ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ТГПУ)
«Утверждаю»
Проректор по учебной работе (декан факультета) __________________________
«_______»_________________ 200 г
П Р О Г Р А М М А ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН. Ф.04
ХИМИЯ
1. Цели и задачи дисциплины:
Целью курса является формирование научного мировоззрения, получение студентами комплекса химических знаний как основы для осуществления межпредметных связей с другими дисциплинами. Учебные задачи курса реализуются в процессе усвоения студентами основных понятий химии, научных фактов, законов, теорий, понимания сущности химических процессов, протекающих в природе и технике, путей и способов управления последними.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины:
В процессе изучения курса химии студент должен ознакомиться с современными теориями строения атома и химической связи; усвоить основные закономерности, определяющие возможность, направленность, скорость и пределы протекания химических процессов, их механизм и оптимальные условия их проведения; производить расчеты по формулам и уравнениям, при необходимости использовать справочный материал.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы:
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
4 | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 72 | 72 |
Аудиторные занятия | 36 | 36 |
Лекции | 18 | 18 |
Практические занятия (ПЗ) | 18 | 18 |
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | ||
И (или) другие виды аудиторных занятий | ||
Самостоятельная работа | 36 | 36 |
Курсовой проект (работа) | ||
Расчетно-графические работы | ||
Реферат | ||
И (или) другие виды самостоятельной работы | ||
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | зачет |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий (Тематический план):
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции | Практические занятия | Самостоятельная работа |
1 | Строение атомов и периодическая система элементов . Реакционная способность веществ | 2 | 2 | 4 |
2 | Химическая связь | 2 | 2 | 4 |
3 | Химическая термодинамика. Энергетика химических процессов | 2 | 2 | 3 |
4 | Химическая кинетика | 2 | 2 | 3 |
5 | Химическое и фазовое равновесие | 1 | 1 | 3 |
6 | Растворы | 2 | 2 | 3 |
7 | Электрохимические системы | 2 | 2 | 4 |
8 | Катализаторы и каталитические системы | 1 | 1 | 3 |
9 | Дисперсные системы | 1 | 1 | 3 |
10 | Полимеры и олигомеры | 1 | 1 | 2 |
11 | Химическая идентификация | 2 | 2 | 4 |
4.2. Содержание разделов дисциплины
4.2.1. Строение атомов и периодическая система элементов . Реакционная способность веществ. Комплементарность. Современные представления о строении атома. Квантование энергии. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Уравнение де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга. Характеристика состояния электрона в атоме. Понятие о волновом уравнении Шредингера, волновой функции, ее физическом смысле. Квантовые числа, их физический смысл. Атомные орбитали ( - s, - р, - d, - f –орбитали). Принципы заполнения атомных орбиталей: принцип наименьшей энергии, запрет Паули, правило Хунда, правила Клечковского. Емкость энергетических уровней и подуровней. Электронные формулы атомов. Количественные характеристики основных свойств атомов: атомные радиусы, энергия сродства к электрону, энергия ионизации. Относительная электроотрицательность элементов. Строение ядра атома.
Периодическая система как естественная система химических элементов. Периоды, группы и подгруппы. Периодический закон и периодическая система в свете теории строения атомов. Современная формулировка периодического закона. Периодичность изменения свойств элементов (радиусов атомов, энергии ионизации и сродства к электрону, электроотрицательности) как следствие периодического изменения электронных конфигураций атомов. Периодичность изменения свойств некоторых соединений элементов: оксидов, гидроксидов, водородных соединений. Характеристика кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств элементов и их основных соединений по их положению в периодической системе. Элементы – s, - p, - d, - f – семейств.
4.2.2. Химическая связь. Основные типы химической связи: ионная, ковалентная (полярная и неполярная), металлическая, водородная. Основные параметры химической связи: энергия связи, длина связи, валентный угол. Взаимосвязь между энергией и длиной связи. Понятие о методе Молекулярных Орбиталей. Метод валентных связей. Два механизма образования ковалентной связи: обобщение неспаренных электронов и донорно-акцепторный. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность, s - и p - связи. Кратность связи, порядок связи. Гибридизация атомных орбиталей Типы гибридизации и стереометрия молекул. Конформационный анализ. Ионная связь, механизм ее образования. Энергия ионной связи. Эффективный заряд атома. Степень окисления. Межмолекулярные взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса). Водородная связь. Комплементарность.
4.2.3. Химическая термодинамика. Энергетика и направленность химических процессов. Основные понятия химической термодинамики. Первое, второе, третье начала термодинамики. Тепловой эффект химической реакции. Экзо - и эндотермические реакции. Теплота образования и разложения химических соединений. Закон Гесса, следствия из него. Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса) как критерий самопроизвольного протекания химических процессов.
4.2.4. Химическая кинетика. Понятие о скорости химической реакции. Истинная и средняя скорость, факторы, влияющие на скорость реакций: природа реагирующих веществ, их концентрация, температура, катализаторы. Методы регулирования скорости реакций. Порядок реакции. Молекулярность элементарной реакции. Закон действующих масс. Константа скорости реакций, ее физический смысл. Константы скорости реакций различных порядков. Понятие об активных молекулах и энергии активации. Основные теории химической кинетики. Колебательные реакции.
4.2.5. Химическое и фазовое равновесие. Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Принцип Ле Шателье. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ, давления и температуры. Фазовое равновесие. Диаграмма состояния воды.
4.2.6. Растворы. Истинные растворы. Концентрация растворов, способы ее выражения: процентная, молярная и нормальная концентрация. Термодинамика процесса растворения. Механизм процесса растворения. Растворимость твердых веществ, жидкостей и газов в воде Кривые растворимости. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Растворы электролитов. Сильные и слабые электролиты. Теория электролитической диссоциации Аррениуса. Степень и константа ионизации. Закон разбавления Оствальда. Теория сильных электролитов Дебая – Хюккеля. Активность, коэффициент активности, ионная сила раствора. Электронное строение молекул воды. Ассоциация молекул воды. Физические и химические свойства воды. Электролитическая ионизация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Гидролиз солей в водных растворах. Механизм гидролиза. Степень и константа гидролиза. Буферные растворы. Малорастворимые сильные электролиты. Произведение растворимости.
4.2.7. Электрохимические системы. Типы окислительно-восстановительных реакций, окислители и восстановители. Особенности протекания ОВР в растворах. Правила составления уравнений окислительно-восстановительных реакций: методы электронного баланса и полуреакций. Взаимодействие металлов с водой, кислотами и щелочами как окислительно-восстановительный процесс.
Проводники первого и второго рода. Типы электрохимических систем (химический источник тока, электролизер). Возникновение скачка потенциала на границе металл – раствор. Двойной электрический слой, его строение. Обратимые и необратимые электроды. Электродный потенциал. Классификация обратимых электродов. ЭДС. Уравнение Нернста. Обратимые электрохимические цепи (химические и концентрационные). Кинетика электрохимических процессов. Законы Фарадея. Электродная поляризация. Причины ее возникновения, виды перенапряжения. Электролиз. Процессы, протекающие при электролизе. Напряжение разложения электролита. Электрохимическая коррозия металлов.
4.2.8. Катализаторы и каталитические системы. Общие сведения о катализе. Сущность каталитического действия. Степень компенсации. Специфичность катализа, активность и селективность катализаторов. Промотирование и ингибирование каталитических процессов. Особенности кинетики каталитических реакций (механизмы каталитических реакций, скорость реакций). Предвидение каталитического действия. Гомогенный катализ. Гетерогенный катализ. Адсорбция. Теории катализа: теория активных центров Тейлора, мультиплетная теория Баландина, теория активных ансамблей Кобозева.
4.2.9. Дисперсные системы. Понятие о коллоидных системах. Классификация дисперсных систем. Количественные характеристики дисперсной фазы. Получение коллоидных систем. Поверхностное натяжение. Поверхностная энергия и поверхностные явления в дисперсных системах как результат а) самопроизвольного уменьшения поверхности раздела фаз и б) уменьшения поверхностного натяжения. Адгезия. Адсорбция. Основные понятия. Свойства дисперсных систем. Виды дисперсных систем.
4.2.10. Полимеры и олигомеры. Понятие о полимерах и олигомерах. Классификация. Способы получения. Химическое строение и пространственная форма макромолекул. Типы связей в полимерах. Свойства растворов ВМС.
4.2.11. Химическая идентификация. Основы качественного и количественного анализа. Физический, физико-химический и химический анализ. Аналитический сигнал. Предмет и задачи качественного анализа. Методы качественного анализа (физические, физико-химические, химические). Макро-микро-, полумикро - и ультрамикроанализ. Реакция окрашивания пламенем. Капельный и микрокристаллоскопический анализы. Чувствительность аналитических реакций и ее показатели: открываемый минимум, предельная концентрация, минимальный объем. Предмет и методы количественного анализа. Гравиметрический и титриметрический анализы. Физические и физико-химические методы количественного анализа: потенциометрический, кондуктометрический, полярографический, кулонометрический, хроматографический, спектроскопические методы. Сущность методов, их чувствительность и область применения. Ошибки анализа: абсолютные и относительные, случайные и систематические.
5. Лабораторный практикум
не предусмотрен
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины:
6.1 Рекомендуемая литература:
а) основная литература:
1. Глинка, и неорганическая химия : учебное пособие для вузов / Н. Л. . Глинка ; под ред. . - Изд. 30-е испр. - М. : Интеграл — пресс, 2005. - 727 с.
2. Ахметов, и неорганическая химия : учебное пособие для вузов / . - М. : Высшая школа, 2001. - 743 с.
б) дополнительная литература
1. Угай, и неорганическая химия : учебник для вузов / . - Изд. 3-е. - М. : Высшая школа, - 2002. - 527 с.
2. Коровин, химия : учебник для вузов / . - М. : Высшая школа, 1998. - 558 с.
3. Зимон, химия : учебник для вузов - / . - М. : Агар, 2003. - 315 с.
4. Ахметов, и семинарские занятия по общей и неорганической химии : учебное пособие для вузов / , , . - Изд. 5-е. - М. : Высшая школа, 2003. - 366 с.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины:
Контролирующая компьютерная программа по дисциплине «Химия».
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Аудиторный фонд ТГПУ, библиотека ТГПУ.
8. Методические рекомендации по организации освоения дисциплины:
8.1. Методические рекомендации преподавателю:
В курсе «Химия» студенты изучают разделы:
химические системы (растворы, дисперсные системы, электрохимические системы, катализаторы и каталитические системы, полимеры и олигомеры); химическая териодинамика и кинетика (энергетика химических процессов, химическое и фазовое равновесие, скорость реакции и методы её регулирования, колебательные реакции); реакционная способность веществ (химия и периодическая система элементов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, химическая связь, комплиментарность); химическая идентификация (качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, химический, физико-химический и физический анализ); химический практикум.
Теоретические знания, полученные из курса лекций, закрепляются на практических занятиях. Промежуточные срезы знаний проводятся после изучения основных тем курса. Промежуточный срез знаний проводится посредством письменных контрольных работ и (или) тестированием. Тестирование проводится с использованием практикумов, разработанных на кафедре неорганической химии, либо в компьютерном классе с использованием специальной программы. Тестирование студенты могут осуществлять в свободном доступе в качестве самостоятельной подготовки как по отдельным темам, так и по всему курсу. В течение всего курса обучения студенты выполняют домашние задания, разработанные по всем изучаемым темам курса, могут выполнять курсовую работу или рефераты. Обучение заканчивается итоговым зачётом.
8.2. Методические указания для студентов:
8.2.1. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы:
1. Предмет общей химии. Понятие о материи
2. Признаки химических реакций и условия их протекания
3. Атомы и молекулы как дискретные частицы
4. Размеры и массы атомов и молекул. Относительные атомные и молекулярные массы
5. Химический элемент
6. Изотопы
7. Простые вещества
8. Аллотропия
9. Сложные вещества
10. Понятие об электронном облаке, s-, p-электронах
11. Радиусы атомов, их периодические изменения в системе химических элементов
12. Принципы заполнения атомных орбиталей: принцип наименьшей энергии, запрет Паули, правило Хунда, правила Клечковского
13. Емкость энергетических уровней и подуровней. Электронные формулы атомов
14. Количественные характеристики основных свойств атомов: атомные радиусы, энергия сродства к электрону, энергия ионизации. Относительная электроотрицательность элементов
15. Основные понятия химической термодинамики
16. Первое, второе, третье начала термодинамики
17. Истинная и средняя скорость химической реакции: факторы, влияющие на скорость реакций
18. Понятие о катализаторах и ингибиторах
19. Основные теории катализа
20. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов
21. Механизм процесса растворения, его зависимость от температуры
22. Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации
23. Закон разбавления Оствальда
24. Механизм гидролиза. Степень и константа гидролиза
25. Окислительно-восстановительные реакции, правила составления уравнений окислительно-восстановительных реакций
26. Типы окислительно-восстановительных реакций, окислители и восстановители
27. Классификация дисперсных систем
28. Количественные характеристики дисперсной фазы
29. Получение коллоидных систем
30. Химическое строение и пространственная форма макромолекул ВМС
31. Предмет и задачи качественного и количественного анализа
8.2.2. Примерная тематика рефератов:
1. Атомно-молекулярное учение, его значение для современной химии.
2. Основные понятия и законы химии
3. Оксиды
4. Пероксиды
5. Основания
6. Кислоты
7. Соли
8. Строение ядра атома
9. Теория активных соударений
10. Теория активированного комплекса
11. Ферментативный катализ
12. Физические и химические свойства воды
13. Буферные растворы
14. Свойства дисперсных систем
15. Гравиметрия
16. Титриметрия
17. Потенциометрия
18. Кондуктометрия
19. Полярография
20. Хроматография
21. Спектрофотометрия
8.2.3. Примерный перечень вопросов к зачету:
1. Квантово-механическая модель строения атома
2. Квантовые числа, их физический смысл
3. Строение электронных оболочек атомов периодической системы химических элементов
4. Периодический закон и периодическая система химических элементов . Периодичность изменения свойств элементов как следствие периодического изменения электронных конфигураций атомов
5. Общая характеристика металлов главных подгрупп I – III групп в связи с их положением в периодической системе химических элементов и особенностями строения их атомов.
6. Общая характеристика неметаллов главных подгрупп IV – VII групп в связи с их положением в периодической системе химических элементов и особенностями строения их атомов.
7. Характеристика кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств элементов и их основных соединений по их положению в периодической системе
8. Характерные химические свойства простых веществ (металлов и неметаллов).
9. Характерные химические свойства оксидов (основных, амфотерных, кислотных).
10. Характерные химические свойства оснований, амфотерных гидроксидов, кислот.
11. Характерные химические свойства солей (средних и кислых).
12. Ионная связь, механизм ее образования. Валентность и степень окисления
13. Ковалентная (полярная и неполярная) химическая связь
14. Типы гибридизации атомных орбиталей. Полярность связи и молекулы
15. Металлическая химическая связь
16. Водородная химическая связь
17. Основные характеристики химической связи (энергия связи, длина связи, валентный угол)
18. Тепловой эффект химической реакции. Экзо - и эндотермические реакции.
19. Закон Гесса, следствия из него.
20. Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса) как критерий самопроизвольного протекания химических процессов
21. Понятие о скорости химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакций.
22. Закон действующих масс. Константа скорости реакций, ее физический смысл
23. Порядок реакции
24. Виды катализа: гомо-, гетеро - и микрогетерогенный катализ
25. Необратимые и обратимые химические процессы. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия (принцип Ле Шателье)
26. Концентрация растворов, способы ее выражения: процентная, молярная концентрация
27. Ионное произведение воды. Водородный показатель
28. Теория электролитической диссоциации. Степень диссоциации
29. Гидролиз солей в водных растворах
30. Теория сильных электролитов Дебая – Хюккеля. Активность
31. Малорастворимые сильные электролиты. Произведение растворимости
32. Законы Фарадея
33. Типы электрохимических систем (химический источник тока, электролизер)
34. Уравнение Нернста
35. Электролиз расплавов и водных растворов
36. Коррозия металлов
37. Понятие о коллоидных системах
38. Классификация дисперсных систем
39. Количественные характеристики дисперсной фазы
40. Получение коллоидных систем
41. Понятие о полимерах и олигомерах
42. Свойства растворов ВМС
43. Методы качественного и количественного анализа
44. Чувствительность аналитических реакций
45. Погрешности анализа: абсолютные и относительные, случайные и систематические
Программа составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности:
математика 032100 (050201.65),
Программу составил:
, д. х.н., профессор, профессор кафедры неорганической химии ТГПУ____________
Программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии ТГПУ
протокол №____от «_______» ___________________200 г.
Заведующий кафедрой неорганической химии ____________
Рабочая программа одобрена методической комиссией БХФ ТГПУ
« ___ » _____________ 200 г. , протокол №
Председатель методической комиссии БХФ _______________
Согласовано:
Декан БХФ _______________
