МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
химический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Декан__________________
« ___» _____________________ 20 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Неорганическая химия элементов, часть 1»
Направление подготовки - 020300 Химия, физика и механика материалов
Квалификация выпускника – бакалавр
Форма обучения – очная
Ростов-на-Дону
2010 г.
1. Цели освоения дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1»
Курс «Неорганическая химия элементов, часть 1» является основополагающим общетеоретическим курсом по химии в цикле ОПП «Химия, физика и механика материалов» по подготовке бакалавров. В процессе изучения данной дисциплины закладывается общенаучный и профессиональный фундамент, формируются основные приемы познавательной и практической деятельности будущих специалистов-материаловедов.
Основной целью освоения дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1» является формирование базового химического мировоззрения на основе изучения неорганической химии водорода и р-элементов, взаимосвязи между природой химических веществ, их свойствами и реакционной способностью и приобретения навыков работы в химической лаборатории.
2. Место дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1» в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Неорганическая химия элементов, часть 1» относится к базовой части цикла общепрофессиональных дисциплин ООП бакалавриата по направлению 020300 – Химия, физика и механика материалов. Освоение дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1» осуществляется на 1 курсе, в первом семестре и основывается на знаниях, полученных в школьном курсе химии и в ходе изучения вариативных дисциплин «Теоретические основы общей химии» и «Теоретические основы неорганической химии», непосредственно предваряющих изучение неорганической химии элементов.
Данный курс является базовым для изучаемых позднее дисциплин «Аналитическая химия», «Физическая химия», «Кристаллохимия», «Структурная неорганическая химия», «Рентгенофазовый анализ».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1»
В результате освоения дисциплины «Теоретические основы общей химии» формируются частично следующие компетенции:
-наличие культуры мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
способность использовать в познавательной и в профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук (ПК-3);
понимание основных возможностей и приобретение новых знаний с использованием современных научных методов и владение ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций (ПК-8);
понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем дисциплин, определяющих конкретную область деятельности (ПК-10);
способность формулирования задач, связанных с реализацией профессиональных функций, а также использование для их решения методов изученных наук (ПК-12);
использование базовых теоретических знаний фундаментальных разделов физики, химии, математики, механики, биологии и экологии в объеме, необходимом для освоения практических основ различных междисциплинарн. направлений науки о материалах и в нанотехнологиях (ПК-13)
наличие системных представлений о возможностях применения фундаментальных законов физики, химии, математики и механики для объяснения свойств и поведения широкого спектра разнообразных функциональных материалов и наноматериалов, предназначенных для электроники и здравоохранения (ПК-15);
грамотное использование профессиональной лексики; владение базовыми письменными и устными навыками одного из распространенных иностранных языков международного научного общения, способность к деловому общению в профессиональной сфере, знание основ делового общения, навыки работы в команде (ПК-17);
применение теоретических основ неорганической химии, корреляций «состав-структура-свойства», принципов строения вещества, иерархической структурной организации материалов для овладения методами синтеза веществ, материалов и наноматериалов (ПК-22).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
знать: химию водорода, кислорода, галогенов, халькогенов, пниктогенов, элементов главных подгрупп III и IV групп Периодической системы, инертных газов, токсичные и опасные неорганические вещества, важнейшие методы синтеза неорганических соединений, иметь ознакомительные сведения о водородной энергетике, соединениях бора, алюминия, германия, кремния, халькогенидных материалах и их практическом использовании, иметь представление о материалах и их влиянии на экономику, научно-технический прогресс, экологические проблемы, связанные с производством, эксплуатацией и регенерацией материалов.
уметь: обосновывать закономерности и причины изменения строения и свойств простых веществ, водородных, кислородсодержащих соединений, галогенидов, сульфидов р-элементов Периодической системы, использовать умения и навыки в области теории и практики неорганической химии для освоения теоретических основ и методов исследования в области неорганических материалов.
владеть: профессионально профилированными знаниями и практическими навыками в области химии водорода и р-элементов Периодической системы.
4. Структура и содержание дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1»
Общая трудоемкость дисциплины составляет
6 зачетных единиц трудоемкости,
216 часов, из них:
Лекции – 54 часа,
Лабораторные работы – 72 часа,
Самостоятельная работа – 54 часа,
Экзамен – 36 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра). Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
Лекции | Лабораторные работы | Коллоквиумы | Самостоятельная работа | |||||
1. | Водород. | 1 | 7 | 4 | 4 | 4 | 27 | зачеты по лабораторным работам (еженедельно), коллоквиум №1 по разделам 1.-4. |
2. | Подгруппа галогенов. | 7-8 | 8 | 8 | ||||
3. | Кислород и его соединения. | 9 | 4 | 4 | ||||
4. | Подгруппа халькогенов. | 9-10 | 8 | 8 | ||||
5. | Подгруппа пниктогенов. | 1 | 11-13 | 16 | 16 | 4 | 27 | зачеты по лабораторным работам (еженедельно), коллоквиум №2 по разделам 5.-8. |
6. | IVA-группа ПС. | 14-15 | 12 | 12 | ||||
7. | IIIA-группа ПС. | 16-17 | 9 | 12 | ||||
8. | Инертные газы. | 18 | 3 | - | ||||
экзамен |
5. Образовательные технологии
С целью формирования профессиональных навыков обучающихся используются следующие образовательные технологии:
1. Лекция.
2. Лабораторный практикум.
3. Семинар в диалоговом режиме с элементами дискуссии (перед каждой практической работой).
4. Групповой разбор результатов коллоквиумов.
5. Групповые дискуссии – по результатам лабораторных работ.
6. Мозговой штурм - участникам предлагают высказывать как можно большее количество вариантов решения, в том числе самых фантастичных. Затем из общего числа высказанных идей отбирают правильные.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1»
6.1. Программа дисциплины
1. Водород
Положение водорода в периодической системе. Электронное строение атома, его уникальность. Причины двойственного положения атома водорода в периодической системе. Изотопы водорода. Валентные возможности атома. Степени окисления. Водород как простое вещество, его получение, физические и химические свойства.
Гидриды металлов и неметаллов.
Вода, ее строение, причины аномального агрегатного состояния и высокой температуры плавления, физические и химические свойства. Роль воды в природе. Жесткость воды, способы ее устранения.
2. Подгруппа галогенов
Общая характеристика подгруппы. Особенности строения атомов, характер изменения радиусов, потенциалов ионизации, энергии сродства атомов к электрону; устойчивость степеней окисления. Строение молекулы фтора. Строение атома и молекулы хлора. Лабораторные и промышленные способы получения хлора. Физические и химические свойства хлора. Хлорная вода. Получение и химические свойства фтора. Нахождение в природе и получение галогенов. Агрегатное состояние простых веществ, растворимость в воде и органических растворителях. Сравнение химических свойств галогенов. Применение галогенов.
Галогеноводороды, получение, температуры плавления и кипения; свойства водных растворов галогеноводородов. Получение и свойства фтороводорода. Плавиковая ислота. Хлороводород, получение и свойства. Соляная кислота. Галогениды металлов и неметаллов.
Кислородсодержащие кислоты хлора, сравнение свойств кислот и их солей. Бертолетова соль. Хлорная известь. Оксиды хлора.
Кислородные соединения галогенов (оксиды, кислоты, соли). Межгалогенные соединения.
3. Кислород
Положение кислорода в периодической системе. Электронное строение атома. Изотопы кислорода. Валентные возможности атома. Степени окисления. Кислород как простое вещество, строение молекулы в рамках МВС и ММО, его физические и ииические свойства. Озон: получение, строение молекулы, сравнение свойств озона и ислорода. Пероксид водорода, причины аномального агрегатного состояния и высокой температуры плавления. Химические свойства пероксида водорода. Оксиды.
4. Подгруппа халькогенов
Общая характеристика подгруппы. Особенности строения атомов, характер изменения радиусов, потенциалов ионизации, энергии сродства атомов к электрону; устойчивость степеней окисления. Сравнение строения, агрегатного состояния, температур плавления, растворимости в различных растворителях и химических свойств халькогенов. Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы.
Водородные соединения: строение, получение, температуры плавления и кипения, сравнение химических свойств. Получение и свойства сероводорода. Сероводородная вода. Сульфиды.
Оксид серы (IV), сернистая кислота и сульфиты. Оксид серы (VI). Промышленное получение и свойства серной кислоты. Особенности свойств концентрированной серной кислоты, причины. Сульфаты. Сравнение серной и сернистой кислот, сульфитов и сульфатов. Галогениды и оксогалогениды серы.
Строение, агрегатное состояние (температуры плавления и кипения) оксидов халькогенов ЭО2 и ЭО3. Сравнение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств оксидов. Сравнение кислотных и окислительных свойств гидроксидов (солей) халькогенов в степени окисления (+VI). Термическая устойчивость солей.
Соединения со связями Э-Э. Сульфаны и полисульфиды. Политионовые кислоты. Тиосоли, тиосульфат натрия, его свойства.
5. Подгруппа пниктогенов
Азот. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления. Строение молекулы азота в рамках МВС и ММО, получение и свойства простого вещества. Аммиак: получение, строение молекулы и свойства. Свойства водного раствора аммиака. Соли аммония. Нитриды металлов.\
Строение молекул, получение и сравнение свойств оксидов азота (N2О, NO, N2О3, NO2, N2О5).
Азотистая кислота, нитриты. Получение и свойства азотной кислоты. Нитраты. Сравнение азотной и азотистой кислот, нитритов и нитратов.
Галогениды азота: строение, устойчивость, отношение к воде.
Фосфор. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления, сравнение их устойчивости. Аллотропия, свойства фосфора. Получение и свойства фосфина. Сравнение фосфина и аммиака, солей фосфония и аммония. Фосфиды металлов. Оксид фосфора (III). Фосфорноватистая и фосфористая кислоты, гипофосфиты и фосфиты. Оксид фосфора (V), фосфорные (мета- и поли-) кислоты, фосфаты. Строение, устойчивость и отношение к воде галогенидов фосфора.
Подгруппа мышьяка. Общая характеристика подгруппы. Стабилизация степеней окисления +3 и +5, особенности координации. Особенности строения и свойств простых веществ. Сравнительная характеристика соединений в степенях окисления +3 и +5. Оксиды (гидроксиды), сульфиды и воднорастворимые соли элементов подгруппы.
6. IVA-группа Периодической системы
Углерод. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления, сравнение их устойчивости. Аллотропия и свойства углерода.
Получение, строение и свойства метана, ацетилена. Карбиды (метаниды, ацетилениды и др.).
Оксид углерода (II): получение, строение молекулы по МВС и ММО, свойства. Оксид углерода (IV): получение, строение молекулы, свойства. Угольная кислота. Карбонаты. Галогениды и псевдогалогениды, строение, устойчивость, отношение к воде. СО и CN- как лиганды.
Кремний. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления, координационные предпочтения. Кремний как простое вещество: строение, свойства, сравнение с алмазом.
Силан: получение, строение, свойства, сравнение с метаном. Причины меньшей устойчивости полисиланов в сравнении с предельными углеводородами. Оксид кремния (IV): строение, свойства, причины резкого отличия от оксида углерода (IV). Гидроксид кремния (IV). Силикаты. Понятие о стекле, керамике, глине, цементе. Галогениды кремния: строение, устойчивость, отношение к воде.
Общая характеристика подгруппы. Стабилизация степеней окисления +2 и +4, особенности координации. Особенности строения и свойств простых веществ. Сравнительная характеристика соединений в степенях окисления +2 и +4. Оксиды (гидроксиды), сульфиды и воднорастворимые соли элементов подгруппы.
7. IIIA-группа Периодической системы
Бор. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления, координационные предпочтения. Бор как простое вещество: строение, свойства, сравнение с кремнием. Особенности строения боранов (связи с дефицитом электронов (банановые)) и их свойства. Соединения бора с азотом, серой, галогенами. Оксид бора, мета- и ортоборные кислоты, получение, строение, свойства. Бораты, их сходство и различия с силикатами. Бура, ее строение и свойства. Перлы буры.
Положение элемента в периодической системе, его валентные возможности и координационные предпочтения, степени окисления. Алюминий как простое вещество, его физические и химические свойства. Промышленный способ получения алюминия. Оксид алюминия, его полиморфные модификации, реакционная способность, химические свойства. Гидроскид алюминия, его строение, старении и свойства. Условность понятий «оловая» и «оксоловая» формы гидроксида. Соли алюминия катионного и анионного типа, их гидролизуемость, термическая устойчивость. Галогениды, сульфид, гидрид алюминия.
Общая характеристика подгруппы галлия. Стабилизация степеней окисления +1 и +3. Особенности строения и свойств простых веществ. Сравнительная характеристика соединений в степени окисления +3. Соединения таллия в степени окисления +1, сходство с соединениями калия и серебра.
8. Благородные (инертные) газы
Особенности строения электронных оболочек атомов, их валентные возможности. Простые вещества. Соединения ксенона: фториды, фторидные комплексы, оксофториды, оксиды, кислоты и соли – их строение и свойства.
6.2. Задачи к разделам 1-8 Программы дисциплины (п.6.1), [9]:
801-803, 804-807,
834-839,
831, 832-833,
854-856, 860, 872-877,
887-894, 907, 917, 921, 934-941,
929, 933, 942
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1»
Обучающиеся обеспечены доступом к электронно-библиотечной системе, содержащей издания по основным изучаемым дисциплинам и сформированной на основании прямых договоров с правообладателями учебной и учебно-методической литературы. Библиотечный фонд укомплектован печатными и (или) электронными изданиями основной учебной литературы по дисциплинам базовой части всех циклов, изданными за последние 10 лет, из расчета не менее 25 экземпляров таких изданий на каждые 100 обучающихся. Фонд дополнительной литературы включает официальные справочно-библиографические и специализированные периодические издания в расчете одного-двух экземпляров на каждые 100 обучающихся.
а) основная литература:
1. Ахметов и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1988. 639 с.
2. , Дракин и неорганическая химия. 3е изд. М.: Химия, 1994. 588 с.
3. Угай и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1997. 526 с.
4. Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969. Ч. 1 3.
5. Некрасов общей химии. М.: Химия, 1972-1973.Т.1,2. 656 с., 688 с.
6. Неорганическая химия. Под ред. в 3х томах. Т.2. «Химия непереходных элементов». М. АкадемА. 2004 г. 367 с.
7. Химия элементов. Т.1-2. М., Изд-во «Бином». 2008. 607+607 с.
8. Анорганикум. Под ред. Л.Кольдиц. Т.1.-2. М. Мир. 1984. 337 с.
9. Глинка. Задачи и упражнения по общей химии. Л. «Химия». 2003 г.
10. Спицын по неорганической химии. Изд-во Моск. ун-та, 1976. 296 с.
11. Лисневская пособие «Лабораторный практикум по общей и неорганической химии, часть 2 «Химия s- и р-элементов»».
б) дополнительная литература:
12. А. Уэллс. Структурная неорганическая химия. Т.1-3. М., Мир. 1987-1988. 203+349+203 с.
13. , Мартыненко химия. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991, 1994. Ч. 1,2.
14. Глинка химия. М. «Химия». 2007 г.
15. , , Тамм , упражнения и задачи по неорганической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. 180 с.
16. , , . Лабораторные и семинарские занятия по неорганической химии. М., Высш. шк., 1988. 304 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1»
Реализация учебной дисциплины осуществляется с использованием материально-технической базы, обеспечивающей проведение всех видов учебных занятий, предусмотренных программой учебной дисциплины и соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам.
Имеется необходимый для реализации дисциплины «Неорганическая химия элементов, часть 1» перечень материально-технического обеспечения, включающий в себя:
· лекционные аудитории;
· лаборатории для проведения практических занятий;
· аудитории для семинарских занятий;
Имеющаяся материальная база обеспечена:
· различной аппаратурой для демонстрации иллюстративного материала (для проведения лекций);
· химическими реактивами, лабораторной посудой и учебно-научным оборудованием (для выполнения лабораторных работ).
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки
Автор: ст.преп.кафедры общей и неорганической химии химического факультета ЮФУ, к.т.н.
Рецензент: доцент кафедры органической химии химического факультета ЮФУ, к.х.н.
Программа одобрена на заседании УМК химического факультета ЮФУ от 01.01.2001 года, протокол №__8
