372
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»
ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных
и деревоперерабатывающих производств
Воронеж 2015
2
УДК 630*81
Дмитренков, А. И. Химия древесины [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / А. И. Дмитренков ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО
«ВГЛТУ». – Воронеж, 2015. – 20 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 7 от 29 мая 2015 г.)
Рецензент канд. хим. наук, доц. кафедры неорганической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Ю.С. Перегудов
3 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
1. Цели и задачи дисциплины……………………………………………….. |
4 |
2. Требования к результатам освоения дисциплины ……………………… |
4 |
3.Объем дисциплины и виды учебной работы…………………………….. 5
4.Содержание дисциплины …………………………………………………. 5
5.Лабораторный практикум, практические занятия, семинары и другие
виды аудиторных занятий……………………………………………….... |
7 |
6. Перечень вопросов для промежуточного контроля……………………… |
8 |
7.Методические рекомендации по организации изучения дисциплины…. 11
8.Перечень вопросов для итогового контроля……………………………… 13
9.Перечень примерных тем рефератов ……………………………………... 15
Библиографический список ……………………………………………...... 17
Приложение 1. Технологическая карта модульно-рейтинговой системы оценки успеваемости студентов ………………………………....... 18
Приложение 2. Пример оформления титульного листа реферата …….. 19
4
1. Цели и задачи дисциплины
1.1 Целью изучения дисциплины “Химия древесины” является освоение основ современных представлений о строении и свойствах древесины и её компонентов, химизма их превращений в важнейших процессах химической переработки древесины.
1.2. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
−изучение строения и свойств древесины как природного материала;
−ознакомление со строением и свойствами основных компонентов древесины: целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина, экстрактивных веществ;
−изучение основных современных методов химической переработки древесины.
1.3.Дисциплина “Химия древесины” относится к математическому и естественнонаучному циклу дисциплин и входит в вариативную часть учебного плана, индекс по учебному плану Б.2.В.ОД.6.
2.ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1.Для эффективного освоения дисциплины «Химия древесины» у обучающегося должны быть сформированы следующие предварительные компетенции:
общекультурные (ОК):
-владеет культурой мышления, способен к общению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
-использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, экспериментального исследования (ОК-10).
2.2.Студент по результатам освоения дисциплины «Химия древесины» должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):
– готовность обосновывать принятие конкретного технического решения при разработке технологических процессов и изделий; выбирать технические средства и технологии с учетом экологических последствий их применения
(ПК-4);
– готовность использовать информационные технологии при разработке новых древесных материалов и изделий (ПК-15).
2.3.В результате освоения дисциплины студент должен:
– знать: химический состав древесины и коры, строение и свойства целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз, экстрактивных веществ, методы химической переработки древесины;
5
–уметь: пользоваться методиками получения и изучения свойств производных целлюлозы; самостоятельно работать со специальной литературой по данному курсу; видеть связь химии древесины с другими дисциплинами, такими как «Органические соединения», «ГТО и консервирование древесины», «Модификация древесины», «Древесиноведение», «Технология материалов и изделий из древесины», «Технология защитно-декоративных покрытий».
–владеть: методами выделения веществ, входящих в состав древесины, методами аналитического определения отдельных компонентов древесины и других высокомолекулярных веществ.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
Виды учебной работы |
Трудоемкость |
Семестр |
|
|
всего |
в зачетных |
VI |
|
часов |
единицах |
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
2,00 |
|
Общая трудоемкость дисциплины |
72 |
72 |
|
Аудиторные занятия |
36 |
1,00 |
36 |
Лекции (Л) |
18 |
0,50 |
18 |
Практические занятия (ПЗ) |
– |
– |
– |
Лабораторные занятия (ЛР) |
18 |
0,50 |
18 |
Семинары (С) |
– |
– |
– |
Занятия, проводимые в интерактивной форме |
8 |
0,22 |
8 |
(20 % от аудиторных по ФГОС ВО) |
|
|
|
|
|
1,00 |
|
Самостоятельная работа (Сам) |
36 |
36 |
|
Курсовой проект (работа) |
– |
– |
– |
Расчетно-графические работы |
– |
– |
– |
Реферат |
– |
– |
– |
Другие виды самостоятельной работы |
– |
– |
– |
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
* |
* |
зачет |
4.Содержание дисциплины
4.1.Разделы дисциплины и виды занятий
Все виды аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов построены в виде логически связанной единой блочной системы, включающей систематическую подготовку студентов к лабораторным занятиям, сдаче отчетов по самостоятельной работе, отчетов по лабораторным работам.
6
Втабл. 2 включены основные разделы дисциплины “Химия древесины”
исведения по видам работ, относящимся к данной дисциплине.
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Разделы дисциплины |
Лек- |
ЛР |
|
Сам |
п/п |
|
ции |
|
|
|
1 |
Общие сведения о строении и химическом со- |
4 |
2 |
|
12 |
|
ставе древесины |
|
|
|
|
2 |
Строение и химические свойства компонентов |
8 |
10 |
|
12 |
|
древесины |
|
|
|
|
3 |
Химическая переработка древесины |
6 |
6 |
|
12 |
|
Итого часов |
18 |
18 |
|
36 |
|
Итого зачетных единиц |
0,5 |
0,5 |
|
1,0 |
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ И ХИМИЧЕСКОМ СОСТАВЕ ДРЕВЕСИНЫ
Древесина и её компоненты. Строение древесины и коры. Физические свойства древесины. Химический состав древесины
Раздел 2. СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ ДРЕВЕСИНЫ
Целлюлоза как природный полимер. Общие сведения о целлюлозе. Строение целлюлозы. Надмолекулярная структура целлюлозы. Структурные модификации целлюлозы. Биосинтез целлюлозы и моносахаридов. Химические реакции целлюлозы. Производные целлюлозы.
Гемицеллюлозы. Общие сведения и классификация гемицеллюлоз. Типы связей в макромолекулах гемицеллюлоз. Характеристика отдельных гемицеллюлоз.
Общие сведения о лигнине. Распространенность лигнина в природе и его роль в растениях. Строение лигнина. Типы химических связей в макромолекулах. Функциональные группы лигнинов. Физические и физико-химические свойства лигнина. Химические реакции лигнина.
Экстрактивные вещества древесины. Общие сведения и классификация экстрактивных веществ. Экстрактивные вещества, растворимые в воде. Смолистые вещества: терпены, смоляные кислоты, нейтральные вещества, жирные кислоты, лигнаны.
7
Раздел 3. ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ
Основные принципы получения целлюлозы из древесины: сульфитная, сульфатная, натронная, азотнокислая варки. Химические превращения полисахаридов в процессах делигнификации. Химические превращения гемицеллюлоз.
Ферментативная делигнификация древесины. Делигнификация древесины с применением окислителей и восстановителей. Гидролиз древесины разбавленными и концентрированными кислотами. Основные реакции полисахаридов в процессе гидролиза.
Целлюлозно-бумажная промышленность и основные продукты ее производства. Гидролизная промышленность. Использование гидролизатов. Производство фурфурола, спиртов, органических кислот и других продуктов. Лесохимическая промышленность. Технология экстрактивных веществ. Пирогенетическое производство. Основные продукты термораспада древесины, их состав и выход.
4.3. Перечень занятий, проводимых в интерактивной форме
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
№ п/п |
Тема занятия |
Форма прове- |
|
|
дения |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
1 |
Общие сведения о строении и химическом составе |
Публичная пре- |
|
древесины (лекция) |
зентация |
2 |
Химическая переработка древесины |
Проблемная |
|
|
лекция |
3 |
Общие сведения о строении и химическом составе |
Коллоквиум |
|
древесины. Строение и химические свойства ком- |
|
|
понентов древесины (лабораторное занятие) |
|
4 |
Химическая переработка древесины (лабораторное |
Коллоквиум |
|
занятие) |
|
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, СЕМИНАРЫ И ДРУГИЕ ВИДЫ АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
5.1. Лабораторный практикум
В табл. 4 приводится перечень наименований лабораторных занятий с указанием номера раздела, к которому относится данное лабораторное занятие.
|
|
8 |
|
|
Таблица 4 |
|
Наименование лабораторных работ |
|
№ № раздела |
||
п/ |
дисцип- |
|
п |
лины |
3 |
1 |
2 |
|
1 |
Раздел 2 |
Правила работы в химической лаборатории. |
|
|
Лабораторная работа № 1. «Физико-химические свойства |
|
|
целлюлозы» |
2 |
Раздел 2 |
Лабораторная работа № 2. |
|
|
«Химические свойства компонентов древесины» |
3 |
Раздел 2 |
Лабораторная работа № 3. |
|
|
«Получение сложных эфиров целлюлозы» |
4 |
Раздел 2 |
Лабораторная работа № 4. |
|
|
«Нецеллюлозные компоненты древесины» |
5 |
Раздел 1, 2 |
Текущий контроль № 1 по теме: |
|
|
«Строение и химический состав древесины. Строение и хими- |
|
|
ческие свойства компонентов древесины» |
6 |
Раздел 2 |
Лабораторная работа № 5. |
|
|
«Определение экстрактивных веществ древесины» |
7 |
Раздел 3 |
Лабораторная работа № 6 по теме: «Особенности крашения |
|
|
древесины различных пород» |
8Лабораторная работа № 7 по теме: «Определение краевого угла Раздел 3 смачивания древесины и древесных материалов различными
жидкостями»
9Раздел 3 Текущий контроль № 2 по теме: « Химическая переработка древесины»
6. Перечень вопросов для промежуточного контроля
Перечень вопросов к текущему контролю № 1
1.Понятие о высокомолекулярных веществах. Общие сведения о ВМС. Классификация веществ по молекулярной массе. Приведите примеры веществ из каждой группы.
2.Укажите признаки, отличающие полимеры от низкомолекулярных соединений. Что такое мономер? Приведите примеры структурных формул мономеров следующих полимеров: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиэтиленгликоль.
3.Молекулярная масса и полидисперсность полимеров.
4.Что называется степенью полимеризации, элементарным звеном полимера? Как они связаны с молекулярной массой полимера?
9
5.Классификация полимеров по происхождению. Природные полимеры. Приведите структурные формулы.
6.Классификация полимеров по химическому составу и составу цепи.
7.Классификация полимеров по форме макромолекул и в зависимости от порядка расположения звеньев в цепи.
8.Классификация полимеров по отношению к нагреванию. Приведите примеры.
9.Классификация полимеров по гибкости макромолекул и областям применения.
10.Методы получения природных полимеров. Приведите примеры.
11.Основные методы получения синтетических полимеров. Охарактеризуйте каждый из них.
12.Что называется полимеризацией и каковы основные отличия реакции полимеризации от поликонденсации? Приведите примеры этих реакций.
13.Дайте понятие поликонденсации. Напишите уравнения получения крахмала и целлюлозы из глюкозы.
14.Что изучает химия древесины? Дайте характеристику древесины и основных ее компонентов.
15.Классификация полимерных компонентов древесины.
16.Приведите схему химического состава древесины и коры.
17.Физические и физико-химические свойства древесины.
18.Дайте краткую характеристику основных компонентов древесины.
19.Приведите химический состав древесины лиственных пород.
20.Приведите основные направления переработки древесины.
21.Макроскопическое строение древесины.
22.Микроскопическое строение древесины. Виды растительных клеток.
23.Особенности микроскопического строения древесины хвойных пород.
24.Строение и основные элементы древесины лиственных пород.
25.Приведите строение и состав клеточной стенки. Виды тканей древесины.
26.Дайте характеристику основных показателей, описывающих физические свойства древесины
27.Приведите химический состав древесины хвойных пород. Химический состав клеточной стенки хвойных пород.
28.Химический состав древесины. Ароматическая часть.
29.Методы химической переработки древесины. Термическое разложение древесины.
30.Общие сведения о целлюлозе. Приведите структурную формулу целлюлозы, ее элементарное звено и функциональные группы.
31.Целлюлоза. Взаимосвязь с другими компонентами древесины. Надмолекулярные структуры целлюлозы. Биологическая роль целлюлозы.
32.Биосинтез целлюлозы и моносахаридов. Приведите уравнения реакций.
10
33.Строение целлюлозы. Структурные модификации целлюлозы.
34.Химическое строение целлюлозы. Природная и техническая целлюлоза.
35.Дайте характеристику основных надмолекулярных структур целлюлозы.
36.Химические реакции целлюлозы. Приведите уравнения реакций.
37.Деструкция целлюлозы и её основные типы.
38.Гидролиз целлюлозы. Особенности гидролиза целлюлозы в кислой и щелочной среде.
39.Напишите реакцию кислотного гидролиза целлюлозы. Назовите промежуточные углеводы.
40.Назовите основные производные целлюлозы. Приведите реакции их получения.
41.Напишите реакцию образования щелочной целлюлозы. Приведите области применения такой целлюлозы.
42.Какие вы знаете простые эфиры целлюлозы? Приведите реакции их получения.
43.Какие вы знаете сложные эфиры целлюлозы? Приведите реакции их получения.
44.Ацетаты целлюлозы. Напишите реакции получения ацетатов целлюлозы. Каковы свойства и области использования моно-, ди- и триацетатов целлюлозы?
45.Напишите реакцию нитрования целлюлозы. Опишите свойства и укажите области применения нитратов целлюлозы.
46.Сложные и простые эфиры целлюлозы. Напишите уравнения реакции их получения.
Перечень вопросов к текущему контролю № 2
1.Общие сведения и классификация гемицеллюлоз.
2.Содержание гемицеллюлоз в древесине. Химический состав гемицеллюлоз.
3.Физические свойства гемицеллюлоз хвойной и лиственной древесины. Пентозаны и гексозаны.
4.Гемицеллюлозы: общие сведения, содержание в древесине.
5.Типы связей в макромолекулах гемицеллюлоз.
6.Краткая характеристика отдельных гемицеллюлоз в древесине.
7.Строение элементарных звеньев макромолекул гемицеллюлоз.
8.Области использования гемицеллюлоз.
9.Общие сведения о лигнине.
10.Распространенность лигнина в природе и его роль в растениях.
11.Первичные структуры, предшествующие образованию лигнина.