Теоретические вопросы. (для студентов факультета биологии и экологии Ярославского государственного университета им

ПРОГРАММА

ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

(для студентов факультета биологии и экологии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова

Направления 020100 «Химия»,

Очной формы обучения

Теоретические вопросы

по дисциплине «Неорганическая химия»

1. Определение направления окислительно-восстановительных реакций, предсказание термодинамической вероятности протекания той или иной окислительно-восстановительной реакции. Классификация ОВР. Электролиз. Электрохимические источники энергии. Коррозия как электрохимический процесс.

2. Строение атома. Волновая природа электрона. Физический смысл уравнения Шредингера. Волновая функция. Понятие о квантовых числах. Атомные орбитали, их энергии и граничные поверхности. Порядок заполнения электронами атомных орбиталей. Электронная конфигурация атомов. Понятия: орбитальный радиус и энергия ионизации атома, сродство к электрону и электроотрицательность.

3. Периодический закон Д.И. Менделеева. Современная формулировка Периодического закона. Структура периодической системы и ее связь с электронной структурой атомов. Периодичность в изменении электронной конфигурации атомов.

4. Понятие о химической связи. Характеристики химической связи. Основные положения метода валентной связи (ВС). Понятие о гибридизации атомных орбиталей. Донорно-акцепторное взаимодействие. Недостатки метода ВС. Модель Гиллеспи: основные положения, применение и ограничения. Металлическая связь как особый случай ковалентной связи.

5. Основные положения метода молекулярных орбиталей (МО). Метод МО ЛКАО. Двухцентровые двухэлектронные МО. Особенности σ - и π - связывания. Энергетические диаграммы двухатомных гомоядерных молекул и ионов, образованных элементами 1-го и 2-го периодов, простейших гетероядерных молекул (CO, НF, LiH). Ионная связь и её характеристики. Водородная связь. Слабые взаимодействия: ван-дер-Ваальсовы силы.

6. Строение комплексных соединений. Метод валентных связей (МВС), теория кристаллического поля (ТКП), спектрохимический ряд, эффект Яна-Теллера, метод молекулярных орбиталей (ММО) в применении к комплексным соединениям. Номенклатура, получение, изомерия, химические свойства, разрушение комплексных соединений.

7. Химия переходных элементов. Положение переходных элементов в ПС. Закономерности в изменении электронной конфигурации, величин радиусов, энергии ионизации атомов. Характерные степени окисления элементов и координационные числа атомов. Закономерности в изменении основных химических и физических свойств в группе. Закономерности в строении и свойствах оксидов и гидроксидов. Получение и применение переходных элементов.

8. Многообразие типичных форм гомо- и гетероатомных соединений элементов 17 – й группы. Строение молекул галогенов (МО ЛКАО), межмолекулярные взаимодействия, их физические и химические свойства. Галогеноводороды. Кислородсодержащие кислоты. Изменение строения и свойств в ряду НГО–НГO₂–НГО₃–НГO₄. Строение и свойства ортоиодной кислоты H₅IO₆.

9. Отличительные особенности элементов 16-й группы. Закономерности в изменении физических и химических свойств простых веществ. Особенности строения, закономерности в изменении физических и химических свойств водородных соединений, оксидов и кислот.

10. Отличительные особенности элементов 15-й группы. Закономерности в изменении физических и химических свойств простых веществ. Особенности строения, закономерности в изменении физических и химических свойств водородных соединений ЭН₃. Состав, строение и закономерности в изменении свойств оксидов азота, фосфора. Особенности строения, закономерности в изменении свойств кислот: HNO₂, HNO₃, Н₃РO₂, Н₃РО₃, Н₃РO₄.

по дисциплине «Физическая химия»

1. Идеальные и реальные газы. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Критическое состояние и критические параметры. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Закон соответственных состояний.

2. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия – термодинамические функции состояния системы. Закон Гесса и следствие из него. Понятие о теплотах образования и сгорания. Стандартный тепловой эффект и его расчет.

3. Второе начало термодинамики. Изменение энтропии как критерий самопроизвольности процессов и равновесия в изолированных системах. Статистическая природа второго начала термодинамики. Энергия Гельмгольца и энергия Гиббса как критерии самопроизвольности процессов и равновесия в неизолированных системах. Уравнение изотермы химической реакции.

4. Фаза, составляющее вещество, число компонентов и число степеней свободы. Условие равновесия фаз. Правило фаз. Диаграммы состояния однокомпонентных систем. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона и его применение для процессов испарения и плавления.

5. Идеальные растворы. Закон Рауля. Условия образования идеальных растворов. Диаграммы «Состав – давление пара», «Состав – температура кипения». Неидеальные растворы. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля и их причины. Законы Коновалова. Азеотропные растворы.

6. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Сильные и слабые электролиты. Электрическая проводимость растворов электролитов. Удельная и молярная электропроводность, их зависимости от концентрации и температуры. Подвижности ионов.

7. Двойной электрический слой и его строение. Гальванический элемент. Элемент Якоби – Даниэля. Уравнение Нернста. Термодинамика гальванического элемента. Классификация электродов. Расчет потенциала отдельных электродов по уравнению Нернста.

8. Скорость химической реакции. Закон действия масс. Константа скорости. Молекулярность и порядок реакции. Общий и частный порядки. Методы определения порядка реакции. Реакции первого, второго и нулевого порядков.

9. Типы сложных химических реакций. Цепные реакции и их стадии. Метод квазистационарных концентраций. Кинетика неразветвленных и разветвленных цепных реакций.

10. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Теория активных соударений. Физический смысл энергии активации. Стерический фактор. Теория активированного комплекса.

по дисциплине «Органическая химия»

1. Основные положения теории строения и реакционная способность органических соединений. Химическая связь в органических соединениях. Кислоты и основания в органической химии.

2. Классификация органических реакций по типу химических превращений. Классификация реагентов. Типы промежуточных частиц и механизмы органических реакций.

3. Основы стереохимии и конформационного анализа. Влияние пространственного строения на реакционную способность органических соединений. Оптическая изомерия.

4. Сопряженные органические системы. Особенности строения и реакционная способность. Диеновые соединения. Ароматические структуры. Понятие ароматичности, особенности строения и реакционной способности.

5. Реакции электрофильного замещения в ароматическом ряду. Правила ориентации при электрофильном замещении в ароматическом ряду и особенности строения ароматических соединений.

6. Реакции нуклеофильного замещения. Классификация, механизмы, закономерности. Нуклеофильное замещение у насыщенного атома углерод. Ароматическое нуклеофильное замещение.

7. Современный органический синтез. Планирование многостадийных синтезов. Основные понятия ретросинтетического анализа. Типы стратегий в ретросинтетическом анализе. Защитные группы в органическом синтезе.

8. Гетероциклические системы. Пяти- и шестичленные гетероциклические соединения. Синтез, свойства, применение. Природные и биологически активные гетероциклические соединения.

9. Кислородсодержащие органические соединения. Строение, свойства. Алифатические спирты и фенолы. Альдегиды и кетоны. Карбоновые кислоты. Простые и сложные эфиры.

10. Азотсодержащие органические соединения. Строение, свойства.

по дисциплине «Аналитическая химия»

1. Сущность гравиметрического анализа. Прямые и косвенные гравиметрические методы определения. Требования к осаждаемой и гравиметрической формам. Важнейшие органические и неорганические осадители.

2. Окислительно-восстановительное титрование. Способы определения конечной точки в окислительно-восстановительном титровании. Методы окислительно-восстановительного титрования. Практическое применение методов окислительно-восстановительного титрования

3. Сущность титриметрических методов анализа, классификация. Основные приемы титрования. Требованиям к веществам, из которых готовят стандартные растворы. Методика их приготовления. Виды кривых титрования, скачок титрования, точка эквивалентности и конечная точка титрования.

4. Осадительное титрование. Методы, построение кривых титрования, практическое применение (аргентометрия).

5. Общие принципы хроматографии. Классификация хроматографических методов. Жидкостно-адсорбционная хроматография, жидкостно-жидкостная хроматография, газо-жидкостная хроматография (механизмы разделения, природа подвижной и неподвижной фаз, области применения).

6. Общая характеристика электрохимических методов. Классификация. Вольтамперометрия. Кондуктометрия. Прямая потенциометрия. Ионометрия. Потенциометрическое титрование (использование реакций кислотно-основных, осаждения, комплексообразования, окисления-восстановления).

7. Масс-спектрометрия. Основы метода (методы ионизации и фрагментации молекул). Принципиальная схема масс-спектрометра (электронный удар). Идентификация и определение органических веществ. Хроматомасс-спектрометрия.

8. Общие представления о резонансных методах. ПМР-спектроскопия: условие резонанса, основные параметры спектров (химический сдвиг, спин-спиновое взаимодействие и др.,), блок-схема прибора, возможности метода. ЭПР-спектроскопия: условие резонанса, основные параметры спектров (g-фактор, ширина полосы поглощения, интенсивность сигнала, сверхтонкая структура), спиновые метки и зонды, применение метода.

9. Молекулярная люминесцентная спектроскопия. Классификация видов люминесценции по источникам возбуждения (хемилюминесценция, биолюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция и др.). Флуоресценция и фосфоресценция. Законы и правила люминесценции: Стокса, Каши, Вавилова. Люминесцентные метки и зонды. Количественный анализ люминесцентным методом. Возможности метода.

10. Молекулярная абсорбционная спектроскопия.Основной закон светопоглощения в спектрофотометрии (Бугера-Ламберта-Бера). Причины отклонения от закона. Механизмы поглощения видимых, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Применение электронной и колебательной спектроскопии.

по дисциплине «Химические основы жизни»

1. Функции белков в живых организмах. Их структура, свойства и синтез. Роль слабых взаимодействий и воды в поддержании структуры белков.

2. Функции нуклеиновых кислот в живых организмах. Принцип комплементарности и его роль при воспроизведении и реализации генетической информации в клетке.

3. Функции углеводов в живых организмах. Их структура, свойства, синтез. Понятие о анаэобных и аэробных превращениях.

4. Функции липидов (жиров) в живых организмах. Их структура, свойства и синтез. Понятие о распаде жиров, β-окислении жирных кислот.

по дисциплине «Высокомолекулярные соединения»

1. Основные понятия и определения: полимер, олигомер, макромолекула, мономерное звено, степень полимеризации, контурная длина цепи. Молекулярные массы и молекулярно-массовые распределения. Важнейшие свойства полимерных веществ, обусловленные большими размерами, цепным строением и гибкостью макромолекул. Роль полимеров в живой природе, их значение как промышленных материалов. Природные и синтетические полимеры.

2. Классификация основных методов получения полимеров. Полимеризация. Типы инициаторов. Реакции зарождения, роста и обрыва цепи. Катализаторы и сокатализаторы. Поликонденсация. Типы реакций поликонденсации. Основные различия полимеризационных и поликонденсационных процессов.

3. Особенности химических реакций в полимерах по сравнению с химическими свойствами низкомолекулярных соединений. Особенности реакционной способности функциональных групп макромолекул. Химические реакции, не приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул. Химические реакции, приводящие к изменению степени полимеризации макромолекул. Деструкция полимеров и ее механизм. Принципы стабилизации полимеров. Сшивание полимеров.

по дисциплине «Химическая технология»

1. Химическая технология. Определение. Предмет, цель изучения, методы исследования. Связь с другими дисциплинами. Классификация химической технологии. Химическое производство. Основные компоненты химического производства Требования к химическому производству. Технические, экономические и эксплутационные показатели химического производства и химико-технологического процесса.

2. Химические процессы и реакторы. Классификация химико-технологических процессов и соответствующих реакторов. Основные требования к промышленным реакторам. Модели идеальных реакторов. Температурный режим реакторов.

3. Химическое производство как сложная система. Основные этапы создания химико-технологических систем (ХТС). Модели ХТС. ХТС и сырьевые ресурсы. Фундаментальные критерии эффективности использования сырья и энергоресурсов в ХТП. Основные направления повышения эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов. Комплексное использование сырья.