Geum.ru

Землянский Яков Яковлевич к Х. н., профессор учебно-методический комплекс

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


4. Содержание курса 4.1. разделы курса
4.2. Темы и их краткое содержание
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

4. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА




4.1. РАЗДЕЛЫ КУРСА



Курс химии включает 5 разделов (модулей):
  • теоретические основы химии;
  • химия элементов и их соединений;
  • основы качественного и количественного анализа веществ и материалов;
  • органическая химия;
  • химия высокомолекулярных соединений.



4.2. ТЕМЫ И ИХ КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ




Раздел 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ



Тема 1. Основные понятия химии

Международная система единиц физических величин и её применение в химии. Основные единицы системы СИ. Масса, объём, плотность вещества, давление, концентрация, энергетические величины. Атомно-молекулярное учение. Современная система атомных масс. Изотопный состав элементов. Простые и сложные вещества. Молекулярная масса. Индивидуальные вещества и их смеси. Стехиометрия химических реакций. Стехиометрические законы. Моль – единица количества вещества. Эквивалент. Закон эквивалентов.

Современная номенклатура неорганических веществ. Химические элементы. Простые вещества. Ионы. Классы химических соединений. Оксиды, гидроксиды, соли, комплексные соединения.


Тема 2. Строение вещества

Строения атома. Квантование энергии электронов в атоме. Двойственная природа электрона. Волновые свойства электронов. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами, их физический смысл. Многоэлектронные атомы.

Состояние вещества в конденсированном состоянии. Твёрдое, жидкое, газообразное состояние, их особенности. Кристаллическое состояние.

Нестехиометрические соединения.

Последовательность заполнения уровней и подуровней электронами. Особенности электронного строения атомов в главных и побочных подгруппах.


Тема 3. периодический закон – основа химии

История открытия периодического закона. Периодическая таблица Д.И.Менделеева. Короткие и длинные периоды периодической таблицы. Группы А и В (главные и побочные подгруппы). Характер изменения свойств элементов в периодах и группах. Связь строения атома элемента с положением последнего в периодической таблице. Щелочные металлы. Щелочно-земельные металлы. Переходные металлы. Галогены, халькогены. Благородные газы.

Тема 4. Химическая связь и строение молекул

Причина химического взаимодействия веществ. Основные виды химической связи. Характеристика ковалентной связи. Направленность и насыщаемость. Механизмы образования ковалентной связи (донорно-акцепторной, дативный).

Метод валентных связей. Основные положения метода. Схема перекрывания атомных орбиталей при образовании связей в молекулах.

Образование кратных связей. Сигма - и пи- связи, их особенности. Делокализованные пи- связи.

Ионная связь как предельный случай ковалентной связи. Ненаправленность и ненасыщаемость ионной связи. Электростатическое взаимодействие ионов.

Межмолекулярное взаимодействие. Природа межмолекулярных сил. Водородная связь. Влияние водородной связи на свойства веществ (кипение, плавление, степень диссоциации и др.)

Тема 5. Элементы химической термодинамики. Термохимия.

Элементы химической термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия, их физический смысл. Термохимия. Эндо- и экзотермические реакции. Термохимические уравнения. Стандартные энтальпии образования веществ. Закон Гесса и его следствия.

Понятие об энтропии. Изменение энтропии в различных процессах. Изобарно-изотермический потенциал. Условия самопроизвольного протекания и равновесия химических реакций.

Тема 6. Химическая кинетика и химическое равновесие. Гетерогенные равновесия. Пр.

Понятие скорости химической реакции. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора. Закон действующих масс для гомогенных и гетерогенных процессов. Гомогенный и гетерогенный катализ. Механизм действия катализаторов. Ингибиторы. Ферменты.

Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие в гомогенных и гетерогенных процессах. Константа равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. Влияние температуры, давления и концентрации реагентов на состояние химического равновесия.

Тема 7. Растворы и их свойства

Образование растворов. Растворимость веществ и способы выражения концентрации растворов. Свойства разбавленных растворов неэлектролитов: осмотическое давление, давление пара раствора, температуры кипения и замерзания растворов.

Растворы электролитов. Причины и характер электролитической диссоциации. Степень диссоциации слабого электролита. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Ступенчатая диссоциация слабых электролитов. Влияние одноимённых ионов на равновесие в системе.

Сильные электролиты, характерные особенности их свойств. Ионная сила растворов и коэффициент активности. Механизм реакций обмена в растворах электролитов.

Гидролиз солей. Ступенчатый гидролиз. Полный гидролиз. Усиление и подавление гидролиза.

Буферные растворы. Сущность буферного действия. Формулы Гендерсона для расчета рН буферных растворов. Буферная емкость. Применение буферных растворов.

Тема 8. Способы выражения концентрации растворов

Растворимость веществ. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. Концентрация растворов. Процентная концентрация. Молярная, нормальная и моляльная концентрации растворов. Концентрационные расчеты.

Произведение растворимости (ПР) труднорастворимых веществ. Условия осаждения труднорастворимых веществ. Расчет концентрации ионов по значениям ПР.

Тема 9. Водородный показатель и кислотность среды

Константа диссоциации и ионное произведение воды. Влияние температуры на ионное произведение воды. Степень диссоциации воды. Показатель кислотности воды – рН. Расчет рН и рОН по концентрации ионов водорода в растворе. Расчет рН растворов сильных и слабых кислот и оснований.

Тема 10. Гидролиз солей

Расчет константы гидролиза, степени гидролиза и рН раствора гидролизующейся соли. Факторы, влияющие на гидролиз солей. Способы подавления и усиления гидролиза в растворах солей. Совместный гидролиз 2-х солей. Необратимый гидролиз.


Тема 11. Окислительно-восстановительные реакции

Понятие о степени окисления. Важнейшие окислители и восстановители. Процессы окисления и восстановления. Изменения окислительно-восстановительных свойств элементов и их соединений в зависимости от положения элементов в Периодической системе. Классификация реакций окисления-восстановления (межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования). Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом ионно-электронного балансов.

Тема 12. Электрохимические процессы. Электрохимическая коррозия и способы защиты металлов от коррозии

Понятие об электродных потенциалах. Электрохимический ряд напряжения металлов. Стандартные и равновесные окислительно-восстановительные потенциалы. Химические источники тока. Гальванический элемент. Устройство и механизм действия. Концентрационный гальванический элемент. ЭДС гальванического элемента.

Электролиз растворов и расплавов электролитов. Анодное окисление и катодное восстановление. Последовательность разрядки ионов на катоде и аноде. Законы Фарадея. Применение электролиза.

Основные виды коррозии металлов. Сущность электрохимической коррозии. Способы защиты металлов от коррозии (металлические покрытия: анодное и катодное, протекторная защита, обработка агрессивной среды и др.).

Тема 13. Химические источники тока

Превращение химической энергии в электрическую. Химические источники электрической энергии. Аккумуляторы.

Тема 14. Комплексные соединения

Общие сведения о строении комплексных соединений. Комплексообразователь, лиганды, координационное число. Классификация комплексов (анионные, катионные, нейтральные).

Химическая связь в комплексных соединениях. Диссоциация комплексных соединений. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений.

Тема 15. Коллоидные системы.

Классификация дисперсных систем. Поверхностные явления. Устойчивость дисперсных систем. Лиофильные и лиофобные коллоиды. Примеры дисперсных систем: золь золота, нефть, молоко, раствор чая, хлеб, древесина.

Поверхностно-активные вещества. Критическая концентрация мицеллообразования.


Раздел 2 ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ


Тема 16. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Химическая классификация элементов

Периодическая система элементов и электронное строение атомов. Периодический закон Д.И. Менделеева как основа развития неорганической химии. Физический смысл порядкового номера элемента.

Периодическая система элементов и её связь со строением атома. Последовательность заполнения электронных оболочек атомов. Правила Клечковского.

Структура периодической системы: периоды, группы, подгруппы. Особенность электронного строения атомов элементов главных и побочных подгрупп. S-, p-, d-, и f- элементы. Электронные аналоги. Энергия ионизации атомов, сродство к электрону. Понятие об электроотрицательности. Изменение свойств в периодической системе (вертикальная, горизонтальная периодичность, диагональное сродство).

Тема 17. Металлы и свойства их соединений

s-, p- и d- металлы и их соединения. Общая характеристика металлов. Электронная структура атомов металлов. Физические свойства. Нахождение в природе. Получение. Химические свойства. Гидриды. Оксиды. Пероксиды. Гидроксиды.

Соли, их свойства, растворимость гидролизуемость.

Жёсткость воды. Способ устранения жёсткости. Переходные металлы и их соединения. Общая характеристика d-металлов. Особенности электронной структуры атомов переходных металлов. Получение. Физические свойства. Химические свойства. Взаимодействие с простыми веществами. Оксиды. Гидроксиды. Соли.

Тема 18. Неметаллы и свойства их соединений

Галогены. Общая характеристика галогенов. Способы получения. Электронная структура атомов. Кислородосодержащие кислоты и их соли. Аналитические реакции галогенид-ионов.

Сера и её соединения. Общая характеристика. Способы получения. Электронная структура атомов. Сероводород и сульфиды металлов. Восстановительные свойства сероводорода. Кислородные соединения серы. Серная кислота. Аналитические реакции сульфид-, сульфат-, сульфит- ионов.

Азот, аммиак и соли аммония. Способы получения. Некоторые соединения азота с кислородом. Азотистая и азотные кислоты. Аналитические реакции нитрат- и нитрит- ионов. Фосфор. Характеристика основных соединений фосфора. Фосфорные удобрения. Аналитические реакции фосфат- ионов.


Раздел 3 ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОГО И КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Тема 19. Основы аналитической химии

Предмет и задачи аналитической химии. Химические, физические и физико-химические методы анализа. Кинетические методы анализа. Методы дистанционного и неразрушающего контроля. Обработка результатов химического анализа. Роль аналитической химии в товароведении и экспертизе товаров.

Аналитический сигнал. Требования, предъявляемые к аналитическим реакциям. Чувствительность и специфичность реакций.

Тема 20. Методы качественного анализа

Аналитическая классификация ионов. Систематический и дробный анализ. Групповой реактив.

Реакции маскирования мешающих ионов. Реакции обнаружения катионов. Реакции обнаружения анионов.

Тема 21. Методы количественного анализа: гравиметрия и титриметрия

Классификация методов количественного анализа. Общая характеристика гравиметрии и титриметрии. Их преимущества и недостатки. Расчёты в гравиметрии и титриметрии. Построение теоретических кривых титрования. Методы нейтрализации, окисления-восстановления и комлексообразования в титриметрии. Современная теория индикаторов. Индивидуальные и смешанные индикаторы. Принципы подбора индикаторов. Индикаторные ошибки.


Раздел 4 ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Тема 22. Теоретические представления в органической химии. Классы органических соединений

Краткие сведения о развитии теоретических представлений в органической химии. Явление изомерии органических соединений. Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова.

Электронные представления в органической химии, типы химических связей.

Понятие о конформации. Оптическая изомерия. Индуктивный эффект. Мезомерный эффект (эффект сопряжения). Промежуточные частицы: радикалы, карбкатионы, карбанионы. Классификация реакций органических соединений. Реакция замещения, присоединения, отщепления, разложения, молекулярные перегруппировки. Гомолитические (радикальные) реакции.

Кислотность и основность. Классификация органических соединений.

Функциональные группы органических соединений.

Важнейшие классы органических соединений.

Тема 23. Углеводороды

Алканы. Гомологический ряд предельных углеводородов. Общая формула. Изомерия. Первичный, вторичный и третичный атомы углерода. Номенклатура предельных углеводородов. Алкильные радикалы. Способы получения алканов. Физические свойства предельных углеводородов. Закон перехода количественных изменений в качественные.

Химические свойства алканов. Галогенирование, нитрование. Радикальный механизм реакций замещения. Цепные реакции. Окисление и дегидрирование, превращения при высоких температурах.

Алкены. Гомологический ряд этиленовых углеводородов. Общая формула. Изомерия: структурная и пространственная (цис-, транс- изомерия). Номенклатура. Способы получения. Дегидрирование и крекинг предельных углеводородов как промышленный метод получения этиленовых углеводородов.

Физические свойства. Химические свойства. Каталитическое гидрирование. Присоединение галогенов, галогеноводородов, серной кислоты. Гидратация. Правило Марковникова и его современная трактовка. Окисление с разрывом цепи.

Этилен, пропилен, бутилен, технические способы их получения и использование.

Алкины. Общая формула. Изомерия и номенклатура. Физические свойства. Химические свойства. Присоединение водорода, галогеноводородов, воды, спиртов, карбоновых кислот, синильной кислоты.

Ацетилен. Винилацетилен.

Алкадиены. Классификация алкадиенов. Номенклатура. Углеводороды с сопряженными двойными связями. Способы получения дивинила: из бутан-бутеновой фракции крекинггазов, из спирта (С.В. Лебедев). Получение изопрена из пентан-пентеновой фракции, из формальдегида и изобутилена.

Физические свойства. Особенности химического поведения алкадиенов с сопряженными двойными связями. Реакции присоединения водорода, галогенов, галогеноводородов.

Развитие представлений о строении бензола. Современные электронные представления о строении бензола. Гомологический ряд бензола. Номенклатура и изомерия. Физические и химические свойства бензола и его гомологов. Реакции электрофильного замещения (алкилирование, галогенирование, нитрование, сульфирование) и их механизм. Правила замещения в бензольном ядре.

Реакции присоединения: водорода, галогенов, озона. Окисление бензола и его гомологов. Толуол, ксилолы, кумол, стирол. Понятие о многоядерных ароматических углеводородах с конденсированными и неконденси-рованными ядрами.

Нафталин, его строение. Замещения в ряду нафталина.

Антрацен и антрахинон. Понятие об ароматических красителях.


Тема 24. Производные углеводородов

Галогенпроизводные. Классификация. Способы получения.

Физические свойства. Химические свойства. Реакции нуклеофильного замещения галогена (SN). Механизмы реакций. Другие реакции галогенопроизводных: дегалогенирование, дегидрогалогенирование, получение гомологов бензола реакцией Фриделя-Крафтса. Четыреххлористый углерод, 1,2-дихлорэтан, винилхлорид, хлоропрен, тетрафторэтилен и их использование.

Оксисоединения и их производные. Классификация алифатических спиртов.

Одноатомные спирты. Классификация. Изомерия. Понятие о первичных, вторичных и третичных спиртах. Номенклатура спиртов. Способы получения спиртов. Физические свойства. Водородная связь, ее влияние на температуру кипения и растворимость спиртов.

Химические свойства. Общая характеристика. Реакции со щелочными металлами, галогеноводородными кислотами, галогенидами фосфора, тионилхлоридом. Образование простых и сложных эфиров.

Многоатомные спирты. Классификация. Двухатомные спирты (гликоли). Методы получения. Физические свойства. Особенности химических свойств. Окисление. Этиленгликоль. Получение и применение.

Глицерин как представитель трехатомных спиртов. Получение из жиров, брожением сахаристых веществ и из пропилена. Физические свойства глицерина. Химические свойства: образование глицератов, галогенгидринов, сложных эфиров, дегидратация, окисление. Нитроглицерин. Применение глицерина в промышленности.

Фенолы. Изомерия и номенклатура. Выделение фенолов из каменноугольной смолы. Получение из изопропилбензола (кумола).

Физические свойства фенолов. Химические свойства. Кислотные свойства фенолов. Образование простых и сложных эфиров.

Оксосоединения. Строение, изомерия и номенклатура альдегидов и кетонов. Получение альдегидов и кетонов.

Получение ароматических карбонильных соединений.

Физические свойства. Химические свойства. Реакции присоединения к карбонильной группе водорода, синильной кислоты, магнийорганических соединений.

Реакции присоединения-отщепления. Образование полуацеталей и ацеталей. Окисление альдегидов и кетонов. Качественные реакции на альдегидную группу: реакция серебряного зеркала, восстановление фелинговой жидкости. Использование альдегидов для синтеза полимерных материалов.

Карбоновые кислоты и их производные. Классификация карбоновых кислот.

Одноосновные кислоты. Изомерия. Номенклатура. Природа карбоксильной группы. Способы получения кислот.

Физические свойства. Химические свойства. Общая характеристика. Кислотность. Индуктивный эффект и сила кислот. Получение и свойства функциональных производных кислот: галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов и нитрилов. Механизм реакции этерификации.

Высшие жирные кислоты. Мыла. Жиры.

Предельные двухосновные кислоты. Их химические свойства.

Адипиновая кислота. Терефталевая кислота.

Непредельные одноосновные кислоты – акриловая и метакриловая. Сложные эфиры акриловой и метакриловой кислот. Акрилонитрил.

Производные угольной кислоты. Фосген. Мочевина.

Тема 25. Азотсодержащие органические соединения

Нитросоединения. Общая формула. Строение нитрогруппы. Получение нитросоединений.

Физические свойства нитросоединений. Химические свойства. Восстановление нитросоединений в нейтральной, щелочной и кислой средах.

Амины. Строение, изомерия, классификация. Первичные, вторичные и третичные амины. Получение аминов из галогенпроизводных восстановлением нитросоединений, нитрилов. Значение реакции Зинина для развития анилинокрасочной промышленности. Физические свойства аминов. Химические свойства. Основность аминов. Образование солей, алкилирование, ацилирование, действие азотистой кислоты. Четвертичные аммониевые основания и соли.

Диазо- и азосоединения ароматического ряда. Реакция диазотирования и ее механизмы. Строение и таутомерия диазосоединений.

Азосоединения. Связь между строением и окраской органических соединений. Хромофорные и ауксохромные группы.

Производные изоциановой кислоты. Изоцианаты. Получение уретанов.

Тема 26. Серосодержащие соединения

Меркаптаны, их строение, свойства. Алифатические и ароматические сульфокислоты. Реакции сульфирования, сульфохлорирования и десульфирования. Хлорангидриды и амиды сульфокислот. Сульфоксиды.

Тема 27. Аминокислоты

Аминокислоты. Классификация и номенклатура. Получение аминокислот гидролизом белков, из галогензамещенных кислот.

Физические свойства. Химические свойства. Общая характеристика. Амфотерные свойства. Понятие о биполярном ионе. Изоэлектрическая точка. Реакция по карбоксильной группе и аминогруппе. Полипептиды.

Тема 28. Углеводы

Углеводы как особая группа оксиальдегидов и оксикетонов. Классификация углеводов. Распространение углеводов в природе и их практическое значение. Моносахариды. Классификация. Стереохимия моносахаридов. D- и L-ряды моносахаридов. Глюкоза как представитель моносахаридов (моноз). Открытая и циклическая (полуацетальная) форма глюкозы. Мутаротация.

Анноза и галактоза. Фруктоза как представитель кетогексоз, ее строение.

Химические свойства моносахаридов. Реакции альдегидной группы:

реакция серебряного зеркала, восстановление фелинговой жидкости, взаимодействие с синильной кислотой. Реакции гидроксильных групп: с метиловым спиртом, с йодистым метилом, с уксусным альдегидом. Эпимеризация.

Дисахариды: мальтоза, целлобиоза и сахароза. Образование дисахаридов при неполном гидролизе крахмала и целлюлозы.

Полисахариды: крахмал и целлюлоза. Распространение в природе. Продукты гидролиза крахмала. Применение крахмала и декстринов в промышленности. Целлюлоза как основа растительного мира.

Нитроцеллюлоза (коллоксилин и пироксилин) и ее практическое применение.

Тема 29. Гетероциклические соединения

Понятие о строении гетероциклических соединений. Распространение гетероциклических соединений в природе и их значение. Гетероциклические пятичленные соединения с ароматическим характером; влияние гетероатомов на их ароматичность. Общая характеристика свойств.

Индол и индиго. Шестичленные гетероциклы. Пиридин: строение, ароматичность, основность, особенности распределения электронной плотности. Реакции нуклеофильного и электрофильного замещения. Винилпиридины и их полимеризация. Понятие об активных красителях.


Раздел 5 ХИМИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ


Тема 30. Классификация высокомолекулярных соединений

Высокомолекулярные соединения, их роль в природе. Значение природных и синтетических высокомолекулярных соединений в кожевенном и меховом производстве.

Классификация высокомолекулярных соединений по различным признакам в зависимости от области их использования и происхождения. изотактические, синдиотактические и атактические полимеры. Гомополимеры, сополимеры.

Тема 31. Реакции полимеризации и поликонденсации

Полимеризация. Типы реакции полимеризации: Цепная (радикальная, ионная) и ступенчатая. Влияние строения мономера на его способность к полимеризации.

Радикальная полимеризация. Закономерности радикальной полимеризации. Стадии процесса. Ионная полимеризация, закономерности процесса. Влияние строения мономера (природа заместителя) на протекание процесса ионной полимеризации. Катионная и анионная полимеризация. Соединения, использующиеся для реакции поликонденсации. Способы проведения реакций поликонденсации.

Тема 32. Химические превращения полимеров

Реакции высокомолекулярных соединений. Реакция гидролиза поливинилацетата. Хлорирование поливинилхлорида. Реакции омыления полиметилметакрилатов. Озонирование полиэтилена и полипропилена. Реакции деструкции полимеров.

Тема 33. Строение полимеров, их агрегатные и фазовые состояния

Аморфные полимеры. Физические состояния аморфных полимеров: стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее. Термомеханические кривые полимеров: температура стеклования и температура текучести полимеров. Пластификация полимеров. Внутриструктурная и межструктурная пластификация.

Методы исследования структуры полимеров: электронная и оптическая микроскопии, рентгеноструктурный анализ, инфракрасная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс и др.

Тема 34. Растворы полимеров и их свойства

Особенности процессов растворения полимеров. Растворы полимеров неэлектролитов. Набухание полимеров: ограниченное и неограниченное. Факторы, влияющие на набухание полимеров. Растворы полимеров электролитов (полиэлектролитов): поликислот, полиоснований, полиамфолитов. Влияние степени диссоциации и рН полиэлектролитов на вязкость растворов и другие свойства полимеров.

Тема 35. Отдельные представители высокомолекулярных соединений

Полиэтилен. Полипропилен. Поливинилхлорид. Перхлорвинил. Натуральные и синтетические каучуки. Фенолформальдегидные смолы – новолачные и резольные. Аминосмолы: мочевиноформальдегидные, меламиноформальдегидные, дициандиамидформальдегидные (анионные, катионные). Модифицированные аминосмолы, обладающие полифункциональными свойствами. Полиакрилаты, дисперсии полиакрилатов. Пленкообразователи для отделки кож.

Химические волокна: ПВХ, ПХВ, полиакрилонитрил, поливинилпирролидон, ПВС.

Тема 36. Механические и термомеханические свойства полимеров

Механические свойства высокомолекулярных соединений. Релаксационные процессы в полимерах. Зависимость деформации от продолжительности нагрузки и разгрузки: упругая, высокоэластическая, остаточная деформации.

Релаксация полимеров. Время релаксации.