Неорганический синтез

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
Химический факультет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Н.М. Коротченко 
 
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ 
 
Методические материалы к курсам  
«Неорганический синтез» и «Химия твердого тела. 
Неорганический синтез» 
 
Учебно-методическое пособие  
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательский Дом Томского государственного университета 
2017 

РАССМОТРЕНО И УТВЕРЖДЕНО методической комиссией химического факультета 
Протокол № 37 от «29» ноября 2016 г. 
Председатель МК ХФ В.В. Хасанов 

Учебно-методическое пособие является программным руководством 
к курсам «Неорганический синтез» (направление подготовки 04.03.01 – 
Химия) и «Химия твердого тела. Неорганический синтез» (специальность 
04.05.01 – «Фундаментальная и прикладная химия»). 

В методическом пособии представлена программа курса «Неоргани
ческий синтез», перечислены образовательные технологии, приведены 
планы семинарских занятий, вопросы и задания к ним, темы и содержание лабораторных работ, примерный календарный план занятий, вопросы 
трех самостоятельных работ, темы реферативных работ, предлагаемые 
студентам специализаций кафедры («неорганическая химия» и «неорганическое материаловедение») по синтезу и методам получения неорганических веществ и материалов, а также список литературы (основной, дополнительной и по синтезу бинарных соединений) к разделу курса. 

Для закрепления теоретических вопросов и практических навыков по 

синтезу неорганических веществ и материалов, а также для проверки 
усвоенного материала студентам предлагается набор задач по четырем 
модулям курса «Неорганический синтез». 

В разделе Приложения в виде таблиц приведен справочный матери
ал, достаточный для выполнения заданий к семинарским занятиям, самостоятельных работ, решения задач. 

Для студентов четвертого курса химического факультета ТГУ специ
альностей «неорганическая химия» и «неорганическое материаловедение». 

 
СОСТАВИТЕЛЬ: Н.М. Коротченко 
 
 
 
 
 
© Томский государственный университет, 2017 

Учебно-методическое пособие является программным руководством 
к курсам «Неорганический синтез» (направление подготовки 04.03.01 – 
Химия) и «Химия твердого тела. Неорганический синтез» (специальность 
04.05.01 – «Фундаментальная и прикладная химия»). 

В пособии представлена программа и перечислены образовательные 

технологии курса «Неорганический синтез», приведены планы семинарских занятий, вопросы и задания к ним, темы и содержание лабораторных работ, примерный  календарный план занятий, вопросы трех самостоятельных работ, темы реферативных работ, предлагаемые студентам 
специализаций кафедры («неорганическая химия» и «неорганическое 
материаловедение») по синтезу и методам получения неорганических 
веществ и материалов, а также список литературы (основной, дополнительной и по синтезу бинарных соединений) к курсу. 

Для закрепления теоретических вопросов и практических навыков по 

синтезу неорганических веществ и материалов, а также для проверки 
усвоенного материала студентам предлагается набор задач по четырем 
модулям курса «Неорганический синтез». 

В разделе Приложения в виде таблиц приведен справочный матери
ал, достаточный для выполнения заданий к семинарским занятиям, самостоятельных работ, решения задач. 
Учебно-методическое пособие отражает опыт проведения семинарских и практических занятий по данному курсу на кафедре неорганической химии НИ ТГУ и предназначено для студентов IV курса химического факультета. Оно также может быть использовано студентами разных 
курсов при выполнении аналогичных заданий их учебной работы. 

Методическое пособие по неорганическому синтезу подготовлено 

преподавателем кафедры неорганической химии ТГУ доцентом Коротченко Н.М., соответствует учебным программам спецкурсов «Неорганический синтез» и «Химия твердого тела. Неорганический синтез» и является руководством для студентов четвертого курса химического факультета ТГУ (специальностей «неорганическая химия» и «неорганическое 
материаловедение») при подготовке к семинарским занятиям, при выполнении ими самостоятельных и лабораторных работ по разделу спецкурса. 

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Введение ................................................................................................
6
2. Цель и задачи дисциплины ..................................................................
7
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины ...............................................................................

8

4. Программа и модули дисциплины ......................................................
9
 
4.1. Модуль 1. Синтез веществ и материалов в рамках 
современной неорганической химии ..............................................
9
 
4.2. Модуль 2. Термодинамические принципы синтеза ............
9
 
4.3. Модуль 3. Кинетические и структурные принципы 
синтеза ...............................................................................................
9
 
4.4. Модуль 4. Физико-химические основы очистки
синтезируемых соединений ............................................................. 10
 
4.5. Модуль 5. Современные методы синтеза 
неорганических веществ и материалов ..........................................
10
5. Виды и темы занятий ............................................................................ 11
 
5.1. Темы семинарских занятий ......................................................
11
 
5.2. Перечень лабораторных работ .................................................
11
 
5.3. Темы модулей для самостоятельной работы 
(письменной) ..................................................................................... 12
 
5.4. Образовательные технологии ................................................... 12
 
5.5. Оценочные средства для текущего контроля 
успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации  
освоения дисциплины ......................................................................
12
 
5.6. Методические разработки кафедры ......................................... 13
6. Примерный календарный план занятий по разделу 
«Неорганический синтез» спецкурса ...................................................... 14
 
6.1. Содержание лабораторных работ ............................................. 15
 
6.2. Основное и необходимое содержание отчета 
по лабораторной работе ................................................................... 15
 
6.3. Планы семинарских занятий, вопросы и задания 
к семинарам ....................................................................................... 16
 
6.3.1. Семинар 1. Пути развития неорганического синтеза
Термодинамические принципы неорганического синтеза ...
16
 
6.3.2. Семинар 2. Кинетические и структурные принципы 
неорганического синтеза веществ и материалов ......................
18
 
6.3.3. Семинар 3. Физико-химические основы очистки 
синтезируемых соединений ........................................................
19

6.3.4. Семинар 4. Современные методы синтеза 
неорганических соединений, простых веществ  
и материалов ................................................................................. 21
7. Самостоятельная работа студентов по курсу 
«Неорганический синтез» ........................................................................
23
 
7.1. Самостоятельная работа № 1 по теме 
«Термодинамические принципы в неорганическом синтезе» .....
23
 
7.2. Самостоятельная работа № 2 по теме «Кинетические 
и структурные принципы в неорганическом синтезе» .................
25
 
7.3. Самостоятельная работа № 3 по теме 
«Физико-химические основы очистки синтезируемых 
соединений» ...................................................................................... 27
8. Темы реферативных работ по курсу «Неорганический синтез» ...... 29
9. Образец экзаменационного билета для итогового контроля 
знаний по курсу «Химия твердых тела. Неорганический синтез» ....... 31
10. Задания к разделу «Неорганический синтез» 
для самостоятельного решения ...............................................................
31
11. Основная и дополнительная литература по разделу 
«Неорганический синтез» спецкурса ...................................................... 37
 
 
Основная литература по неорганическому синтезу ........... 37
 
 
Дополнительная литература ................................................. 38
 
 
Литература по синтезу бинарных и других соединений ... 39
 
 
Литература по методам синтеза ....................................
40
 
 
Литература по методам очистки веществ .....................
41
12. Приложения ......................................................................................... 41
 
12.1. Образец оформления титульного листа отчета 
по лабораторной работе (Стандарт НИ ТГУ) ................................ 41
 
12.2. Образец оформления титульного листа реферата
по курсу «Неорганический синтез» (Стандарт НИ ТГУ) ............. 42
 
12.3. Справочные таблицы ............................................................... 43
13. Ответы на задания для самостоятельного решения ......................... 44
 
 

1. Введение 
 
Интенсивное развитие науки и техники, внедрение в производство 
новых технологий и материалов требует от специалистов-химиков глубоких теоретических знаний и надежных профессиональных практических навыков по получению (синтезу) химических соединений и созданию современных материалов на их основе, отвечающих требованиям 
времени. 
Студент-химик должен иметь знания о современных методах синтеза 
неорганических соединений и материалов на их основе, включая новые 
необычные их формы; о современных банках термодинамических данных 
и возможности их использования, а также обладать определенными профессиональными компетенциями. Опираясь на основные термодинамические и кинетические закономерности получения неорганических соединений и материалов, студент должен уметь прогнозировать возможность протекания реакции с образованием нужного продукта, проводить 
термодинамический анализ процесса, в том числе решать вопрос о термодинамической устойчивости синтезируемого вещества; проводить кинетический анализ с целью получения максимального выхода продукта; 
правильно выбирать метод синтеза, планировать и проводить реакцию 
«по прописи»; собирать экспериментальную установку; проводить необходимые стехиометрические расчеты и обрабатывать результаты с привлечением современных компьютерных и других программ; хорошо 
знать технику лабораторных работ и правила техники безопасности при 
проведении химического эксперимента. 
Учебная дисциплина «Неорганический синтез» является самостоятельным курсом направления подготовки 04.03.01 – Химия, и разделом 
курса «Химия твердого тела. Неорганический синтез» подготовки по 
специальности 04.05.01 – «Фундаментальная и прикладная химия», и посвящена изучению основных аспектов неорганического синтеза веществ 
и материалов на их основе. 
Настоящее учебно-методическое пособие является основным программным руководством для проведения семинарских, практических и 
самостоятельных работ по курсу «Неорганический синтез» (бакалавриат) 
и разделу спецкурса «Химия твердого тела. Неорганический синтез» 
(специалитет). 

В конце учебного пособия в разделе Приложения приведены приме
ры оформления титульного листа письменного отчета по лабораторной 

работе и реферата, в виде таблиц содержится достаточный справочный 
материал, который может быть использован работающими во время подготовки к семинарам, при выполнении самостоятельных работ и решении 
задач. Для закрепления теоретических вопросов и практических навыков 
по синтезу неорганических веществ и материалов, а также для проверки 
усвоенного материала студентам предлагается набор задач по четырем 
модулям раздела «Неорганический синтез». 
Предполагается, что студенты IV курса химического факультета, 
специализирующиеся по неорганической химии и неорганическому материаловедению, имеют опыт и навыки обращения с простейшей аппаратурой, химической, кварцевой, керамической посудой, нагревательными 
устройствами, измерительными приборами и способны ознакомиться с 
теоретическими основами современных методов изучения физикохимических свойств веществ и материалов.  
Настоящее учебно-методическое пособие отражает опыт, имеющийся на кафедре неорганической химии Национального исследовательского 
Томского государственного университета, по проведению семинарских, 
практических занятий и самостоятельных работ по данному курсу и 
предназначено для студентов IV курса химического факультета специализаций «неорганическая химия» и «неорганическое материаловедение».  
 
2. Цель и задачи дисциплины 
 
Цель дисциплины «Неорганический синтез» состоит в усвоении основных принципов синтеза неорганических соединений различных классов и в приобретении практических навыков получения химических соединений и материалов на их основе с заданными свойствами. 
Задачами этого раздела курса являются: 1) расчет и обоснование 
термодинамической возможности синтеза неорганических веществ определенных классов; 2) изучение кинетических и структурных принципов 
протекания реакций синтеза веществ и материалов; 3) освоение современных методов очистки и идентификации выделенных соединений; 4) 
использование периодического закона и периодической системы химических элементов в качестве методологической основы неорганического 
синтеза веществ и материалов. 
Дисциплина «Неорганический синтез» по структуре тесно связана с 
теоретическими основами и экспериментальной частью химической 
науки, расширяет знания студентов четвертого курса в области «Неорга

нической химии», позволяет им применять знания, полученные ранее в 
курсах «Физическая химия», «Органическая химия», «Аналитическая 
химия», для предсказания возможности желаемого синтеза, выбора условий его осуществления, способов очистки полученного вещества, химических и физико-химических методов его исследования. 
 
3. Компетенции обучающегося, формируемые  
в результате освоения дисциплины 
 
В результате освоения дисциплины обучающийся должен: 
– иметь представление о современных методах синтеза неорганических соединений и материалов на их основе, включая новые необычные 
формы синтезов и материалов; о современных банках, электронных базах
термодинамических и структурных данных, о возможностях их использования; 
– знать основные термодинамические и кинетические закономерности 
получения неорганических соединений и использовать их в процессе 
подготовки и проведения синтеза; 
– уметь применять навыки работы с персональным компьютером в 
процессе получения, хранения, переработки и использования информации при решении задач неорганического синтеза как на уровне предварительной подготовки, так и при непосредственном получении заданных 
веществ; 
– уметь (иметь навыки) прогнозировать возможность протекания реакции с образованием нужного продукта; проводить термодинамический 
анализ процесса, в том числе решать вопрос о термодинамической устойчивости синтезируемого вещества; проводить кинетический анализ с целью получения максимального выхода продукта; 
– правильно выбирать метод синтеза, планировать и проводить реакцию «по прописи»; собирать экспериментальную установку; проводить 
необходимые стехиометрические расчеты и обрабатывать результаты с 
привлечением современных компьютерных и других программ; хорошо 
знать технику лабораторных работ и правила техники безопасности при 
проведении химического эксперимента; 
– иметь представление о современном  твердофазном состоянии вещества; 
– знать основные понятия химии твердых веществ и классификации веществ, основные теории описания твердофазного состояния вещества; 

– обладать способностью критически переоценивать накопленный 
опыт, творчески анализировать свои возможности, ориентироваться и 
адаптироваться в создающихся условиях современной химической науки 
и химического производства. 
 
4. Программа и модули дисциплины 
 
Программа раздела «Неорганический синтез» курса «Химия твердого 
тела. Неорганический синтез» включает пять модулей и рассматривает 
ниже перечисленные вопросы. 
Модуль 1. Синтез веществ и материалов в рамках современной 
неорганической химии. 
Основные пути развития неорганического синтеза. Синтез в рамках 
современной неорганической химии. Понятие направленного синтеза. 
Системный подход как способ решения задач, связанных с современными методами синтеза.  
Периодический закон и периодическая система химических элементов как методологическая основа неорганического синтеза. 
Роль периодической системы в синтезе на примере синтеза гидридов 
по группам и по периодам. Роль периодической системы в предсказании 
и объяснении свойств веществ. Синтез веществ по аналогии; метод проб и 
ошибок. 
Модуль 2. Термодинамические принципы синтеза  
Факторы, определяющие возможность протекания химических процессов в открытой системе. Критерии самопроизвольности процесса: 
энергия Гельмгольца, энергия Гиббса. Термодинамический прогноз возможности реализации синтеза в гомогенной среде. Использование термодинамических циклов в синтезе. Использование банков термодинамических данных ИВТАНТЕРМО и JАNАF, электронных баз 
данных. Компьютерное планирование синтеза. 
Модуль 3. Кинетические и структурные принципы синтеза 
Кинетические особенности синтеза в газовой фазе. Цепные реакции, их механизм (на примере синтеза хлороводорода). Фотохимические реакции. Законы фотохимии. Основные стадии фотохимической 
реакции. Понятие квантового выхода реакции. Реакции в электрических разрядах: их особенности, применение для синтеза термодинамически нестабильных соединений (озона, оксидов, гидридов, в т.ч. полимерных, нитридов, др.).  

Гетерогенно-каталитические реакции в газовой фазе. Влияние добавок на активность катализатора. Основные стадии процесса синтеза с 
участием твердого катализатора. Отравление, старение, вынос катализатора (на примере синтеза аммиака). 
Кинетические особенности гомогенного синтеза в жидкой фазе. 
Влияние природы растворителя на скорость и на механизм реакций 
(на примере реакции разложения азотного ангидрида). Сольватация и 
ионизация растворителем. Изменение скорости реакции синтеза в результате сольволиза (на примере реакции окисления урана(IV) до урана(VI)) и солевого эффекта (на примере восстановления персульфатиона или разложения пероксида водорода). Синтез из расплавов, применение диаграмм плавкости бинарных систем. 
Синтез неорганических соединений в твердой фазе. Механизм и 
кинетические особенности топохимических реакций (на примере синтеза алюмомагниевой шпинели). Стационарное и нестационарное состояния диффузионного потока. Законы Фика. 
Кинетические особенности синтеза при фазовых переходах: 
а) твердое тело – газ (на примере реакции хлорирования оксидов металлов); б) жидкость – газ; в) жидкость – твердое тело (на примере получения безводных нитратов). 
Модуль 4. Физико-химические основы очистки синтезируемых 
соединений 
Методы, основанные на гомо- и гетерогенных равновесиях. Кристаллизация, перекристаллизация, дробная кристаллизация. Применение фазовых диаграмм. Методы, основанные на различии скоростей реакции. Метод транспортных реакций. Зонная плавка. Ионный обмен. Экстракция. 
Модуль 5. Современные методы синтеза  неорганических веществ и материалов 
Особенности синтеза неорганических материалов. Фундаментальные 
физико-химические принципы получения материалов с заданными свойствами. Синтез тонкопленочных материалов. Синтез ультрадисперсных 
материалов. Синтез стеклообразных и керамических материалов. Методы 
синтеза наноматериалов. Получение особо чистых металлов и материалов 
на их основе.  
 
 
 
 

5. Виды и темы занятий 
 
5.1. Темы семинарских занятий 
 
№ 
п/п 
№ 
модуля 
Наименование семинарских занятий, ч 

1 
1 

Синтез веществ и материалов в рамках современной неорганической 
химии. Периодический закон и периодическая система, как методологическая основа неорганического синтеза. Закономерности в изменении свойств соединений элементов в соответствии с их положением в 
периодической системе. Роль периодической системы в предсказании 
и объяснении свойств веществ.                                                      2 часа 

2 
2 

Термодинамические принципы неорганического синтеза. Энтальпийный и энтропийный факторы. Энергия Гиббса как критерий возможности протекания реакций. Использование термодинамических циклов в синтезе. Банки термодинамических данных: ИВТАНТЕРМО, 
JАNАF, электронные базы данных. Компьютерное планирование 
синтеза.                                                                                            2 часа 

3 
3 

Кинетические и структурные принципы неорганического синтеза 
веществ и материалов. Особенности синтеза в различных фазах: гомогенный газо- и жидкофазный синтез, гетерогенный синтез, синтез в 
твердой фазе.                                                                                   2 часа 

4 
4 

Физико-химические основы очистки синтезируемых соединений. Методы, основанные на гомо- и гетерогенных равновесиях. Применение 
фазовых диаграмм. Методы, основанные на различии скоростей реакции. Метод транспортных реакций.        
2 часа 

5 
5 

Физико-химические принципы получения материалов с заданными 
свойствами. Синтез тонкопленочных материалов. Синтез стеклообразных и керамических материалов. Методы синтеза наноматериалов. 
2 часа 

 
5.2. Перечень лабораторных работ 
 
№ 
п/п 
№  
модуля 
Наименование лабораторных работ 

1 
2, 3, 4,  
5, 6 
Получение бинарных соединений (оксидов, сульфидов, галогенидов) 

2 
2, 3, 4,  
5, 6 
Получение солей кислородсодержащих кислот (сульфатов, нитратов, 
карбонатов, фосфатов) 

3 
2, 3, 4,  
5, 6 
Получение комплексных соединений в растворах 

4 
2, 3, 4,  
5, 6 
Синтез гетерополисоединений. Определение состава гетерополисоединения. 

5.3. Темы модулей для самостоятельной работы (письменной) 
 
1. Термодинамические принципы в неорганическом синтезе 
2. Кинетические и структурные принципы в неорганическом синтезе 
3. Физико-химические основы и методы очистки синтезируемых соединений. 
 
5.4. Образовательные технологии 
 
Наряду с классическими технологиями обучения (лекции, семинары, 
лабораторные работы и самостоятельная подготовка студентов) применяются другие методы, включающие: 
– лекции с применением мультимедийных средств, используемых в 
соответствии с дидактическими требованиями и  облегчающих понимание материала: при чтении лекционного курса используются презентации; на сайте химического факультета выставлены электронные 
учебники, методическое пособие и методические материалы к курсу 
«Неорганический синтез»; 
– педагогические приемы для активизации познавательной деятельности студентов, такие как собеседование, диспуты, интервью, метод 
мозгового штурма, компьютерное моделирование и др. 
– студенты четвертого курса выступают с докладами по собственным 
научным исследованиям на студенческих научных и научнопрактических конференциях, что также вносит вклад в обучение по 
данной дисциплине. 
 
5.5. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, 
промежуточной и итоговой аттестации освоения дисциплины 
 
Нормативно-методическое обеспечение текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации, обучающихся по ООП бакалавриата, 
осуществляется в соответствии с п. 46 Типового положения о вузе. 
Организация текущего контроля осуществляется в соответствии с 
учебными планами. Предусмотрены следующие виды текущего контроля: контрольные точки, самостоятельные работы, тестирование, проверка отчетов по лабораторным работам, индивидуальных заданий, реферативных работ и презентаций. Выполненная лабораторная работа письменно оформляется в виде отчета в соответствие с установленными тре