классификации нефти.

Состав нефти

В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значительно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

Представляя собой жидкость, более легкую, чем вода, нефть разных мест, иногда даже и соседних, различна по многим свойствам: цвету, плотности, летучести, температуры кипения... Однако любая нефть это жидкость почти нерастворимая в воде и по элементарному составу содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, сернистых, азотистых и минеральных соединений, что видно не только по элементарному составу, но и по всем свойствам углеводородов. В бакинской (апшеронской) нефти Марковников и Оглоблин нашли от 86,6 до 87,0% углерода и от 13,1 до 13,4% водорода…

Историческая справка. Оглоблин Николай Николаевич (1852-?). Русский историк – археограф. Служил архивариусом при Московском архиве Министерства Юстиции. Автор исследований «Обозрение историко-географических материалов 17 и 18 века». Его обозрения архивных материалов по истории Сибири печатались в журналах «Русская старина», «Исторический вестник», «Книговедение».

Историческая справка. Марковников Владимир Васильевич (1837-1904). Русский химик, ученик Бутлерова. Основные научные труды посвятил развитию теории химического строения, исследованию нефти и нефтенов. Защитил магистерскую диссертацию «Об изомерии органических соединений», на основе воззрений Бутлерова вывел правило Марковникова. В 1870-х получил все предсказанные теорией строения изомерные двухосновные кислоты общей формулы C3H6(CO2H)2. впервые получил соединения с семи и восьмичленными циклами, изучал механизм реакции этерификации, окисление замещенных циклических кетонов и др. Исследовал соляные озера России.

…В пенсильванской нефти С. К. Девилль нашел 83-84% углерода, 13,7-14,7% водорода, в рангунской (в Бирме) 83,8% углерода и 12,7% водорода, в огайской Мабери нашел только 83,6-85,8% углерода и 13,05-14,6% водорода. Недостающее до 100 отвечает содержанию кислорода, серы, азота, воды и минеральных подмесей. Количество серы в некоторых сортах нефти едва составляет несколько сотых % (например, в обыкновенной зеленой бакинской нефти всего 0.06%). Азота всегда мало, обыкновенно меньше 0,2%. Минеральных подмесей (золы) еще меньше и пока не известен ни один случай. Когда количество их доходило бы до 0,1%. Поэтому, за вычетом суммы всех других составных начал, в сырой нефти надо принимать от 1 до 4% кислорода. Это следует из того, что в нефти содержатся органические (жирные и близкие к ним) кислоты, так как они содержат кислород. Различия в элементарном составе, как видно, не велики, несмотря на значительную разность свойств. Однако все-таки разность состава сказывается в том, что на 12 грамм (атомное количество) углерода в американской нефти около 1,95 грамм водорода, а в бакинской только 1,82. Это доказывает, что во всей массе нефти содержится всегда меньше водорода, чем в углеводородах состава СnH2n (потому что для них на 12 частей углерода приходятся 2 части водорода), и что от этого состава бакинская нефть дальше, чем американская, что подтверждается и знакомством с углеводородами, извлекаемыми из нефти.

Историческая справка. Сент – Клер Девилль Шарль (1814-1876). Французский химик, член Парижской АН (с 1861 г.). в 1849 получил азотный ангидрид (действием хлора на сухой нитрат серебра). В 1854 создал первый промышленный способ получения алюминия. Разработал методы очистки сырой платины и выделения ее остатков.

Составными началами нефти, помимо небольшой подмеси кислородных, сернистых и других соединений, являются углеводороды, смесь которых входит в состав различных очищенных продуктов, получаемых из нефти и находящих разнообразное применение. Основным способом для отделения друг от друга, как этих промышленных продуктов (всевозможных смесей), так и самостоятельных в химическом смысле углеводородов, содержащихся в нефти и ее продуктах, является перегонка, основанная на разной упругости пара разных жидкостей при одной и той же температуре.

Нефть содержит смесь углеводородов разных рядов, преимущественно средних между жирными и ароматическими. Первые точные исследования были сделаны в этом отношении около 1860 года Пелузом и Кагуром во Франции, Шорлеммером в Англии и Уарреном в Америке преимущественно над легкими углеводородами (бензином) пенсильванской нефти…

Историческая справка. Карл Шорлеммер (1834-1892). Немецкий химик-органик, глава Лондонского королевского общества. Работал в Оуэнском колледже в Манчестере. Основные работы посвящены исследованиям предельных углеводородов. Доказал равнозначность четырех валентных углеводородов (1868). Предложил систематику органических соединений и создал на ее основе учебник. Имеет также труды по истории органической химии. Был прогрессивным общественным деятелем.

…Они показали, что в ней содержатся предельные (жирные) углеводороды СnH2n+2, начиная от газообразных (CH4 всегда сопровождает нефть), растворенных в нефти и затем все с высшими n, например, в лигроине и бензин от C5H12 до C8H18, в керосине сверх того и высшие от С9Н20. Сверх того уже первые исследователи указали в нефти содержание углеводородов с меньшим количеством водорода из рядов CnH2n, СnH2n-2 и т. д. Но при исследовании русской нефти профессором Марковниковым были обнаружены преобладающими углеводороды из ряда нафтенов СnH2n. В начале 1880-ых годов Менделеев, извлек из разных образцов бензина бакинской нефти пентан С5Н12 и тем самым доказал, что и в нашей бакинской нефти содержатся предельные углеводороды. В природной нефти содержатся и углеводороды рядов СnH2n-2 и СnH2n-4, а также и ароматические углеводороды, хотя и в очень малом количестве.

Таким образом, главную массу всех видов нефти образует смесь предельных СnH2n+2 углеводородов с нафтенами СnH2n с подмесью СnH2n-2 до СnH2n-6, преобладают же особенно в русской нефти нафтены, а предельных углеводородов более в американской. Этому утверждению не противоречат даже самые высококипящие твердые углеводороды (парафин, церезин), получаемые из нефти и продуктов с нею сходственных (горный воск и др.). При этом и все явления, сопровождающие перегонку нефти, полностью объясняются. Очистка нефти

Первый завод по очистке нефти был построен в России в 1745 г., в период правления Елизаветы Петровны, на Ухтинском нефтяном промысле. В Петербурге и в Москве тогда пользовались свечами, а в малых городах – лучинами. Но уже тогда во многих церквях горели неугасаемые лампады. В них наливалось гарное масло, которое было не чем иным, как смесью очищенной нефти с растительным маслом. Купец Набатов был единственным поставщиком очищенной нефти для соборов и монастырей.

В конце XVIII столетия была изобретена лампа. С появлением ламп возрос спрос на керосин.

Очистка нефти – удаление из нефтепродуктов нежелательных компонентов, отрицательно влияющих на эксплуатационные свойства топлив и масел.

Химическая очистка производится путем воздействия различных реагентов на удаляемые компоненты очищаемых продуктов. Наиболее простым способом является очистка 92-92% серной кислотой и олеумом, применяемая для удаления непредельных и ароматических углеводородов.

Физико-химическая очистка производится с помощью растворителей, избирательно удаляющих нежелательные компоненты из очищаемого продукта. Неполярные растворители (пропан и бутан) используются для удаления из остатков переработки нефти (гудронов), ароматических углеводородов (процесс деасфальтации). Полярные растворители (фенол и др.) применяются для удаления полициклических ароматических углеродов с короткими боковыми цепями, сернистых и азотистых соединений из масляных дистиллятов.

При адсорбционной очистке из нефтепродуктов удаляются непредельные углеводороды, смолы, кислоты и др. адсорбционную очистку осуществляют при контактировании нагретого воздуха с адсорбентами или фильтрацией продукта через зерна адсорбента.

Каталитическая очистка – гидрогенизация в мягких условиях, применяемая для удаления сернистых и азотистых соединений.

Перегонка нефти

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 г. Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котел в печке, из котла идет труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приемник для керосина.

В Америке впервые опыты по перегонке нефти осуществил в 1833 г. Силлиман.

На современном заводе вместо котла устраивается ложная трубчатая печь. Вместо трубки для конденсации и разделения паров сооружаются огромные ректификационные колонны. А для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

Нефть состоит из смеси различных веществ (главным образом углеводородов) и потому не имеет определённой точки кипения. На трубчатках нефть подогревают до 300-325о. При такой температуре более летучие вещества нефти превращаются в пар.

Печи на нефтеперегонных заводах особые. С виду они похожи на дома без окон. Выкладываются печи из лучшего огнеупорного кирпича. Внутри, вдоль и поперёк, тянутся трубы. Длина труб в печах достигает километра.

Когда завод работает, по этим трубам с большой скоростью – до двух метров в секунду – движется нефть. В это время из мощной форсунки в печь устремляется пламя. Длина языков пламени достигает нескольких метров.

При температуре 300-325о нефть перегоняется не полностью. Если температуру перегонки увеличить, углеводороды начинают разлагаться.

Нефтяники нашли способ перегонки нефти без разложения углеводородов.

Вода кипит при 100о тогда, когда давление равно атмосфере, или 760 мм. рт. ст. Но она может кипеть, например, и при 60о. Для этого надо лишь понизить давление. При давлении в 150 мм термометр покажет всего 60о.

Чем меньше давление, тем скорее закипает вода. То же самое происходит с нефтью. Многие углеводороды в условиях атмосферного давления кипят только при 500о. Следовательно, при 325о эти углеводороды не кипят.

А если снизить давление, то они закипят и при более низкой температуре.

На этом законе основана перегонка в вакууме, т. е. при пониженном давлении. На современных заводах нефть перегоняется или под атмосферным давлением, или под вакуумом, чаще всего заводы состоят из двух частей – атмосферной и вакуумной. Такие заводы так и называются атмосферно-вакуумные. На этих заводах получаются одновременно все продукты: бензин, лигроин, керосин, газойль, смазочные масла и нефтяной битум. Неиспарившихся частей при такой перегонки остаётся гораздо меньше, чем при атмосферной.

Дружнее происходит испарение нефти, когда в установку вводится пар.

Сложна и интересна работа ректификационной колонны. В этой колонне происходит не только разделение веществ по их температурам кипения, но одновременно производится дополнительное многократное кипячение конденсирующейся жидкости.

Колонны делаются очень высокими – до 40 м. Внутри они разделяются горизонтальными перегородками – тарелками – с отверстиями. Над отверстиями устанавливаются колпачки.

Смесь углеводородных паров из печи поступает в нижнюю часть колонны.

Навстречу неиспарившемуся остатку нефти снизу колонны подаётся перегретый пар. Этот пар прогревает неиспарившийся остаток и увлекает с собой все лёгкие углеводороды вверх колонны. В нижнюю часть колонны стекает освобождённый от лёгких углеводородов тяжёлый остаток – мазут, а пары одолевают тарелку за тарелкой, стремясь к верху колонны.

Сначала превращаются в жидкость пары с высокими температурами кипения. Это будет соляровая фракция, которая кипит при температуре выше 300о. Жидкий соляр заливает тарелку до отверстий. Парам, идущим из печи, теперь приходится пробулькивать через слой соляра.

Температура паров выше температуры соляра, и соляр снова кипит.

Углеводороды, кипящие при температуре ниже 300о, отрываются от него и летят вверх колонны, на секцию керосиновых тарелок.

В соляре, выходящем из колонны, поэтому нет бензина или керосина.

В колоннах бывает 30-40 тарелок, разделённых на секции. Через все тарелки проходят пары, на каждой они пробулькивают через слой сконденсировавшихся паров и в промежутках между ними встречают падающие с верхней тарелки капли лишнего, не убравшегося на верхнюю тарелку конденсата.

Принципиальная технологическая схема установки для атмосферно-вакуумной перегонки нефти. Аппараты 1, 3 – атмосферные ректификационные колонны; 2 - печи для нагрева нефти и мазута; 4 - вакуумная ректификационная колонна; 5 – конденсаторы – холодильники; 6 – теплообменники.

Линии: I – нефть; II – легкий бензин; III – отбензиненая нефть; IV – тяжелый бензин; V – керосин и газойль; VI – водяной пар; VII – мазут; VIII – газы разложения;

IX – масляные фракции; Х – гудрон. В колонне непрерывно идёт сложная, кропотливая работа. Углеводороды собираются в секциях по температурам кипения. Для каждой группы углеводородов в колонне имеются свои секции и свой выход.

Углеводороды сгруппируются в своей секции только тогда, когда в них не будет углеводородов других температур кипения.

Когда они соберутся вместе, они из колонны выходят в холодильник, а из холодильника – в приёмник.

Из самых верхних секций колонны идёт не бензин, а пары бензина, так как температура вверху колонны выше температуры легко кипящих частей бензина. Пары бензина идут сначала в конденсатор.

Здесь они превращаются в бензин, который направляется также в холодильник, а затем в приёмник.

Крекинг нефтепродуктов

Выход бензина из нефти можно значительно увеличить (до 65-70 %) путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой процесс называется крекингом (от англ. Crack- расщеплять).

Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

Крекинг изобрел русский инженер В.Г. Шухов в 1891 г. В 1913 г изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается на крекинг - заводах. Аппаратура крекинг – заводов в основном та же, что и для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Сырье тоже другое. Процесс расщепления ведется при более высоких температурах (до 6000 С), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.

Мазут густ и тяжел, его удельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов. Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородов распадаются на более мелкие, а из мелких углеводородов как раз и составляются легкие нефтяные продукты – бензин, керосин.

При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг – заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы.

Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга широко распространен.

Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путем на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются.

Процесс крекинга происходит с разрывом углеводородных цепей и образованием более простых предельных и непредельных углеводородов, например:

С16Н34 С8Н18 + С8Н16

гексадекан октан октен

образовавшиеся вещества могут разлагаться далее:

С8Н18 С4Н10 + С4Н8

октан бутан бутен

С4Н10 С2Н6 + С2Н4

бутан этан этилен (этен)

Выделившийся в процессе крекинга этилен широко используется для производства полиэтилена и этилового спирта.

Расщепление молекул углеводородов протекает по радикальному механизму. Вначале образуются свободные радикалы:

СН3 – (СН2)6 – СН2:СН2 – (СН2)6 – СН3 t

t CН3 – (СН2)6 – СН2. +. СН2 – (СН2)6 – СН3

Свободные радикалы химически очень активны и могут участвовать в различных реакциях. В процессе крекинга один из радикалов отщепляет атом водорода (а), а другой – присоединяет (б):

а) CН3 – (СН2)6 – СН2. СН3 – (СН2)5 – СН=СН2 + НО

1-октен

б)CН3 – (СН2)6 – СН2. + СН3 – (СН2)6 – СН3

октан

Различают 2 вида крекинга: термический и каталитический.

Термический крекинг

Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-5500 С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода.

В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки.

В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя. Для устранения этого вредного действия к такому бензину добавляют окислители.

Каталитический крекинг

Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450-5000 С).

Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, т.е. образуются углеводороды с разветвленной цепью атомов углеродов.

Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью, ибо в нем содержатся углеводороды с разветвленной цепью углеродных атомов.

В бензине каталитического крекинга непредельных углеводородов содержится меньше, и поэтому процессы окисления и полимеризации в нем не протекают. Такой бензин более устойчив при хранении.

Риформинг

Риформинг –промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Сырьем служит бензинолигроиновая фракция нефти. Продукты, получаемые из нефти, их применение

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Вначале от нее отделяют растворенные углеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефть нагревают. Первыми переходят в газообразное состояние и отгоняются углеводороды с небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкую температуру кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды с более высокой температурой кипения. Таким образом можно собрать отдельные смеси (фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции, которые затем подвергаются дальнейшему разделению. Основные фракции нефти следующие:

1. Фракция, собираемая от 400 до 2000 С, - газолиновая фракция бензинов – содержит углеводороды от С5Н12 до С11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракции получают: газолин (от 400 до 700 С), бензин (от 700 до 1200 С) – авиационный, автомобильный и т.д.

2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 1500 до 2500 С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30. Лигроин применяется как горючее для тракторов.

3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26 до С18Н38 с температурой кипения от 1800 до 3000С. керосин после очистки используется в качестве горючего для тракторов, реактивных самолетов и ракет.

4. Газойль (выше 2750 С) – дизельное топливо.

5. Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции:

a) Соляровые масла – дизельное топливо,

b) Смазочные масла (авиатракторные, авиационные, индустриальные и др.),

c) Вазелин (основа для косметических средств и лекарств).

И др.

Из некоторых сортов нефти получают парафин (для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остается гудрон. Его широко применяют в дорожном строительстве.

3. Задача на нахождение молекулярной формулы органического соединения по массам продуктов сгорания.

Билет 4

1. Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

2. Фенол, строение, свойства, применение.

3. Опыт на определение с помощью характерных реакций каждого из 3-х предложенных органических веществ.

Билет 5.

1. Общая характеристика металлов, их физические и химические свойства.

Элементы, образующие простые вещества — металлы, занимают левую нижнюю часть периодической системы (для наглядности можно сказать, что они расположены влево от диагонали, соединяющей Be и полоний, №84), также к ним относятся элементы побочных (Б) подгрупп.

Для атомов металлов характерно небольшое число электронов на внешнем уровне. Так, у натрия на внешнем уровне расположен 1 электрон, у магния — 2, у алюминия — 3 электрона. Эти электроны сравнительно слабо связаны с ядром, что обуславливает характерные физические свойства металлов:

электрическую проводимость,

хорошую теплопроводность,

ковкость, пластичность.

Металлы также отличает характерный металлический блеск.

В химических реакциях металлы выступают в роли восстановителей:

1. При взаимодействии с кислородом металлы образуют оксиды, например, магний сгорает с образованием оксида магния:

2Mg + O2 = 2MgO

Наиболее активные металлы (щелочные) при горении на воздухе образуют пероксиды:

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид натрия)

2. Активные металлы, например, натрий, реагируют с водой с образованием гидроксидов:

2Na + 2HOH = 2NaOH + H2↑

или оксидов, как магний при нагревании:

Mg + H2O = MgO + H2↑

3. Металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее водорода (Н), вытесняют водород из кислот (кроме азотной). Так, цинк реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида цинка и водорода:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

Металлы, в том числе правее водорода, за исключением золота и платины, реагируют с азотной кислотой, с образованием различных соединений азота:

Cu + 4HNO3 (конц.) = Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2↑

Коэффициенты в этих уравнениях легче расставить методом электронного баланса. Проставляем степени окисления:

Cu0 + 4HN+5O3 = Cu+2(NO3)2 + 2H2O + 2N+4O2↑

Записываем элементы с изменившейся степенью окисления:

Cu0 − 2e− → Cu+2 2* 1** — восстановитель

N+5 + 1e− → N+4 2 — окислитель

2. Аминокислоты, состав, свойства. Биологическая роль аминокислот.

3. Задача на вычисление практического выхода (в %) продукта реакции.

Билет 6

1. Строение атомов химических элементов и закономерности в изменении их свойств на примере: а) элементов одного периода, б) элементов одной главной подгруппы.

2. Крахмал, строение, свойства и применение.

3. Опыт на подтверждение качественного состава данного неорганического вещества.

Билет 7

1. Окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степени окисления. Широко распространенными реакциями этого типа являются реакции горения. Также сюда относятся реакции медленного окисления (коррозия металлов, гниение органических веществ).

Степень окисления элемента показывает число смещенных (притянутых или отданных) электронов. В простых веществах она равна нулю. В бинарных соединениях (состоящих из 2-х элементов) равна валентности, перед которой ставится знак (поэтому иногда ее называют «условным зарядом»).

В веществах, состоящих из 3-х и более элементов, степень окисления можно рассчитать с помощью уравнения, взяв неизвестную степень окисления за «икс», а общую сумму приравняв к нулю. Например, в азотной кислоте HNO3 степень окисления водорода +1, кислорода −2, получаем уравнение: +1 + x −2 • 3 = 0

x = +5

Элемент, присоединяющий электроны, называется окислителем. Элемент, являющийся донором электронов (отдающий электроны), называется восстановителем.

_2 e−_

l ↓

Fe0 + S0 = Fe+2S−2

При нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа. Железо является восстановителем (окисляется), сера — окислителем (восстанавливается).

S0 + O20 = S+4O2−2

В этой реакции сера является восстановителем, кислород окислителем. Образуется оксид серы (IV)

Можно привести пример с участием сложного вещества:

Zn0 + 2H+1Cl = Zn+2Cl2 + H20↑

цинк — восстановитель, водород соляной кислоты — окислитель.

Можно привести пример с участием сложного вещества и составить электронный баланс:

Cu0 + 4HN+5O3 = Cu+2(NO3)2 + 2H2O + 2N+4O2↑

конц. Cu0 − 2e− → Cu+2 2 1 — восстановитель

N+5 + 1e− → N+4 2 — окислитель

2. Амины, их свойства, применение.

3. Задача на нахождение молекулярной формулы органического вещества по его относительной плотности и массам продуктов сгорания.

Билет 8.

1. Кристаллические решетки веществ с различным типом химической связи, зависимость свойств веществ от типа кристаллической решетки.

Типы кристаллических решеток:

1. Ионная — в узлах кристаллической решетки расположены положительные и отрицательные ионы. Характерна для веществ с ионной связью: соединений галогенов с щелочными металлами (NaCl), щелочей (NaOH) и солей кислородсодержащих кислот (Na2SO4).

2. Атомная — в узлах кристаллической решетки атомы, связанные ковалентными связями: алмаз, кремний.

Вещества с ионными и атомными кристаллическими решетками обладают высокими твердостью и температурой плавления.

3. Молекулярная кристаллическая решетка образована молекулами, связанными слабыми межмолекулярными взаимодействиями, поэтому такие вещества непрочные, легкоплавкие (лёд, сера), зачастую возгоняются, т.е. при нагревании испаряются, минуя жидкую фазу, как сухой лёд CO2, йод I2

4. Металлическая кристаллическая решетка характерна для металлов, например, Fe

2. Ацетилен – представитель углеводородов с тройной связью в молекуле. Свойства, получение и применение ацетилена.

3. Опыт на получение амфотерного гидроксида и проведения химических реакций, характеризующих его свойства.

Билет 9

1. Соли, их свойства на основе представлений об электролитической диссоциации.

2. Альдегиды, их строение и свойства. Отдельные представители

альдегидов: формальдегид, уксусный альдегид.

3. Задача на определение объема газа необходимого для получения продукта определенной массы.

Билет 10

1. Дисперсные системы, их роль в природе и производственных процессах.

Дисперсные системы - гетерогенные системы из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. Обычно одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, в объеме которой распределена дисперсная фаза (или неск. дисперсных фаз) в виде мелких кристаллов, твердых аморфных частиц, капель или пузырьков. Д. с. могут иметь и более сложное строение, напр., представлять собой двухфазное образование, каждая из фаз которого, будучи непрерывной, проникает в объем др. фазы. К таким системам относятся твердые тела, пронизанные разветвленной системой каналов-пор, заполненных газом или жидкостью, некоторые микрогетерогенные полимерные композиции и др. Нередки случаи, когда дисперсионная среда "вырождается" до тончайших слоев (пленок), разделяющих частицы дисперсной фазы.

По агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют след. осн. виды Д. с.:

1) аэродисперсные (газодисперсные) системы с газовой дисперсионной средой: аэрозоли (дымы, пыли, туманы), порошки, волокнистые материалы типа войлока.

2) Системы с жидкой дисперсионной средой; дисперсная фаза м. б. твердой (грубодисперсные суспензии и пасты, высокодисперсные золи и гели), жидкой (грубодисперсные эмульсии, высокодисперсные микроэмульсии и латексы) или газовой (грубодисперсные газовые эмульсии и пены).

3) Системы с твердой дисперсионной средой: стеклообразные или кристаллич. тела с включениями мелких твердых частиц, капель жидкости или пузырьков газа, напр., рубиновые стекла, минералы типа опала, разнообразные микропористые материалы.

Классификация дисперсных систем по агрегатным состояниям фаз.

Дисперсная фаза

Примеры дисперсных систем

Твердая

Рубиновое стекло; пигментированные волокна; сплавы; рисунок на ткани, нанесенный методом пигментной печати

Жидкая

Жемчуг, вода в граните, вода в бетоне, остаточный мономер в полимерно-мономерных частицах

Газо- образная

Газовые включения в различных твердых телах: пенобетоны, замороженные пены, пемза, вулканическая лава, полимерные пены, пенополиуретан

Твердая

Суспензии, краски, пасты, золи, латексы

Жидкая

Эмульсии: молоко, нефть, сливочное масло, маргарин, замасливатели волокон

Газо- образная

Пены, в том числе для пожаротушения и пенных технологий замасливания волокон, беления и колорирования текстильных материалов

Твердая

Дымы, космическая пыль, аэрозоли

Жидкая

Туманы, газы в момент сжижения

Газообразная

Газо- образная

Коллоидная система не образуется

Частицы в дисперсных системах обычно имеют распределение по размерам, поэтому знание студентами способов определения параметров этих распределений позволит им правильно понимать, что свойства коллоидных систем являются функцией не только степени раздробленности (дисперсности) измельченной (дисперсной) фазы, но и ее распределения по размерам частиц.

Этот факт проявляется в тех производственных дисперсных системах, которые применяются в производстве и облагораживании текстильных материалов, например, при использовании дисперсных и сернистых красителей или дисперсий пигментов при печатании рисунков на тканях и окрашивании волокон в массе. В процессе хранения в дисперсных системах (красках) на основе пигментов или в колорированной массе волокнообразующего полимера происходит выделение грубодисперсной фракции или неравномерное распределение частиц в массе полимера, что может изменить оттенок или даже цвет колорированных волокон, так как интенсивность отражения света и его рассеяние зависят от размера частиц.

Определение размера частиц или капель эмульсии важно также и для создания эффективного процесса эмульсирования натуральных волокон в процессе их переработки или при авиважной обработке синтетических волокон. Взаимодействие волокон с частицами, например, полимера латексов, применяемых для склеивания волокон в нетканых материалах или при аппретировании тканей, зависит от их размера, поэтому при рассмотрении теоретических аспектов прилипания частиц к волокнам, коагуляции (агрегирования частиц) и гетерокоагуляции (осаждения частиц на волокнах), умение определять размеры частиц несомненно должно представлять собой один из важнейших навыков.

2. Анилин, строение, свойства, применение.

3. Опыт на определение характера среды в растворах солей.

Билет 11

1. Растворы. Растворимость веществ.

Раствор - смесь, в которой частицы какого-либо твердого, жидкого, газообразного вещества равномерно распределены между молекулами жидкого вещества. Растворами называются гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав которых может непрерывно меняться в определенных пределах. Компоненты растворов подразделяют на растворитель и растворенные вещества. Обычно растворителем считают то вещество, которое в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и образовавшийся раствор. Если до образования раствора оба вещества находились в одном и том же агрегатном состоянии, растворителем считается то вещество, которое находится в большем количестве.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Жидкие растворы - это растворы солей, сахара, спирта в воде. Кровь, лимфа, моча - тоже жидкие растворы. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы - это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы - это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.).

Твердые растворы - сплавы металлов.

Газообразные растворы - воздух и другие смеси газов.

Растворы, их классификация

По величине частиц растворенного вещества различают взвеси, коллоидные и истинные растворы.

При смешивании некоторых веществ (глины, керосина) с водой образуются не растворы,а мутные смеси, которые называются взвесями.

Взвеси или грубодисперсные растворы - малоустойчивые системы, частицы в них очень велики по сравнению с размерами молекул, эти системы непрочны, и распределенное вещество сравнительно быстро оседает или поднимается вверх. В зависимости от агрегатного состояния распределенного вещества взвеси подразделяются на суспензии и эмульсии. Суспензии образуются при распределении твердых частиц в жидкости (Пример суспензий- смесь глины с водой., а эмульсии состоят из двух несмачивающихся (расслаивающихся) жидкостей.(Например, эмульсии образуются при взбалтывании бензина, масла с водой.) Суспензии и эмульсии с течением времени отстаиваются.

Промежуточное положение между взвесями и молекулярными растворами занимают коллоидные системы. При неизменных внешних условиях коллоидные растворы достаточно устойчивы.

Истинные или молекулярные растворы, обычно просто растворы, очень устойчивы, не разделяются при сколь угодно долгом стоянии.

Название раствора

Частицы

Размер частиц,см

Взвеси

Более 10-4

Коллоидный

Макромолекулы или агрегаты молекул

10-6-10-4

Истинный

Молекулы или ионы

Менее 10-6

По количеству растворенного вещества в определенном количестве растворителя различают: разбавленные, концентрированные и насыщенные

Растворимость веществ

Способность вещества растворяться в воде или другом растворителе называется растворимостью. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.

По растворимости в воде вещества делят на три группы:

1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000 г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.

2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г вещества в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaS04 * 2Н20) растворяется в 1000 г воды.

3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г вещества в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 * 10_3 г AgCl.

При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.

Насыщенный раствор - это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.

Ненасыщенный раствор -- это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.

Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.

Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора.

Скорость процесса растворения зависит от растворяемых веществ, состояния их поверхностей, температуры растворителя и концентрации конечного раствора.

Не следует смешивать понятия «насыщенный» и «разбавленный» раствор. Например, насыщенный раствор хлорида серебра (1.5*10-3г/л) явл. весьма разбавленным, а ненасыщенный р-р сахара(1000г/л)- концентрированным.

Название раствора

Характеристика

Разбавленный

Содержит очень мало растворенного вещества

Концентрированный

Содержит много растворенного вещества

Насыщенный

Раствор, в кот. при данной температуре данное вещество больше не растворяется

2. Ароматические углеводороды, Бензол, структурная формула, свойства и получение

3. Задача на вычисление массы продукта реакции по известной массе раствора исходного вещества с определенной массовой долей.

Билет 12

1. Оксиды, классификация, свойства.

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.

Оксиды делят на кислотные, осно́вные, амфотерные и несолеобразующие (безразличные).

Кислотным оксидам соответствуют кислоты. Кислотными свойствами обладают большинство оксидов неметаллов и оксиды металлов в высшей степени окисления, например CrO3.

Многие кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислот. Например, оксид серы (IV), или серни́стый газ, реагирует с водой с образованием серни́стой кислоты:

SO2 + H2O = H2SO3

Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды. Например, оксид углерода (IV), или углекислый газ, реагирует с гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия (соды):

CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

Осно́вным оксидам соответствуют основания. К осно́вным относятся оксиды щелочных металлов (главная подгруппа I группы),

магния и щелочноземельных (главная подгруппа II группы, начиная с кальция), оксиды металлов побочных подгрупп в низшей степени окисления (+1+2).

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой с образованием оснований. Так, оксид кальция реагирует с водой, получается гидроксид кальция:

CaO + H2O = Ca(OH)2

Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды. Оксид кальция реагирует с соляной кислотой, получается хлорид кальция:

CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O

Амфотерные оксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами. Так, оксид цинка реагирует с соляной кислотой, получается хлорид цинка:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

Оксид цинка взаимодействует и с гидроксидом натрия с образованием цинката натрия:

ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O

С водой амфотерные оксиды не взаимодействуют. Поэтому оксидная пленка цинка и алюминия защищает эти металлы от коррозии.

Несолеобразующим (безразличным) оксидам не соответствуют гидроксиды, они не реагируют с водой. Несолеобразующие оксиды не реагируют ни с кислотами, ни со щелочами. К ним относится оксид азота (II) NO.

Иногда к несолеобразующим относят угарный газ, но это неудачный пример, т.к. этот оксид реагирует с гидроксидом натрия с образованием соли:

CO + NaOH = HCOONa

2. Предельные углеводороды, общая формула и химическое строение гомологов данного ряда. Химические свойства и применение алканов.

3. Опыт на определение с помощью характерных реакций каждого из трех предложенных органических веществ.

Билет 13

1. Кислоты, их классификация и свойства на основе представлений об электролитической диссоциации.

2. Синтетические волокна

это химические волокна, получаемые из синтетических полимеров. Синтетические волокна формуют либо из расплава полимера (полиамида, полиэфира, полиолефина), либо из раствора полимера (полиакрилонитрила, поливинилхлорида, поливинилового спирта) по сухому или мокрому методу.

Их выпускают в виде текстильных и кордных нитей, моноволокна, а также штапельного волокна. Разнообразие свойств исходных синтетических полимеров позволяет получать синтетические волокна с различными свойствами, тогда как возможности варьировать свойства искусственных волокон очень ограничены, поскольку их формуют практически из одного полимера (целлюлозы или её производных). Синтетические волокна характеризуются высокой прочностью, водостойкостью, износостойкостью, эластичностью и устойчивостью к действию химических реагентов.

Производство синтетических волокон развивается более быстрыми темпами, чем производство искусственных волокон. Это объясняется доступностью исходного сырья и быстрым развитием сырьевой базы, меньшей трудоёмкостью производственных процессов и особенно разнообразием свойств и высоким качеством синтетических волокон. Поэтому синтетические волокна постепенно вытесняют не только натуральные, но и искусственные волокна в производстве некоторых товаров народного потребления и технических изделий.

Синтетические волокна очень мало впитывают влаги или вообще не впитывают, поэтому изделия из них легко стираются и быстро сохнут. Из-за плохой способности впитывать влагу они не так удобны при носки на теле, как натуральные волокна. Полиамид

Старейшим синтетическим волокном является нейлон, метод получения которого был запатентован в 1938 году в США. Благодаря прочности и стойкости к трению полиамид применяется для получения таких ниток, которые нужны, например, для штопки. Полиамид обычно используется в смеси с шерстью или полиакрилом, и его доля примерно 20-30%. В этом случае износостойкость изделия, связанного из такой смеси, в четыре раза выше, чем изделия, связанного из 100-процентной шерсти.

Торговые наименования: Nylon, Antron, Enkalon.

Полиэстер

Прочное, немнущееся, светостойкое волокно, используется главным образом при изготовления готовой одежды, драпировочных тканей и искусственной ваты.

Торговые наименования: Dacron, Diolen, Crimplene, Terylene, Trevira.

Полиакрил

Мягкое, легкое, теплое волокно, которое имеет большое значение при изготовлении пряжи для рукоделия. Изделия из полиакрила отличаются мягкостью и кажутся «шерстяными». Они теплые, поскольку пушистый материал способен связывать много воздуха. Полиакриловые волокна относительно дешевые, поэтому их много используют вместе с шерстью.

Торговые наименования: Dralon, Courtelle, Orion, Acrilan.

Полипропилен

Прежде волокно использовалось только для получения драпировочных тканей, но в последние годы область применения распространилась на производство колготок и спортивной одежды, а также пряжи для рукоделия. Полипропеновое волокно износоустойчиво, за ним хорошо ухаживать, оно не впитывает влагу и направляет выделяемую теплом влагу в верхние слои одежды, оставляя постоянно ощущение сухости. Поэтому полипропен наилучшим образом подходит для изготовления спортивной одежды.

Торговое наименование: Meraklon.

Получение сырья для производства синтетики

Сырье для искусственных волокон получают путем выделения из веществ, образующихся в природе: (н-р: из древесины выделяют целлюлозу, из молока – казеин и т.п.). Предварительная обработка сырья состоит в его очистке от механических примесей и иногда в химической обработке для превращения природного полимера в новое полимерное соединение.

Для получения вискозного волокна на целлюлозно-бумажных комбинатах древесину измельчают и отваривают в щелочном растворе. В результате получается серая целлюлозная масса, которая отбеливается и прессуется в листы картона. Картон отправляют на предприятия химического волокна для дальнейшей переработки и получения волокон.

Сырье для синтетических волокон получают путем реакций синтеза (полимеризации и поликонденсации) полимеров из простых веществ (мономеров) на предприятиях химической промышленности. Предварительной обработки это сырье не требует.

Полимеризация - это процесс получения полимеров путём последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру на конце растущей цепи. Молекула мономера, входя в состав цепи, образует её мономерное зерно. Число таких звеньев в макромолекуле называется степенью полимеризации.

Поликонденсация - это процесс получения полимеров из биили полифункциональных соединений (мономеров), сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.).

Формование волокон

Процесс формования волокон состоит из следующих этапов:

продавливание прядильного раствора через отверстия фильер,

затвердевание вытекающих струек,

наматывание полученных нитей на приемные устройства.

3. Задача на вычисление массы продукта реакции по известному объему исходного вещества.

Билет 14

1. Предельные одноосновные кислоты, их строение и свойства на

примере уксусной кислоты.

2. Неметаллы. Окислительные и восстановительные свойства неметаллов.

3. Опыт на определение с помощью характерных реакций каждого из 3 предложенных неорганических веществ.

Билет 15

1. Предельные одноатомные спирты, их строение, физические и

химические свойства. Получение и применение этилового спирта.

2. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. Принцип

Ле-Шателье.