РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ
Цели изучения дисциплины
Целями освоения дисциплины общая и неорганическая химия являются:
- Изучение студентами основных понятий и законов химии; Освоение основного материала по строению атомов, химической связи и закономерностям, связанным с Периодическим Законом и Периодической системой элементов . Изучение основ химической термодинамики и кинетики химических процессов. Получение глубоких знаний по теории растворов и теории электрохимических процессов. Изучение способов получения химических элементов и их соединений; рассмотрение основных процессов, связанных с химическими превращениями элементов и их соединений в конкретных ситуациях. Выяснение возможных областей применения химических элементов и их соединений.
Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения курса общей и неорганической химии студенты должны приобрести следующие знания, навыки и умения:
Студент должен знать:
Цели, задачи общей и неорганической химии, пути и способы их решения. Основные разделы общей и неорганической химии. Основные понятия и методы общей и неорганической химии. Основные этапы развития общей и неорганической химии, ее современное состояние. Связь свойств соединений с положением составляющих их элементов в Периодической системе химических элементов . Пути расчета энергетических характеристик химических процессов, определение направления и глубины их протекания, способы расчета химических равновесий по известным исходным концентрациям и константе равновесия. Основу теории строения неорганических веществ, теории химической связи. Основные свойства химических элементов и их соединений. Основные типы неорганических соединений. Современную номенклатуру неорганических соединений. Основные литературные источники и справочную литературу по общей и неорганической химии. Основные правила охраны труда и техники безопасности при работе в химической лаборатории.
Студент должен уметь:
1. Самостоятельно работать с учебной и справочной литературой по общей и неорганической химии.
2. Владеть основными приемами и техникой выполнения экспериментов по общей и неорганической химии.
3. Пользоваться основными неорганическим реактивами, растворителями и химической посудой.
4. Правильно использовать номенклатуру неорганических соединений.
5. Рассчитывать основные энергетические характеристики химических процессов.
6. Готовить растворы с заданной концентрацией растворенных веществ.
7. Прогнозировать возможность образования осадков при смешивании растворов с известной концентрацией растворенных веществ.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины:
общекультурные компетенции (ОК):
- способность применять знание процессов и явлений, происходящих в живой и неживой природе, понимание возможности современных научных методов познания природы и владение ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций (ОК-12).
профессиональные компетенции (ПК):
- способность к проведению лабораторных работ и знания требований техники безопасности и приемов оказания первой помощи при несчастных случаях (ПК-12);
- принимать участие в моделировании процессов и средств измерений, испытаний и
контроля с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного
проектирования (ПК-19).
Взаимосвязь с другими дисциплинами ООП
Дисциплина «Химия общая и неорганическая» в учебном плане специальности 02100062 –География входит в федеральный компонент цикла естественнонаучных дисциплин и базируется на учебном материале по химии, физике, математике, предусмотренном программой средней школы
РАЗДЕЛ 2. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ, ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Всего | Число учебных часов 1 семестр |
Аудиторные занятия: - лекции -лабораторные занятия | 50 16 34 | 50 16 34 |
Самостоятельная работа студентов: | 94 | 94 |
Всего | 144 | 144 |
Формы итогового контроля | Экзамен |
РАЗДЕЛ 3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Введение
Основные понятия и законы химии. Атомная единица массы. Атомная и молекулярная массы. Моль. Мольная масса. Валентность. Степень окисления. Эквивалент. Мольная масса эквивалента. Определения химического эквивалента элемента, кислоты, гидроксида, соли, оксида. Закон стехиометрии. Газовые законы. Эквивалент. Закон эквивалентов. Посуда и оборудование химических лабораторий.
2.Строение атома. Периодический закон и периодическая система элементов . Химическая связь.
Основные этапы развития представлений о существовании и строении атомов. Спектр атомов как источник информации об их строении.
Квантово-механическая модель строения атомов. Электронные формулы и электронно-структурные схемы атомов.
Периодический закон (ПЗ) и его трактовка на основе квантово-механической теории строения атомов.
Структура Периодической системы элементов (ПСЭ): периоды, группы, семейства, s-, p-, d-, f-классификация элементов (блоки). Длиннопериодный и короткопериодный варианты ПСЭ. Периодический характер изменения свойств атомов элементов: радиус, энергия ионизации, энергия сродства к электрону, относительная электроотрицательность (ОЭО). Определяющая роль внешних электронных оболочек для химических свойств элементов. Периодический характер изменения свойств простых веществ, оксидов и водородных соединений элементов.
Типы химических связей и физико-химические свойства соединений с ковалентной, ионной и металлической связью. Экспериментальные характеристики связей: энергия связи, длина, направленность. Экспериментальная кривая потенциальной энергии молекулы водорода (двухэлектронная химическая связь по Гайтлеру - Лондону на примере молекулы водорода).
Описание молекулы методом валентных связей (МВС). Механизм образования ковалентной связи. Насыщаемость ковалентной связи. Направленность ковалентной связи как следствие условия максимального перекрывания орбиталей. Сигма и пи-связи и их образование при перекрывании s-, p - и d-орбиталей. Кратность связей в методе валентных связей. Поляризуемость и полярность ковалентной связи. Эффективные заряды атомов в молекулах. Полярность молекул.
Гибридизация атомных орбиталей. Устойчивость гибридизированных состояний различных атомов. Пространственное расположение атомов в молекулах. Характерные структуры трех-, четырех-, пяти - и шестиатомных молекул.
Описание молекул методом молекулярных орбиталей (ММО). Связывающие, разрыхляющие и несвязывающие МО, их энергия и форма. Энергетические диаграммы МО. Заполнение МО электронами в молекулах, образованных атомами и ионами элементов 1-го и 2-го периодов ПСЭ. Кратность связи в ММО.
Межмолекулярные взаимодействия и их природа. Энергия межмолекулярного взаимодействия. Ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействие. Водородная связь и ее разновидности. Биологическая роль водородной связи. Молекулярные комплексы и их роль в метаболических процессах.
3. Основы теории химических процессов
3.1 Энергетика, направление и глубина протекания химических реакций. Химическое равновесие.
Основные понятия химической термодинамики. Поглощение и выделение различных видов энергии при химических превращениях. Теплота и работа.
Внутренняя энергия и энтальпия индивидуальных веществ и многокомпонентных систем. Стандартные состояния веществ и стандартные значения внутренней энергии и энтальпии. Теплоты химических реакций при постоянной температуре и давлении или объеме. Термохимические уравнения. Стандартные энтальпии образования и сгорания веществ.
Закон Гесса. Расчеты изменения стандартных энтальпий химических реакций и физико-химических превращений (растворение веществ, диссоциация кислот и оснований) на основе закона Гесса.
Понятие об энтропии как мере неупорядоченности системы (уравнение Больцмана).
Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца как критерий самопроизвольного протекания процесса и термодинамической устойчивости химических соединений. Таблицы стандартных энергий Гиббса образования веществ.
Обратимые и необратимые химические реакции и состояние химического равновесия. Качественная характеристика состояния химического равновесия и его отличие от кинетически заторможенного состояния системы.
Закон действующих масс. Константа химического равновесия и ее связь со стандартным изменением энергии Гиббса и энергии Гельмгольца процесса. Определение направления протекания реакции в системе при данных условиях путем сравнения соотношения произведений концентраций в данных условиях и значения константы равновесия.
Зависимость энергии Гиббса процесса и константы равновесия от температуры. Принцип Ле Шателье-Брауна.
3.2 Учение о растворах
Основные определения: раствор, растворитель, растворенное вещество. Растворимость. Растворы газообразных, жидких и твердых веществ. Вода как один из наиболее распространенных растворителей. Роль водных растворов в жизнедеятельности организмов. Неводные растворители и растворы.
Процесс растворения как физико-химическое явление (, ). Термодинамика процесса растворения.
Растворы газов в жидкостях. Законы Генри.
Растворы твердых веществ в жидкостях. Понятие о коллигативных свойствах растворов. Зависимость “свойство раствора - концентрация”. Закон Вант-Гоффа об осмотическом давлении. Теория электролитической диссоциации (С. Аррениус, ). Понятие осмоса. Теория растворов сильных электролитов. Равновесие между раствором и осадком малорастворимого сильного электролита. Произведение растворимости. Условия растворения и образования осадков.
Ионизация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. рН растворов сильных кислот и оснований.
Растворы слабых электролитов. Применение ЗДМ к ионизации слабых электролитов. Константа диссоциации.
Теории кислот и оснований (Аррениуса, Льюиса, Бренстеда-Лоури). Константы кислотности и основности.
3.3 Окислительно-восстановительные реакции
Электронная теория окислительно-восстановительных (ОВ) реакций.
Окислительно-восстановительные свойства элементов и их соединений в зависимости от положения элемента в Периодической системе элементов и степени окисления элементов в соединениях.
Сопряженные пары окислитель-восстановитель. Окислительно-восстановительная двойственность. Электрохимические процессы.
3.4 Комплексные соединения
Современное содержание понятия “комплексные соединения” (КС). Структура КС: центральный атом, лиганды, комплексный ион, внутренняя и внешняя сфера, координационное число центрального атома, дентатность лигандов.
Способность атомов различных элементов к комплексообразованию. Природа химической связи в КС. Образование и диссоциация КС в растворах, константы образования и нестойкости комплексов.
3. 5 «Обзор химии элементов: свойства химических элементов и их
соединений»
Общая характеристика элементов. Формы нахождения и распространенность в
природе.
Водород. Положение в периодической системе, общая характеристика, физические и
химические свойства. Галогены. Общая характеристика, получение, физические и
химические свойства. Изменение окислительной активности в подгруппе. Изменение
окислительных свойств в ряду кислородных кислот хлора, брома, иода. Общая
характеристика элементов VI группы, нахождение в природе, методы получения, физические и химические свойства. Кислород – лабораторные и промышленные способы получения, физические и химические свойства, оксиды. Пероксид водорода, строение, методы получения. Кислотные и окислительно-восстановительные свойства. Сера. Сероводород. Соединения серы с кислородом: оксиды серы(IV) и (VI). Серная кислота, получение, свойства. Взаимодействие серной кислоты с металлами. Соли серной кислоты. Общаяхарактеристика элементов V группы. Азот нахождение в природе, химические и физическиесвойства. Аммиак: лабораторные и промышленные способы получения. Реакционная способность аммиака, реакции окисления, присоединения, замещения, взаимодействие с водой и кислотами. Соли аммония. Азотная кислота и ее взаимодействие с металлами и неметаллами; зависимость окислительных свойств от концентрации. Нитраты, их термическое разложение. Применение азота и его соединений. Фосфор. Общая характеристика элемента, нахождение в природе. Общая характеристика элементов IV группы. Углерод. Строение и свойства графита, алмаза, карбина, графена, фуллеренов.
Соединения углерода. Кремний нахождение в природе, способы получения. Силикаты и
алюмосиликаты. Кремниевые кислоты. Силикагель. Общая характеристика элементов III
группы (Al, Ga, In, Tl) Строение атомов, возможные степени окисления в соединениях.
Простые вещества: физические и химические свойства. Щелочные и щелочноземельные
металлы. Строение электронных оболочек атомов, потенциалы ионизации, сродство к
электрону. Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочи. Соли щелочных металлов, их растворимость. Общая характеристика d-элементов. Электронные конфигурации атомов. Характеристика элементов, нахождение их в природе и получение. Общие представления о химии f-элементов.
РАЗДЕЛ 4. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ»
для студентов направления подготовки 021000.62 – География
ОБЩАЯ ХИМИЯ
1. Тепловые эффекты химических реакций в системах различного вида.
2. Понятие о внутренней энергии (U), энтальпии (Н) и энтропии (S) в химических системах.
3. Химические реакции в гомогенных и гетерогенных средах.
4. Скорость химической реакции.
5. Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Химические и биологические системы.
6. Константы равновесия. Принцип Ле-Шателье. Применение к химическим и биологическим системам.
7. Понятие о катализе. Катализаторы.
8. Периодический закон и строение атома.
9. Порядковый номер элементов. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и группах.
10. Квантово-механическая модель атома.
11. Периодичность изменения радиусов атомов и ионов, энергий ионизации и сродства к электрону, электроотрицательности элементов.
12. Ковалентная связь.
13. Метод валентных связей.
14. Понятие о методе молекулярных орбиталей.
15. Водородная связь. Межмолекулярная и внутримолекулярная водородная связь. Роль водородной связи в процессах ассоциации, растворения и в биохимических процессах.
16. Окислительно-восстановительные реакции и их роль в жизненных процессах.
17. Окислительно-восстановительный потенциал как мера окислительной и восстановительной способности систем.
18. Эквивалент окислителя и восстановителя.
19. Дисперсные системы и их классификация. Молекулярные (истинные) растворы. Дисперсные системы живого организма.
20. Гидратная теория растворов .
21. Вода - универсальный растворитель. Строение молекулы воды. Свойства воды. Роль воды в биологических процессах.
22. Способы выражения концентраций растворов.
23. Диссоциация электролитов. Современные представления о кислотах, гидроксидах, амфотерных электролитах.
24. Закон разбавления Оствальда. Теория сильных электролитов. Электролиты в живом организме.
25. Ионное произведение воды. Концентрация водородных и гидроксильных ионов в кислых, нейтральных и щелочных растворах, растворах живого организма. Водородный показатель.
26. Произведение растворимости. Условия одностороннего протекания ионных реакций. Ионное и гетерогенное равновесие в растворах.
27. Гидролиз солей. Степень гидролиза. Зависимость степени гидролиза от концентрации и температуры. Расчет рН водных растворов солей.
28. Основные положения координационной теории А. Вернера.
29. Диссоциация комплексных соединений в растворах. Комплексные нелектролиты. Константа нестойкости комплексных соединений.
30. Метод титриметрии. Измерение объемов растворов. Титрование. Вычисления в методе титрометрии. Метод нейтрализации. Определение концентрации соляной кислоты по щелочи.
ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
33. Водород. Строение атома и молекулы. Физические и химические свойства. Водород в природе. Пероксид водорода. Физические и химические свойства. Применение пероксида водорода в медицине. Пероксид водорода в организме человека.
34. Щелочные металлы. Их общая характеристика и сравнительная активность. Свойства щелочных металлов. Физиологическая активность соединений щелочных металлов.
35. Общая характеристика элементов: структура атомов, степень окисления, сравнительная химическая активность. Важнейшие соединения элементов и применение их в технике и медицине.
36. Подгруппа кальция: кальций, стронций, барий и радий. Свойства щелочноземельных металлов. Жесткость воды и ее устранение. Физиологическая активность соединений щелочноземельных металлов.
37. Бор и алюминий. Свойства бора. Важнейшие соединения бора (бура и борная кислота). Физические, химические и физиологические свойства буры и борной кислоты. Их применение. Применение соединений бора в медицине.
38. Алюминий. Важнейшие минералы. Свойства и применение: оксида, гидроксида и солей. Двойные соли алюминия - квасцы. Алюмосиликатное производство и физиологическая активность алюмосиликатов.
39. Углерод и кремний. Распространение в природе. Аллотропия углерода. Понятие об активированном угле как адсорбенте, его медицинское применение. Кислородные соединения углерода. Получение, свойства и применение оксида и диоксида углерода. Угольная кислота и ее соли (карбонаты и гидрокарбонаты), их свойства и применение. Цианистые соединения. Синильная кислота и ее соли - цианиды.
40. Кремний и его соединения. Распространенность кремния в природе. Свойства. Кислородные соединения. Кремниевый ангидрид. Кремниевая кислота, ее свойства.
41. Азот. Распространенность азота в природе. Свойства азота, его применение. Значение азота для жизнедеятельности живых организмов. Водородные соединения азота. Аммиак. Физические, химические и физиологические свойства аммиака. Аммонийные соли. Применение аммиака.
42. Кислородные соединения азота. Оксиды азота в степенях окисления I, П, Ш, IV, V. Свойства (физические, химические и физиологические). Азотистая кислота и ее соли - нитриты. Азотная кислота. Свойства азотной кислоты и ее применение. Соли азотной кислоты - нитраты. Их свойства и применение, особенно в медицине, пищевой промышленности.
43. Фосфор. Распространенность фосфора в природе. Значение фосфора для жизнедеятельности живых организмов. Аллотропия фосфора. Белый и красный фосфор. Физические и химические свойства фосфора. Кислородные соединения фосфора (III) и фосфора (V). Фосфорная кислота и ее соли. Применение фосфора и его соединений. Биологическая роль фосфора и его соединений.
44. Подгруппа кислорода. Кислород, озон, пероксид водорода. Применение в медицине и технике.
45. Соединение серы с водородом. Сероводород, его физические и химические свойства. Применение природных сероводородных вод в медицине. Кислородные соединения серы. Сернистый ангидрид. Сернистая кислота и ее соли - сульфиты.
46. Галогены: фтор, хлор, бром и йод. Общая характеристика элементов. Распространение элементов в природе.
47. Хлор. Физические, химические, токсические свойства хлора. Применение хлора (хлорирование питьевой воды). Хлористый водород и его свойства. Соляная кислота и ее свойства. Соли соляной кислоты - хлориды. Применение соляной кислоты и ее солей в промышленности.
План ответа на вопросы “Химия элементов”
1. Электронная конфигурация атома элемента. Характерные степени окисления элемента.
2. Привести примеры соединений, указать их основные свойства: характер оксидов и гидроксидов, устойчивость кислот, их окислительную способность и кислотные свойства. Примеры реакций.
3. Важнейшие соединения элемента.
РАЗДЕЛ 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература: Ахметов и неорганическая химия: учебник для вузов/. – М.: Высш. шк., 2002. – 743 с. Глинка химия М.: Высшая школа, 1990. – 704 с. Общая химия и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 2002г Общая химия. Биофизическая химияю Химия биогенных элементов: учебник для студ. вузов /Ершов, Юрий алексеевич и др. под ред. .- М.: Высшая школа, 2002г
2) Дополнительная литература
Суворов химия: учебное пособие для высш. учеб. заведений/, . – СПб.: химия, 1995. – 624 с. Лидин неорганических веществ: справочник/. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2007. – 638 с. Рабинович химический справочник/, . – СПб.:Химия, 1994. – 432 с. Лурье по аналитической химии/. – М.: Химия, 1967. – 390 с. Реестр электронных библиотечных ресурсов Ссылка на ПТК «УМКа»
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы http://c-books. narod. ru/pryanishnikov1_2_1.html http://alhimic. ucoz. ru/load/26 http://www. chem. /rus/teaching/org. html http://www. xumuk. ru http://chemistry. narod. ru http://www. media. ssu. samara. ru/lectures/deryabina/index/html
