2.6. Естественно-научные знания о веществе

История развития знаний о веществе. Фундаментальные законы о составе и свойствах вещества. Периодический закон химических элементов. Масштабы химической индустрии. Современные средства управления химическими процессами. Синтез органических и неорганических соединений. Селективный и фотохимический синтез. Биосинтез. Современный катализ. Основные виды катализа. Образование земных и внеземных веществ. Запасы и потребление природного сырья. Металлы, неметаллическое сырье, углерод. Вторичное сырье. Органическое сырье: нефть, уголь, природный газ, биомасса, древесина и др. Новые химические элементы. Радиоактивные изотопы. Плазмохимические процессы. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Химические реакции при высоких давлениях. Синтез алмазов. Синтети­ческие материалы. Современные пластмассы. Эластомеры. Синтетические ткани. Традиционные материалы с новыми свойствами. Средства сохранения материалов. Замена материалов. Перспективные материалы.

Темы для обсуждения

1. Современные естественно-научные знания о свойствах вещества.

2. Фундаментальные законы о составе, структуре и свойствах вещества.

3. Развитие химической индустрии.

4. Средства управления химическими процессами.

5. Синтез веществ — основа современных технологий.

6. Образование и свойства внеземных веществ.

7. Запасы и потребление природного сырья.

8. Добыча и рациональное потребление органического сырья.

9. Перспективные химические процессы.

10. Производство и свойства синтетических материалов.

11. Традиционные материалы с новыми свойствами.

12. Перспективные материалы.

Контрольные вопросы

1. Что является предметом изучения химии?

2. Дайте краткую характеристику истории развития химических знаний.

3. Какие задачи ставили алхимики?

4. Дайте определение химического элемента.

5. В чем заключается сущность учения Р. Бойля о составе вещества?

6. Почему теория флогистона оказалась ошибочной?

7. Сформулируйте закон кратных отношений.

8. В чем сущность теории химического строения вещества? Кто ее впервые предложил?

9. Дайте современную формулировку Периодического закона химических элементов.

10. Что означает молекулярный уровень современных естественно-научных знаний о веществе?

11. Охарактеризуйте масштабы современной химической индустрии.

12. Приведите цифры, характеризующие потребление химической продукции во второй половине XX в. в расчете на одного человека.

13. Сколько ежедневно всего в мире синтезируется новых химических соединений?

14. Назовите основные средства управления химическими процессами.

15. Какая минимальная длительность химических процессов доступна современным техническим средствам измерений?

16. Какова роль лазерного излучения в управлении химическими процессами?

17. В чем заключается сущность метода хроматографии?

18. Какие современные технические средства используются для определения структуры сложных молекул?

19. Какова специфика современного синтеза органических и неорганических соединений?

20. Что означает селективный синтез вещества?

21. Каков молекулярный механизм фотохимического синтеза?

22. Какова роль хиральных центров в биосинтезе?

23. Что такое катализ?

24. Назовите основные виды катализа.

25. Почему при наличии катализатора ускоряется химическая реакция?

26. Для производства каких материалов применяется гетерогенный катализ?

27. Чем отличается гомогенный катализ от гетерогенного?

28. Как обеспечивается управление химическим процессом при электрокатализе?

29. Что такое фотокатализ?

30. Что называется ферментативным катализом?

31. Какова особенность химического состава метеоритов?

32. Как определяется химический состав космических объектов?

33. Приведите цифры, характеризующие содержание химических элементов в земной коре.

34. В чем заключаются перспективные способы добычи природного сырья?

35. Дайте краткую характеристику природных запасов металлов.

36. Каковы природные запасы неметаллического сырья?

37. Приведите цифры, характеризующие распределение углерода в природной среде.

38. Каковы перспективы использования вторичного сырья?

39. Назовите основные виды органического сырья.

40. Как производится добыча нефти?

41. Какие операции включает переработка нефти?

42. Каковы перспективы использования угля?

43. Для чего используется природный газ?

44. Почему горючие сланцы, смоляные пески и торф не нашли широкого применения?

45. Преимущества и недостатки использования биомассы как природного сырья.

46. Для каких целей использование древесины наиболее рационально?

47. В чем заключается важнейшая особенность лесных массив?

48. Какие новые химические элементы открыты во второй половине XX в.?

49. Как получаются сверхтяжелые трансурановые элементы?

50. Что такое остров стабильности?

51. Где применяются радиоактивные изотопы?

52. Какова причина радиоактивной эйфории и радиофобии?

53. Назовите основные перспективные химические процессы.

54. Каковы условия протекания плазмохимических процессов?

55. Какие вещества получаются при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе?

56. Почему повышается химическая активность с повышением давления?

57. На чем основан промышленный синтез алмазов?

58. Назовите основные виды синтетических материалов?

59. Какими свойствами обладают современные пластмассы?

60. В чем заключается отличительная особенность эластомеров?

61. Охарактеризуйте свойства перспективных синтетических материалов.

62. Какие виды химического сырья производятся из древесины?

63. Какими свойствами обладают новые виды стекла?

64. Приведите характеристики современных силикатных и керамических материалов.

65. Назовите основные средства сохранения материалов.

66. В каких случаях производится замена материалов?

67. Как повышается прочность материалов?

68. Приведите примеры применения редких металлов.

69. Какими способами изготавливаются термостойкие материалы?

70. Где применяются нитиноловые изделия?

71. Что такое жидкие кристаллы?

72. Назовите основные сферы применения оптических материалов.

73. Дайте краткую характеристику материалов с электрическими свойствами.

74. Какими свойствами обладают материалы диссоциации металлоорганических соединений?

75. Какие материалы применяются для современных накопителей информации?

Тесты

1. Совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра называется:

а) молекулой;

б) простым веществом;

в) многоатомной молекулой;

г) химическим элементом.

2. Исключив из числа химических реагентов флогистон, закон сохранения материи и движения впервые сформулировал:

а) французский физик А.Л. Лавуазье;

б) российский ученый М.В. Ломоносов;

в) английский химик Р. Бойль;

г) российский химик A.M. Бутлеров.

3. Теорию химического строения вещества создал:

а) А.М. Бутлеров;

б) А.Л. Лавуазье;

в) Дж. Дальтон;

г) Б. Бойль.

4. В настоящее время известно химических соединений (млн):

а) ≈ 1;

б) > 10;

в) >18

г) ≈100.

5. Метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении их компонентов между двумя фазами — неподвижной и подвижной, — называется:

а) катализом;

б) качественным анализом;

в) изотопным анализом;

г) хроматографией.

6. Ускорение химической реакции посредством веществ-катализаторов, которые взаимодействуя с реагентами, в реакции не расходуются и не входят в состав конечных продуктов, называется:

а) хроматографией;

б) катализом;

в) хиральностью;

г) синтезом.

7. Если химическая реакция происходит при наличии катализатора в поверхностных слоях на границе раздела и газообразной или жидкой смеси реагентов, то катализ называется:

а) гетерогенным;

б) гомогенным;

в) селективным;

г) стереоселективным.

8. Природные или синтетические материалы, содержащие алюмосиликаты и имеющие мельчайшие пустоты и каналы, называются:

а) пористыми катализаторами;

б) твердыми катализаторами;

в) молекулярными ситами;

г) хиральными катализаторами.

9. Управление химическим процессом при изменении силы электрического тока возможно при:

а) гомогенном катализе;

б) фотокатализе;

в) электрокатализе;

г) гетерогенном катализе.

10. Превращения веществ в клетках живых организмов осуществляются посредством:

а) неорганических соединений;

б) ферментов;

в) органических соединений;

г) биостимуляторов.

11. Наука, изучающая химический состав космических тел, законы распространения и распределения химических элементов во Вселенной, называется:

а) космохимией;

б) химией метеоритов;

в) химией внеземных веществ;

г) неорганической химией.

12. Прямая геологическая разведка Луны началась в (г.):

а) 1972;

б) 1975;

в) 1969;

г) 1965.

13. Наиболее распространенными газами в космическом пространстве являются:

а) диоксид углерода;

б) преимущественно гелий;

в) азот;

г) водород и гелий.

14. В веществе поверхностного слоя земной коры преобладает содержание:

а) кремния

б) алюминия;

в) кислорода;

г) азота.

15. При современных темпах и масштабах добычи в ближайшее десятилетие будут исчерпаны металлы:

а) железо и алюминий;

б) свинец, медь, золото, серебро и др.;

в) марганец и хром;

г) никель и кобальт.

16. Алюминий занимает по распространенности в земной коре место:

а) третье;

б) четвертое;

в) второе;

г) десятое.

17. Содержание кислорода в земной коре составляет примерно (%):

а) 78;

б) 75;

в) 50;

г) 47.

18. Потребление углерода, связанного в органические ископаемые соединения, для энергетики:

а) вполне целесообразно;

б) рационально;

в) нецелесообразно;

г) будет оправдано в будущем.

19. Среди многообразия вторичного сырья металлы по потреблению занимают место:

а) третье;

б) первое;

в) четвертое;

г) пятое.

20. Технологический процесс по переработке нефти называется:

а) обогащением;

б) катализом;

в) синтезом;

г) крекингом.

21. В 2000 г. разведанные запасы нефти приблизились к (млрд т):

а) 800-1000;

б) 500-700;

в) 100-200;

г) 1200-400.

22. Предполагается, что при нынешних темпах добычи и потребления запасов нефти хватит до (г.):

а) 2010;

б) 2050;

в) 2080;

г) 2090.

23. Мировые запасы доступного для разработки угля превосходят нефтяные ресурсы в (раз):

а) 10-20;

б) 50-100;

в) 20-40;

г) 100-200.

24. Промежуточным продуктом превращения угля является синтез-газ, который состоит из:

а) оксида углерода;

б) водорода;

в) диоксида углерода и водорода;

г) оксида углерода и водорода.

25. По оценке Международного газового союза, общие разведанные запасы природного газа на начало 1999 г. составили (трлн м³):

а) ≈ 260;

б) > 500;

в) ≈10;

г) ≈100.

26. В 1940 г. получен первый трансурановый элемент:

а) технеций;

б) нептуний;

в) резерфордий;

г) борий.

27. Как предполагается, острова стабильности образуют элементы с атомными номерами, близкими к:

а) 100 и 105;

б) 120 и 130;

в) 114 и 164;

г) 125 и 135.

28. Радиоактивные газотопы:

а) всегда опасны для здоровья человека;

б) всегда полезны;

в) используются без соблюдения мер безопасности;

г) не всегда опасны и используются с соблюдением мер безопасности.

29. Плазмохимические процессы происходят при температуре (°С):

а) 1000-10000;

6) 200-300;

в) 500-1000;

г) 500-800.

30. С помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза получаются:

а) тугоплавкие соединения;

б) оксиды металлов;

в) сплавы железа и кобальта;

г) сплавы никеля и железа.

31. Исчезает различие между жидкой и газовой фазами при давлении (атм):

а) 10²-10^3;

б) 10³-10⁵;

в) >

г) 10-100.

32. Синтез искусственных алмазов производится при давлении и температуре, соответственно равных:

	Давление, атм	Температура, "С
а)	10 000-20 000	100-500
б)	25 000-35 000	500-800
в)	50 000-60 000	1400-1600
г)	70 000-80 000	1500-2000

33. Боразон — материал тверже алмаза — производится из нитрата бора при температуре и давлении, соответственно равных:

	Давление, атм	Температура, °С
а)	60 000	800
6)	40 000	1200
в)	90 000	1600
г)	100 000	2000

34. Композиционный полимерный материал кеврал по важ­нейшему показателю прочность/масса:

а) превосходит высокопрочную сталь;

б) не уступает тугоплавким материалам;

в) сравним с алюминиевыми сплавами;

г) в несколько раз уступает стали.

35. Массовое производство пластмасс началось в:

а) XIX в.;

б) второй половине XX в.;

в) конце XVIII в.;

г) начале XX в.

36. Первый в мире промышленный способ производства синтетического каучука разработал:

а) Д.И. Менделеев;

б) A.M. Бутлеров;

в) СВ. Лебедев;

г) А.Л. Лавуазье.

37. Первое чисто синтетическое волокно — нейлон — произведено в:

а) начале XX в.;

б) конце XX в.;

в) конце XIX в.;

г) более 60 лет назад

38. Один из основных видов сырья для производства бумаги — целлюлоза вырабатывается из:

а) древесины;

б) нефти;

в) природного газа;

г) каменного угля.

39. Обычное стекло имеет прочность на сгиб около 50 Н/мм², а термически закаленное и химически обработанное стекло — до (Н/мм²):,

а) 100;.

б) 2000;

в) 70;

г) 120.

40. В начале 90-х гг. XX в. синтезирован керамический ртутьсодержащий металлооксидный материал, переходящий в сверхпроводящее состояние при температуре (К):

а) 20;

б) 100;

в) 170;

г) 220.

41. Материалы, содержащие основу с распределенными усиливающими элементами: волокнами и частицами из стекла, металла, дерева, пластмассы и др., называются:

а) керамикой;

б) пластмассами с наполнителями;

в) термостойкими материалами;

г) композитами.

42. К редкоземельным металлам относятся:

а) скандий, церий, лантан и др.;

б) хром, цинк и др.;

в) ниобий, свинец и др.;

г) цирконий, медь и др.

43. Нитинол обладает свойством сохранять первоначальную форму. Он представляет собой сплав:

а) никель-железо;

б) никель-титан;

в) никель-кобальт;

г) никель-медь.

44. Жидкие кристаллы обладают свойством:

а) прозрачности;

б) изотропности;

в) анизотропии;

г) полимеризации.

45. Металлоорганические соединения, например карбонилы, разлагаются при нагревании до (°С):

а) 200-300;

6) 50-100;^:

в) 80-100;

г) 100-150.

46. Рабочий слой высокоплотного носителя информации формируется из тонкопленочного многослойного материала, содержащего:

а) никель;

б) железо;

в) кобальт, хром, платину;

г) кобальт, серебро.

Ответы к тестам

1. г); 2. б); 3. а); 4. в); 5. г); 6. б); 7. а); 8. в); 9. в); 10. б); 11 а); 12. в); 13. г); 14. в); 15. б); 16. а); 17. г); 18. в); 19. б); 20. г); 21. а); 22. б); 23. в); 24. г); 25. а); 26. б); 27. в); 28. г); 29. а); 30. а); 31. б); 32. в); 33. г); 34. а); 35. б); 36. в); 37. г); 38. а); 39. б); 40. в); 41. г); 42. а); 43. б); 44. в); 45. г); 46. в).