Сибирская государственная геодезическая академия

-1-
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирская государственная геодезическая академия»
(ФГБОУ ВПО «СГГА»)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по Учебной работе
____________В.А. Ащеулов
« 30»
09
2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Химия»
для направлений подготовки дипломированного специалиста
020501 – Картография
(код квалификации - 65)
Новосибирск 2011
-2-
ЕН.Ф.04
Химия
Химические системы, химическая
термодинамика и кинетика, реакционная
способность веществ, их идентификация.
250
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 химического
эксперимента;
- 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 в соответствии с современным уровнем
химической науки студент должен знать:
- строение вещества;
- направление химических процессов;
- скорости химических процессов;
- периодическое изменение свойств элементов и их соединений.
Студент должен уметь:
- проводить химические эксперименты, выделять конкретное
химическое содержание в прикладных задачах будущей деятельности:
- пользуясь справочными данными, выполнять химические расчеты.
Должен иметь представление:
- о распространенности химических элементов в Солнечной системе:
- о распространенности химических элементов в земной коре;
- о влиянии элементов в зависимости от их содержания в земной коре на
организм человека.
-3-
3. Объём дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные работы (ЛР)
Практические занятия (ПЗ)
Всего
Часов
250
122
52
35
35
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт,
экзамен)
128
Семестр
1
110
54
18
18
18
2
140
68
34
17
17
56
Зачёт
72
Экзамен
4. Содержание дисциплины.
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1
2
3
4
Раздел дисциплины
Лекции
ЛР
ПЗ
Химические системы
Химическая термодинамика и кинетика
Реакционная способность веществ
Химическая идентификация и анализ
веществ
Итого:
22
12
10
8
10
10
10
5
12
10
8
5
52
35
35
4.2. Содержание разделов дисциплины
ВВЕДЕНИЕ. Значение химических знаний в изучении природы и развитии
техники. Основные понятия и основные количественные законы химии.
1. Химические системы
1.1. Строение атома.
Модель строения атома. Понятия: энергетический
уровень, подуровень, электронный слой, электронная оболочка, атомная
орбиталь (АО). Строение электронных оболочек атомов элементов.
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.
1.2. Растворы.
1.2.1. Общие свойства растворов
. Общие свойства растворов. Растворы как дисперсные системы. Растворение
как физико-химический процесс. Сольватация, сольваты. Гидраты.
Кристаллизаторы. Ионизация и диссоциация веществ в растворе.
-4-
1.2..2. Растворимость веществ. Способы выражения состава растворов: массовая
доля, молярная концентрация эквивалента, титр раствора, моляльность
раствора.
1.2..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.
1.2..4. Диссоциация комплексных ионов в растворе. Константа нестойкости.
Разрушение комплексных ионов.
1.2..5. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Понятие о
буферных растворах. 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.
1.3. Химия воды. Строение молекулы и свойства воды. Диаграмма плавкости
систем вода – соль. Химические свойства воды. Природные воды и их состав.
Сточные воды и их состав. Основные способы водоподготовки и очистки
сточных вод. Охрана водного бассейна.
Химия высокомолекулярных соединений.
1.4.1. Химические превращения полимеров. Полимераналогичные превращения.
Деструкция растворов. Основные виды деструкции. Стабилизация полимеров.
Строение полимеров, их агрегатное и фазовое состояния. Кристаллические и
амфорные полимеры. Надмолекулярная структура кристаллических и
амфотерных полимеров.
1.4.2. Растворы полимеров и их свойства. Дисперсии полимеров.
Пластификация полимеров.
1.4.3.
Отдельные
представители высокомолекулярных соединений:
полиэтилен,
полипропилен,
поливинилхлорид,
поливинилацетат,
поливиниловый спирт, полиэфирные полимеры, полиуретаны, полиамидные
полимеры, целлюлоза и её производные, полиорганосилоксаны.
1.4..
2. Химическая термодинамика и кинетика
2.1.Элементы химической термодинамики. Энергетика химических процессов.
Внутренняя энергия системы. Изменение внутренней энергии в ходе
химических превращений.
2.1.1. Понятие об энтальпии. Стандартная энтальпия образования вещества.
Первое начало термодинамики. Закон Гесса. Вычисление изменения энтальпии
и направление протекания реакции.
2.1.2. Понятие об энергии. Стандартная энтропия вещества. Второе начало
термодинамики. Изменение энтропии и направление протекания реакции.
2.1.3.Понятие энергии 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.
-5-
2.2. Химическое и фазовое равновесие. Закон действия масс. Константа
равновесия и её связь с термодинамическими функциями. Принцип
Ле
Шателье.
2.3. Химическая кинетика. Скорость
гомогенных
химических реакций.
Основное химическое уравнение. Зависимость скорости химических реакций от
температуры. Энергия активации. Гомогенный катализ. Цепные реакции.
Физические методы ускорения химических реакций. Колебательные реакции.
Скорость гетерогенных химических реакций. Гетерогенный катализ
3. Реакционная способность веществ.
3.1. Химическая связь и валентность. Основные особенности химического
взаимодействия (химической связи) и механизм образования химической связи.
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. Гибридизация. Понятие о
методе молекулярных орбиталей. Строение и свойства простейших молекул.
3.2.Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы
Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции и системы.
Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций ионноэлектронным методом.
Окислительно–восстановительный потенциал. Уравнение Нернста.
Водородный электрод. Ряд напряжений металлов. Подбор окислителей и
восстановителей с учетом стандартных окислительно-восстановительных
потенциалов.
Окислительно-восстановительные процессы с участием электрического
тока.
Электролиз. Последовательность электродных процессов. Законы
Фарадея.
3.3. Химические источники тока: гальванические первичные элементы,
топливные элементы и электрохимические электроустановки.
3.4. Коррозия и защита металлов. Химическая и электрохимическая коррозия.
Металлические и неметаллические защитные покрытия. Изменение свойств
коррозионной среды. Протекторы, ингибиторы коррозии.
3.5. Дисперсные системы
3.5.1. 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.
3.5..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.
3.5..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
-6-
способы очистки воды, включающие микробиологическую очистку,
гетерокоагуляцию и т.д.
3.6. Взаимодействие между частицами веществ. Химические системы. Три типа
физического состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. Силы вандер-Ваальса. Ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.
Факторы, определяющие энергию межмолекулярного взаимодействия.
3.6.1. Природа водородной связи. Меж- и внутримолекулярная водородная
связь. Комплементарность. Донорно-акцепторное взаимодействие молекул.
3.6.2. Комплексные соединения. Комплексы, комплексообразователи, лиганды,
заряд и координационное число комплексов. Типы комплексных соединений.
Понятие теории комплексных соединений.
3.6.3. 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.
3.7. Химия металлов и неметаллов
Классификация металлов: ионные, щелочные, щелочноземельные и
переходные металлы, их свойства и получение. Металлические сплавы,
применение в технике. Неметаллы: классификация, свойства, применение.
Важнейшие соединения – оксиды, нитриды, бориды, карбиды, сульфиды.
3.8. Элементы органической химии.
3.8.1. Теория строения органических соединений. Понятие конформации.
Явление изомерии, типы изомерии. Экантиомерия, хирольность. Рацематы.
Число экантиомеров для соединений с несколькими ассиметричными
углеродными атомами. Диастореоизомеры.
3.8.2. Индуктивный эффект. Промежуточные частицы: радикалы, карбокатионы.
Классификация реакций органических соединений: замещения, присоединения,
отщепления, молекулярные перегруппировки, радикальные реакции.
3.8..3. Кислотность и основность. Классификация органических соединений.
Функциональные группы.
4. Химическая идентификация и анализ вещества.
4.1. Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации. Идентификация
атомов, ионов, молекул и веществ. Аналитический сигнал.
4.2. Физические методы обнаружения и фильтрализации веществ:
микрокристаллический, пирохимический и др. Оптические методы.
4.3. Методы выделения, разделения, концентрирования: экстракция,
хроматография, возгонка и пр.
4.4. Основные понятия химического качественного и количественного анализа.
Примеры практического применения методов обнаружения. Обнаружение
основных компонентов в минералах, растворах. Анализ почв, природных и
сточных вод. Обнаружение и идентификация органических веществ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Краткий обзор изложенного материала на теоретическом
основании химии; наиболее важных положения курса. Взаимосвязь разделов
курса. Успехи современной химии. Перспективы развития теоретических основ
химии.
-7-
5. Лабораторный практикум
№
п/п
1
2
№ раздела
дисциплины
1
2
3
4
5
6
7
2
1
1
1
1
8
1
9
10
11
12
4
4
1
3
13
14
15
16
1
3
3
1
17
3
Наименование лабораторных работ
Приготовление растворов и титрование
Изучение зависимости скорости реакции от
концентрации раствора и температуры
Химическое равновесие. Смещение равновесия.
Определение эквивалента вещества
Комплексные соединения
Гидролиз солей. рН – метрия растворов
Определение кажущейся степени диссоциации
сильного электролита (криоскопия)
Определение эбуллиоскопической постоянной
раствора
Качественные реакции катионов
Качественные реакции анионов
Определение жёсткости воды
Окислительно-восстановительные реакции.
Определение их ЭДС
Определение константы диссоциации слабых кислот
Коррозия металлов
Защита металлов от коррозии
Адсорбция из растворов
Получение, молекулярно-кинетические и оптические
свойства дисперсных систем
6. Практические занятия.
№
п/п
1
2
№ разделов
дисциплины
1
1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
1
2
2
2
2
1
1
3
3
3
1
4
Наименование практического занятия
Номенклатура и классы неорганических соединений
Способы выражения концентрации растворов. Расчёты
концентраций.
Электронная структура атомов
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Химическая связь в твёрдом теле
Энергетика химических процессов и химическое сродство
Расчет энергии Гиббса. реакции
Скорость химических реакций и химическое равновесие
Свойства водных растворов
Гидролиз солей. Водородный показатель
ЭДС гальванических элементов. Электролиз
Образование и разрушение дисперсных систем
Теория строения органических соединений
Полимерные материалы
Обнаружение основных компонентов и примесей в
минералах
-8-
16
17
4
4
Типы реакций и процессов в аналитической химии
Статистическая обработка результатов измерений
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направлений и
специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 2007, – 558 с.
2. Гельфман М.И., Юстров В.П. Химия. – СПб.: Издательство «Лань», 2000.
– 480 с.
3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа,
1988. – 640 с.
4. Глинка Н.Л. Химия. – М.: Высшая школа, 2000.
5. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: учебное пособие для
вузов. – М.: Интеграл-Пресс, 2001.
7.2.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Хмельницкий Р.П. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая
школа, 1988. – 400 с.
2. Лидин Р.А. Неорганическая химия в вопросах: Учебное пособие / Р.А.
Лидин, Л.Ю. Алинберов, Г.П. Логинов; Под ред. Р.А. Лидина. – М.:
Химия, 1991. – 256 с.
3. Артеменко А.И. и др. Справочное руководство по химии. – М.: Высшая
школа, 2003. – 367 с.
4. Артеменко А.И. Органическая химия: Учебное пособие для вузов. – М.:
Высшая школа, 2003. – 605 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
8.1. Средство обеспечения освоения курса химии:
плакаты, диафильмы, кинофильмы, компьютерная база данных.
8.2. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Специализированная лаборатория, оснащенная комплектом химической
посуды и оборудования, реактивами, а также мономембранами,
электродами
сравнения
и
ионноселективными
электродами,
спектрофотометром, поляриметром, электроизмерительными приборами,
аналитическими весами, сушильными шкафами.
Примерная программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению подготовки дипломированного специалиста 020501 –
Картография, утвержденным Минобразованием России 17.03.2000 г.
-9-
Программу составили:
Степанова С. А. – кандидат технических наук, доцент кафедры Метрологии,
стандартизации и сертификации СГГА
Программа согласована с кафедрой
Зав. выпускающей кафедрой
Программа одобрена Учебно-методическим советом
Протокол № 5 от 20 декабря 2011г.
Заведующий кафедрой ТОП
Соснов А. Н.
Директор ИОиОТ
Ушаков О.К.