Учебно-методический комплекс (стр. 2 )

В НФИ КемГУ курс химии читается на факультете информационных технологий для специальности 013600 «Геоэкология» в 1-м и 2-м семестрах.

УМК составлен на основе следующих документов:

- государственного образовательного стандарта по специальности 013600 «Геоэкология» и дисциплине «Химия» от 01.01.2001 г;

- положения о подготовке к изданию учебно-методической литературы (НФИ КемГУ, 2000);

- методических рекомендаций по составлению рабочей программы учебной дисциплины (КемГУ, 2001);

- положения о составе и структуре учебно-методического комплекса по дисциплине (КемГУ, 2002);

- положения об УМК учебной дисциплины (НФИ КемГУ, 2006);

- письма Рособрнадзора от 01.01.2001 № ин/ак «О составе рабочей программы УМК и порядке проведения аттестации».

Структура УМК состоит из двух частей – обязательной и дополнительной, содержание которых определяется Положением об УМК учебной дисциплины (НФИ КемГУ, 2006).

1 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины

Рабочая программа сформирована на основе государственного образовательного стандарта (ГОС) по специальности 013600 «Геоэкология» и дисциплине «Химия».

1.1 Пояснительная записка

Курс химии предназначен студентам специальности "Геоэкология" для освоения теоретических основ химии, необходимых при формировании основных экологических и химико-экологических понятий и знаний.

В соответствии с требованиями ГОС ВПО по дисциплине «Химия» для специальности "Геоэкология" от 01.01.2001 г основными разделами химии, обязательными для преподавания являются следующие: химические системы, химическая термодинамика и кинетика, реакционная способность веществ, их идентификация.

Детальная разработка разделов произведена на основании программы дисциплины «Химия» для направлений «Экология и природопользование» и специальности «Геоэкология», утверждённой Научно-методическим Советом по экологическому образованию УМО университетов в 1996 г.

Задачами курса являются освоение студентами современных представлений о строении и химических свойствах веществ, о закономерностях химических процессов, о способах идентификации веществ, об особенностях химического воздействия на экосистемы и развитие химико-экологического мышления у студентов.

Ниже приводится перечень минимальных требований к знаниям и умениям студента при завершении первого и второго семестров обучения.

I семестр

1. Знать символы и названия химических элементов.

2. Знать определения следующих понятий: атом, атомный номер, массовое число, элемент, изотоп, молекула, простое вещество, сложное вещество, химические системы.

3. Уметь определять состав ядра любого изотопа и записывать процессы радиоактивного распада.

4. Уметь записывать электронные конфигурации атомов и одноядерных ионов.

5. Уметь пользоваться периодической таблицей элементов (владеть понятиями «группа», «подгруппа», «период», «ряд», «семейство», «аналог»; предсказывать стехиометрию высших оксидов и галогенидов).

6. Уметь определять ковалентность, степень окисления, записывать структурные формулы и предсказывать геометрию неорганических молекул.

7. Знать основные типы твёрдых веществ (ковалентные, ионные, металлические, молекулярные), и уметь определять тип химической связи.

8. Знать определения основных термодинамических функций: внутренняя энергия, теплота, работа, теплоёмкость, энтропия, энтальпия, энергия Гиббса, константа равновесия.

9. Уметь рассчитывать энергии Гиббса реакций и константы равновесия из справочных данных по стандартным энтальпиям и энтропиям образования

10. Уметь рассчитывать равновесный состав из начального состава и константы равновесия, а также – константу равновесия из равновесного состава.

11. Знать основные способы выражения концентрации растворов (% масс, % мол, моль/л, титр) и уметь производить пересчёт из одних единиц в другие.

12. Уметь производить расчёты по стехиометрическим уравнениям реакций.

13. Знать понятия: кислоты и основания по Бренстеду и Аррениусу. Уметь рассчитывать концентрации ионов и рН в растворах сильных и слабых кислот и оснований.

14. Уметь рассчитывать концентрации ионов в насыщенных растворах из данных по растворимости или ПР и наоборот.

15. Знать основные понятия химической кинетики: скорость реакции, константа скорости, простые и сложные реакции, молекулярность и порядок реакции, энергия активации.

16. Знать понятия: окисление, восстановление, окислитель, восстановитель, Электродный потенциал, гальванический элемент.

16. Уметь уравнивать окислительно-восстановительные реакции.

17. Уметь применять уравнение Нернста.

18.Уметь определять термодинамическую возможность протекания окислительно-восстановительной реакции по стандартным электродным потенциалам.

II семестр

19. Знать классификацию неорганических соединений.

20. Знать номенклатуру неорганических соединений.

21. Знать и понимать закономерное изменение физических и химических свойств простых веществ, а также оксидов и гидроксидов по подгруппам и периодам элементов.

22. Знать классификацию органических соединений.

23. Знать основы систематической номенклатуры органических соединений и уметь применять её для наименования соединений алифатического ряда.

24. Уметь записывать структурные формулы простейших органических молекул и предсказывать их геометрию.

25. Знать и понимать закономерное изменение физических и химических свойств веществ, а также их реакционной активности в зависимости от строения молекул.

26. Знать классификацию методов анализа веществ.

27. Знать определения следующих понятий: аналитический сигнал, качественный анализ, количественный анализ, методы анализа, методика анализа, чувствительность метода.

28. Знать области возможного применения различных методов анализа веществ.

1.2 Учебно-тематический план рабочей программы учебной дисциплины

№	Название и содержание разделов, тем, модулей	Объем часов	Примечания, дополнительные указания, методические материалы, технические средства и др., необходимые для учебной работы
Общий	Аудиторная работа	Самостоятельная работа
Лекции	Практические (или семинарские) занятия	Лабораторные занятия
1	2	3	4	5	6	7	8
Очная форма обучения
1	Введение. Строение веществ	44	12	4	6	22
2	Химические процессы	84	24	6	12	42
3	Химия элементов	54	16	2	4	32
4	Основные сведения об органической химии	42	10	4	8	20
5	Основные сведения о методах анализа веществ	26	8	2	4	12
Всего за учебный год	250	70	18	34	128
Очно-заочная форма обучения
1
2
Заочная форма обучения
1
2
Рекомендации к перезачету и переаттестации* при обучении в сокращенные сроки (дисциплина в целом, разделы и темы)

1.3 Содержание разделов дисциплины

ВВЕДЕНИЕ

Место химии в системе естественных наук. Роль фундаментальной химической науки в решении экологических проблем химии окружающей среды. Распространение химических элементов в земной коре. Элементный состав отдельных геосфер. Основной закон геохимии (закон Гольдшмидта).

Периодический закон и периодическая система химических элементов. Основные законы и понятия химии: закон сохранения энергии и материи, закон постоянства состава, закон кратных отношений, атом, химический элемент, молекула, вещество. Закон эквивалентов.

Химические проблемы экологии. Химия как часть производительных сил общества. Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды. Взаимодействие человека и биосферы. Основные экологические проблемы, связанные с химическим загрязнением окружающей среды: разрушение озонового слоя, парниковый эффект, кислотные дожди, смог, загрязнение природных вод и почвы. Основы стратегии безопасного развития промышленной цивилизации.

ОБЩАЯ ХИМИЯ

1.3.1 Строение веществ

1.3.1.1 Строение атома

Элементарные частицы: протон, нейтрон, электрон. Атомный номер. Массовое число. Изотопы. Моль, число Авогадро. Относительная атомная единица массы. Молярная масса.

Корпускулярно-волновой дуализм элементарных частиц. Квантовые числа. Атомные s-, p-, d - и f-орбитали. Порядок заполнения орбиталей электронами. Принцип Паули и правило Хунда. Основное и возбуждённое состояние электрона в атоме. Периодическая система элементов и электронное строение атомов. Порядковые номера элементов. Периодичность изменения атомных радиусов, потенциалов ионизации, сродства к электрону, окислительно-восстановительных свойств.

Природная и искусственная радиоактивность. Типы радиоактивного распада. Действие радиоактивного излучения на живые организмы. Дозы облучения. Проблемы ядерной энергетики. Радиоактивные отходы.

1. 3.1.2 Химическая связь

Основные типы химической связи: ионная, ковалентная и металлическая. Межатомные и межмолекулярные связи. Водородная связь. Вандерваальсовые связи. Основные характеристики химической связи: длина связи, энергия связи, валентные углы. Характеристики взаимодействующих атомов: орбитальный и эффективный радиусы, потенциал ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность – их зависимость от положения элемента в периодической таблице. Валентность и степень окисления. Ковалентные полярные и неполярные связи. Полярность и поляризуемость ковалентных связей. Дипольный момент. Эффективные заряды атомов. Ковалентность атомов в основном и возбуждённом состояниях. Формы ковалентной связи: s - и p-связи, кратность связи. Формы электронных облаков. Взаимное отталкивание электронных облаков, гибридизация атомных орбиталей. Влияние конфигурации электронных орбиталей атомов на геометрию молекулы. Сопряжение связей. Донорно-акцепторное образование ковалентной связи. Гомолитический и гетеролитический разрыв ковалентной связи. Представление о молекулярных орбиталях.

1. 3.1.3 Строение вещества

Агрегатные состояния вещества: газообразное, жидкое, твёрдое. Температурный предел существования вещественных форм материи. Кристаллические и аморфные твёрдые вещества. Ковалентные, ионные, молекулярные и металлические кристаллы. Дефекты кристаллов. Изоморфизм. Дальтониды и бертоллиды. Полимеры неорганические и органические. Сплавы. Растворы. Механические смеси. Энергетические условия агрегатных переходов вещества.

1.3.2 Химические системы и процессы

1.3.2.1 Энергетика химических процессов

Тепловые эффекты химических реакций, эндо - и экзотермические реакции. Теплота. Работа. Внутренняя энергия вещества. Энтальпия. Теплота образования и теплота сгорания вещества. Закон Гесса. Стандартные условия. Стандартные состояния. Расчёт энтальпии реакции по известным значениям энтальпии образования исходных веществ и продуктов реакции. Энтропия. Энергия Гиббса, зависимость от температуры, давления, концентрации.

1.3.2.2 Химическое равновесие, химическая термодинамика

Обратимые и необратимые химические реакции. Направление химической реакции. Закон действия масс, константа равновесия обратимой химической реакции. Связь константы равновесия и энергии Гиббса процесса. Условие самопроизвольного протекания химической реакции. Зависимость константы равновесия от температуры и давления. Принцип Ле-Шателье. Фазовые равновесия в однокомпонентной системе. Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния воды.

1.3.2.3 Химическая кинетика и катализ. Реакционная способность веществ

Гомогенные и гетерогенные процессы. Скорость химической реакции. Константа скорости реакции. Энергия активации. Элементарные и сложные реакции. Порядок и молекулярность реакции. Лимитирующие стадии сложных реакций.

Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Представление теории активных соударений. Уравнение Аррениуса.

Катализ. Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ.

1.3.2.4 Дисперсные системы. Свойства растворов неэлектролитов

Классификация дисперсных систем. Дисперсная фаза. Дисперсионная среда. Коллоидные и истинные растворы.

Энергетика процессов растворения. Зависимость растворимости от температуры и давления. Биогеохимичесие круговороты СО2 и О2. Зависимость растворимости от природы растворителя и растворяемого вещества. Гидраты, кристаллогидраты.

Способы выражения количественного состава растворов: массовая доля, объёмная доля, молярная доля, молярность, молярная концентрация эквивалента, моляльность, титр.

Растворы неэлектролитов. Законы Генри и Рауля. Эбуллиоскопия и криоскопия. Осмос и осмотическое давление. Уравнение Вант-Гоффа.

1.3.2.5 Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация

Электролиты сильные и слабые. Степень диссоциации и константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Активность ионов. Ионная сила растворов. Ионное произведение воды. Кислоты и основания по Аррениусу и Бренстеду. Константы диссоциации кислот и оснований. Водородный показатель – рН. Гидролиз солей. Буферные растворы. Труднорастворимые электролиты. Произведение растворимости. Условия осаждения и растворения осадков. Влияние температуры и давления на растворимость. Ионообменные реакции в водной среде. Жёсткость воды и способы её устранения. Комплексообразование. Структура молекул комплексных соединений. Ионы-комплексообразовтели и лиганды. Константы устойчивости комплексных ионов.

1.3.2.6 Окислительно-восстановительные реакции

Окисление. Восстановление. Окислитель. Восстановитель. Окислительно-восстановительные (О-В) реакции. Типы О-В реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирование. Подбор коэффициентов в уравнениях О-В реакций. Гальванический элемент, электродный потенциал, окислительно-восстановительный потенциал, ЭДС и энергия Гиббса О-В процесса. Уравнение Нернста. Оценка термодинамической возможности О-В реакции по стандартным значениям О-В потенциалов. Ряд напряжений металлов. Электролиз.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

1.3.3 Сравнительный обзор химических свойств элементов по группам

1.3.3.1 Химия s - элементов

Общие свойства s-элементов. Гидриды, оксиды, пероксиды, гидроксиды, галогениды. Ионный характер связи.

1.3.3.2 Химия элементов группы IIIA

Бор, алюминий. Гидриды, оксиды, гидроксиды. Борная кислота. Алюминаты, алюмосиликаты. Зависимость химических свойств соединений от полиморфной модификации (на примере Al2O3).

1.3.3.3 Химия элементов группы IVA

Углерод. Оксиды, карбонаты, гидрокарбонаты, цианиды. Кремний. Оксид кремния. Кремниевая кислота. Силикаты. Роль кремния в формировании горных пород.

1.3.3.4 Химия элементов группы VA

Азот. Оксиды, азотная кислота, нитраты, нитриты, аммиак, нитриды. Отличие химии фосфора от химии азота.

1.3.3.5 Химия элементов группы VA

Кислород. Оксиды. Пероксиды. Вода. Сера. Оксиды. Кислоты. Соли.

1.3.3.6 Химия элементов группы VIIA

Галогены. Галогеноводороды. Кислородсодержащие кислоты галогенов. Зависимость их окислительных и кислотных свойств от валентности атомов галогенов.

1.3.3.7 Представление о химии d-элементов

Общие свойства металлов. Гидриды, оксиды, гидроксиды и соли переходных металлов. Комплексные соединения переходных металлов.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

1.3.4 ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.3.4.1 Классификация и номенклатура органических соединений