2320
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
ХИМИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для аудиторной и самостоятельной работы студентов по направлению 280705.65 – «Пожарная безопасность»
ВОРОНЕЖ 2013
УДК 54
Ткачева, О.А. Химия [Текст] : методические указания для аудиторной и самостоятельной работы студентов по направлению 280705.65 – Пожарная безопасность / О.А. Ткачева; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 24 с.
Печатается по решению учебно-методического совета |
|
ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № от |
) |
Рецензент доктор химических наук, профессор кафедры физической и аналитической химии Воронежского государственного университета инженерных технологий П.Т. Суханов
1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1.Целью изучения дисциплины «Химия» является формирование у студентов целостного естественнонаучного мировоззрения.
1.2.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
освоить основные понятия, законы и модели химических систем, реакционной способности веществ;
иметь представления о термодинамической возможности протекания химических реакций, об изменениях во времени химических процессов при изучении химической кинетики;
ознакомиться со свойствами неэлектролитов и электролитов;
иметь представление об окислительно-восстановительных реакциях, электрохимических и коррозионных процессах;
ознакомиться с химической идентификацией вещества, инструментальными методами анализа
иметь представления о новейших теоретических открытиях в химических науках и перспективах для их практического использования;
1.3. Дисциплина «Химия» относится к математическому и естественнонаучному циклу, индекс по учебному плану ЕН.Ф.04.
2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Студент по результатам освоения дисциплины «Химия» должен обладать следующими компетенциями:
–способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат;
–готовностью к саморазвитию, самообразованию;
–способностью оценить риск и определить меры по обеспечению безопасности разрабатываемой техники и проводимого эксперимента;
–умением проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой
ианализом результатов.
2.2. В результате освоения дисциплины студент должен:
знать:
– основные положения современной теории строения атома, периодический закон, его использование в предсказании свойств элементов и соединений; теорию химической связи, природу и свойства химической связи в раз-
личных классах соединений;
методы математического описания термодинамики и кинетики химических реакций;
основные соединения элементов и их химические превращения, основные классы неорганических и органических соединений;
особые свойства и закономерности поведения дисперсных систем;
методы описания равновесий в растворах электролитов;
основные процессы, протекающие в электрохимических системах, процессы коррозии и методы борьбы с коррозией;
особенности, строение и свойства органических и высокомолекулярных соединений,
методы химической идентификации веществ, качественный и количественный анализ;
основные принципы охраны окружающей среды;
уметь:
–проводить расчеты концентрации растворов различных соединений;
–определять термодинамические характеристики реакций и возможные направления химических взаимодействий;
–работать с учебной и научной литературой;
–самостоятельно анализировать, обобщать и делать выводы из полученных на лабораторных занятиях результатов;
–работать как в составе группы, так и индивидуально;
владеть:
–навыками выполнения основных химических лабораторных операций;
–методами определения pH и концентраций в растворах;
–методами теоретического и экспериментального исследования в химии
иметодами оценки численных величин в химических процессах.
3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Виды учебной работы |
Трудоемкость |
|
Семестр |
|
|||
|
всего ча- |
в зачетных |
I |
|
|
II |
|
|
сов |
единицах |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Общая трудоемкость дисциплины |
180 |
5,0 |
72 |
|
|
108 |
|
Аудиторные занятия |
120 |
3,33 |
48 |
|
|
72 |
|
Лекции (Л) |
|
|
16 |
|
|
36 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
|
|
16 |
|
|
18 |
|
Лабораторные занятия (ЛР) |
|
|
16 |
|
|
18 |
|
Самостоятельная работа (Сам) |
60 |
1,67 |
24 |
|
|
36 |
|
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
|
|
зачет |
|
экзамен |
|
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Разделы дисциплины и виды занятий
В таблице 2 представлены основные разделы дисциплины «Химия» и трудоемкость в часах по различным видам работ.
Таблица 2
№ |
Разделы дисциплины |
|
Лекции |
Лабор. |
Практ. |
Сам. |
пп |
|
|
|
|
|
|
|
Х и м и я, ч. 1 |
|
|
|
|
|
1 |
Введение. Основные понятия и законы химии |
2 |
- |
2 |
2 |
|
2 |
Общие закономерности химических процессов |
4 |
4 |
3 |
4 |
|
3 |
Строение вещества |
2 |
2 |
3 |
6 |
|
4 |
Растворы |
4 |
4 |
6 |
4 |
|
5 |
Электрохимия. Коррозия и защита металлов |
4 |
6 |
2 |
8 |
|
|
Итого часов |
16 |
16 |
16 |
24 |
|
|
Итого зачетных единиц |
0,444 |
0,444 |
0,444 |
0,67 |
|
|
Х и м и я, ч. 2 |
|
|
|
|
|
1 |
Введение. Общие положения органической химии |
|
2 |
2 |
2 |
4 |
2 |
Алифатические углеводороды |
|
6 |
2 |
2 |
4 |
3 |
Алициклические и ароматические углеводороды |
|
4 |
2 |
2 |
4 |
4 |
Кислородсодержащие органические соединения |
|
8 |
4 |
2 |
4 |
5 |
Углеводы |
|
4 |
2 |
2 |
4 |
6 |
Азотсодержащие органические соединения |
|
4 |
- |
2 |
4 |
7 |
Высокомолекулярные соединения |
|
4 |
2 |
2 |
4 |
8 |
Химия древесины |
|
2 |
2 |
2 |
4 |
9 |
Химическая идентификация веществ |
|
2 |
2 |
2 |
4 |
|
Итого часов |
|
36 |
18 |
18 |
36 |
|
Итого зачетных единиц |
|
1,0 |
0,5 |
0,5 |
1,0 |
4.2 Содержание разделов дисциплины
Химия, ч.1 ОБЩАЯ ХИМИЯ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ
Введение. Предмет химии, связь с другими науками. Значение химии в формировании научного мировоззрения при изучении техники. Понятие о материи и движении, веществе и поле. Основные понятия и законы химии. Понятие о наносистемах и нанотехнологиях. Химия и охрана окружающей среды.
Раздел 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Химическая термодинамика. Энергетика химических процессов. Элементы термохимии. Закон Гесса и следствия из него. Закон Лавуазье-Лапласа. Основные термодинамические функции. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Стандартная энтальпия образования. Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Изобарно-изотермический потенциал (свободная энергия Гиббса). Условия самопроизвольного протекания химических процессов.
Химическая кинетика. Скорость химических реакций и методы ее регулирования. Зависимость скорости химической реакции от концентрации. Закон действия масс. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило ВантГоффа. Понятие об энергии активации. Влияние катализатора на скорость химической реакции.
Химическое и фазовое равновесие. Обратимые и необратимые химические реакции. Условия химического равновесия. Основные факторы, определяющие направления течения реакций и химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье.
Раздел 3. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Строение атома. Особенности поведения микрообъектов. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантово-механическая модель атома. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули и следствие из него. Правила Клечковского. Правило Гунда. Связь строения атома с периодической системой элементов.
Химическая связь. Условие и механизм образования химической связи. Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина связи, валентные углы. Основные виды химической связи. Ковалентная связь, ее свойства. Метод валентных связей. Образование, особенности и свойства ионной связи. Металлическая связь и ее особенности. Основные виды взаимодействия молекул. Водородная связь и ее свойства. Комплементарность.
Раздел 4. РАСТВОРЫ
Растворы. Общие понятия о растворах. Классификация растворов. Дисперсные системы. Понятие о коллоидных растворах. Термодинамика растворения. Свойства растворов неэлектролитов. Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Давление пара растворов. Первый закон Рауля. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Второй закон Рауля.
Свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Электролитическая диссоциация. Количественные показатели диссоциации: степень диссоциации, константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Ионное произведение воды. Водородный показатель среды. Индикаторы. Гидролиз солей. Типичные случаи гидролиза солей. Константа и степень гидролиза. Произведение растворимости.
Раздел 5. ЭЛЕКТРОХИМИЯ. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ
Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Типичные окислители и восстановители. Типы окислительно-восстановительных реакций и способы их уравнивания. Электрохимические процессы, их классификация. Понятие об электродных потенциалах. Стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов. Потенциалы металлических электродов. Уравнение Нернста. Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Электролиз. Электролиз с нерастворимыми и растворимыми анодами. Законы Фарадея. Практическое применение электролиза.
Коррозия металлов. Основные виды коррозии. Механизмы коррозии: химическая и электрохимическая коррозия. Методы защиты металлов от коррозии: легирование, электрохимическая защита, защитные покрытия, изменение свойств коррозионной среды.
Химия, ч.2 ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Введение. Предмет органической химии и ее связь с другими науками. Теоретические представления в органической химии. Классификация органических соединений и химических реакций.
Раздел 2. АЛИФАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Номенклатура, строение, изомерия, физические и химические свойства алканов, алкенов, алкадиенов и алкинов.
Раздел 3. АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ И АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Номенклатура, особенности строения, изомерия, физические и химические свойства, а также отдельные представители и области использования алициклических и ароматических углеводородов. Правила ориентации в бензольном кольце.
Раздел 4. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Номенклатура, особенности строения, изомерия, физические и химические свойства, а также отдельные представители и области использования спиртов, фенолов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и их производных.
Раздел 5. УГЛЕВОДЫ
Номенклатура, особенности строения, изомерия, физические и химические свойства, а также отдельные представители и области использования моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов.
Раздел 6. АЗОТСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Номенклатура, особенности строения, изомерия, физические и химические свойства, а также отдельные представители и области использования аминов и аминокислот. Белки. Нуклеиновые кислоты.
Раздел 7. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Предмет химии ВМС. Общие понятия о ВМС. Классификация полимеров. Особенности строения полимеров и отличие их от низкомолекулярных веществ.
Методы получения полимеров. Растворы высокомолекулярных соединений. Химические превращения полимеров. Методы определения молекулярной массы полимеров. Полимерные композиционные материалы.
Раздел 8. ХИМИЯ ДРЕВЕСИНЫ
Основные компоненты древесины: целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин, экстрактивные вещества древесины. Общие сведения, классификация, свойства и области использования древесины и ее компонентов.
Раздел 9. ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ
Предмет аналитической химии. Процесс анализа: пробоотбор, пробоподготовка, измерение, обработка результатов. Аналитические реакции.
Качественный анализ. Методы количественного анализа.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
|
|
5.1 Химия, ч.1 |
|
|
|
Лабораторный практикум |
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
№ |
Раздел |
Тема лабораторных занятий |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
Техника безопасности и правила работы в химической лаборатории. |
|
|
|
Проверка остаточных знаний студентов |
|
2 |
2 |
Лабораторная работа № 1. "Определение и расчет термодинамических |
|
|
|
функций химических процессов" |
|
3 |
2 |
Лабораторная работа № 2. "Химическая кинетика и химическое равнове- |
|
|
|
сие" |
|
4 |
4 |
Лабораторная работа № 3. "Приготовление раствора серной кислоты и |
|
|
|
определение его концентрации" |
|
5 |
4 |
Лабораторная работа № 4. "Потенциометрический метод определения рН |
|
|
|
водных растворов. Гидролиз солей" |
|
6 |
5 |
Лабораторная работа № 5. "Окислительно-восстановительные реакции» |
|
7 |
5 |
Лабораторная работа № 6. "Электролиз водных растворов солей и щело- |
|
|
|
чей" |
|
8 |
5 |
Лабораторная работа № 7. "Коррозия и способы защиты металлов от |
|
|
|
коррозии" |
|
|
|
Практические занятия |
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
№ |
Раздел |
Наименование практического занятия |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
Знакомство с модульно-рейтинговой системой оценки знаний студен- |
|
|
|
тов. Основные классы неорганических соединений |
|
|
|
|
|
2 |
2 |
Решение 5 задач (№№ 6-10) |
|
|
|
|
|
3 |
3 |
Решение 2 задач (№№ 4-5) |
|
|
|
Семинар «Строение вещества» |
|
|
|
|
|
4 |
2, 3 |
Отчет по самостоятельной работе (сдача 7 задач) |
|
|
|
Текущий контроль № 1: Химическая термодинамика и химическая ки- |
|
|
|
нетика. Строение вещества |
|
|
|
|
|
5 |
4 |
Решение 9 задач (№№ 11-14, 16-20) |
|
|
|
|
|
6 |
4 |
Семинар «Коллоидные системы» |
|
|
|
Решение 3 задач (№№ 21-23) |
|
|
|
|
|
7 |
4, 5 |
Отчет по самостоятельной работе (сдача 12 задач). |
|
|
|
|
|
8 |
4, 5 |
Текущий контроль № 2: Растворы. Коллоидные системы. Электрохи- |
|
|
|
мия. |
|
|
|
|
|
|
|
5.2 Химия, ч.2 |
|
|
|
Лабораторный практикум |
|
|
|
Таблица 5 |
|
|
|
|
|
№ |
Раздел |
Тема лабораторных занятий |
|
|
|
|
|
1 |
1 |
Техника безопасности и правила работы в химической лаборатории. |
|
|
|
Проверка остаточных знаний студентов по органической химии |
|
|
|
|
|
2 |
2 |
Лабораторная работа № 1. "Химические свойства и способы получения |
|
|
|
алканов, алкенов и алкинов" |
|
|
|
|
|
3 |
3 |
Лабораторная работа № 2. "Химические свойства алициклических и |
|
|
|
ароматических углеводородов" |
|
|
|
|
|
4 |
4 |
Лабораторная работа № 3. "Химические свойства и способы получения |
|
|
|
спиртов и фенолов" |
|
|
|
|
|
5 |
4 |
Лабораторная работа № 4. "Химические свойства альдегидов" |
|
|
|
|
|
6 |
4 |
Лабораторная работа № 5. "Химические свойства карбоновых кислот" |
|
|
|
|
|
7 |
7 |
Лабораторная работа № 6. "Свойства полимеров" |
|
|
|
|
|
8 |
8 |
Лабораторная работа № 7. "Свойства целлюлозы" |
|
|
|
|
|
9 |
9 |
Лабораторная работа № 8. "Химическая идентификация веществ" |
|
|
|
|
|