Программа вступительных испытаний в магистратуру по направлению 540100 Естественнонаучное образование

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Тульский государственный педагогический университет

им. Л.Н. Толстого

Утверждено

на заседании Ученого совета университета

«___» ___________ 2010 г., протокол № ___

Ректор ТГПУ им. Л.Н.Толстого

_____________________ Н.А. Шайденко

«____»__________________2010 г.

ПРОГРАММА

ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

В МАГИСТРАТУРУ

по направлению 540100 Естественнонаучное образование

магистерская программа 540101м Химическое образование

ПРИНЯТО

на заседании Ученого совета факультета

естественных наук, физической культуры и туризма

« » мая 2010 г., протокол №

Декан факультета
_____________________ И.В. Шахкельдян

« » _________________2010 г.

Содержание

1. Пояснительная записка ………………………….……………………………………..… 3

2. Содержание программы……………………………………………………………..….... 3

3. Список литературы…………………………………………. …………………………… 7

4. Вопросы вступительных испытаний …………………………………………………..... 8

1. Пояснительная записка
Основной задачей вступительных испытаний является определение практической и теоретической подготовленности претендента к выполнению профессиональных задач, установленных Государственным образовательным стандартом 2 поколения, для магистерской подготовки по направлению Естественнонаучное образование.

Программа вступительных испытаний в магистратуру по направлению Естественнонаучное образование, включает перечень теоретических знаний и практических навыков, которыми должен обладать претендент для обучения в магистратуре.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 540100 ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ (магистерская программа 540101м Химическое образование)
Атомно-молекулярное учение. Основные химические понятия. Единицы измерения в химии. Законы стехиометрической химии (закон сохранения массы и энергии, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон эквивалентов, закон простых объемных отношений Гей-Люссака, гипотеза Авогадро). Относительная атомная и молекулярная массы. Моль. Молярный объем. Методы определения атомных масс.

Строение атома. Строение атомного ядра.

Виды химической связи. Современная трактовка и характеристика ковалентной связи. Порядок связи. Полярность и поляризуемость. Дипольный момент связи и молекулы. Современная трактовка ионной связи. Силы межмолекулярного взаимодействия.

Периодический закон как основа химической систематики, фундаментальный закон природы. Закономерность изменения свойств элементов по периодам, группам и подгруппам периодической системы (атомные и ионные радиусы, энергия ионизации, сродство к электрону, степени окисления, полярность, поляризуемость, поляризующее действие, плотность, t пл., t кип., твердость, электропроводность, энтальпия гидратации катионов).

Металлическое состояние вещества: основные признаки, зонная теория строения, металлическая связь. Особенности электронного строения атомов элементов, способных к образованию металлической связи; положение указанных элементов в периодической системе.

Типы кристаллических решеток металлов. Общие физические свойства металлов. Общие физические и химические свойства металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов. Электролиз растворов и расплавов. Коррозия металлов и основные способы защиты от нее. Ингибиторы коррозии металлов.

Особенности электронных структур атомов элементов d- и f -семейств. Их положение в периодической системе.

Сравнительная характеристика элементов главных подгрупп I и II группы. Общая характеристика атомов элементов, физических и химических свойств простых веществ. Поведение металлов в реальных атмосферных условиях. Правила хранения и техника безопасности при работе со щелочными и щелочно-земельными металлами. Получение простых веществ. Свойства, получение и применение важнейших соединений элементов: гидридов, оксидов, гидроксидов, пероксидов, солей.

Меры предосторожности при работе со щелочами. Физиологическое действие соединений элементов главной подгруппы I и II группы. Значение соединений натрия, калия и кальция для живых организмов. Меры предосторожности при работе с соединениями бериллия и бария.

Калийные удобрения. Применение металлического бериллия и магния в народном хозяйстве. Жесткость воды и способы ее устранения. Очистка воды с помощью ионо-обменных смол.

Сравнительная характеристика элементов VII группы главной подгруппы. Распространение в земной коре. Физические и химические свойства простых веществ, основные способы их получения. Сравнение активности простых веществ в окислительно-восстановительных реакциях. Характеристика важнейших водородных и кислородных соединений: сравнение окислительно-восстановительных, кислотно-основных свойств и устойчивости в различных степенях окисления.

Сравнительная характеристика элементов главной и побочной подгрупп VI группы. Распространение в земной коре. Физические и химические свойства простых веществ, основные способы их получения. Сравнение активности простых веществ в окислительно-восстановительных реакциях. Характеристика важнейших водородных серы. Характеристика важнейших кислородных соединений серы (IV,VI). Сравнение окислительно-восстановительных, кислотно-основных свойств и устойчивости кислородосодержащий соединений серы в различных степенях окисления.

Сравнительная характеристика элементов главной подгруппы V группы. Распространение в земной коре. Физические и химические свойства простых веществ, основные способы их получения. Сравнение активности простых веществ в окислительно-восстановительных реакциях. Свойства важнейших водородных соединений азота. Оксиды азота. Азотистая и азотная кислоты и их соли. Сравнение окислительно-восстановительных, кислотно-основных свойств и устойчивости в различных степенях окисления. Электронное строение и геометрия молекул. Фосфор и его важнейшие соединения. Биологическое значение азота и фосфора. Азотные и фосфорные удобрения.

Общая характеристика атомов элементов и простых веществ IV группы главной подгруппы. Углерод. Аллотропия углерода. Физические и химические свойства углерода. Карбиды металлов. Важнейшие кислородосодержащие соединения углерода. Соединения углерода с азотом, водородом и галогенами. Сенильная кислота. Цианиды. Характер гибридизации атомных орбиталей в них.

Сущность и классификация окислительно-восстановительных реакций. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал. Уравнение Нернста. Направленность окислительно-восстановительной реакции. Константа равновесия. Важнейшие окислители и восстановители.

Строение органических соединений в зависимости от типа гибридизации углеродного атома. Энергия и длина С-С, С-Н связей, валентные углы, геометрия молекул при sp³-, sp²- и sp-гибридизации. Основные особенности органических соединений.

Изомерия органических соединений. Определение изомерии. Типы изомерии органических соединений. Структурная изомерия: изомерия углеродной цепи, изомерия функциональных групп, изомерия положения функциональных групп, таутомерия. Пространственная изомерия: конфигурационная изомерия (геометрическая и оптическая изомерия) и конформационная изомерия.

Конфигурационная изомерия, определение, примеры. Определение геометрической изомерии, устойчивость изомеров. Оптическая изомерия, определение, понятия хиральной молекулы, хирального центра, энантиомера Лево- и правовращающие изомеры. Рацематы, явление рацемизации. D-L-номенклатура. R-S-номенклатура Кана-Ингольда-Прелога.

Строение алканов и циклоалканов. Основные положения теории Байера. Механизм реакции радикального замещения (S_R) в алканах и циклоалканах, условия, устойчивость радикалов. Особенности радикального галогенирования и нитрования алканов и циклоалканов.

Алкены, алкины, алкадиены. Строение и реакционная способность на примере этена, этина и 1,3-бутадиена. Реакции электрофильного присоединения (А_Е)(галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация). Правило Марковникова и исключения из него. Сравнительная характеристика стабильности алкенов, алкинов и алкадиенов в реакциях окисления. Эпоксидирвоание, реакция Вагнера, озонирование, получение карбоновых кислот, окислительное сочетание.

Алифатические и ароматические спирты. Строение и основные способы получения. Фенол. Промышленные способы получения фенола. Сравнительный анализ кислотных свойств гидроксипроизводных алифатического и ароматического рядов.

Альдегиды и кетоны. Строение карбонильной группы. Механизм реакции нуклеофильного присоединения (А_N) на примере альдольно-кротоновой конденсации. Бензоиновая конденсация. Активность карбонильных соединений в реакциях окисления. Общие способы получения алифатических и ароматических альдегидов и кетонов.

Основные способы получения алифатических и ароматических карбоновых кислот: окисление различных классов органических соединений, карбоксилирование, гидролиз нитрилов, тригалогеналканов. Получение производных карбоновых кислот (галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов, нитрилов) на примере этановой кислоты. Сравнение реакционной способности производных кислот.

Строение ароматических углеводородов. Правило ароматичности Хюккеля. Основные способы получения ароматических углеводородов. Реакции электрофильного замещения в ароматическом кольце. Механизм и условия реакций галогенирования, нитрования, алкилирования, сульфирования, ацилирования. Влияние заместителей 1 и 2 рода на направление и скорость реакций электрофильного замещения в ароматическом кольце.

Способы получения алифатических и ароматических аминов. Взаимодействие первичных, вторичных и третичных аминов алифатического и ароматического рядов с азотистой кислотой, значение этой реакции. Сравнительный анализ основности аминов в зависимости от строения в реакциях с кислотами, апротонными кислотами, водой.

Аминокислоты. Классификация и свойства аминокислот. Алифатические, дикарбоновые, диаминокислоты, оксиаминокислоты, серосодержащие аминокислоты, ароматические и гетероциклические аминокислоты. Понятие о заменимых и незаменимых аминокислотах.

Белковые молекулы. Элементный состав и молекулярная масса белков. Строение белков. Уровни структурной организации белковых молекул. Первичная структура белков. Вторичная и сверхвторичная структура, домены. Третичная структура белковых молекул. Глобулярные и фибриллярные белки. Четвертичная структура белков. Физические и химические свойства белков. Амфотерность, заряд белковой молекулы, изоэлектрическая точка белков. Денатурация белков и ее механизм. Оптические свойства белковых молекул. Гидролиз белков.

Озон в верхних слоях атмосферы. Механизм образования. Роль "азотного цикла", атомарного водорода, "хлорного цикла", антропогенных факторов в образовании и разрушении озона.

Химия тропосферы. Загрязнители воздуха: соединения серы, оксиды азота, монооксид углерода, органические вещества, причины появления, химические процессы c их участием. Кислотные дожди. Фотохимический смог.

Аэрозоли в атмосфере. Роль водяных паров и диоксида углерода в атмосфере. Тепловой баланс Земли и атмосферы. Парниковый эффект диоксида углерода. Принципы, положенные в основу предотвращения загрязнения атмосферы.

Соленая, пресная и твердая вода. Химический состав и свойства морской (океанической) воды. Соленость воды. Водородный показатель (рН) и его регулирование. Прозрачность морской воды. Химический состав и свойства пресной воды. Регуляция рН речных и озерных вод. Биохимическая потребность в кислороде и качество воды. Жесткость воды, методы ее умягчения. Загрязнение воды, источники, токсический эффект, меры предотвращения загрязнения.

Круговороты газообразных веществ и осадочные циклы. Круговороты азота, углерода, серы, фосфора, ртути. Глобальные круговороты воды, углекислого газа, их роль в биосферных процессах, влияние антропогенных факторов.

Химический состав атмосферы, гидросферы, земной коры (литосферы). Методы анализа материалов окружающей среды. Загрязнители и их химические превращения в окружающей среде.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ВСТУПИТЕЛЬНОМУ ЭКЗАМЕНУ ПО НАПРАВЛЕНИЮ 540100 ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ (магистерская программа 540101м Химическое образование)

Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М., 2007.
Иванов А.В., Атрощенко Ю.М. Основы органической химии, ТГПУ, ч.1-3, 2001-2002.
Иванов В.Г. Органическая химия. М., Академия. 2005.
Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М., Высшая школа, 2006.

ВОПРОСЫ ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА ПО НАПРАВЛЕНИЮ 540100 ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

(магистерская программа 540101м Химическое образование)

Атомно-молекулярное учение. Законы стехиометрической химии (закон сохранения массы, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон эквивалентов, закон простых объемных отношений, гипотеза Авогадро). Границы применения законов. Основные химические понятия. Единицы измерения в химии.
Виды химической связи. Свойства ковалентной связи. Природа связи. Полярность и поляризуемость. Дипольный момент связи и молекулы.
Периодическая система элементов Д.И. Меенделеева и периодический закон. Современная формулировка периодического закона. Периодически и непериодически изменяющиеся свойства элементов и их соединений. Закономерности изменения свойств элементов и их соединений, по периодам, группам и подгруппам периодической системы.
Положение металлов в псэ. Особенности электронного строения атомов металлов. Металлическое состояние вещества: зонная теория строения, металлическая связь. Общие физические и химические свойства металлов.
Электрохимический ряд напряжений металлов. Коррозия металлов и основные способы защиты от нее. Ингибиторы коррозии металлов.
Общая характеристика металлов s-семейства. Распространенность в земной коре, важнейшие природные соединения. Свойства простых веществ. Поведение металлов в реальных атмосферных условиях. Получение простых веществ. Свойства, получение и применение важнейших соединений элементов: гидридов, оксидов, гидроксидов, пероксидов, солей.
Сравнительная характеристика элементов главной подгруппы I группы.
Кислородосодержащие соединения серы. Строение молекул, характер валентных связей. Оксиды серы (IV, VI), их физические и химические свойства. Способы получения. Серная кислота. Свойства серной кислоты. Соли серной кислоты. Олеум.
Общая характеристика элементов VIIА группы. Механизм взаимодействия хлора с водородом. Хлороводородная кислота. Способы получения. Химические и физические свойства. Соли. Сравнение химической активности водородных соединений галогенов. Взаимодействие хлора с водой, щелочами и другими сложными веществами. Кислородосодержащие соединения хлора в степени окисления +1.
Общая характеристика элементов VА группы. Оксиды азота. Электронное строение их молекул. Свойства. Азотная кислота. Строение молекулы, способы получения, физические и химические свойства. Нитраты.
Общая характеристика элементов IVА группы. Углерод, аллотропия углерода. Физические и химические свойства. Карбиды металлов. Оксиды. Строение молекул с позиций МВС и ММО. Угольная кислота и ее соли.
Строение органических соединений. Типы гибридизации атома углерода в первом, втором и третьем валентных состояниях. Сравнительный анализ энергии, длины связей, валентных углов, геометрии молекул при sp³-, sp²- sp-гибридизации. Особенности органических соединений.
Типы изомерии органических соединений. Структурная изомерия, таутомерия. Пространственная изомерия: геометрическая, оптическая, конформационная.
Строение и сравнительный анализ реакционной способности алканов и циклоалканов в реакциях радикального замещения. Галогенирование, нитрование, сульфирование, сульфохлорирование.
Алкены, алкины, алкадиены в реакциях электрофильного присоединения. Правило Марковникова, исключения из него. Сравнительный анализ стабильности алкенов, алкинов и алкадиенов в реакциях окисления.
Алифатические и ароматические спирты. Основные химические свойства и способы получения. Сравнительный анализ кислотных свойств гидроксипроизводных алифатического и ароматического ряда.
Альдегиды и кетоны. Строение карбонильной группы. Механизм реакции нуклеофильного присоединения (А_N) на примере альдольно-кротоновой конденсации. Бензоиновая конденсация. Активность карбонильных соединений в реакциях окисления. Общие способы получения алифатических и ароматических альдегидов и кетонов.
Основные способы получения алифатических и ароматических карбоновых кислот. Получение производных карбоновых кислот (галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов, нитрилов) на примере этановой кислоты. Сравнение реакционной способности производных кислот.
Способы получения алифатических и ароматических аминов. Взаимодействие первичных, вторичных и третичных аминов алифатического и ароматического рядов с азотистой кислотой, значение этой реакции. Сравнительный анализ основности аминов в зависимости от строения в реакциях с кислотами, апротонными кислотами, водой.
Строение и реакционная способность ароматических углеводородов. Реакции электрофильного замещения. Правила ориентации в ароматическом кольце.
Уникальное строение белков, обусловливающее их биологическое разнообразие. Свойства белков.
Химический состав гидросферы. Континентальная вода, океан. Методы, используемые для анализа воды. Проблема опреснения морской воды.
Химия тропосферы. Загрязнители воздуха: соединения серы, оксиды азота, монооксид углерода, органические вещества, причины появления, химические процессы c их участием. Кислотные дожди. Фотохимический смог.

24. Соленая, пресная и твердая вода. Химический состав и свойства морской (океанической) воды. Соленость воды. Водородный показатель (рН) и его регулирование. Прозрачность морской воды. Химический состав и свойства пресной воды. Регуляция рН речных и озерных вод. Биохимическая потребность в кислороде и качество воды. Жесткость воды, методы ее умягчения. Загрязнение воды, источники, токсический эффект, меры предотвращения загрязнения.

25. Круговороты газообразных веществ и осадочные циклы. Круговороты азота, углерода, серы, фосфора, ртути. Глобальные круговороты воды, углекислого газа, их роль в биосферных процессах, влияние антропогенных факторов.