2.6. Разъяснения по поводу работы с тестовой системой курса.

Тестовые задания по данной дисциплине разработаны с целью текущего контроля знаний студентов. Примерные вопросы тестов без вариантов ответа приведены в рабочей программе курса и могут быть использованы для подготовки. Тестирование студентов осуществляется с использованием печатных или электронных вариантов тестов, которые раздаются студентам во время текущего контроля. При этом каждому студенту предлагается индивидуальный набор вопросов с пояснением типа представленных заданий: одиночный выбор (верен 1 вариант), множественный выбор (верны несколько вариантов), соответствие (1 или несколько вариантов из одного столбика соответствуют 1 или нескольким вариантам из 2 столбика).

3. Учебно-методические материалы

3.1. Лекции

Лекция – форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме.

В связи с повышением роли самостоятельной работы студентов в учебном процессе некоторые теоретические вопросы могут не изучаться на лекциях подробно, а предоставляться студентам для самостоятельной проработки. Как правило, эти темы достаточно легки для понимания или в значительной степени базируются на школьном курсе химии.

Далее изложены требования к знаниям и умениям, которые должны приобрести студенты в процессе изучения основных тем.

Изучив тему «Введение», студент должен знать существенные и необходимые признаки химической науки, уметь обосновать связь химии с другими дисциплинами, показать значение химических знаний для них, а также указать возникшие на стыке с химией пограничные науки, (например, возникновении биохимии на стыке биологии, которая изучает живые организмы, и химии, которая изучает превращения веществ; предмет изучения биохимии – превращения веществ в живых организмах). Особое значение придаётся умению показать важность химических знаний для экологии, рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Изучив тему «Атомно-молекулярное учение», студент должен знать основные химические понятия, такие как химический элемент, простое вещество, моль, молярная масса, молярный объём, валентность, химические формулы, стехиометрический коэффициент, индекс, а также основные законы: закон сохранения массы и энергии, закон постоянства состава, закон объёмных отношений, закон Авогадро. Следует не только знать формулировки законов, но и уметь объяснить их сущность, принципы применимости и при необходимости показать их относительность. Например, закон сохранения массы является частным случаем закона сохранения массы и энергии и в ломоносовской формулировке неприменим к ядерным реакциям. Студентам следует остеречься простого зазубривания определений и формулировок, так как для каждого основного понятия следует не только знать определение, но и уяснить его смысл. Например, моль – это 6,02 ∙ 10²³ каких либо структурных единиц; молярная масса показывает, сколько граммов весит один моль (то есть вышеприведённое число молекул или формульных единиц).

Изучив тему «Классификация и номенклатура неорганических веществ», студент должен уметь отличать основные классы неорганических соединений: металлы, неметаллы, оксиды кислотные, основные, амфотерные и безразличные; кислоты бескислородные и кислород­содержащие, основания нерастворимые и щёлочи, соли средние, кислые, основные, двойные, смешаные и комплексные и отнести предложенное химическое соединение к одному из вышеперечисленных классов. При этом необходимо уметь дать название химическому соединению по сис­тематической номенклатуре и охарактеризовать его основными типами реакций в пределах школьного курса химии: реакции нейтрализации, вытеснение слабой кислоты (основания) сильной кислотой (основанием), реакции в растворах, идущие с образованием осадка, газа или малодиссоциированного соединения, взаимодействие металлов с неметаллами и кислотами. Так как в экологической литературе довольно часто встречаются старые русские названия неорганических веществ, студент должен знать русскую номенклатуру. Например, для вещества СаСО₃ нужно уметь привести следующие названия: «карбонат кальция», «углекислый кальций» и «кальциевая соль угольной кислоты».

После изучения темы «Строение атома», известной из школьного курса физики, следует знать первоначальные теории строения атома, преимущества и недостатки каждой гипотезы, современную квантово-механическую модель атома, состояние электрона в нём, квантовые числа, принцип Паули, правила Гунда и Клечковского и исключения из них, а также уметь составлять электронные и электронно-графические формулы для любого элемента периодической системы Д.И. Менделеева, зная его номер.

Из темы «Периодический закон и периодическая система хими­ческих элементов Д. И. Менделеева» следует знать структуру периодической системы Д.И. Менделеева, формулировки периодического закона (Менделеева и современную), а также уметь продемонстрировать периодичность свойств элементов на примерах изменения радиуса атомов, энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности, охарактеризовать и объяснить основные свойства химического элемента в связи с его положением в периодической системе и электронным строением: металлические и неметаллические свойства, проявляемые валентность и степень окисления, кислотно-основной характер и устойчивость его оксидов и гидроксидов. Особое внимание следует обратить на понимание физического смысла как самого периодического закона, так и номеров периода, группы и элемента в Периодической системе, на умение объяснить причину изменения свойств при возрастании порядковых номеров элементов в периоде и группе.

Изучив тему «Химическая связь», следует знать основные виды химической связи: ковалентную неполярную и полярную, ионную и металлическую, а также водородную связь; уметь показать их сходство и отличие, уметь связать тип связи и свойства соединений. Особенно подробно изучается ковалентная связь и механизмы её образования: обменный и донорно-акцепторный в методе валентных схем, а также основные характеристики ковалентной связи: длина, энергия, полярность, поляризуемость, направленность и насыщаемость, кратность, а также тип (-, - или δ-связь). Студент должен уметь объяснить понятие гибридизации атомных электронных орбиталей, её типы и причины, а также составить валентную схему для предложенного неорганического соединения и указать его пространственную структуру. После изучения ионной связи надо уметь объяснять отсутствие направленности и насыщаемости у этого вида связи, а также знать понятия поляризуемость и поляризующая способность и уметь сравнивать предложенные ионы по этим признакам.

После изучения темы «Термохимия и химическая термодинамика» следует знать основные понятия и величины: внутренняя энергия и энтальпия, энергетические эффекты химический реакций и фазовых переходов, энтропия и энергия Гиббса; теплота (энтальпия) сгорания и теплота (энтальпия) образования; уметь применять закон Гесса для термохимических расчётов, определять направление самопроизвольного протекания химических процессов. Особое внимание следует обратить на понимание физического смысла основных термодинамических функций состояния: энтальпия Н - характеризует теплосодержание системы, её изменение ΔН – тепловой (точнее энергетический) эффект перехода системы из одного состояния в другое; энтропия S - мера беспорядка в системе, а её изменение ΔS характеризует увеличение беспорядка при химической реакции, энергия Гиббса G характеризует стремление системы вступать в химическую реакцию в изобарно-изотермических условиях, а её изменение ΔG – мера возможности самопроизвольного протекания процесса в прямом направлении.

Изучив тему «Химическая кинетика», следует хорошо представлять смысл понятия скорость химической реакции, особеннности её в гомо- и гетерогенных системах, уметь показать её зависимость от температуры, концентрации и природы реагирующих веществ. Знать понятия: энергия активации, активированный комплекс, катализ, катализатор, ингибитор, промотор и каталитический яд, уметь объяснять действие катализатора. Особое внимание следует обратить на понятия порядок реакции и молекулярность реакции и формулировку закона действующих масс, согласно которому скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степени, определяемые опытным путём. В качестве таких степеней можно использовать стехиометрические коэффициенты уравнения реакции только, если реакция протекает в одну стадию, отражаемую уравнением реакции.

После изучения темы «Химическое равновесие» студент должен знать понятия: обратимая и необратимая химические реакции, динамическое химическое равновесие, константа равновесия, уметь объяснить смещение равновесия вследствие изменения концентрации одного из реагирующих веществ, давления и температуры реакционной смеси на основе принципа Ле Шателье.

Изучив тему «Вода», следует знать основные физические и химические свойства воды, аномалии воды и их значение для биосферы, понятия: раствор, растворитель, растворённое вещество, уметь объяснить механизм процесса растворения с точки зрения явления сольватации и разрушения кристаллической решётки.

Изучив тему «Растворы», следует знать понятия: насыщенный, ненасыщенный, пересыщенный, концентрированный и разбавленный растворы, коэффициент растворимости, сольваты, гидраты и кристалло­гидраты, осмотическое давление; уметь выражать концентрацию растворов через массовую и мольную доли растворённого вещества, молярную, нормальную и моляльную концентрации, а также титр; знать, что характеризует каждый способ выражения концентрации. Важно уметь объяснить причину снижения температуры замерзания и повышения температуры кипения растворов (криоскопию и эбулиоскопию); объяснять механизм возникновения осмоса.

После изучения темы «Растворы электролитов» следует знать основные положения теории электролитической диссоциации С. Аррениуса, понятия: гидратированные (сольватированные) ионы, константа диссоциации, ионная сила, активность и коэффициент активности, уметь объяснять процесс диссоциации веществ с ионной и ковалентной полярной связью, рассчитывать степень диссоциации и рН растворов сильных и слабых электролитов с учётом и без учёта ионной силы раствора.

Изучив тему «Произведение растворимости», следует уметь объяснять различие между произведением растворимости и ионным произведением, а также определять возможность смещения равновесия в растворе, содержащем осадок, как в сторону его растворения, так и в сторону образования.

После изучения темы «Гидролиз солей» следует знать, что причиной гидролиза является смещение ионных равновесий в сторону образования недиссоциированных молекул слабого электролита, уметь написать уравнение гидролиза любой соли в полной и сокращенной ионной формах, а также в молекулярной форме и рассчитывать константу гидролиза и рН в растворах солей, образованных слабыми кислотами и сильными основаниями, либо слабыми основаниями и сильными кислотами; знать причину необратимого гидролиза.

Изучив тему «Окислительно-восстановительные реакции», следует знать понятия: степень окисления, валентность, окисление и восстановление, межмолекулярное и внутримолекулярное окисление, диспропорционирование, окислитель и восстановитель, гальванический элемент и процессы, в нем протекающие; электродный (окислительно-восстановительный) потенциал, ряд стандартных электродных потенциалов металлов; уметь составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций как методом электронного баланса, так и электронно-ионным методом (методом полуреакций).

После изучения темы «Дисперсные системы» студент должен знать понятия: дисперсионная среда и дисперсная фаза, степень дисперсности; основные типы дисперсных систем (аэрозоль, туман, пыль, дым, эмульсия, суспензия, взвесь, золь, гель), свободно- и связнодисперсные коллоиды, поверхностная энергия и поверхностное натяжение, коагуляция, седиментация, сорбция и её типы (адсорбция и абсорбция, хемосорбция), поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их применение, ионообменная адсорбция и её применение; уметь охарактеризовать строение мицелл и показать зависимость устойчивости дисперсных систем от внешних и внутренних факторов.

После изучения темы «Электролиз» следует знать процессы, протекающие на электродах при электролизе водных растворов и расплавов солей с инертным и растворимым анодом, законы электролиза, применение электролиза, уметь составлять уравнения электролиза.

Изучив тему «Комплексные соединения», следует знать основные положения координационной теории А. Вернера, понятия: координационное число, комплексообразователь, лиганд, внешняя и внутренняя сферы комплексного соединения, а также уметь определять пространственную структуру и природу химической связи в комплексных соединениях, и давать название комплексному соединению, а также характеризовать его поведение в растворе (первичную и вторичную диссоциации) на основании знания константы нестойкости (или константы устойчивости).

Изучив темы «Металлы» и «Неметаллы», следует знать общие свойства металлов и неметаллов, их основные аллотропные модификации, уметь давать характеристику элементу и его соединениям по положению в периодической системе Д.И. Менделеева, знать особенности физических и химических свойств простых веществ, оксидов, пероксидов, особенности переходных металлов, основные виды коррозии и способы защиты металлов, а также экологическое значение соединений металлов и неметаллов, особенности переходных металлов, основные виды коррозии металлов и способы защиты от неё.