2532

2

УДК 546 + 547(075)

Новикова Л.А. Химия [Текст] : методические указания для аудиторной и самостоятельной работы студентов специальности 230400.62 – Информационные системы / Л. А. Новикова ; Министерство образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 22 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».

Методические указания составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавра 230400.62 – «Информационные системы и технологии», утвержденного зам. министра образования РФ 14.01.2010 г. (регистр. № 25) и примерной программой по химии для нехимических направлений подготовки бакалавров.

3

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Врезультате освоения дисциплины «Химия» студент должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):

-владеть культурой мышления, способностью обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить целить и выбирать пути ее достижения

(ОК-1);

-использовать основные законы химии в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

-способностью использовать технологические разработки объектов профессиональной деятельности в области химической промышленности, химиколесного комплекса, экологии (ПК-18);

-способностью участвовать в постановке и проведении экспериментальных исследований (ПК-24).

2.ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Врезультате освоения дисциплины «Химия» студент должен знать:

основные положения современной теории строения атома, периодический закон и его использование в предсказании свойств элементов и соединений; теорию химической связи, природу и свойства химической связи в различных классах соединений; методы математического описания термодинамики и кинетики химических реакций;

основные соединения элементов и их химические превращения, основные классы 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 распространенных классов высокомолекулярных соединений, о методах химической идентификации веществ, качественном и количественном анализе;

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

Студент должен уметь:

-проводить расчеты концентрации растворов различных соединений;

-определять изменение концентраций и константы равновесия при протекании химических реакций;

-определять термодинамические характеристики реакций и возможные направления химических взаимодействий;

-проводить очистку веществ в лабораторных условиях;

4

-определять основные физические характеристики органических веществ.

-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.

Студент должен владеть:

-навыками выполнения основных химических лабораторных операций;

-методами определения pH и концентраций в растворах;

-методами синтеза простейших неорганических и органических соединений.

3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Разделы дисциплины и виды занятий

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. Общие закономерности химических процессов

Предмет химии и еѐ связь с другими науками. Роль фундаментальной химической науки в решении проблем окружающей среды. Понятие о нанотехнологиях и наноматериалах. Основные понятия химической термодинамики. Термодинамические функции. Внутренняя энергия и энтальпия. Первый закон

5

термодинамики. Законы термохимии. Закон Гесса и следствия из него. Закон Лавуазье-Лапласа. Энтропия. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии в химических 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. Правило 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 (коллигативные) 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. Электролитическая диссоциация. Изотонический коэффициент. 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 электрод и

6

водородная шкала потенциалов. Потенциалы металлических электродов. Уравнение Нернста. Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Химические источники тока. 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

Предмет органической химии. Теоретические представления о строении органических соединений. Теория А.М.Бутлерова. Классификация органических соединений и реакций. Номенклатура органических веществ. Изомерия. Способы получения и химические свойства углеводородов и основных классов кислородсодержащих соединений. 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 на 5 неделе

Вопросы к темам «Основные понятия химии», «Стехиометрические законы»

1.Основные понятия химии. Атом, молекула. Простые и сложные вещества. Атомная масса, молекулярная масса. Моль, молярная масса.

2.Закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

3.Закон Авогадро. Следствие из закона Авогадро.

4.Закон кратных отношений.

5.Закон объѐмных отношений

6.Закон постоянства состава. Дальтониды и бертоллиды.

7.Понятие об эквиваленте. Эквивалент элемента и сложных соединений.

8.Закон эквивалентов.

Вопросы к теме «Химическая термодинамика»

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

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

3.Термохимия. Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса. Термохимические расчеты.

8

4.Закон Лавуазье-Лапласа.

5.Понятие об энтропии.

6.Второй закон термодинамики. Изменение энтропии в химических процессах

ифазовых переходах.

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

Вопросы к теме «Химическая кинетика и химическое равновесие»

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

2.Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

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

4.Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Энергия активации реакции. Теория активированного комплекса.

5.Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятия об адсорбции, десорбции, абсорбции, хемосорбции, адсорбенте и адсорбате.

6.Обратимые и необратимые реакции.

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

8.Фазовые равновесия. Правило фаз.

II контроль на 7 неделе

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.История создания периодической системы химических элементов. Основные законы философии и периодическая система Д.И.Менделеева.

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

8.Связь периодической системы с электронным строением атомов.

9

s-, p-, d-, f-элементы. Проскок электронов.

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.Ионная связь и ее свойства. Ионные кристаллические решетки.

13.Металлическая связь и ее особенности. Металлические решетки.

14.Водородная связь, ее свойства. Комплементарность.

III контроль на 12 неделе

Вопросы к темам «Растворы»

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

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

3.Тепловые эффекты при растворении.

4.Растворение и растворимость веществ.

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

6.Давление пара растворов. Первый закон Рауля.

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

8.Растворы электролитов. Изотонический коэффициент.

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

10.Ионные уравнения реакций.

11.Произведение растворимости.

12.Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.

13.Индикаторы. Потенциометрический способ определения рН растворов.

14.Гидролиз солей. Типичные случаи гидролиза солей.

IV контроль на 18 неделе

Вопросы к темам «Окислительно-восстановительные процессы», «Электрохимические системы»

1.Окислительно-восстановительные процессы. Степень окисления.

2.Окислители и восстановители. Окисление и восстановление.

10

3.Типы окислительно-восстановительных реакций.

4.Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

5.Электрохимические процессы: определение, классификация.

7.Электрод. Стандартный электродный потенциал. Уравнение Нернста.

8.Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Аккумуляторы.

9.Электролиз. Определение, практическое применение электролиза.

10.Электролиз с нерастворимым и растворимым анодом.

11.Катодные и анодные процессы.

12.Законы Фарадея.

13.Понятие о коррозии металлов.

14.Основные виды коррозии металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Механизм коррозии.

15.Методы защиты металлов от коррозии.

Вопросы к теме «Высокомолекулярные соединения. Полимеры»

1.Полимер, мономер, структурное звено, степень полимеризации.

2.Полимеризация и поликонденсация.

3.Классификация полимеров по происхождению, составу, строению цепи, отношению к температуре.

4.Физико-химические свойства и применение полимеров: полиэтилен, поливинилхлорид, полиэтиленоксид, полиакрилаты, полисилоксаны, карбамидо- и фенолоформальдегидные смолы. Получение и применение в технике полимерных композиционных материалов.

Вопросы к теме «Химическая идентификация веществ»

1.Предмет и задачи аналитической химии. Аналитический сигнал. Аналитические реакции.

2.Методы качественного анализа. Качественные реакции некоторых катионов и анионов.

3.Методы количественного анализа. Титриметрический метод анализа. Титрант, титруемое вещество. Спектрофотометрический метод анализа.

4.Определение временной и постоянной жесткости воды титриметрическим методом. Способы устранения жесткости.