Учебно-методический комплекс дисциплины (стр. 2 )

ТЕМА 1. Введение. Химия как наука.

Основные этапы развития химической науки. Место химии в системе естественных наук, представления об интеграции химии с геологией, биологией и другими естественными науками.

Роль химии как производительной силы общества. Современные масштабы и темпы развития промышленности. Рациональное использование природ­ных ресурсов и охрана окружающей среды. Взаимодействие человека и биосферы. Основные экологические проблемы, связанные с химическим загрязнением окружающей среды: разрушение озонового слоя, угроза парникового эффекта, выпадение кислотных осадков и т. п. Информаци­онные системы наблюдений за изменениями в окружающей природе для предотвращения антропогенных последствий. Стратегия безопасного раз­вития цивилизации.

Ресурсосберегающие и безотходные технологии - основной путь решения глобальных экологических проблем. Роль фундаментальной химической науки в решении проблем химии окружающей среды.

ТЕМА 2. Основные химические законы.

Основные химические понятия: атом, молекула, химический элемент, химическая реакция.

Закон сохранения материи и энергии. Химическая и другие формы движения материи. Моль как мера количества вещества. Закон Авогадро и его следствия. Мольный объём газа и его использование в расчётных задачах. Переходы от массы и объёма вещества к количеству вещества и обратно при нормальных и нестандартных условиях. Стехиометрические законы. Законы идеальных газов.

Периодическая закон и периодическая система элементов и порядковый номер элемента как его важнейшая характеристика. Общенаучное и философское значение перио­дического закона . Периоды и группы. Расположение металлов и неметаллов в периодической системе. Распространение химических элементов в земной коре. Химический состав отдельных геосфер.

Вывод формул химических соединений. Относительные атомные и молекулярные массы. Определение молярных масс газообразных веществ по относительной плотности газов и по уравнению Менделеева – Клайперона. Определение количества структурных единиц вещества в его навеске или объёме. Мольные и объёмные отношения веществ в уравнениях химических реакций.

Эквиваленты элементов и сложных веществ. Эквивалентные объёмы газов. Расчёты масс и объёмов веществ, а также их молярных масс на основании закона эквивалентов.

ТЕМА 3. Строение атома.

Современные представ­ления о строении атома, s-, p-, d - орбитали, их конфигурации и энергети­ческие характеристики. Квантовые числа. Порядок заполнения орбиталей электронами. Принцип неопределённости Гейнзенберга, принцип Паули, правила Хунда и Клечковского.

Основные параметры атомов: заряд, радиус, потенциал ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность.

ТЕМА 4. Радиоактивность химических элементов.

Радиоактивность. Ядерная модель атома. Строение ядра. Изотопы. Стабильные и нестабильные изотопы. Виды радиоактивного излучения, радиоактивный распад α- распад , β- распад, примеры распада радона - 222 , йода - 131 , стронция - 90.

Естественная и искусственная радиация, ее источники. Действие радиоактивного излучения на живые организмы. (Биоаккумуляция, био­логическая взаимозаменяемость элементов.) Линейная и пороговая моде­ли действия радиоактивного излучения на человеческий организм. Дозы облучения и радиобиологический эффект. Проникающая способность различных видов излучения. Проблемы ядерной энергетики.

ТЕМА 5. Классификация неорганических соединений.

Номенклатура. Общие химические свойства соединений разных классов. Степени окисления элементов. Генетическая связь между классами неорганических соединений. Составление уравнений химических реакций по схемам «цепочки соединений». Определение степеней окисления элемента в соединениях и написание формул веществ по названиям.

Вычисления по уравнениям химических реакций: если один из реагентов содержит примеси; протекающих в растворах; вычисление количественного состава газовых смесей, если в них протекают химические реакции; с учётом практического выхода продукта.

ТЕМА 6. Химическая связь.

Основные характеристики химической связи: длина связи, энергия связи, валентные углы. Характеристики взаимодействующих атомов: орбитальный и эффективный радиусы, потенциал ионизации, сродство к электрону, их зависимость от положения в периодической системе. Типы химической связи: ионная, ковалентная, донорно - акцепторная, водородная, металлическая. Метод валентных связей. Примеры его применения для описания строения простейших химических соединений. Гибридизация атомных орбиталей (АО): δ- и π - связи. Пространственное строение молекул. Химическая связь с позиций метода молекулярных орбиталей (ММО). Связывающие и разрыхляющие МО. Энергетические диаграммы двух атомных гомо - и гетероядерных молекул. (Сравнительная устойчивость компонентов атмосферы О2 , N2, CO2 и полютантов CO, NOх, SO2) . Молекулярные ионы и радикалы. Полярные и неполярные молекулы. Дипольный момент молекулы.

ТЕМА 7. Химическая термодинамика.

Энергетика и направленность химических процессов. Внутренняя энергия веществ. Энтальпия. Стандартные условия. Тепловой эффект химических реакций при постоянном давлении и при постоянном объёме. Теплота образования и теплота сгорания вещества на примерах реакций образования оксида серы (IV) при выплавке серных руд, при сжигании серосодержащих топлив, при образовании оксидов азота в двигателях самолётов и автомобилей. Источники теплового загрязнения. Формы и пути поступления загрязнителей в ОС. Закон Гесса: на примере реакции, описывающей эрозию мрамора и известняка. (Опосредованное воздействие на окружающую среду, эрозию минералов, почв, кислотные дожди).

Энтропия. Изменение энтропий в реакциях. Энергия Гиббса. Направление протекания химических процессов.

ТЕМА 8. Химическая кинетика.

Скорость химической реакции. Закон действующих масс. Константа скорости химической реакции. Порядок и молекулярность химических. Механизм реакций. Лимитирующая стадия на примере реакции окисления оксида азота (II) в оксид азота (IV).

Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Зависимость химической реакции от температуры. Энергия активации. Уравнение Аррениуса. Гомогенный и гетерогенный катализ на примере реакций разложения озона по “ хлорному циклу” и по “азотному циклу.”

Обратимость химических реакций на примере равновесий в морской воде с участием растворённого углекислого газа.

Гомогенные и гетерогенные равновесия. Константа равновесия на примерах образования азота ( II ) в двигателях внутреннего сгорания и очистки природного газа от серы до сжигания (безотходные технологии переработки сырья). Правило Ле – Шателье: на примерах реакций фотосинтеза и процессов в почвах – замещение протонов из ОН – групп на поверхности глины на ионы металла. (Опосредованное воздействие на ОС: кислотные дожди, вымывание, выщелачивание почв. Защита ОС: очистка сточных вод на природных сорбентах, физико – химические методы очистки.) Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Диаграммы состояния воды.

ТЕМА 9. Растворы неэлектролитов и электролитов.

Общие сведения о растворах. Твёрдые и жидкие растворы. Водные и неводные растворители. Энергетика процессов растворения. Зависимость растворения от температуры на примерах растворения CO2, О2 в воде. Зависимость растворения от природы и свойств растворителя на примерах растворения ртути;

Растворы неэлектролитов. Законы Рауля и Генри. Эбулиоскопия и криоскопия. (Примеры очистки сточных вод от фенола вымораживанием, очистки сточных вод методом обратного осмоса.) Осмос и осмотическое давление. Закон Вант – Гоффа;

Растворы электролитов. Сильные и слабые электролиты. Основные положения электролитической диссоциации Аррениуса. Степень и константа диссоциации на примере диссоциации угольной кислоты. Закон разбавления Оствальда. Активность иона. Ионная сила раствора.

Ионное произведение воды. Водородный показатель. Буферные растворы. Карбонатная буферная система Мирового океана. Буферные системы в почвах.

Труднорастворимые электролиты. Гидролиз водных растворов солей. Константа и степень гидролиза на примерах использования солей железа и алюминия для очистки сточных вод от взвешенных частиц. Произведение растворимости. Условия осаждения и растворения осадка – на примерах реакций связывания углерода и фосфора в природе.

ТЕМА 10. Дисперсные системы.

Основные особенности коллоидного состояния материи, классификация коллоидных систем, понятие о дисперсности. Получение коллоидных систем: конденсация и диспергирование, химические способы получения.

Классификация дисперсных систем. Коллоидные растворы. Строение мицеллы. Молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидных систем. Броуновское движение, диффузия, распределение коллоидных частиц в гравитационном поле, седиментация. Осмотические свойства. Закономерности светорассеяния и светопоглощения, явление Тиндаля.

Поверхностные явления в дисперсных системах. Избыточная поверхностная энергия и поверхностное натяжение на границе раздела фаз, уравнение Гиббса. Виды сорбции. Адсорбция и связь ее с поверхностным натяжением, поверхностно-активные вещества. Адсорбция из газовой фазы, изотерма Ленгмюра, строение адсорбционного слоя на границе раствор–газ. Адсорбция из растворов, обменная адсорбция, избирательная адсорбция, смачивание, флотация.

Устойчивость коллоидных систем. Агрегативная и седиментационная устойчивость. Факторы стабилизации дисперсных систем. Коагуляция коллоидных систем. Факторы, вызывающие коагуляцию, коагуляция электролитами. Теории коагуляции: адсорбционная и электростатическая.

Микрогетерогенные системы. Эмульсии. Пены. Аэрозоли, Дымы и туманы. Гели и студни. Явления синерезиса. Примеры образования плотной дымки, окутывающей промышленные города; реакций, описывающих процессы при возникновении химического и фотохимического смога. (Аэрозоли и загрязнение ОС: аэрозольный эффект, химический и фотохимический смоги.)

ТЕМА 11. Окислительно – восстановительные свойства веществ.

Основы электрохимии. Равновесие на границе металл – раствор. Электродный потенциал. Ряд напряжений металлов. Уравнение Нерста. Гальванические элементы. Электролиз расплавов и водных растворов и солей. Инертные и активные электроды. Примеры использования олова, цинка и магния для защиты железа от коррозии; извлечение меди и железа из халькопирита. ( Защита ОС, защита от коррозии, малоотходные, безотходные технологии, допустимая антропогенная нагрузка)

Окислительно - восстановительные реакции. Важнейшие окислители и восстанови-тели. Стандартные окислительно - восстановительные потенциалы. Направление протекания окислительно – восстановительных реакций.

Примеры реакций, протекающих при очистке сточных вод от соединений хрома; примеры процессов, протекающих при очистке дымовых газов от оксида серы (IV) аммиаком, пример аэробного разложения мочевины. (Окислительно–восстановитель-ные реакции в мониторинге и защите ОС; аэробное и анаэробное окисление; экологически чистые окислители, электрохимический. Метод очистки сточных вод.)

ТЕМА 12. Комплексные соединения.

Влияние комплексообразования на растворение. Важнейшие комплексообразователи и лиганды. Номенклатура комплексных соединений. Изомерия комплексов. Константа нестойкости комплексного иона. Примеры реакций, используемых при очистке дымовых газов от оксида азота (II), реакций образования и распада окси - и карбоксигемоглобина. ( Воздействие СО на человека и животного. Токсичность. ЛД 50, ПДК)

1.6.3  Темы для самостоятельного изучения.

№ п/п	Наименование раздела, темы	Формы самостоятельной работы	050102 Биология 032400 Биология-Геогра-фия	Форма контроля
1.	Введение. Химия как наука.	Вопросы для самостоятельного изучения: Вопросы развития химической промышленности в свете задач охраны окружающей среды.	4	Обсуждение Доклад
2.	Основные химические понятия и законы.	Вопросы для самостоятельного изучения: Границы применимости основных химических законов. Расчёты по формулам химических соединений.	6	Опрос на ПЗ проверка упражнений; решений задач
3.	Строение атома. Основные свойства атомов.	Вопросы для самостоятельного изучения: Порядок заполнения атомных орбиталей. Электронные формулы. Выполнение упражнений.	4	Опрос на ПЗ; проверка упражнений
4	Радиоактивность химических элементов.	Вопросы для самостоятельного изучения: Составление уравнений радиоактивного распада. Выполнение упражнений.	4	Проверка упражнений
5.	Классификация неорганических соединений.	Вопросы для самостоятельного изучения: Номенклатура неорганических соединений. Расчёты по уравнениям химических реакций. Выполнение упражнений.	6	Опрос на ПЗ, проверка упражнений решений задач; проверочная работа по теме «Химические свойства классов неорганичес-ких соединений»
6	Природа химической связи.	Вопросы для самостоятельного изучения: Основные положения метода молекулярных орбиталей. Выполнение упражнений.	6	Опрос на ПЗ; проверка упражнений
7	Тепловые эффекты химических процессов.	Вопросы для самостоятельного изучения: Тепловые эффекты химических реакций. Теплоты образования химических соединений. Решение расчетных задач.	6	Работа с таблицами по оценке возможнос-тей протекания реакций
8	Химическая кинетика.	Вопросы для самостоятельного изучения: Механизм реакций. Фазовые равновесия. Влияние различных факторов на скорость химической реакции. Фазовые равновесия. Решение расчетных задач.	6	Опрос на ПЗ; проверка решений задач;
9.1	Истинные растворы, растворы электролитов.	Вопросы для самостоятельного изучения: Растворимость и её зависимость от температуры и природы вещества. Решение расчетных задач.	4	Опрос на ПЗ; проверка решений задач и упражнений
9.2	Растворы электролитов. Ионные уравнения реакций.	Вопросы для самостоятельного изучения: Типы гидроксидов в зависимости от механизма диссоциации и положения химических элементов в ПСХЭ. Ионные уравнения. Выполнение упражнений.	3	Опрос на ПЗ; проверка решений задач и упражнений
9.3	Гидролиз солей.	Вопросы для самостоятельного изучения: Гидролиз по аниону. Гидролиз по катиону. Буферные растворы, и их значение. Выполнение упражнений.	3	Опрос на ПЗ; проверка упражнений;
10	Дисперсные системы.	Вопросы для самостоятельного изучения: Строение коллоидных частиц. Значе-ние коллоидов. Устойчивость коллоидных систем. Факторы стабилизации дисперсных систем. Коагуляция коллоидных систем. Факторы, вызывающие коагу-ляцию, коагуляция электролитами. Микрогетерогенные системы. Эмульсии. Пены. Аэрозоли, Дымы и туманы. Гели и студни. Явления синерезиса. Решение расчетных задач, выполнение упражнений.	8	Опрос на ПЗ; проверка решений задач и упражнений; тестирова-ние по теме «Дисперсные системы»
11.1	Окислительно-восстановительные реакции.	Вопросы для самостоятельного изучения: Окислительно-восстановительные реакции в мониторинге и защите окружающей среды. Гальванический элемент. Упражнения по составлению уравнений окислительно-восстановительных реакций.	4	Опрос на ПЗ; проверка упражнений
11.2	Электролиз.	Вопросы для самостоятельного изучения: Характеристика и классификация процессов коррозии металлов. Составление таблицы «Катодные и анодные процессы». Упражнения по составлению уравнений электролиза.	4	Проверка заполнения таблицы; проверка упражнений; проверочная работа по теме «Окислительно-восстано-вительные процессы»
12	Комплексные соединения.	Вопросы для самостоятельного изучения: Анионные и катионные комплексы. Константа нестойкости комплексного иона. Значение комплексных соединений в производстве и жизни. Решение расчетных задач, выполнение упражнений.	4	Проверка упражнений
Всего	72

1.7 Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

1.7.1 Тематика и планы практических занятий

по разделу «Общая химия».

Практическое занятие №ч.)

Тема: Основные химические законы.

Расчёты по формулам химических соединений.

План:

1. Переходы от массы и объёма вещества к количеству вещества и обратно при нормальных и нестандартных условиях.

2. Определение молярных масс газообразных веществ по относительной плотности газов и по уравнению Менделеева – Клапейрона.

3. Определение количества структурных единиц вещества в его навеске или обьёме.

4. Мольные и объёмные отношения веществ в уравнениях химических реакций.

5. Вывод формул химических соединений по данным о его количественном составе.

Вопросы для обсуждения:

1. Относительные атомные и молекулярные массы. Молярная масса вещества.

2. Формулы определения количества вещества по известным данным о массе веществ, объёмах газов при нормальных и нестандартных условиях, а также количестве структурных единиц вещества.

3. Следствия из закона Авогадро.

4.Массовая доля элемента в соединениях.

5. Уравнения химических реакций как отражение закона сохранения массы вещества.

Задания для самостоятельной работы:

1. Какой объём при н. у. займут атомов молекулярного азота N2 ?

2. Исходя из мольной массы углерода определите абсолютную массу атома углерода в граммах.

3. Бороводород содержит 78,26 % бора. При давлении 99,0 кПа и температуре 20 0 С 9,2 г этого газа занимают объём 8,2 л. Определить формулу соединения.

4. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили 3,36 л СО2, взятого при нормальных условиях. Найти общую массу солей, образовавшихся в результате реакции.

Расчеты по химическим уравнениям.

План:

1. Вычисления, связанные с переходом от количества вещества к его массе и объему газообразных соединений и обратно.

2. Вычисления с использованием постоянной Авогадро.

3. Вычисления по уравнениям химических реакций, если один из реагентов содержит примеси.

4. Вычисления по уравнениям последовательных реакций, параллельных реакций

5. Вычисления количественного состава газовых смесей, если в них протекают химические реакции.

6. Вычисления с учетом практического выхода продукта.

7. Вычисления количественного состава смеси веществ по известным количественным данным о продуктах реакций.

8. Вычисления по термохимическим уравнениям.

Вопросы для обсуждения:

1. Основные химические понятия: химический элемент, атом, молекула, простые и сложные вещества;

2. Относительная атомная и молекулярная массы.

3. Моль, молярная масса, молярный объем.

4. Массовая доля.

5. Закон Авогадро и его следствия.

Расчетные задачи:

А. Задачи на определение молекулярных масс веществ в газовом состоянии, на молярный объем, закон Авогадро:

1) Плотность газа по воздуху 3,5. Найти массу молекулы газа.

2) Определить массу атома и молекулы гелия.

3) Масса 1 л газа (н. у.) равна 1,43г. Чему равна молярная масса этого газа?

Б. Задачи на газовые законы:

4) Давление воздуха в автомобильной шине 0,3 МПа при 15оС. Как изменится давление, если шина нагреется до 50оС?

5) Под каким давлением в сосуд вместимостью 5*10-3 м3 можно при температуре 27оС собрать СО2 массой 0,022 кг?

В. Задачи на вывод химических формул:

6) Вывести простейшую формулу фторида алюминия – калия, если в нем содержится 27,46%К, 19,02%Аl, 53,52F.

7) Из 0,462г пирита получено 1,77г сульфата бария. Определите содержание серы в пирите и его формулу.

Г. Расчеты по химическим формулами уравнениям с использованием понятий: моль, переход от количества вещества к массе и обратно, объемная и мольная доли:

8) Вычислить процентное содержание фторапатита Са3(РО4)2*Са2F2 и примесей в хибинской руде, если в ней 30% оксида фосфора (V)

9) При пропускании сернистого газа через раствор едкого калия образовалось по 0,1 молю средней и кислой соли. Какой объем газа был пропущен через раствор?

Задания для самостоятельной работы:

1. Плотность газа по водороду равна 22. Определить плотность газа по хлору.