Общая и неорганическая химия - Ивановский государственный

3
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ивановский государственный химико-технологический
университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор ИГХТУ по
учебной работе
проф. В.И. Светцов
__________________________
____________________2004 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Факультет №3 Химического машиностроения и кибернетики.
Кафедра неорганической химии
По ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Для специальности 240801- Машины и аппараты химических производств.
По направлению 150400
Кафедра неорганической химии
Курс 1
Семестр 1, 2
Всего часов по дисциплине: 130
Лекции (час): 37
Лабораторные занятия (час.): 93
Практические занятия (час.): нет
Индивидуальная работа (час.): нет
Самостоятельная работа (час.): 100, в том числе работа
над курсовым проектом (работой)(час.): нет
Зачет 1, 2
Экзамен 1, 2
Иваново 2004г.
4
Рабочая программа составлена на основании требований ГОС высшего
профессионального образования по специальности № 240801- Машины и
аппараты химических производств.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии
«___»___________2004 г. Протокол № _____
Заведующий кафедрой ___________________ проф. Кобенин В. А.
Рабочая учебная программа рекомендована секцией Научно-методического
Совета естественно-научных дисциплин «___»___________2004 г.
Председатель секции _____________________проф. Улитин М.В.
Рабочая программа рассмотрена и утверждена Научно-методическим Советом
факультета №3 «___»_____________2004 г. Протокол №_____
Председатель НМС Факультета № 3_______________ Мельников В.Г.
5
I. ВВЕДЕНИЕ
ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ:
1. Изучение основных химических явлений и подходов к их интерпретации;
овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями современной
химии, а также методами исследования химических процессов.
2. Усвоение конкретных приемов и методов решения практических химических
задач.
3. Установление
взаимосвязи между строением атома и молекул с
взаимодействием между веществами в химических процессах.
4. Формирование научного мировоззрения и химического мышления.
Требования к знаниям и умениям по дисциплине
Студент должен:
а) иметь представление об основных понятиях и законах химии, о строении и
свойствах веществ и возможности их взаимодействия в химических процессах;
б) знать и уметь использовать основные понятия и законы химии для решения
конкретных задач при выполнении расчетных и экспериментальных заданий,
современные представления о строении атома и молекул в анализе химического
взаимодействия веществ;
в) владеть методами современной обработки экспериментальных данных,
анализа возможности и условий протекания химических процессов;
г) иметь опыт работы с химической аппаратурой и современными приборами
физико-химического исследования химических процессов.
II. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
РАЗДЕЛЫ (темы, модули) ПРОГРАММЫ
1. Наименование раздела (основной).
ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.
а) лекционный материал (содержание) (час.): 37
Химия как наука о веществах и их превращениях.
Лекция 1. Основные проблемы химии. Химия и материя. Частицы материи:
элементарные частицы, атомы, молекулы, продукты их ассоциации и агрегации.
Вещества, их классификация. Чистота веществ. Определения и методы химии.
Общая
характеристика химических элементов (атомная масса, размеры
атомных частиц, окислительное число.) Вопросы химической метрологии.
Современная система атомных масс. Относительные атомные и молекулярные
массы, определение атомных и молекулярных масс. Моль как единица
измерения в химии. Законы сохранения и стехиометрии: сохранение массы и
энергии, постоянства состава, эквивалентов, кратных соотношений, простых
объемных отношений, Авогадро. Ограниченность законов стехиометрии.
6
Химическая структура.
Лекция 2. Строение атома и периодическая система Д.И.Менделеева.
Структура атома.
Строение и свойства атомного
ядра.
Изотопы.
Радиоактивность. Электронное строение атома. Теория Бора.
Квантовомеханическая модель атома. Уравнение Шредингера. Квантовые
числа.
Правила
и
порядок заполнения атомных орбиталей. Строение
многоэлектронных атомов. Структура периодической системы. Взаимосвязь
периодического закона и электронного строения атомов. Энергетическая
характеристика атомов: потенциал ионизации, сродство к электрону,
электроотрицательность. Атомные и ионные радиусы. Закономерности их
изменения в периодах и группах, вторичная периодичность.
Лекция 3. Строение молекул и химическая связь. Основные типы химической
связи: ионная и ковалентная. Особенности ионной связи. Полярная и
неполярная ковалентная связь. Степень полярности. Сигма -,пи- и дельта связи.
Характеристика химической связи. Метод валентных связей. Понятие о методе
молекулярных орбиталей. Примеры их применения на простейших молекулах.
Донорно-акцепторное взаимодействие. Межмолекулярное
взаимодействие.
Ван-Дер-Ваальсово взаимодействие. Водородная связь. Металлическая связь.
Химическая связь в полупроводниках и диэлектриках. Агрегатное состояние
вещества. Газы, уравнения состояния. Химическое строение твердого тела.
Кристаллы. Кристаллические решетки. Полиморфизм и изоморфизм. Жидкое и
аморфное состояние. Строение жидкостей. Жидкие кристаллы. Плазменное
состояние.
Химическая динамика.
Лекция 4. Основные понятия термодинамики. Термодинамическая система
(изолированная,
неизолированная,
гомогенная,
гетерогенная).
Термодинамические параметры. Значение химической термодинамики для
расчета химической аппаратуры. Первый закон термодинамики. Понятие о
теплоте и работе. Тепловой эффект химической реакции. Тепловой эффект
при постоянных объёме и давлении. Закон Гесса. Следствия закона Гесса.
Теплоты образования и теплоты сгорания. Использование этих величин для
расчета тепловых эффектов реакций. Понятие о теплоёмкости. Зависимость
теплоёмкости от температуры.
Эмпирические формулы.
Зависимость
теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгоффа. Определение
направления и предела протекания химических процессов. Самопроизвольно
протекающие процессы. Термодинамически обратимые и необратимые
процессы. Работа обратимого процесса.
Лекция 5. Физический смысл и истолкование второго закона термодинамики.
Энтропия. Изменение энтропии в изолированной системе как критерий
направления процесса. Статистическое истолкование энтропии процесса.
Зависимость энтропии от температуры. Вычисление абсолютной энтропии.
Изменение энтропии в химических процессах. Характеристические функции и
термодинамические потенциалы. Термодинамические потенциалы как
критерии направления процессов.
Энергия Гиббса.
Её изменение в
химических
процессах. Стандартная энергия Гиббса. Закономерности
изменения энергии Гиббса родственных процессов. Способы определения
изменения энергии Гиббса в химических реакциях.
7
Лекция 6. Химическое равновесие. Константа равновесия. Способы выражения
константы равновесия для идеальных и реальных систем. Вычисление состава
равновесной смеси, выхода продукта, степени превращения исходных
веществ. Константы равновесия гомогенных систем. Уравнения изобары и
изохоры химической реакции.
Зависимость константы равновесия от
температуры. Правило Ле-Шателье. Основы химической кинетики. Значение
кинетики для расчетов химической аппаратуры. Формальная кинетика. Понятие
о скорости реакции.
Зависимость скорости реакции от концентрации
реагирующих веществ. Закон действующих масс. Константа скорости
химической реакции. Способы измерения скорости реакции и расчета
константы скорости химической реакции. Способы измерения скорости
реакции и расчета константы скорости химической реакции. Порядок и
молекулярность химической реакции. Реакции первого, второго, третьего, n-го
порядков. Дробный и нулевой порядок реакции. Способы определения
порядка реакции.
Сложные реакции (параллельные,
последовательные,
фотохимические). Скорость частных реакций и суммарная скорость
превращения. Теория химической кинетики. Теория активных соударений.
Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа.
Уравнение Аррениуса. Энергия активации, предэкспоненциальный множитель.
Способы определения этих величин. Взаимосвязь между тепловым эффектом
реакции и энергией активации.
Лекция 7. Теория активированного комплекса. Понятие об активированном
комплексе. Выражение скорости реакции в теории активированного
комплекса.
Энтропия активации.
Взаимосвязь
предэкспоненциального
множителя и энтропии активации. Катализ. Понятия о катализаторах.
Специфичность катализаторов. Влияние катализаторов на энергию активации.
Гомогенный катализ. Теория гомогенного катализа. Каталитические реакции в
газах. Каталитические реакции в растворах. Примеры реакций.
Свойства растворов. Динамика процессов в растворах.
Лекция 8. Типы растворов. Их классификация. Понятие о растворителях.
Химическая, физическая и физико-химическая теории растворов. Сольватация
(гидратация), ее механизм. Способы выражения состава растворов. Взаимные
пересчеты концентраций. Смешение и разбавление растворов. Растворимость
газов в жидкостях. Взаимная растворимость жидкостей. Растворимость твердых
тел в жидкостях. Общие свойства растворов неэлектролитов. Осмос.
Осмотическое давление. Давление насыщенных паров растворителя над
растворами. Криоскопия и эбулиоскопия. Законы Вант-Гоффа и Рауля.
Растворы электролитов. Отклонения свойств растворов электролитов от законов
Вант-Гоффа и Рауля. Коэффициент Вант-Гоффа и его физический смысл.
Понятие
об
электропроводности
растворов
электролитов.
Теория
электролитической диссоциации. Растворы слабых электролитов. Степень
диссоциации. Ступенчатая диссоциация. Закон разбавления Оствальда.
Растворы сильных электролитов.
Ассоциация в растворах сильных
электролитов. Активность и коэффициент активности. Теория Дебая-Хюккеля.
Электролитическая диссоциация молекул воды. Ионное произведение воды.
Водородный и гидроксильный показатели. Кислотно-основные индикаторы.
Произведение растворимости труднорастворимых солей. Взаимосвязь его с
растворимостью. Солевой эффект.
8
Химические процессы.
Лекция 9. Химические реакции. Ионные реакции в растворах. Условия
смещения ионных равновесий. Правило Бертолле. Гидролиз. Степень и
константа гидролиза; ее зависимость от концентрации и температуры
Различные случаи гидролиза. Необратимый гидролиз. от и оснований.
Окислительно-восстановительные процессы.
Процессы окисления и
восстановления. Электронная теория. Общая характеристика окислительновосстановительных свойств простых веществ и соединений. Важнейшие
окислители и восстановители. Принципы составления и уравнивания
окислительно-восстановительных реакций. Окислительно-восстановительный
эквивалент. Комплексные соединения. Образование комплексных соединений.
Природа сил при комплексообразовании. Номенклатура. Диссоциация
комплексных соединений. Константа нестойкости. Разрушение комплексных
соединений. Понятие о теориях комплексных соединений.
Электрохимические процессы. Коррозия и защита металлов и сплавов.
Лекция 10. Основные понятия электрохимии. Понятие об электродных
потенциалах. Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Стандартный
водородный электрод и водородная шкала потенциалов. Уравнение Нернста.
Потенциалы металлических, газовых и окислительно-восстановительных
электродов. Электролиз. Последовательность электродных процессов. Законы
Фарадея.
Количественные
характеристики электролиза. Практическое
применение
электролиза.
Гальваностегия,
гальванопластика,
электрохимическое шлифование. Основные виды коррозии. Химическая
коррозия. Электрохимическая коррозия. Коррозия под действием блуждающих
токов. Методы защиты от коррозии: легирование, электрохимическая защита.
защитные покрытия. Изменение свойств коррозионной среды. Ингибиторы
коррозии.
Химия S- и P- элементов и их соединений.
Лекция 11. Характеристика элементов в связи с положением их в
периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Классификация элементов
по химической природе. Аллотропия. Физические и химические свойства
элементарных веществ. Основные соединения. Закономерности изменения
кислотно-основных свойств и окислительно-восствновительной активности
соединений. Закономерности в изменении свойств атомов S- и P- элементов.
Свойства простых веществ - металлоидов. Важнейшие соединения S- и Pэлементов. Соединения с водородом, кислородные соединения , галогениды Sи P- элементов. Водород, свойства и получение.
Лекция 12. Фтор, хлор, бром, йод: свойства и получение, кислородные
соединения галогенов. Кислород, сера, селен, теллур: общие сведения,
кислород, озон, сера и ее важнейшие соединения, селен, теллур их соединения.
Азот, фосфор мышьяк, сурьма и висмут, кислородные производные.
9
Конструкционные металлы.
Лекция 13. Общие свойства металлов. Металлы в периодической системе.
Распространение и формы нахождения металлов в природе. Извлечение
металлов из руд. Основные методы восстановления металлов. Получение
чистых и сверхчистых металлов. Растворы в металлических системах.
Экономические вопросы получения металлов. Физико-химические свойства
металлов. Взаимодействие металлов с элементарными окислителями,
кислотами, щелочами и водой.
Лекция 14. Бериллий, магний. Общие сведения. Химические свойства
важнейших соединений. Применение в технике. Бор, алюминий. Общие
сведения. Получение, химические свойства и применение простых веществ.
Важнейшие кислородные соединения.
Лекция 15. Переходные d- металлы и их важнейшие соединения.
Закономерности в изменении свойств переходных d- элементов, степени
окисления. Общая характеристика свойств соединений, оксиды, сульфиды,
нитриды, карбиды, бориды; соединения с водородом. Титан, общие сведения,
получение и химические свойства, соединения титана.
Лекция 16. Ванадий, общие сведения, получение и химические свойства,
соединение ванадия. Хром, общие сведения, получение и химические
свойства, соединения хрома, производные Cr(II), Cr(III), Cr(VI).
Лекция 17. Марганец, общие сведения, получение и химические войства,
соединения марганца, производные Mn(II), Mn(III), Mn(IV), Mn(VII). Железо,
кобальт, никель. Общие сведения, получение и химические свойства. Медь,
общие сведения. Цинк, общие сведения, получение, химические свойства и
применение.
Лекция 18. Инструментальные и абразивные материалы. Бориды. Углерод и
его аллотропные модификации. Карбиды и их классификация. Применение
карбидов металлов в технике. Химия полупроводниковых материалов.
Элементные полупроводники. Полупроводниковые соединения.
Химия
кремния и германия. Физико-химические способы получения и обработки
полупроводников.
б) Лабораторные занятия (перечень лабораторных работ) (час.): 93
1. Приготовление растворов заданных концентраций.
2. Определение теплоты растворения солей.
3. Химические реакции.
4. Химия P- элементов.
5. Химия легких конструкционных металлов.
6. Химия тяжелых конструкционных металлов.
10
График выполнения лабораторных работ, контрольных работ и сдачи
коллоквиумов на I семестр.
№
Содержание занятия
1.
Вводник. Инструктаж по технике
безопасности. Техника лабораторного
эксперимента.
Контрольная работа №1. "Основные
понятия и законы химии."
Выполнение лабораторной работы №1.
Отчет по лабораторной работе №1.
Коллоквиум №1. "Способы выражения
состава растворов."
Контрольная работа №2. "Химическая
структура и строение атомов."
Выполнение лабораторной работы №2.
Отчет по лабораторной работе №2.
Коллоквиум №2. " Химическая
динамика, химическая кинетика и
равновесие."
Контрольная работа №3. "Свойства
растворов. Динамика процессов в
растворах."
Выполнение лабораторной работы №3.
Отчет по лабораторной работе.
Контрольная работа №4. "Химические
реакции"
Завершение лабораторного практикума.
Зачет.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Объем в
часах
3
№№
недели
1
6
2-3
12
4-7
6
8-9
9
10-12
9
13-15
9
16-18
3
19
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
а) коллоквиумы (количество и сроки сдачи): 2
№№ недель 7, 12
б) контрольные работы (письменные экзамены по разделу) (количество и сроки
выполнения): 4
№№ недель 3, 9, 15, 18
в) домашние задания (содержание и сроки сдачи):
1. Основные понятия и законы химии. № недели 2
2. Химическая динамика, химическая кинетика и равновесие. № недели 11
3. Свойства растворов. Динамика процессов в растворах. № недели 14
г) отчеты по лабораторным работам (количество и сроки сдачи): 3
№№ недель 5, 11, 16.
11
График выполнения лабораторных работ, контрольных работ и сдачи
коллоквиумов на II семестр.
№
Содержание занятия
1.
Вводник. Инструктаж по технике
безопасности. Техника лабораторного
эксперимента.
Контрольная работа №4.
"Электрохимические процессы"
Выполнение лабораторной работы №5.
Химия P- элементов. 
Отчет по лабораторной работе №5.
Контрольная работа №5 Химия Pэлементов. 
Выполнение лабораторной работы №6.
Химия
легких
конструкционных
металлов. 
Отчет по лабораторной работе №6.
Выполнение лабораторной работы №7.
 Химия тяжелых конструкционных
металлов. 
Отчет по лабораторной работе №7.
Коллоквиум №1  Химия легких и
тяжелых конструкционных металлов. 
Завершение лабораторного практикума.
2.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Объем в
часах
2
№№
недели
1
4
2-3
6
4-6
4
7-8
6
9-11
6
12-14
6
15-17
2
18
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
а) коллоквиумы (количество и сроки сдачи): 1
NN недель 15-17.
б) контрольные работы (письменные экзамены по разделу) (количество и сроки
выполнения): 2
NN недель 3, 8.
в) индивидуальные расчетные работы (содержание и сроки сдачи): нет.
г) домашние задания (содержание и сроки сдачи):
1. Электрохимические процессы. N недели 2.
д) отчеты по лабораторным работам (количество и сроки сдачи): 3
NN недель 6, 11, 14.
в) Практические занятия (перечень тем) (час.): нет
г) Индивидуальная работа с преподавателем (час.): нет
д) Самостоятельная работа (час.): 100
12
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
(изданная через центральные издательства и внутривузовским способом)
Основная:
1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. -М.:
Высшая школа, 1981.
2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. -М.: Высшая школа,1988.
3. Крестов Г.А. Теоретические основы неорганической химии. -М.:
Высшая
школа,1981.
4. Фролов В.В. Химия. -М.: Высшая школа, 1986.
5. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. -Л.: Химия, 1985.
6. Краткий справочник физико-химических величин./ Под ред. А.А. Равделя. Л.: Химия, 1983.
Дополнительная:
а) к лекционному курсу
7. Зайцев О.С. Общая химия. -М.: Высшая школа, 1983.
8. Дикерсон Р., Грей., Хейт Дж., Основные законы химии. -М.: Мир,т.1,2,
1982.
9. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. -М.: Мир,
1969.
10. Хьюи Дж.- Неорганическая химия.-М.:Мир,1987.
11. Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов. -М.:
Высшая школа, 1975.
12. Реми Г. Курс неорганической химии. -М.: Мир, 1968.
б) к практическим занятиям
13. Егорова И.В. Строение атома и химическая связь. (Методические указания
для самостоятельной работы студентов.) Иваново, ИХТИ, 1989.
14. Кобенин В.А. Методические указания к решению задач по теме:
"Химическая динамика".-Иваново,ИХТИ,1987.
15. Кобенин В.А. Энергетика процессов, скорость химических реакций.
Химическое равновесие в газовой фазе.
(Методические указания для
студентов).-Иваново,ИХТИ,1988.
в) к лабораторным работам
16. Карабинова Т.С. Основные понятия и законы химии (Методические
указания к лабораторному практикуму и домашнему заданию). -Иваново,
ИХТИ, 1993.
17. Главина
С.Р.,
Железняк Н.И.
Растворы.
Способы выражения
концентрации (Методические указания к лабораторным работам).-Иваново,
ИХТИ, 1989.
18. Пименова Н.И., Захаров А.Г., Чистяков Ю.В. Химические реакции
(Методические указания для студентов к лабораторному практикуму).Иваново, ИХТИ,1989.
19. Маркова Н.К. Комплексные соединения (Методические указания для
студентов к лабораторному практикуму).-Иваново, ИХТИ, 1989.
Составитель программы:
Фомина Н.А.