Рабочая программа дисциплины «Химия»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская государственная геодезическая академия»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Химия»

для подготовки дипломированных специалистов

по направлению 230201 – Информационные системы

(код квалификации - 65)

Новосибирск 2011

Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста (выписка из ГОС)

" 17 " 03 2000г.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЕН. Ф.04

Химия химические систем: 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; химический практикум.

68

1.  Цели и задачи дисциплины.

Дисциплина “Химия” является одной из фундаментальных, естественно – научных дисциплин, изучает материальный мир, законы его развития, химическую форму движения материи.

Опираясь на полученные в средней школе химические знания программа имеет своей целью дальнейшее углубление представлений о веществе, как одном из видов движущейся материи, механизме превращений химических соединений, свойствах технических материалов и применении химических процессов в современной технике.

Задачи дисциплины:

-  освоение студентами основных законов химии;

-  овладение техникой химических расчётов;

-  обретение навыков самостоятельного выполнения;

-  выработка навыков применения полученных знаний для анализа свойств отдельных веществ и многокомплектных материалов, а также особенностей химических процессов.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

При освоении дисциплины студенты должны:

в соответствии с современным уровнем химической науки получить знания о:

-  строении вещества;

-  направлении химических процессов;

-  скорости химических процессов;

-  периодическом изменении свойств элементов и их соединений.

Студенты также должны:

-  иметь навыки проведения химических экспериментов, уметь выделять конкретное химическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности;

-  пользуясь справочными данными уметь выполнять химические расчёты.

3. Объём дисциплины и виды учебной работы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестр 4
Общая трудоёмкость дисциплины	68	68
Аудиторные занятия	36	36
Лекции	36	36
Самостоятельная работа	32	32
Вид итогового контроля(зачёт, экзамен)		зачёт

4. Содержание дисциплины.

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, час.
1	Химические системы: растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, катализаторы и каталитические системы, полимеры и олигомеры;	10
2	Химическая термодинамика и кинетика: энергетика химических процессов, химическое и фазовое равновесие, скорость реакции и методы ее регулирования, колебательные реакции	10
3	Реакционная способность веществ: химия и периодическая система элементов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, химическая связь, комплементарность	10
4	Химическая идентификация: качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, химический, физико-химический и физический анализ; химический практикум	6
Всего	36

4.2. Содержание разделов дисциплины

1.  Химические системы

1.1. Растворы и реакции в водных растворах

1.1.1. Общие свойства растворов. Растворы как дисперсные системы. Растворение как физико-химический процесс. Сольватация, сольваты. Гидраты. Кристаллизаторы. Ионизация и диссоциация веществ в растворе.

1.1.2. Растворимость веществ. Способы выражения состава растворов: массовая доля, молярная концентрация эквивалента, титр раствора, моляльность раствора.

1.1.3. Сильные и слабые электролиты. Истинная и кажущаяся степень диссоциации. Константа диссоциации слабых электролитов. Закон разбавления. Теория кислот и оснований Бренстеда. Труднорастворимые электролиты. Произведение растворимости. Условие образования и растворения осадков. Диссоциация комплексных ионов в растворе. Константа нестойкости. Разрушение комплексных ионов.

1.1.4. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Понятие о буферных растворах.

1.1.5. Гидролиз солей. Гидролиз солей по катиону и аниону. Три типа солей по признаку гидролизуемости составляющих их ионов. Степень и константа гидролиза. Влияние концентрации раствора, температуры, рН среды на степень гидролиза. Особые случаи гидролиза: совместный гидролиз, подавление гидролиза, гидролиз труднорастворимых солей, полный гидролиз.

1.2.  Дисперсные системы.

1.2.1.Адсорбция как самопроизвольное сгущение на границе раздела фаз. Особенности адсорбции молекул и ионов из растворов на твердой поверхности. Понятие об абсорбционной хроматографии. Молекулярно-кинетические и электрические свойства дисперсных систем. Строение частицы гидрофобного золя – мицеллы. Ионный обмен; роль обменной адсорбции в почвоведении, при химических способах водоочистки.

1.2.2. . Коллоидно-химические основы охраны окружающей среды. Методы разрушения и улавливания аэрозолей. Борьба с загрязнением атмосферы. Очистка гидросферы (воды) от коллоидных частиц загрязнений. Использование принципов коагуляции и флокуляции. Фильтрование и ультрафильтрование. Центрифугирование.

1.3.3. Очистка воды от поверхностно-активных загрязнений. Применение пенной сепарации. Очистка воды от токсичных загрязнений, растворимых в воде. Использование адсорбции и ионного обмена. Управление выпадением осадков загрязнений введением зародышей кристаллизации. Комплексные способы очистки воды, включающие микробиологическую очистку, гетерокоагуляцию и т. д.

1.3.  Электрохимические системы

1.3.1. Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции и системы. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом.

1.3.2. Окислительно – восстановительный потенциал. Уравнение Нернста. Водородный электрод. Ряд напряжений металлов. Подбор окислителей и восстановителей с учетом стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.

1.3.3. Окислительно-восстановительные процессы с участием электрического тока. Электролиз. Последовательность электродных процессов. Законы Фарадея.

1.3.4. Химические источники тока: гальванические первичные элементы, топливные элементы и электрохимические электроустановки.

1.3.5. Коррозия и защита металлов. Химическая и электрохимическая коррозия. Металлические и неметаллические защитные покрытия. Изменение свойств коррозионной среды. Протекторы, ингибиторы коррозии.

1.4.  Катализаторы и каталитические системы.

1.5.  Полимеры и олигомеры и их использование в технике.

2 . Химическая термодинамика и кинетика.

2.1 Энергетика химических процессов.

2.1.1. Внутренняя энергия системы. Изменение внутренней энергии в ходе химических превращений.

2.1.2. Понятие об энтальпии. Стандартная энтальпия образования вещества. Первое начало термодинамики. Закон Гесса. Вычисление изменения энтальпии и направление протекания реакции.

2.1.3. Понятие об энергии. Стандартная энтропия вещества. Второе начало термодинамики. Изменение энтропии и направление протекания реакции.

2.1.4. Понятие об реакции Гиббса. Стандартная энергия Гиббса образования вещества. Изменение энергии Гиббса химической реакции и оценка направления и полноты протекания реакции. Роль энтальпийного, энтропийного факторов и температуры в оценке возможности и полноты протекания реакций при разных температурах. Условие химического равновесия. Химический потенциал. Активность и коэффициент активности.

2.2. Химическое и фазовое равновесие.

Закон действия масс. Константа равновесия и её связь с термодинамическими функциями. Принцип Ле Шателье.

2.3 Скорость реакции и методы ее регулирования.

2.3.1. Скорость гомогенных химических реакций. Основное химическое уравнение.

2.3.2. Зависимость скорости химических реакций от температуры. Энергия активации. Гомогенный катализ. Цепные реакции. Физические методы ускорения химических реакций.

2.4. Колебательные реакции.

Скорость гетерогенных химических реакций. Гетерогенный катализ.

3. Реакционная способность веществ:

3.1. Химия и периодическая система элементов,

3.1.1.Модель строения атома. Понятия: энергетический уровень, подуровень, электронный слой, электронная оболочка, атомная орбиталь (АО). Строение электронных оболочек атомов элементов.

3.1.2. Периодический закон. Особенности заполнения электронами атомных орбиталей и формирование периодов. Периодичность свойств элементов: ионизационного потенциала, сродства к электрону, электроотрицательности. Периодичность атомных и ионных радиусов. Изменение химической активности металлов и неметаллов по периодам и группам.

3.2. Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ

3.3. Химическая связь

3.3.1. Химическая связь и валентность. Основные особенности химического взаимодействия (химической связи) и механизм образования химической связи.

3.3.2. Основные типы химической связи: ковалентная (неполярная и полярная), ионная, металлическая. Количественные характеристики химических связей: порядок, энергия, длина, валентный угол. Эффективные заряды химически связанных атомов и степень ионности связи как функция разности электроотрицательности взаимодействующих атомов.

3.3.3. Гибридизация. Понятие о методе молекулярных орбиталей. Строение и свойства простейших молекул.

3.3.4. Взаимодействие между частицами веществ. Химические системы. Три типа физического состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. Силы ван-дер-Ваальса. Ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия. Факторы, определяющие энергию межмолекулярного взаимодействия.

3.3.5. Природа водородной связи. Межмолекулярная и внутримолекулярная водородная связь.

3.4. Комплементарность

3.4.1. Комплементарность. Донорно-акцепторное взаимодействие молекул. Комплексные соединения. Комплексы, комплексообразователи, лиганды, заряд и координационное число комплексов. Типы комплексных соединений. Понятие о теориях комплексных соединений.

3.4.2. Химия веществ в конденсированном состоянии. Агрегатное состояние вещества. Химическое строение твёрдого тела. Аморфное состояние вещества. Кристаллы. Кристаллические решётки. Химическая связь в твёрдых телах. Металлическая связь и металлы. Химическая связь в полупроводниках и диэлектриках. Реальные кристаллы. Простое вещество. Изомерия и аллотропия.

4. Химическая идентификация

4.1. Качественный и количественный анализ. Аналитический сигнал.

4.2. Химический, физико-химический и физический анализ.

4.3. Химический практикум

5.  Самостоятельная работа

Самостоятельная работа должна быть посвящена освоению теоретического материала и выполнению контрольных тематических заданий по программе курса.

№ п/п	№ раздела дисциплины	Содержание самостоятельной работы	Часы
1	1	Номенклатура и классы неорганических соединений. В том числе выполнение контрольного задания	3
2	2	Способы выражения концентрации растворов. Расчёты концентраций. В том числе выполнение контрольного задания	4
3	3	Термохимический и термодинамический расчет химической реакции. В том числе выполнение контрольного задания	4
4	3	Скорость химических реакций и химическое равновесие. В том числе выполнение контрольного задания	4
5	2	Дисперсные системы и растворы. В том числе выполнение контрольного задания	4
6	2	Электрохимические системы	2
7	2	Комплементарность	4
8	4	Химическая идентификация	2
9	Все разделы	Подготовка к зачету по всем разделам программы	5
ИТОГО	32

6.  Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1 Темы контрольных работ

Способы выражения концентрации растворов. Расчёты концентраций.

Номенклатура и классы неорганических соединений.

Термодинамический расчет химической реакции

Кинетический расчет химической реакции.

Расчет водородного показателя водного раствора.

6.2 Список вопросов для подготовки к зачету

1.  Электронное строение атома. Частицы, составляющие атом. Строение и характеристики ядра атома. Изотопы и изобары.

2.  Особенности микрочастиц. Понятие атомной орбитали.

3.  Система квантовых чисел. Главное квантовое число, его значения. Орбитальное квантовое число, принимаемые значения, конфигурации подуровней. Магнитное квантовое число. Его функция. Спиновое квантовое число, его значения.

4.  Запрет Паули. Электронная емкость орбиталей, подуровней и энергетических уровней. Принцип Хунда.

5.  Периодический закон . Малые и большие периоды таблицы . Признак металличности и неметалличности элементов. Энергия ионизации. Окислители и восстановители. Понятие об относительной электроотрицательности элементов.

6.  Химические системы. Три типа физического состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. Силы Ван-дер-Ваальса. Ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.

7.  Химия веществ в конденсированном состоянии. Агрегатное состояние вещества. Химическое строение твёрдого тела. Природа химической связи веществ в различном агрегатном состоянии.

8.  Полимеры и олигомеры.

9.  Основные классы неорганических соединений: оксиды, гидроксиды, кислоты и соли. Классификация солей. Номенклатура неорганических соединений. Электролитическая диссоциация веществ-электролитов.

10.  Дисперсные системы. Поверхностные явления и адсорбция. Классификация дисперсных систем. Поведение веществ в адсорбционных процессах.

11.  Строение, качественные и количественные характеристики коллоидных растворов.

12.  Свойства коллоидных растворов (молекулярно-кинетические, оптические, электрические; агрегативная устойчивость). Коллоидные растворы в природе.

13.  Гели. Строение и свойства гелей.

14.  Растворы и реакции в водных растворах. Понятие раствора. Раствор как дисперсная система

15.  Способ выражения концентрации растворов: массовая доля, молярная, молярная концентрация эквивалентов, моляльная концентрация. Закон эквивалентов. Титр раствора.

16.  Растворы неэлектролитов. Основные законы растворов неэлектролитов.

17.  Особенности растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Диссоциация слабых и сильных электролитов в водных растворах на ионы. Степень диссоциации.

18.  Количественные характеристики диссоциации слабых электролитов. Ступенчатая диссоциация слабых электролитов. Закон разбавления Оствальда.

19.  Диссоциация сильных электролитов. Кажущаяся степень диссоциации сильных электролитов. Взаимосвязь кажущейся степени диссоциации изотонического коэффициента.

20.  Условия выпадения осадков трудно растворимых электролитов. Произведение растворимости.

21.  Ионное произведение воды; водородный показатель Гидролиз солей.

22.  Три случая гидролиза солей.

23.  Количественные характеристики гидролиза. Степень и константа гидролиза солей.

24.  Ступенчатый гидролиз солей. Полный необратимый гидролиз солей.

25.  Способ смещения в равновесии гидролиза.

26.  Окислительно-восстановительные системы. Коррозия и защита металлов. Окислительно-восстановительные свойства веществ. Электрохимические системы.

27.  Окислительно-восстановительная реакции (ОВР). Окисление и восстановление элементов. Окислители и восстановители.

28.  Возникновение двойного электрического слоя на границе металла и его солевого раствора. Равновесный электродный потенциал. Металлы активные и пассивные. Ряд напряжения металлов.

29.  Величина равновесного электродного потенциала. Формула Нернста.

30.  Типы гальванических элементов: элемент Вольта; элемент Якоби-Даниэля; концентрационный элемент; окислительно-восстановительный элемент, топливный элемент.

31.  Электролиз. Электрохимические процессы, протекающие при электролизе растворов и расплавов.

32.  Работа кислотного аккумулятора.

33.  Химическая и электрохимическая коррозия. Электрохимические процессы, протекающие при коррозии металлов.

34.  Защита металлов от коррозии. Электрохимические методы.

35.  Химическая термодинамика и кинетика. Энергетика химических процессов. Термохимия. Понятие термодинамической системы. Виды систем. Функции состояния.

36.  Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия системы как функция состояния. Энтальпия (теплообразование) образования. Закон Гесса и следствия из него.

37.  Второй закон термодинамики. Энтропия.

38.  Третий закон термодинамики. Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Энергия Гиббса и направление химических реакций.

39.  Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Закон действия масс.

40.  Понятие температурного коэффициента скорости химической реакции. Правило Вант-Гоффа.

41.  Обратимые реакции. Состояние равновесия обратимых реакций. Константа равновесия. Колебательные реакции. Катализаторы и каталитические процессы. Смещение равновесия обратимых реакций. Принцип Ле Шателье.

Химическая идентификация и анализ веществ. Качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, химический, физико-химический и физический анализ.

6.3 Рекомендуемая литература

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. , Воробьева лекций по химии. Химия: электронное учебное пособие. Номер государственной регистрации . Регистрационное свидетельство № 000, 2010.

2. , Рябцева : Методические указания для решения задач. [Текст]. – Новосибирск, СГГА, 2009.

3.  Коровин химия. – М.: Высшая школа, .

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

, Юстратов . – СПб.: Издательство «Лань», 2000. Ахметов и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1998. Павлов химия. – М.: Высшая школа, 1986. Лидин химия в вопросах: Учебное пособие / , , ; Под ред. . – М.: Химия, 1991. – 256 с. и др. Справочное руководство по химии. – М.: Высшая школа, 2003. – 367 с. Павлов химия. – М.: Высшая школа, 1986. – 336 с.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

7.1. Средство обеспечения освоения курса химии:

плакаты, диафильмы, кинофильмы, компьютерная база данных.

7.2. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Специализированная лаборатория, оснащенная комплектом химической посуды и оборудования, реактивами, а также мономебрами, электродами сравнения и ионноселективными электродами, спектрофотометром, поляриметром, электроизмерительными приборами, аналитическими весами, сушильными шкафами.

Программу составили:

– кандидат технических наук, доцент кафедры Метрологии, стандартизации и сертификации СГГА

Программа согласована с кафедрой

Зав. выпускающей кафедрой

Программа одобрена Учебно-методическим советом

__________2011 г. Протокол № .

Заведующий кафедрой МСиС Я

Директор ИОиОТ