Химия - Сыктывкарский Государственный Университет

Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Сыктывкарский государственный университет
Факультет химико-биологический
Кафедра химии
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Дисциплины «Общая химия»
Блок дисциплин ЕН.04
Специальность 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях»
Факультет физико-технический
Форма обучения дневная
Сыктывкар 2010
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Сыктывкарский государственный университет
Факультет химико-биологический
Кафедра химии
УТВЕРЖДЕНО
На заседании учебно-методической
комиссии факультета
«___»__________ 20____ г.
Протокол №
Председатель УМК
Л.А.Тулаева ___________
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Дисциплины «Общая химия»
Блок дисциплин ЕН.04
Специальность 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях»
Факультет физико-технический
Форма обучения дневная
Семестр I, II
Всего учебных занятий – 300 часов
В том числе:
Аудиторных – 132 часа, из них:
Лекций – 50 часов;
Лабораторных – 32 часа;
Семинаров – 50 часов;
Самостоятельных – 168 часа.
Итоговый контроль – зачёт, экзамен
Сыктывкар 2010
Лист согласования и утверждения рабочей программы и УМК дисциплины
Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО и учебного плана
Специальности 280103 «защита в чрезвычайных ситуациях»
Составитель УМК
Старший преподаватель кафедры «химии», к.х.н.
_____________ О.В.Броварова
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры неорганической,
аналитической и физической химии
Протокол заседания № ___ от «___»__________ 2010 г.
Заведующий кафедрой
д.х.н. _________________________ Л.С.Кочева
Согласовано:
Председатель учебно-методической комиссии физико-технического факультета
Доцент, к.ф-м.н.
________________ А.М.Уляшев
Декан-эксперт блока ЕН
Доцент, к.ф.-м.н.
_________________В.Г.Антонов
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Курс «Общей химии» включен в программу обучения студентов государственного
университета по специальности «защита в чрезвычайных ситуациях» с целью овладения
предметом общей химии, а также основами неорганической, аналитической и физической химии
и, являясь неотъемлемой частью учебного процесса. Настоящий курс имеет целью:
- научить студентов практически применять теоретические знания по химии для
объяснения физико-химических процессов в природе и технике, процессов, сопровождающих
формирование, изменение и разрушение природных и техногенных материалов;
- дать представление о важнейших методах идентификации и анализа основных классов
веществ;
- заложить базу для изучения курсов других естественнонаучных курсов;
- подготовить студентов для профессиональной деятельности.
Задачи изучения курса.
В процессе изучения курса «Общей химии» студенты должны усвоить и в дальнейшей
своей учебе и профессиональной деятельности уметь применять на практике знания и навыки по:
• основам химического строения вещества;
• объяснению устойчивости веществ и интерпретации процессов, сопровождающих
изменения их состояния;
• выявлению взаимосвязи между строением и свойствами основных классов простых
и сложных веществ, в том числе, с реальными кристаллическими структурами;
объяснению основных закономерностей химических процессов, идущих между
газообразными, жидкими и твердыми веществами самопроизвольно и под влиянием
различных внешних факторов;
• физико-химическим основам современных, методов идентификации веществ.
Выполнение лабораторных работ позволит студентам получить начальные навыки
работы в химической лаборатории, освоить основные правила техники химического
эксперимента, методики работы на простейшем аналитическом оборудовании.
КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Количество часов по учебному плану
Раздел 1.
Введение
Химия
как
предмет
естествознания. Связь химии с другими
науками.
Значение
химии
в
формировании
мировоззрения,
в
изучении природы и развитии техники.
Химия и охрана окружающей среды.
Тема I. Периодический закон и
система химических элементов
1. Атомно-молекулярное учение и его
эмпирические законы. Газовые законы.
Парциальное давление газа. Атомные и
молекулярные массы. Моль.
2. Периодический закон.
Поиски естественной классификации
элементов. Открытие периодического
закона Д.И.Менделеевым. Предсказание
существования неизвестных элементов и
их свойств.
3. Электронное
строение
атома.
Функция радиального и углового
распределения электронной плотности.
Понятие об узловых поверхностях.
Особый
характер
распределения
электронной плотности для s-, p-, d- или
f - электронных орбиталей.
Характеристические частоты в
рентгеновских спектрах. Современные
представления о состоянии электрона в
атоме. Квантовые числа электронов в
атоме. Атомные орбитали. Порядок
заполнения атомных орбиталей
электронами в многоэлектронном атоме.
Принцип Паули. Правила Клечковского.
Понятия потенциала ионизации и энергии
сродства к электрону. Характер изменения
первого потенциала ионизации в периодах
и группах Периодической системы
элементов. Правило Хунда.
4. Периодическая система элементов.
Современная
формулировка
Периодического
закона.
Смысл
14
6
4
30
16
4
26
8
28
20
семинар
Лаб.
работы
Лекции
Аудиторная нагрузка
Всего
Наименование
разделов, тем
Максима
льная
нагрузка
студенто
в (часов)
Самосто
ятельная
работа
2
8
4
14
4
4
18
12
4
8
16
8
4
4
12
8
порядковых
номеров
элементов.
Структура
периодической
системы
элементов: периоды, группы, подгруппы.
Различные
способы
графического
представления периодической системы
элементов.
Тема II. Химическая связь
5. Электронное строение молекул.
Причины возникновения химических
связей в молекулах. Способы
образования химической связи:
ковалентные, донорно-акцепторные и
дативные взаимодействия. Типы
химической связи: сигма- пи- и дельта
связи. Кратность двухцентровой связи:
одинарные, двойные, тройные связи.
Степень ионности связи. Степень
окисления элемента. Понятие
валентности. Метод валентных связей.
Идея Полинга о гибридизации. Строение
молекул метана, аммиака и воды. Метод
молекулярных орбиталей (МО) основной метод современной теории
строения молекул. Понятие
молекулярной орбитали;
пространственные и энергетические
характеристики молекулярных
орбиталей; принципы заселенности
молекулярных орбиталей электронами.
Электронная структура молекул
водорода, кислорода, азота, фтора,
молекулярных ионов водорода в методе
МО.
Тема III. Основные закономерности
протекания химических реакций
6. Энергетические характеристики
химических реакций. Понятие
внутренней энергии и энтальпии системы.
Стандартная энтальпия образования
вещества. Закон Гесса и его следствие.
Энергии связей в молекулах и
кристаллах. Энтальпия атомизации.
Энтальпийная диаграмма.
7. Направленность химического
процесса. Понятие энтропии системы,
Энтропия газообразных, жидких и
твердых веществ. Стандартные
энтропии. Энтальпийный и
энтропийный факторы химического
процесса. Понятие термодинамического
потенциала (свободной энергии) Гиббса.
Термодинамический критерий
24
10
4
30
16
4
20
8
4
8
6
14
4
14
4
12
направленности (возможности
протекания) химического процесса.
8. Кинетика химических процессов
и механизмы реакций.
Скорость реакций в гомогенных и
гетерогенных системах. Факторы,
влияющие на скорость реакций.
Константа скорости реакции и ее
зависимость от температуры; правило
Вант-Гоффа. Понятие активированного
комплекса, энергия активации.
Кинетическое уравнение реакции.
Классификация реакций по
кинетическому признаку. Цепные
реакции: разветвленные и
неразветвленные. Явление катализа.
9. Химическое равновесие. Обратимость
химических реакций. Динамический
характер химического равновесия.
Константа равновесия и ее связь с
изменением свободной энергии Гиббса.
Изотерма Вант-Гоффа. Смещение
равновесия в системе под влиянием
температуры и давления.
Тема IV. Растворы
10. Растворы электролитов.
Вода и ее характеристики. Водородная
связь. Структура жидкой воды. Растворы
как
химические
системы.
Теория
электролитической диссоциации. Учение
Менделеева о растворах. Сильные и
слабые
электролиты.
Равновесные
процессы в растворах. Равновесие в
растворах слабых электролитов. Константа
и степень диссоциации, их зависимость от
температуры и концентрации раствора.
Закон
разбавления
Оствальда.
Протолитическая диссоциация жидкой
воды. Ионное равновесие воды, его
зависимость от температуры. Водородный
показатель (рН). Равновесия в процессах
гидролиза. Константа и степень гидролиза,
их зависимость от температуры и
концентрации. Три основных случая
гидролиза.
Ступенчатый
характер
гидролитических реакций. Равновесия в
растворах труднорастворимых солей.
Растворимость
и
произведение
растворимости. Комплексные ионы в
растворах и их диссоциация. Константа
устойчивости комплексных ионов.
18
6
4
2
12
20
6
4
2
14
34
16
4
4
18
8
11.Окислительно-восстановительные
(ОВ) процессы.
ОВ реакции. Окислители и
восстановители. Классификация ОВ
реакций: внутри- и межмолекулярные
процессы; реакции
диспропорционирования.
Термодинамический подход к описанию
ОВ реакций. Окислительновосстановительные (электродные)
потенциалы; таблица стандартных
электродных потенциалов. Уравнение
Нернста. Правила запрета для
существования ионов и простых тел в
водных растворах. Влияние рН среды,
концентраций реагирующих веществ,
образования труднорастворимых
соединений, комплексообразования и
некоторых других факторов на равновесия
и механизм ОВ процессов. Электролиз и
его законы.
Тема V. Специальные разделы химии
Общие понятия о взаимосвязи физикохимических и химических аспектов
химической технологии производства
различных продуктов и экологических
проблем ликвидации загразнения
окружающей среды.
Структура и состав полимеров и
олигомеров; радиационная химия; химия
СДЯВ, дегазация, дезактивация,
токсикологические вещества,
аэрозольные облака; классификация
ядов.
Основы физико-химических методов
идентификации и химического анализа
веществ.
ИТОГО
26
16
4
10
4
2
300
132
50
8
32
4
10
2
6
50
168
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
«Общая химия»
Раздел 1.
Введение Химия как предмет естествознания. Связь химии с другими науками. Значение
химии в формировании мировоззрения, в изучении природы и развитии техники. Химия и
охрана окружающей среды.
Тема I. Периодический закон и система химических элементов
1. Атомно-молекулярное учение и его эмпирические законы. Газовые законы.
Парциальное давление газа. Атомные и молекулярные массы. Моль.
2. Периодический закон. Поиски естественной классификации элементов. Открытие
периодического закона Д.И.Менделеевым. Предсказание существования неизвестных
элементов и их свойств.
3. Электронное строение атома. Функция радиального и углового распределения
электронной плотности. Понятие об узловых поверхностях. Особый характер распределения
электронной плотности для s-, p-, d- или f - электронных орбиталей.
Характеристические частоты в рентгеновских спектрах. Современные представления о
состоянии электрона в атоме. Квантовые числа электронов в атоме. Атомные орбитали. Порядок
заполнения атомных орбиталей электронами в многоэлектронном атоме. Принцип Паули.
Правила Клечковского. Понятия потенциала ионизации и энергии сродства к электрону.
Характер изменения первого потенциала ионизации в периодах и группах Периодической
системы элементов. Правило Хунда.
4. Периодическая система элементов. Современная формулировка Периодического
закона. Смысл порядковых номеров элементов. Структура периодической системы
элементов: периоды, группы, подгруппы. Различные способы графического представления
периодической системы элементов.
Тема II. Химическая связь
5. Электронное строение молекул. Причина возникновения химических связей в
молекулах. Способы образования химической связи: ковалентные, донорно-акцепторные и
дативные взаимодействия. Типы химической связи: сигма- пи- и дельта связи. Кратность
двухцентровой связи: одинарные, двойные, тройные связи. Степень ионности связи. Степень
окисления элемента. Понятие валентности. Метод валентных связей. Идея Полинга о
гибридизации. Строение молекул метана, аммиака и воды. Метод молекулярных орбиталей
(МО) - основной метод современной теории строения молекул. Понятие молекулярной
орбитали; пространственные и энергетические характеристики молекулярных орбиталей;
принципы заселенности молекулярных орбиталей электронами. Электронная структура
молекул водорода, кислорода, азота, фтора, молекулярных ионов водорода в методе МО.
Тема III. Основные закономерности протекания химических реакций
6. Энергетические характеристики химических реакций. Понятие внутренней
энергии и энтальпии системы. Стандартная энтальпия образования вещества. Закон Гесса и его
следствие. Энергии связей в молекулах и кристаллах. Энтальпия атомизации. Энтальпийная
диаграмма.
7. Направленность химического процесса. Понятие энтропии системы, Энтропия
газообразных, жидких и твердых веществ. Стандартные энтропии. Энтальпийный и
энтропийный факторы химического процесса. Понятие термодинамического потенциала
(свободной энергии) Гиббса. Термодинамический критерий направленности (возможности
протекания) химического процесса.
8. Кинетика химических процессов и механизмы реакций. Скорость реакций
в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость реакций.
Константа скорости реакции и ее зависимость от температуры; правило Вант-Гоффа. Понятие
активированного комплекса, энергия активации. Кинетическое уравнение реакции.
Классификация реакций по кинетическому признаку. Цепные реакции: разветвленные и
неразветвленные. Явление катализа.
9. Химическое равновесие. Обратимость химических реакций. Динамический характер
химического равновесия. Константа равновесия и ее связь с изменением свободной энергии
Гиббса. Изотерма Вант-Гоффа. Смещение равновесия в системе под влиянием температуры и
давления.
Тема IV. Растворы
10. Растворы электролитов.
Вода и ее характеристики. Водородная связь. Структура жидкой воды. Растворы как химические
системы. Теория электролитической диссоциации. Учение Менделеева о растворах. Сильные и
слабые электролиты. Равновесные процессы в растворах. Равновесие в растворах слабых
электролитов. Константа и степень диссоциации, их зависимость от температуры и концентрации
раствора. Закон разбавления Оствальда. Протолитическая диссоциация жидкой воды. Ионное
равновесие воды, его зависимость от температуры. Водородный показатель (рН). Равновесия в
процессах гидролиза. Константа и степень гидролиза, их зависимость от температуры и
концентрации. Три основных случая гидролиза. Ступенчатый характер гидролитических
реакций. Равновесия в растворах труднорастворимых солей. Растворимость и произведение
растворимости. Комплексные ионы в растворах и их диссоциация. Константа устойчивости
комплексных ионов.
12.Окислительно-восстановительные (ОВ) процессы.
ОВ реакции. Окислители и восстановители. Классификация ОВ реакций: внутри- и
межмолекулярные процессы; реакции диспропорционирования. Термодинамический подход к
описанию ОВ реакций. Окислительно-восстановительные (электродные) потенциалы; таблица
стандартных электродных потенциалов. Уравнение Нернста. Правила запрета для
существования ионов и простых тел в водных растворах. Влияние рН среды, концентраций
реагирующих веществ, образования труднорастворимых соединений, комплексообразования и
некоторых других факторов на равновесия и механизм ОВ процессов. Электролиз и его законы.
Тема V. Специальные разделы химии.
Общие понятия о взаимосвязи физико-химических и химических аспектов химической
технологии производства различных продуктов и экологических проблем ликвидации
загразнения окружающей среды.
Структура и состав полимеров и олигомеров; радиационная химия; химия СДЯВ,
дегазация, дезактивация, токсикологические вещества, аэрозольные облака; классификация
ядов.
Основы физико-химических методов идентификации и химического анализа
веществ.
ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Химическая символика. Основные классы химических веществ и типы
химических реакций.
2. Расчетные методы определения атомных и молекулярных масс веществ в
газообразном состоянии. Расчетные методы определения состава и строения
химических веществ.
3. Химический эквивалент и химические расчеты по уравнениям химических реакций.
4. Периодический закон Д.И .Менделеева.
5. Предсказание существования отдельных элементов, соединений, проявления
свойств веществ.
6. Электронное строение атомов и ионов. Атомные спектры.
7. Квантование энергии. Квантовые числа и их физический смысл.
8. Закономерности заполнения электронами энергетических уровней и
подуровней.
9. Строение атома и свойства веществ.
10. Структура периодической системы элементов.
11. Степени окисления и валентности элементов.
12. Причины возникновения химических связей в молекулах. Способы образования
химической связи различного типа.
13. Типы химической связи: сигма- пи- и дельта связи. Кратность двухцентровой
связи: одинарные, двойные, тройные связи.
14. Электронная структура молекул водорода, кислорода, азота, фтора,
молекулярных ионов водорода в методе МО.
15. Тепловые эффекты химических и физических процессов.
16. Термохимические расчеты.
17. Энтропия.
18. Термодинамический критерий направленности (возможности протекания)
химического процесса.
19. Химическая кинетика. Расчетные методы определения скорости
химических реакций.
20. Обратимость химических реакций.
21. Растворы. Способы выражения концентраций. Пересчет концентраций.
22. Ионное произведение воды, рН. Гидролиз.
23. Окислительно-восстановительные процессы.
24. Химический эквивалент веществ при протекании химических (в.т.ч.
электрохимических) процессов.
25. Экологическая безопасность химических производств
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
Для углубления теоретических знаний по химии - науки, в при освоении которой
необходимо приобретение навыков экспериментатора, программой курса предусмотрено
вьполнение лабораторного практикума. Он развивает у студентов навыки научного
экспериментирования, исследовательский подход к изучению предмета, логическое
химическое мышление.
Темы занятий
1. Знакомство с методами и приемами работы в химической лаборатории
2. Основные понятия и законы химии. Эквивалент. Определение эквивалента простого
вещества.
Реактивы: Металл, соляная кислота.
Оборудование: Штатив, держатель, зажим.
Лабораторная посуда: Бюретка на 50 мл, пробирка Оствальда, стеклянная трубка,
стеклянный кран.
3.
Взвешивание.
Приготовление
растворов
заданной
концентрации.
Титрование.
Реактивы: Гидроксид натрия, соляная кислота (фиксанал), метиловый оранжевый.
Оборудование: Весы технические, набор ареометров.
Лабораторная посуда: Стакан на 100 мл, мерный цилиндр на 100 мл, стеклянная палочка,
мерная колба на 1000 мл, воронка, бюретка на 25 мл, коническая колба на 250 мл (3 шт),
пипетка на 10 мл.
4. Классификация химических реактивов по степени чистоты. Методы очистки
твердых веществ методами сублимации и перекристаллизации. Методы отделения
осадков (декантирование, центрифугирование, фильтрование).
Реактивы: йод кристаллический, бихромат калия.
Оборудование: аналитические весы, электрическая плитка, сушильный шкаф.
Лабораторная посуда: термостойкий стакан емкостью 100-200 мл, круглодонная колба,
часовое стекло, фарфоровая ступка, 2 химических стакана, мерный цилиндр,
стеклянная палочка, штатив, асбестовая сетка, бумажный фильтр, баня со льдом,
воронка Бюхнера, колба Бунзена, фарфоровая чашка, стеклянный бюкс.
5. Окислительно-восстановительные реакции.
Реактивы:
Медь металлическая, магний металлический, железо порошок, цинк
металлический, алюминий металлический, серная кислота, азотная кислота, соляная кислота,
гидроксид натрия, перманганат калия, иодид калия, перикись водорода, нитрит натрия,
нитрит калия, натрий сернистокислый (сульфид), хлорид хрома (III), бромная вода, хромат
калия, бихромат калия.
Оборудование: спиртовка, держатель.
Лабораторная посуда: пробирки (5 шт), стеклянная палочка, пипетки на 5 и 10 мл.
6. Химия соединений серы, фосфора, азота.
Реактивы: Сера порошок, сульфид натрия, лакмус, универсальный индикатор, сульфат меди
(II), нитрат бария, сульфат цинка, нитрат свинца, хлорид сурьмы, нитрат кадмия, сульфид
натрия, серная кислота, перманганат калия, хлорид железа (III), хлорная вода, медь
металлическая, иодид калия, тиосульфат натрия, соляная кислота, фенолфталеин, хлорид
аммония, нитрат натрия, гидроксид кальция, аммиак, бромная вода, нитрат калия, азотная
кислота, красный фосфор, нитрат серебра, дигидрофосфат натрия, гидрофосфат натрия,
фосфат натрия, хлорид кальция, гидроксид аммония,
Оборудование: спиртовка, держатель, фильтровальная бумага, лакмусовая бумага, пробка с
газоотводной трубкой, штатив, асбестовая сетка,
Лабораторная посуда: Пробирки (6 шт), кристолизатор, стеклянная палочка, фарфоровая
чашка,
7. Гидролиз.
Реактивы: Уксуснокислый натрий, карбонат натрия, натрий сернистокислый (сульфид),
фенолфталеин, аммоний хлористый, сульфат цинка, сульфат алюминия, ацетат аммония,
хлорид хрома, соляная кислота, хлорид цинка, хлорид железа, хлорид сурьмы (III), карбонат
кальция, цинк металлический, алюминий металлический, фосфат натрия.
Оборудование: Индикаторная бумага, фильтровальная бумага, спиртовка, держатель.
Лабораторная посуда: пробирки (5 шт), стеклянная палочка
8. Растворимость. Гетерогенное равновесие в растворах электролитов. Произведение
растворимости.
Реактивы: Сульфат натрия, карбонат натрия, хромат калия, хлорид бария, хлорат калия,
хлорид калия, хлорат натрия, хлорид натрия, нитрат свинца, иодид калия, хлорид алюминия,
сульфат меди, гидроксид натрия, хромат бария, хлорат калия, сульфид аммония, соляная
кислота, уксусная кислота, годроксид алюминия, гидроксид меди, гидроксид аммония,
Оборудование: Центрифуга
Лабораторная посуда: Конические пробирки (3 шт), пипетка, стеклянная палочка.
КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ
Дисциплины «Химия»
Цикл дисциплин: математический и естественнонаучный (Б.2)
Направление 280700 «Техносферная безопасность»
Институт: «Точных наук и информационных технологий»
Форма обучения дневная
Число
студентов
Список литературы
48
Основная литература:
1. Глинка Н.Л. Общая химия. Уч.пособие
для вузов. Л.:Химия, Издания с 1980 по 2008
годы.- 720 с.
2. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по
общей химии. Л.:Химия, 1980-1998.- 280 с.
З. Павлов Н.Н. Неорганическая химия.
Уч.пособие для технол. спец вузов -:ВШ,
1986.-336 с.
Всего:
Дополнительная литература
1. Блументаль Г. и др. Анорганикум: в
2-х т. Пер. с нем./Под ред. Л.Кольдина :Мир, 1984.- Т.1.- 672 с, Т.2.- 632 с.
2. Гольбрайх З.Е., Маслов Е.И. Сборник
задач и упражнений по химии. - М.: .юная
школа, 1997.
3. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж.
Основные законы химии. В 2-х томах М :
Мир 52. Т. 1 - 652 с, Т.2. - 620 с.
4. Общая химия в формулах,
определениях, схемах: Учеб.пособие /
И.Д.Шиманович и др. Минск, 1996.-528 с.
5. Свойства неорганических соединений:
Справочник / А.И. Ефимов и др./.— Химия,
1983.
6. Угай Я.Л. Общая и неорганическая
химия. — М.: Высшая школа, 1997.
7. Фролов В.В. Химия.—М.: Высшая
школа, 1986
Всего:
Кол-во
экземпляров
116
1
179
1
27
0,6
0,9
4
0,08
13
0,3
42
0,9
1
0,02
4
0,08
11
0,2
8
0,2
Составитель,ст. преподаватель ___________________ О.В. Броварова
Зав. кафедрой _________________________________ Л.С.Кочева
Дата составления карты « »
2010 г.
СОГЛАСОВАНО:
Представитель библиотеки СыктГУ ____________________
Кол-во
экземпляров
на 1 студента
0,2