2061

2

УДК 54

Ходосова, Н. А. Химия [Текст] : методические указания для аудиторной и самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 022000 – Экология и природопользование / Н. А. Ходосова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 31 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 1 от 19 ноября 2010 г.)

Рецензент заведующий кафедрой аналитической химии ВГУ д-р хим. наук, проф. В.Ф. Селеменев

Методические указания составлены в соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавра 022000.62 – Экология и природопользование, утвержденным приказом Министерства образования и науки РФ от 12 августа 2010 г. № 854 г. и примерной программой дисциплины “Химия” для нехимических направлений подготовки бакалавров.

3

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.Целью изучения дисциплины «Химия» является формирование у студентов фундаментальных представлений о единстве естественных наук, о понятиях и законах химии, об основных химических системах, о закономерностях протекания химических процессов; получение практических навыков решения задач и выполнения химических экспериментов.

1.2.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

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

изучить теоретические основы строения веществ;

ознакомиться с общими закономерностями протекания химических процессов;

иметь представления об изменениях во времени химических процессов при изучении химической кинетики;

ознакомиться со свойствами растворов неэлектролитов и электролитов и дисперсных систем;

изучить особенности окислительно-восстановительных и электрохимических процессов;

ознакомиться с принципом химической идентификации и анализа веществ;

получить основные понятия об органической химии, олигомерах и полимерах;

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

ознакомиться с лабораторным практикумом по химии и химической идентификации веществ.

1.3. Дисциплина «Химия» относится к математическому и естественнонаучному циклу дисциплин и входит в вариативную часть учебного плана.

4

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Студент по результатам освоения дисциплины «Химия» должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

–обладать базовыми знаниями фундаментальных разделов физики, химии

ибиологии в объеме, необходимом для освоения физических, химических и биологических основ в экологии и природопользовании; владеть методами химического анализа, а также методами отбора и анализа геологических и биологических проб; иметь навыки идентификации и описания биологического разнообразия, его оценки современными методами количественной обработки информации (ПК-2).

2.2. В результате освоения дисциплины «Химия» студент должен

–знать: основные понятия химии и химические законы, необходимые для использования в профессиональной деятельности; основные химические методы анализа; понятие о строении вещества, как одном из видов материи, о связи между составом и строением вещества и их свойствами; основные методы решения прикладных задач химии; о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности в системах, взаимных переходах из упорядоченного в неупорядоченное состояние при изучении термодинамики в химических системах; о свойствах растворов, окислительно-восстановительных

иэлектрохимических процессах; основные особенности свойств и методов получения ВМС; о последствиях профессиональной деятельности на природные процессы и об основных принципах природопользования; основные принципы охраны окружающей среды и перспективы создания экологически чистых технологий.

–уметь: понимать роль химии в системе наук; владеть методами теоретического и экспериментального исследования в химии, а также освоить методы обработки полученных результатов; самостоятельно работать с учебной

инаучной литературой; самостоятельно делать выводы из полученного на лабораторных занятиях практического материала; понимать принципы и основы химии живой материи, быть знакомым с химическими основами биологических процессов; работать как в составе группы, так и индивидуально.

–владеть основными методами качественного и количественного анализа.

5

3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

Дисциплина «Химия» для бакалавров направления подготовки «Экология и природопользование» включает вопросы: строение вещества, химическая термодинамика и кинетика химических реакций. Рассмотрены химические системы: растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, каталитические системы. В состав данного курса включены элементы физической и аналитической химии. Они составляют неотъемлемую часть курса общей химии.

Все виды аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов построены в виде логически связанной единой блочной системы, включающей систематическую подготовку студентов к лабораторным и семинарским

6

занятиям, сдачи отчетов по самостоятельной работе, лабораторным работам, текущего контроля и блочных экзаменов.

В таблицу 2 включены основные разделы дисциплины “Химия” и сведения по видам работ, относящимся к данной дисциплине.

Таблица 2

4.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ

Введение. Предмет химии. Химия как раздел естествознания - наука о веществах и их превращениях. Понятие о материи и движении, вещество и поле. Основные понятия и законы химии. Значение химии для бакалавров по экологии и природопользованию. Химия и охрана окружающей среды. Роль фундаментальной химической науки в решении проблем химии окружающей среды. Понятие о нанотехнологиях и наноматериалах.

7

Раздел 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Энергетика химических процессов. Элементы термохимии. Teпловой эффект реакции. Основные термодинамические функции. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Закон Гесса и следствия из него. Закон Лавуазье-Лапласса. Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Понятие об изобарно-изотермическом потенциале (энергия Гиббса). Влияние энтальпийного и энтропийного факторов на направление реакции. Стандартная энергия Гиббса образования. Условия самопроизвольного протекания химических процессов.

Химическая кинетика и химическое равновесие. Скорость химических реакций и методы ее регулирования. Гомогенные и гетерогенные системы. Зависимость скорости химической реакции от концентрации. Закон действия масс. Константа скорости реакции. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Биологические катализаторы – ферменты. Колебательные реакции. Обратимые и необратимые химические реакции. Условия химического равновесия. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Фазовое равновесие. Правило фаз.

Раздел 3. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Исторические этапы создания теории строения атома. Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары. Особенности поведения микрообъектов. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантовомеханическая модель атома. Уравнение Шредингера. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули и следствие из него. Правило Клечковского. Правило Гунда. Связь строения атома с периодической системой элементов.

8

Химическая связь. Условие и механизм образования химической связи. Химическая связь и валентность. Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина связи, валентные углы. Ковалентная связь. Метод валентных связей. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность,

и-связи. Поляризуемость. Гибридизация атомных орбиталей. Связывающие

иразрыхляющие орбитали. Донорно-акцепторный механизм образования связи. Образование и особенности ионной связи. Свойства ионной связи: ненасыщаемость, ненаправленность. Металлическая связь и ее особенности. Кристаллическая решетка металлов. Водородная связь и ее свойства. Роль водородной связи в жизнедеятельности организмов.

Раздел 4. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Окислительно-восстановительные процессы. Степень окисления. Окислители и восстановители. Окисление и восстановление. Типы окислительно-восстановительных реакций. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Эквивалент окислителя и восстановителя. Окислительные и восстановительные свойства элементарных веществ и химических соединений. Роль окислительно-восстановительных реакций в природе, технике, охране окружающей среды.

Определение, классификация электрохимических процессов. Понятие об электродных потенциалах. Стандартный водородный электрод. Уравнение Нернста. Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Электролиз. Последовательность электродных процессов. Законы Фарадея. Практическое применение электролиза. Коррозия металлов. Основные виды коррозии. Методы защиты от коррозии.

Раздел 5. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ И ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Общие понятия о растворах. Свойства растворов неэлектролитов. Классификация растворов. Термодинамика растворения. Основные характеристики растворов. Разбавленные растворы неэлектролитов. Диффузия

9

и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Давление пара растворов. Первый закон Рауля. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Второй закон Рауля.

Свойства растворов электролитов. Реакция среды. Изотонический коэффициент. Теория электролитической диссоциации. Количественные показатели диссоциации: степень диссоциации, константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Ионные уравнения реакций. Произведение растворимости. Ионное произведение воды. Водородный показатель среды. Значение водородного показателя для жизнедеятельности растений и животных. Индикаторы. Гидролиз солей. Константа и степень гидролиза. Значение гидролиза в живой природе. Дисперсные системы. Коллоидные растворы.

Раздел 6. ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ.

Предмет аналитической химии. Качественный анализ. Химическая идентификация: качественный и количественный анализ. Химические, физические и физико-химические методы анализа. Аналитические реакции и способы их выполнения. Требования к аналитическим реакциям и реактивам. Системы качественного анализа катионов и анионов. Аналитическая классификация катионов и анионов. Дробный анализ и систематический ход анализа. Анализ индивидуального вещества. Методы количественного анализа.

Раздел 7. ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

Предмет органической химии. Основные понятия о строении и свойствах органических соединений. Классификация органических соединений. Гомологические ряды. Строение, физические и химические свойства предельных и непредельных углеводородов. Кислородсодержащие органические соединения: спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты. Номенклатура, строение, физические и химические свойства.

10

Раздел 8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Номенклатура и классификация полимеров. Степень полимеризации и молекулярная масса. Природные и синтетические полимеры. Особенности физической структуры высокомолекулярных соединений. Агрегатные, фазовые и физические состояния полимеров. Типы реакций полимеров. Полимераналогичные превращения. Реакции функциональных групп. Деструкция полимеров. Растворы высокомолекулярных соединений. Механизм растворения и набухания полимеров. Методы определения молекулярной массы полимеров.

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, СЕМИНАРЫ И ДРУГИЕ ВИДЫ АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

5.1. Лабораторный практикум