1847

2

УДК 54

Ткачева, О. А. Химия [Текст] : методические указания для аудиторной и самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 151000 – Технологические машины и оборудование / О. А. Ткачева ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 20 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 7 от 25 мая 2012 г.)

Рецензент д-р хим. наук, проф. кафедры физической и аналитической химии Воронежского государственного университета инженерных технологий П.Т. Суханов

Методические указания составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавра 151000.62 – «Технологические машины и оборудование», утвержденного приказом министерства образования и науки Российской Федерации от 09.11.2009 г. № 556, и примерной программой по химии для нехимических направлений подготовки бакалавров.

3

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.Целью изучения дисциплины «Химия» является формирование у студентов целостного естественнонаучного мировоззрения.

1.2.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

освоить основные понятия, законы и модели химических систем, реакционной способности веществ;

иметь представления о термодинамической возможности протекания химических реакций, об изменениях во времени химических процессов при изучении химической кинетики;

ознакомиться со свойствами неэлектролитов и электролитов;

иметь представление об окислительно-восстановительных реакциях, электрохимических и коррозионных процессах;

ознакомиться с химической идентификацией вещества, инструментальными методами анализа;

иметь представления о новейших теоретических открытиях в химических науках и перспективах для их практического использования;

1.3. Дисциплина «Химия» относится к математическому и естественнонаучному циклу, индекс по учебному плану Б2.Б.1.

2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Студент по результатам освоения дисциплины «Химия» должен обладать следующими компетенциями:

–владеть целостной системой научных знаний об окружающем мире, способность ориентироваться в ценностях бытия, жизни, культуры (ОК-1);

–способностью на научной основе организовывать свой труд, оценивать с большой степенью самостоятельности результаты своей деятельности, владеть навыками самостоятельной работы (ОК-6);

–способностью к приобретению с большой степенью самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий (ОК-7);

–способностью к целенаправленному применению базовых знаний в области математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в профессиональной деятельности (ОК-9).

4

2.2. В результате освоения дисциплины студент должен: знать:

– основные положения современной теории строения атома, периодический закон, его использование в предсказании свойств элементов и соединений; теорию химической связи, природу и свойства химической связи в раз-

личных классах соединений;

методы математического описания термодинамики и кинетики химических реакций;

основные соединения элементов и их химические превращения, основные классы неорганических и органических соединений;

особые свойства и закономерности поведения дисперсных систем;

методы описания равновесий в растворах электролитов;

основные процессы, протекающие в электрохимических системах, процессы коррозии и методы борьбы с коррозией;

особенности, строение и свойства высокомолекулярных соединений,

методы химической идентификации веществ, качественный и количественный анализ;

основные принципы охраны окружающей среды и перспективы создания экологически чистых технологий;

уметь:

–проводить расчеты концентрации растворов различных соединений;

–определять термодинамические характеристики реакций и возможные направления химических взаимодействий;

–работать с учебной и научной литературой;

–самостоятельно анализировать, обобщать и делать выводы из полученных на лабораторных занятиях результатов;

–работать как в составе группы, так и индивидуально;

владеть:

–навыками выполнения основных химических лабораторных операций;

–методами определения pH и концентраций в растворах;

–методами теоретического и экспериментального исследования в химии

иметодами оценки численных величин в химических процессах.

5

3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Разделы дисциплины и виды занятий

В таблице 2 представлены основные разделы дисциплины «Химия» и трудоемкость в часах по различным видам работ.

Таблица 2

4.2 Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Введение. Общие закономерности химических процессов

Предмет химии. Связь химии с другими науками. Роль химии решении проблем окружающей среды. Понятие о нанотехнологиях и наноматериалах. Основные понятия и законы химии.

Основные понятия химической термодинамики. Термодинамические функции. Внутренняя энергия и энтальпия. Первый закон термодинамики. Законы термохимии. Закон Гесса и следствие из него. Закон Лавуазье-Лапласа. Энтропия. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии в химических

6

реакциях. Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса). Влияние энтальпийного и энтропийного факторов на направление реакции. Условия самопроизвольного протекания химических процессов.

Химическая кинетика. Скорость реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Закон действия масс. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации. Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Адсорбция.

Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле Шателье. Фазовое равновесие. Правило фаз.

Раздел 2. Строение вещества

Планетарная модель строения атома. Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары. Особенности поведения микрообъектов. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантово-механическая модель атома. Уравнение Шредингера. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули. Правило Гунда. Правила Клечковского.

Условие и механизм образования химической связи. Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина связи, валентные углы. Основные типы химической связи: ковалентная связь: полярная и неполярная; ионная, металлическая. Понятие о межмолекулярном взаимодействии, водородная связь и ее свойства.

Раздел 3. Растворы

Общие понятия о растворах и дисперсных системах. Растворение и растворимость веществ. Общие свойства растворов. Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Давление пара растворов. Первый закон Рауля. Замерзание и кипение растворов. Второй закон Рауля. Свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Электролитическая диссоциация. Степень и константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Ионные уравнения реакций. Произведение растворимости. Водородный показатель. Реакция среды. Гидролиз солей. Химия воды. Методы водоподготовки.

Раздел 4. Основы электрохимии. Коррозия и защита металлов

Окислительно-восстановительные процессы. Степень окисления. Окислители и восстановители. Типы окислительно-восстановительных реакций. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Электрохимические системы. Классификация электрохимических процессов. Понятие об электродных потенциалах. Стандартный водородный элек-

7

трод и водородная шкала потенциалов. Потенциалы металлических электродов. Уравнение Нернста. Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Аккумуляторы. Электролиз растворов и расплавов. Активные и инертные аноды. Законы Фарадея. Коррозия металлов: химическая и электрохимическая. Механизм коррозии. Методы защиты от коррозии: легирование, электрохимическая защита, защитные покрытия, изменение свойств коррозионной среды.

Раздел 5. Органические вещества и высокомолекулярные соединения

Теоретические представления о строении органических соединений. Теория А.М. Бутлерова. Классификация органических соединений и реакций. Номенклатура органических веществ. Изомерия. Понятие и определение высокомолекулярных соединений. Строение и классификация полимеров. Мономеры. Олигомеры. Методы получение полимеров: полимеризация и поликонденсация. Основные свойства и применение полимеров. Полимерные композиционные материалы.

Раздел 6. Химическая идентификация и анализ вещества

Предмет аналитической химии. Аналитические реакции. Химическая идентификация веществ. Качественный анализ и его методы. Количественный анализ. Методы количественного анализа: химические, физико-химические и физические методы анализа.

6. ВОПРОСЫ К ТЕКУЩЕМУ КОНТРОЛЮ

I контроль

Вопросы к темам «Основные понятия и законы химии», «Химическая термодинамика», «Химическая кинетика»

1. Основные понятия и законы химии.

2. Понятие о нанотехнологиях и наноматериалах.

3.Понятие о химической термодинамике. Термодинамические системы, их параметры и свойства.

4.Первый закон термодинамики. Особенности химических реакций в изобарных и изохорных условиях. Внутренняя энергия.

5.Термохимия. Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса.

6. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества. Следствие из закона Гесса. Термохимические расчеты.

7.Закон Лавуазье-Лапласа.

8.Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии в химических процессах и фазовых переходах.

9.Энергия Гиббса и ее изменение в химических процессах. Критерии направления самопроизвольного протекания химических процессов.

9

10. Определение скорости химической реакции. Скорость реакций в гомогенных и гетерогенных системах.

11.Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

12.Зависимость скорости химических реакций от концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс. Константа скорости реакции.

13.Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Энергия активации реакции.

14.Зависимость скорости реакции от давления и от степени дисперсности реагентов.

15.Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятия об адсорбции, десорбции, абсорбции, хемосорбции.

16.Обратимые и необратимые реакции. Условия необратимости химических реакций.

17.Колебательные реакции.

18.Условие возникновения и смещения химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

19.Фазовые равновесия. Правило фаз.

II контроль

Вопросы по темам «Строение атома», «Химическая связь», «Периодическая система Д.И.Менделеева»

1.Основные сведения о строении атома.

2.Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары.

3.Исторические этапы создания теории строения атома. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля.

4.Характеристика энергетического состояния электрона квантовыми числами. Главное, побочное, магнитное, спиновое квантовые числа.

5.Распределение электронов по энергетическим уровням в соответствии с принципом Паули, правилами Клечковского и Гунда.

6.Радиусы атомов и ионов. Энергия ионизации, энергия сродства к электрону, электроотрицательность.

7.Периодический закон Д.И. Менделеева. Положение элементов в периодической системе. Периоды. Группы. Подгруппы.

8.Периодическая система в свете строения атома. s-, p-, d-, f-элементы. Проскок электронов.

10

9.Условие образования химической связи. Типы химической связи. Химическая связь и валентность.

10.Количественные характеристики химической связи: длина связи, энергия связи, валентные углы.

11.Ковалентная связь. Метод валентных связей. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность связи, поляризуемость связи. Полярные и неполярные молекулы. Донорно-акцепторный механизм образования связи.

12.Гибридизация атомных орбиталей.

13.Ионная связь и ее свойства. Ионные кристаллические решетки.

14.Металлическая связь и ее особенности. Металлические решетки.

15.Водородная связь, ее свойства. Комплементарность.

16. Силы межмолекулярного взаимодействия.

III контроль

Вопросы к теме «Растворы»

1. Определение понятия «растворы». Классификация растворов. Термодинамика растворения.

2.Способы выражения концентрации растворов: массовая доля и мольная доля, молярная, нормальная (эквивалентная) и моляльная концентрации.

3.Тепловые эффекты при растворении. Растворение и растворимость веществ.

4.Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа.

5.Давление пара растворов. Первый закон Рауля.

6.Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Второй закон Рауля.

7.Растворы электролитов. Изотонический коэффициент.

8.Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации, константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты.

9.Ионные уравнения реакций.

10.Произведение растворимости.

11.Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.

12.Индикаторы. Потенциометрический способ определения рН растворов.

13.Гидролиз солей. Типичные случаи гидролиза солей.

14.Химия воды. Жесткость воды. Методы водоподготовки.