Химия (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский государственный педагогический университет»

Кафедра химии

Учебно-методический комплекс дисциплины

химия

Специальность: 260901 «Технология швейных изделий»

ПГПУ

2008

Автор-составитель: канд. биол. наук, старший преподаватель кафедры химии

Учебно-методический комплекс соответствует требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности «Технология швейных изделий». Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин и является обязательной для изучения. Адресовано студентам, изучающим курс «Химия».

Согласовано:

Декан физического факультета

Директор библиотеки _______________

Оглавление

I. Рабочая программа дисциплины.. 4

1. Цель и задачи изучения дисциплины.. 4

2. Требования к уровню освоения дисциплины.. 5

3. Объем дисциплины.. 6

4. Содержание курса. 8

5. Темы лабораторных занятий. 22

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.. 25

II. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения промежуточных и итоговых аттестаций...................................................................................... 39

I. Рабочая программа дисциплины

Программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом второго поколения и представлена для студентов физического факультета, обучающихся по специальности 260901 «Технология швейных изделий».

Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общих математических и естественнонаучных дисциплин и является обязательной для изучения.

Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования

Направление подготовки дипломированного специалиста

260901 «Технология швейных изделий»

ЕН. Ф.04.

химические системы: растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, катализаторы и каталитические системы, полимеры и олигомеры; химическая термодинамика и кинетика: энергетика химических процессов, химическое и фазовое равновесие, скорость реакции и методы ее регулирования, колебательные реакции; реакционная способность веществ: химия и периодическая система элементов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, химическая связь, комплементарность; химическая идентификация: качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, химический, физико-химический и физический анализ; элементы органической химии и биохимия; химический практикум.

1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель изучения дисциплины:

формирование системы знаний и основных понятий по химии, позволяющих установить причинно-следственные связи между строением молекул и их реакционной способностью.

Задачи дисциплины:

·  сформировать знания об основных классах химических соединений, об основных способах синтеза их представителей; о пространственном и электронном строении и его связи с реакционной способностью; об основных типах химических реакций и их механизмах;

·  расширить представления о современных теоретических аспектах химической науки;

·  научить методам проведения эксперимента в химии;

·  обучить студента теоретическим основам и практическим приемом основных химических и инструментальных методов анализа.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины «Химия» студент должен:

знать:

·  основные понятия и законы химии;

·  классификацию химических соединений, способы получения соединений различных классов;

·  типы химических реакций;

·  строение простых и сложных веществ;

·  зависимость свойств веществ от типа химической связи в молекулах;

·  основные закономерности протекания химических процессов;

·  свойства растворов и способы выражения концентрации растворов;

·  окислительно-восстановительные процессы;

·  свойства химических элементов, а также свойства простых и сложных соединений, образующихся элементами, их токсичность;

·  правила техники безопасности при работе с химическими веществами и правила оказания первой медицинской помощи;

·  основные химические методы анализа, их сущность, теоретические основы и области применения;

·  основы современной теории строения органических соединений и ее проявление в свойствах конкретных веществ;

иметь представление:

·  об основных химических системах и процессах;

·  о взаимосвязи между свойствами химической системы, природой вещества и их реакционной способности;

·  о химической безопасности веществ и материалов;

·  об основных физико-химических методах анализа;

уметь:

·  прогнозировать свойства элементов, простых и сложных веществ, ими образуемых на основе положения элементов в Периодической системе ;

·  определять возможность и путь самопроизвольного протекания химических процессов, в основе которых лежат различные химические реакции;

·  проводить химические реакции, подбирать оптимальные условия для выполнения химического эксперимента;

·  рассчитывать количественные характеристики химических величин.

владеть:

·  основными приемами выполнения химического эксперимента и обработки результатов опытов;

·  основными химическими и физико-химическими методами анализа (гравиметрии, титриметрии, абсорбционной спектроскопии, хроматографии).

3. Объем дисциплины

3.1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Форма обучения очная

Вид учебной работы	Количество часов
всего по уч. плану	в т. ч. по семестрам
1	2	3
Аудиторные занятия:	200	66	68	66
лекции	96	30	32	34
лабораторные работы (лабораторный практикум)	104	36	36	32
Самостоятельная работа	200	80	16	104
ВСЕГО ЧАСОВ НА ДИСЦИПЛИНУ	400	144	84	170
Текущий контроль (количество и вид текущего контроля)	Контр. раб. №1, 2, 3, 4, 5, химич. диктант	Контр. раб. №6, 7, 8, 9	Контр. раб. №10
Виды промежуточного контроля (экзамен, зачет)	экзамен	зачет	экзамен

3.2. Распределение часов по темам и видам учебной работы

Форма обучения очная

Названия разделов и тем	Всего часов по учебн. плану	Виды учебных занятий
аудиторные занятия, в том числе	самостоятель­ная работа
лекции	лабор. работы
Раздел 1. Общая химия
1. Химические системы: растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, катализаторы и каталитические системы, полимеры и олигомеры	49	10	12	27
2. Химическая термодинамика и кинетика: энергетика химических процессов, химическое и фазовое равновесие, скорость реакции и методы ее регулирования, колебательные реакции	49	10	12	27
3. Реакционная способность веществ: химия и периодическая система элементов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, химическая связь, комплементарность	48	10	12	26
ИТОГО по I семестру:	146	30	36	80
Раздел 2. основы аналитической химии
4. Химическая идентификация: качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, химический, физико-химический и физический анализ	12	2	–	10
ИТОГО по II семестру:	84	32	36	16
Раздел 3. основы ОРГАНИЧЕСКОЙ химии
5. Элементы органической химии и биохимия; химический практикум	12	2	–	10
ИТОГО по III семестру:	170	34	32	104
ИТОГО:	400	96	104	200

4. Содержание курса

Раздел I. Общая химия

Тема 1. Химические системы: растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, катализаторы и каталитические системы, полимеры и олигомеры

Состав и строение молекул воды. Полярность молекул. Изотопный состав воды. Термическая устойчивость воды. Физические свойства воды и их аномалии. Водородная связь. Ассоциация молекул воды. Вода как растворитель. Химические свойства воды. Вода в природе. Роль воды в биологических процессах. Промышленное значение воды. Способы очистки воды. Проблема чистой воды.

Краткая характеристика дисперсных систем и их классификация. Взвеси (суспензия, эмульсия), коллоидные растворы, истинные растворы. Механизм процесса растворения. Сольватация (гидратация) при растворении. Работы по теории растворов. Термодинамика процесса растворения. Связь теплоты растворения вещества с энергией кристаллической решетки и теплотой гидратации молекул вещества или продуктов его диссоциации.

Растворимость твердых веществ в воде. Коэффициент растворимости и его зависимость от температуры. Кривые растворимости. Насыщенный раствор как динамическая равновесная система. Пересыщенные растворы и условия их устойчивости. Кристаллизация твердых веществ из растворов. Кристаллогидраты.

Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля растворенного вещества. Характеристика концентрации растворов по их плотности. Молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента (нормальность) раствора, титр. Расчеты для приготовления растворов различной концентрации. Методика приготовления растворов. Меры предосторожности при работе с концентрированными растворами кислот и щелочей.

Электролиты и неэлектролиты. Основные положения теории электролитической диссоциации. Аррениуса и . Механизм диссоциации веществ с различным типом химической связи. Роль полярных молекул воды в процессах диссоциации веществ. Механизм гидратации катионов и анионов. Влияние на гидратацию размеров и зарядов ионов. Образование ионов гидроксония.

Степень электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Факторы, влияющие на степень диссоциации. Истинная и кажущаяся степень диссоциации. Понятие об активности и коэффициенте активности. Применение закона действия масс к процессу диссоциации электролитов.

Кислоты, основания, соли в свете ТЭД. Ступенчатая диссоциация. Основной и кислотный типы диссоциации гидроксидов. Амфотерные гидроксиды. Зависимость типа диссоциации и силы гидроксидов от относительной полярности химических связей в молекуле.

Современные представления о кислотно-основном взаимодействии. Протолитическая теория Бренстеда-Лоури. Понятие о сопряженных кислотах и основаниях. Протолитические реакции. Роль растворителя.

Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Влияние температуры на процесс диссоциации воды. Концентрация ионов водорода в растворах. Водородный показатель. Водородный показатель биологических жидкостей. Значение постоянства величин pН в химических и биологических процессах.

Равновесие в растворах малорастворимых электролитов. Произведение растворимости. Растворимость малорастворимых электролитов. Условия образования и растворения осадков. Реакции в растворах электролитов (ионные реакции).

Реакции гидролиза. Гидролиз солей. Различные случаи гидролиза. Реакция среды в водных растворах солей. Обратимый и необратимый гидролизы солей. Степень и константа гидролиза. Факторы, смещающие равновесие гидролиза. Объяснение механизма процесса гидролиза солей с позиций протолитической теории. Роль гидролиза в химических, биологических процессах и процессах выветривания минералов и горных пород.

Понятие о комплексных соединениях. Основные положения координационной теории А. Вернера. Внешняя и внутренняя сферы комплексных соединений. Комплексообразователь, координационнное число комплексообразователя. Лиганды, дентатность лигандов. Заряд комплексного иона. Основные классы комплексных соединений. Комплексные кислоты, основания, соли. Катионные, анионные, нейтральные комплексные соединения. Бикомплексы. Аммиакаты, аквакомплексы, гидрокомплексы, ацидокомплексы. Кристаллогидраты как частный случай аквакомплексов. Двойные соли как частный случай ацидокомплексов. Номенклатура комплексных соединений. Изомерия комплексных соединений. Гидратная, координационная, ионизационная и геометрическая цис - и транс- изомерия.

Природа химической связи в комплексных соединениях. Рассмотрение ее с позиций метода валентных связей.

Электролитическая диссоциация комплексных соединений. Диссоциация на ионы внешней и внутренней сферы. Диссоциация комплексного иона в водном растворе как реакция замещения лигандов молекулами воды. Устойчивость комплексных ионов в растворах. Константы устойчивости и нестойкости. Связь между ними. Образование и разрушение комплексных ионов в растворах. Кислотно-основные свойства комплексных соединений. Кислотная диссоциация аквакомплексов с образованием аквагидроксо - и гидроксокомплексов.

Тема 2. Химическая термодинамика и кинетика: энергетика химических процессов, химическое и фазовое равновесие, скорость реакции и методы ее регулирования, колебательные реакции

Тепловые эффекты химических реакций. Теплоты образования химических соединений. Закон Гесса. Изменение внутренней энергии системы. Энтальпия. Понятие об энтропии. Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса). Роль энтальпийного и энтропийного факторов в направленности процессов при различных условиях. Использование табличных значений стандартных энтальпий и стандартных изобарных потенциалов образования исходных и получаемых веществ для оценки возможности протекания химических реакций.

Истинная и средняя скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Работы . Закон действующих масс. Его применение для гомогенных и гетерогенных систем. Константа скорости реакции. Влияние фактора поверхности на скорость реакции в гетерогенной среде. Зависимость скорости реакции от температуры, температурный коэффициент. Понятие об активных молекулах и энергии активации процесса. Понятие об активированном комплексе. Методы стимуляции химических реакций. Катализ. Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Действие катализаторов. Значение катализа в химической технологии и в биологических процессах.

Необратимые и обратимые химические реакции. Условия обратимости и необратимости химических процессов. Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Связь между константой равновесия и стандартным изменением энергии Гиббса. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ, температуры и давления. Принцип подвижного равновесия (Ле Шателье) и использование его для выбора оптимальных условий осуществления химических процессов.

Реакции, идущие с изменением и без изменения степени окисления атомов элементов. Окислительно-восстановительные реакции. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Окислители и восстановители. Правила составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Методы электронного баланса и электронно-ионный (полуреакций). Роль среды в протекании окислительно-восстановительных процессов Эквиваленты окислителя и восстановителя, расчет молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя.

Взаимодействие металлов с кислотами и солями в водных растворах как окислительно-восстановительный процесс. Получение электрического тока при химических реакциях. Понятие о гальваническом элементе. Возникновение скачка потенциала на границе раздела металл – водный раствор его соли. Водородный электрод сравнения. Стандартные электродные потенциалы. Зависимость электродного потенциала металла от концентрации его ионов в растворе. Ряд стандартных электродных потенциалов (электрохимический ряд напряжений металлов). Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы. Направленность окислительно-восстановительных реакций в растворах. Значение реакций окисления-восстановления в живой и неживой природе. Окислительно-восстановительные процессы в производстве.

Электролиз как окислительно-восстановительный процесс. Электролиз расплавов. Электролиз водных растворов кислот, щелочей, солей и его практическое значение.

Тема 3. Реакционная способность веществ: химия и периодическая система элементов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, химическая связь, комплементарность