Информационно-вычислительных технологий в химии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Факультет химии и высоких технологий

Кафедра общей, неорганической химии и
информационно-вычислительных технологий в химии

 

 

		УТВЕРЖДАЮ
		Проректор по учебной работе, качеству образования – первый проректор, проф.
		______________ А.Г.Иванов
		«___» ____________ 2011 г.

 

Рабочая учебная программа по дисциплине

Б2.Б.6.1 ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Для направления 280700.62«Техносферная безопасность»

Профили: Охрана природной среды и ресурсосбережение

Безопасность технологических процессов и производств

Квалификация (степень) выпускника – Бакалавр

Форма обучения очная

 

 

Г. Краснодар

  Рецензент (-ы): Н.Д. Письменская, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии КубГУ

Аннотация рабочей учебной программы дисциплины Химия (часть 1. Общая и неорганическая химия) по направлению подготовки 280700.62 Техносферная безопасность

1. Цель учебной дисциплины - формирование современного естественнонаучного мировоззрения; овладение базовыми знаниями в области химии; теории химических процессов в современной технике; химических производствах, в окружающей среде; ознакомление студентов со свойствами химических материалов и их влиянием на технологические процессы и окружающую среду; развитие навыков самостоятельной работы, необходимых для применения химических знаний в дальнейшей практической деятельности.

2. Задачи учебной дисциплины:

- современное и систематическое изложение фундаментальных концепций и законов химии;

- овладение навыками в выполнении расчетов и химических экспериментов;

- выработка умения обобщать экспериментальные данные и использовать полученные данные в решении конкретных производственных задач, осознание роли химии в процессе охраны окружающей среды.

3. Общая трудоемкость учебной дисциплины составляет 180 часа или 5 зачетных единицы.

4. Учебная работа по данной дисциплине предполагает проведение лекционных и лабораторных занятий, самостоятельное выполнение студентами теоретических и практических заданий

5. Форма отчетности по учебной дисциплине – экзамен.

6. В процессе изучения дисциплины у студентов формируются следующие компетенции:

ОК-12 - способность к абстрактному и критическому мышлению, исследованию окружающей среды для выявления ее возможностей и ресурсов, способность к принятию нестандартных решений и разрешению проблемных ситуаций.

ПК-11 - способность пропагандировать цели и задачи обеспечения безопасности человека и природной среды в техносфере.

ПК-19 - способность ориентироваться в основных проблемах техносферной безопасности.

7. При изучении дисциплин используются следующие инновационные технологии: электронные презентации, подготовка индивидуальных письменных аналитических работ, решение творческих заданий и проблемных ситуаций.

 

 

Цели и задачи освоения дисциплины

Задачи учебной дисциплины: добиться усвоения законов и теорий химии, овладеть навыками в выполнении расчетов и химических экспериментов, выработать…  

Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Данная дисциплина относится к базовой части математического и естественнонаучного цикла дисциплин по направлению подготовки 280700.62 Техносферная безопасность и является необходимой и изучение таких дисциплин как физика, науки о Земле.

 

Требования к результатам освоения содержания дисциплины

Знать:основные понятия химии; закономерности протекания химических и физико-химических процессах в системах различной компонентности; свойства… Уметь:использовать основные понятия и законы химии; знания о термодинамических… Владеть:навыками самостоятельной работы в химической лаборатории и практически важными экспериментальными навыками…

Содержание и структура дисциплины

 

Содержание разделов дисциплины

№ раздела	Наименование раздела	Содержание раздела	Форма текущего контроля	Разработано с участием представителей работодателей (указать организацию)
1.	Введение	Предмет и содержание химии. Значение химии в изучении природы и развитии техники. Роль дисциплины химии в подготовке бакалавров техники и технологии.	Т
2.	Строение атома. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева. Химическая связь	Развитие представлений о строении атома. Волновая природа электрона. Понятие о квантовых числах. Атомные орбитали, их энергии. Порядок заполнения электронами атомных орбиталей. Энергетические диаграммы многоэлектронных атомов. Структура периодической системы и ее связь с электронной структурой атомов. Периодичность свойств атомов элементов, элементов и их соединений (атомные и ионные радиусы, энергия ионизации и сродство к электрону, электроотрицательность; металличность, неметалличность; кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства). Возникновение химической связи. Основные параметры химической связи. Ковалентная связь. Свойства ковалентной связи. Свяи σ и π типа. Типы гибридизации атомных орбиталей. Основные понятия о методе молекулярных орбиталей (МО). Метод МО ЛКАО. Энергетические диаграммы двухатомных гомоядерных молекул, образованных элементами первого и второго периодов. Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь. Свойства соединений с различными видами химических связей.	К
3.	Вещество в различных фазовых состояниях.	Фазовые состояния вещества. Фазовые равновесия и фазовые переходы. Свойства жидкостей. Кристаллический структуры твердых тел. Типы кристаллических решеток. Металлы, полупроводники, сверхпроводники. Твердые электролиты, жидкие кристаллы.	Т
4.	Термохимия. Элементы химической термодинамики. Химическое равновесие.	Основные понятия: системы, параметры состояния, процессы, функции состояния. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и ее изменение при химических превращениях. Теплота и работа. Энтальпия. Стандартное состояние и стандартные теплоты химических реакций. Теплота и энтальпия образования. Термохимические расчеты, основанные на законе Гесса. Второй закон термодинамики. Энтропия. Зависимость энтропии от температуры. Стандартная энтропия. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Критерии самопроизвольного протекания процессов в изолированных и открытых системах. Устойчивость химических соединений. Топливо, как источник энергии. Обратимость химических реакций. Константа химического равновесия, как мера глубины протекания процессов. Факторы, влияющие на величину константы равновесия. Уравнение изотермы химической реакции. Смещение химического равновесия, принцип Ле Шателье. Влияние температуры, давления и концентрации реагентов на химическое равновесие.	ЛБ, К
5.	Кинетика химических реакций	Скорость химической реакции, ее зависимость от природы и концентрации реагентов, температуры. Порядок и молекулярность реакции. Константа скорости и ее зависимость от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Механизм и кинетика реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Гомогенный и гетерогенный катализ. Аутокатализ.	ЛБ, К
6.	Растворы. Реакции в водных растворах	Основные характеристики дисперсных систем и их классификация. Истинные растворы. Термодинамика процесса растворения. Гидраты, сольваты, кристаллогидраты. Вода. Свойства воды. Растворимость газов, жидкостей, твердых веществ в воде. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. Способы выражения концентраций растворов. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Осмос. Осмотическое давление. Давление насыщенного пара растворителя над раствором. Повышение температуры кипения растворов и понижение температуры замерзания растворов. Законы Рауля. Электролитическая диссоциация. Изотонический коэффициент. Сильные и слабые электролиты. Степень электролитической диссоциации. Связь изотонического коэффициента со степенью диссоциации. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Особенности растворов сильных электролитов. Активность ионов. Ионная сила растворов. Протолитическая теория кислот и оснований Бренстеда и Лоури. Константа протеолитического равновесия как характеристика силы кислоты и основания. Диссоциация воды. Ионное произведение воды (рН и рОН). Способы определения рН растворов. Общая, активная и потенциальная кислотность растворов. Реакция нейтрализации. Буферные растворы. Классификация. Механизм действия. Буферная емкость. Гидролиз солей. Гетерогенные равновесия в растворах. Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков.	ЛБ, К
7.	Окислительно-восстановительные процессы. Электрохимия. Коррозия металлов. Методы защиты.	Окислительно-восстановительные процессы. Важнейшие окислители и восстановители. Изменение окислительно-восстановительных характеристик элементов в периодах и группах периодической системы Д.И. Менделеева. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций (метод ионно-электронного баланса). Электрохимические процессы. Потенциалы металлических и газовых электродов. Стандартные электродные потенциалы и электродвижущая сила гальванического элемента. Потенциалы окислительно-восстановительных (редокс) электродов. Уравнение Нернста. Ряд стандартных электродных потенциалов. Направление протекания окислительно-восстановительных процессов. Электролиз расплавов и водных растворов. Применение электролиза. Химические источники тока. Химическая и электрохимическая коррозия. Защита металлов от коррозии.	ЛБ, К
8.	Химия комплексных соединений. Комплексообразование в растворах.	Комплексные соединения и их получение. Строение и свойства комплексных соединений. Номенклатура, изомерия комплексных соединений. Комплексообразование в растворах. Константа нестойкости и константа устойчивости. Химическая связь в комплексных соединениях (метод ВС, теория кристаллического поля). Реакции с участием комплексных соединений (обменные, окислительно-восстановительные).	Т
9.	Химия неметаллов и их соединений.	Общая характеристика неметаллов. Водород и его соединения. Вода, структура и свойства воды Аномальные свойства воды. Бор и его соединения. Неорганическая химия р-элементов IV-А группы. Общая характеристика. Аллотропные формы углерода. Оксиды, карбонаты, карбиды. Ресурсы и круговорот углерода в природе. Экологические аспекты химии углерода. Бор, углерод - инструментальные и абразивные материалы. Соединения кремния и германия. Химия полупроводников. Силикаты и аюмосиликаты: общая характеристика, стекло, ситаллы, цементы, керамика. Азот, фосфор и их соединения. Ресурс и круговорот азота, фосфора в природе. Кислород, сера, селен, теллур и их соединения. Ресурс и круговорот кислорода в природе. Экологические аспекты химии кислорода. Соединения серы как важнейший загрязнитель окружающей среды. Круговорот и экологические аспекты химии серы. Галогены и их соединения.	ЛБ
10.	Химия металлов и их соединений.	Металлы: общая характеристика, сплавы, методы получения. Химия s-металлов. Жесткость воды и методы её умягчения. Химия р-металлов. Химия d-металлов. IV - VIII групп периодической системы Д.И. Менделеева. Химия d- металлов I-II - групп Применение металлов и их соединений. Экология и токсикология металлов. Радиоактивные элементы. Радиоактивное загрязнение окружающей среды.	ЛБ

 

 

Структура дисциплины

 

Разделы дисциплины, изучаемые в семестрах

Семестр 1

Лекционные занятия

 

Практические занятия

Не предусмотрены

 

 

Лабораторные работы

 

Образовательные технологии

 

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Итоговый контроль предполагает сдачу студентами экзамена в устной или письменной формах.    

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

 

Основная литература

1. Вольхин В.В. Общая химия: основной курс. – Изд. Лань, 2008.- 464 с.

2. Вольхин В.В. Общая химия: избранные главы. – Изд. Лань, 2008.-378 с.

3. Вольхин В.В. Общая химия:

4. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: ВШ, 2008. – 557 с.

5. Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия. – М: Дрофа, 2009. – 447 с.

6. Практикум по общей и неорганической химии / Под ред. Фролова В.И., Курохтина Т.М., Дымова З.Н.- Изд. Дрофа, 2002.-295 с.

7. Задачи и упражнения по общей химии / Под ред. Коровина Н.В. – М.: ВШ, 2004. – 255 с.

8. Сборник задач и упражнений по общей и неорганической химии / Под.ред. Павлова Н.Н.-М.: Дрофа, 2005.-208 с.

 

Дополнительная литература

9. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: учебное пособие для студентов нехимических специальностей вузов.- М.: Интеграл-Пресс, 2006.-240 с.

10. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2004. – 728 с.

11. Батаева В.В., Буданова А.А. Задачи и упражнения по общей химии Под.ред. Дунаева С.Ф. М.: издат.центр «Академия», 2010. – 151 с.

12. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия: учебник для студентов вузов. – СПб.: Химиздат, 2000. -623 с.

13. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ. Справочник. М.: Дрофа. 2006. – 480 с.

14. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Химические свойства неорганических веществ. М.: Колос. 2008. - 480 с.

15. Киселев Ю.М.. Добрынина М.А. Химия координационных соединений. М.: Издательство «Академия», 2007.-352 с.

 

 

Периодические издания

Периодические журналы: «Журнал общей химии», «Журналы неорганической химии», «Координационная химия».

 

Интернет-ресурсы

Химический каталог: химические ресурсы Рунета htt://www.ximicat.com/

Портал фундаментального химического образования России htt://www.chemnet.ru

Химик: сайт о химии для химиков htt://www.xumuk.ru/

Химический сервер htt://www.Himhelp.ru

 

 

Методические указания и материалы по видам занятий

Вопросы для подготовки к тестам, контрольным и лабораторным работам по разделам содержания учебной дисциплины.

Строение атома. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева. Химическая связь.

2. С позиций квантовой механики атомы и ионы не имеют строго определенных размеров. Однако в справочной литературе приводятся определенные значения… 3. Объясните основные тенденции изменения атомных радиусов элементов в…

Вещество в различных фазовых состояниях.

  2. Утверждают, что свойства жидкостей изотропны. Что это означает? Какие…  

Термохимия. Элементы химической термодинамики. Химическое равновесие

2. Охарактеризуйте различие между изолированными, закрытыми и открытыми системами. Приведите примеры для каждого из перечисленных типов систем. 3. Как взаимосвязаны между собой такие понятия, как «термодинамическая… 4. Каковы признаки процесса в термодинамической системе? Какая классификация процессов существует в зависимости от…

Кинетика химических реакций

D t 2 D t Что означает коэффициент 1 и знак «минус» в этом соотношении? 2. В чем состоит различие понятий «средний» и «истинной» скорости химической реакции?

Растворы. Реакции в водных растворах

  2. Дайте определение понятию «истинные растворы». Что означает равновесие…  

Окислительно-восстановительные процессы. Электрохимия. Коррозия металлов. Методы защиты

  2. Как проводят составление сбалансированных уравнений…  

Химия комплексных соединений. Комплексообразование в растворах

  2. Дайте краткую характеристику основных составных частей комплексного… 3. Какая существует взаимосвязь между величиной координационного числа и геометрической формой комплексов?…

Химия неметаллов и их соединений

  2. Что представляют собой сплавы? Чем отличаются друг от друга сплавы…  

Химия металлов и их соединений

  2. Что представляют собой сплавы? Чем отличаются друг от друга сплавы…  

Примеры экзаменационных билетов.

 

БИЛЕТ № 1

по дисциплине Химия (часть 1.Общая и неорганическая химия)

(направление 280700.62 Техносферная безопасность)

 

1. Химическое равновесие: константа химического равновесия, смещение химического равновесия.

2. Хром, молибден, вольфрам и их соединения. Биологическая роль, токсикология.

3. Можно ли окислить ион Fe²⁺ до иона Fe³⁺ перманганат –ионом MnO₄^-, который при восстановлении в кислом растворе превращается в ион Mn²⁺ (состояния веществ-стандартные)? Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции и рассчитайте константу равновесия реакции 298 К.

 

БИЛЕТ № 2

по дисциплине Химия (часть 1.Общая и неорганическая химия)

(направление 280700.62 Техносферная безопасность)

 

1. Химическая и электрохимическая коррозия. Защита металлов от коррозии.

2. Сера и ее соединения. Круговорот и экологические аспекты химии серы.

3. Рассчитайте, как изменится рН 0,005 М раствора NH₄OH при разбавлении его в 10 раз.

 

 

Программное обеспечение современных информационно-коммуникационных технологий

КубГУ обеспечен необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения.

Системные программные средства: Microsoft Windows XP, Microsoft Vista.

Прикладные программные средства: Microsoft Office 2007 Pro, FireFox, Microsoft Power Point.

 

Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лабораторные занятия проводятся в учебных химических лабораториях оснащенных комплектным лабораторным оборудованием, лабораторной посудой и наборами… Для выполнения самостоятельной работы студенты пользуются студенческим…