Программа дисциплины «Основы минералогии и кристаллохимии» для специальности 540101. М. Химия Программу составила

Вид материала

Программа дисциплины

Содержание 1. Подготовить доклад по теме: «Процессы минералообразования в природе». Методические указания. Методические указания. Методические указания. Методические указания. Методические указания. Методические указания. Методические указания. Требования к проведению тестов и контрольных работ. Тесты по минералогии и кристаллографии. Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

Подобный материал:

• Программа дисциплины дпп. Ф. 13 Основы минералогии и кристаллохимии цели и задачи дисциплины, 194.23kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Спектральные методы анализа» для специальности 020101, 175.88kb.
• Программа учебной дисциплины «Органическая химия и основы супрамолекулярной химии», 531.6kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 01 Неорганическая химия для студентов специальности 020101, 373.27kb.
• Программа дисциплины опд ф. 12. Методика преподавания химии для студентов специальности, 140.35kb.
• Программа дисциплины дс методы разделения и концентрирования Форма обучения: дневная, 179.32kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 07 Квантовая механика и квантовая химия для студентов, 125.2kb.
• Рабочая программа дисциплина ‹‹Неорганическая химия›› опд. Ф. 02 Специальность 020101, 343.5kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины для специальности 1-43 01 02 "Электроэнергетические, 78.65kb.
• Программа дисциплины опд. Ф. 11 Строение вещества для студентов направления 020100, 122.63kb.

1. Подготовить доклад по теме: «Процессы минералообразования в природе».

Методические указания.

При подготовке доклада на тему: «Процессы минералообразования в природе» обратить внимание на эндогенные процессы минералообразования (Среди эндогенных процессов минералообразования главными являются магматические, пегматитовые и пневматолитово-гидротермальные) и магматические процессы (прежде, чем рассматривать собственно магматические процессы минералообразования, необходимо дать определения что такое магма и лава).

Раздел 2. Камни. Технические и драгоценные камни, самоцветы. Руды.

Тема: Камни. Технические камни, полудрагоценные и драгоценные камни.

Задание:

1. Подготовить сообщение «Целебные и магические свойства камней».

Методические указания.

При подготовке сообщения на темy: «Целебные и магические свойства камней» необходимо обратить внимание студентов, на существование науки - литотерапии (лечение камнями).

2. Подготовить сообщение «Основные камни знаков зодиака».

Методические указания.

При подготовке сообщения на тему: «Основные камни знаков зодиака» обратить внимание на характер человека родившегося под определенным знаком зодиака, его традиционный талисман, амулет.

3. Подготовить сообщение «Украшения из самоцветов».

При подготовке сообщения на тему: «Украшения из самоцветов» обратить внимание на влияние различных самоцветов на здоровье человека.

4. Подготовить сообщение «Минералы, образующиеся за счет внутренней энергии Земли».

Методические указания.

При подготовке сообщения на тему: «Минералы, образующиеся за счет внутренней энергии Земли» обратить внимание на пневматолитовое происхождение минералов. Пневматолитовые минералы – это халькопирит, турмалины и т.д.

5. Решить задачи по данной теме.

Выполнение заданий проверяется в виде собеседования.

Литература: Беляк Е.Л., Чабарова Б.М., Щербакова В.А. В мире минералов. Учебно-методическое пособие для студентов. Тобольск, ТГПИ им. Д.И. Менделеева, 2006.

Раздел 3.Кристаллы и свойства. Строение кристаллов. Методы их исследования.

Тема: «Кристаллы и их свойства».

Задание:

1.Подготовить сообщение «Как растут природные кристаллы».

Методические указания.

При подготовке сообщения на тему: «Как растут природные кристаллы» обратите внимание на то, что при застывании в магме происходят сложные физико - химические процессы, в результате которых она распадается на ряд химических соединений.

2.Решить задачи по данной теме.

3. Подготовить сообщение: «Получение и применение кристаллов».

Методические указания.

При подготовке сообщения на тему: «Получение и применение кристаллов»

можно для примера взять самый твердый и самый редкий из природных минералов — алмаз. За всю историю человечества его добыто всего около 150 т, хотя в мировой алмазодобывающей промышленности сейчас работает почти миллион человек. Сегодня алмаз в первую очередь камень-работник, а не камень-украшение. Около 80% всех добываемых природных алмазов и все искусственные алмазы используются в промышленности. Роль алмазов в современной технике так велика, что, по подсчетам американских экономистов, прекращение применения алмазов привело бы к уменьшению мощности промышленности США вдвое.

Как и в природе, получение кристаллов из раствора сводится к двум способам. Первый из них состоит в медленном испарении растворителя из насыщенного раствора, а второй — в медленном понижении температуры раствора. Чаще применяют второй способ. В качестве растворителей используют воду, спирты, кислоты, расплавленные соли и металлы. Недостатком методов выращивания кристаллов из раствора является возможность загрязнения кристаллов частицами растворителя.


4. Подготовить сообщение: «Кристаллы и живые организмы».

Методические указания.

При подготовке сообщения на тему: «Кристаллы и живые организмы» можно рассказать о заповеднике окаменелового леса. Аризона, США. В заповеднике выстроен маленький музей, где препарируют чурбанчики окаменевшего дерева. Их распиливают и палируют. Поверхность среза, сохраняя все линии дерева, начинает сверкать красными, синими и желтыми жилками.

5. Провести эксперимент по образованию плавающих кристаллов, которым занимался Д.И.Менделеев.

Методические указания.

6.Провести химический эксперимент по выращиванию кристаллов.

Методические указания.

Выращивание кристаллов

Оборудование: поваренная соль, дистиллированная вода, воронка, стеклянная палочка, вата, стаканы.

Существуют два простых способа выращивания кристаллов из пересыщенного раствора: путем охлаждения насыщенного раствора или путем его выпаривания. Первым этапом при любом из двух способов является приготовление насыщенного раствора. В условиях школьного физического кабинета проще всего выращивать кристаллы алюмокалиевых квасцов.

Растворимость любых веществ зависит от температуры. Обычно с повышением температуры растворимость увеличивается, а с понижением температуры — уменьшается.

При охлаждении насыщенного при 40° С раствора до 20° С в нем будет находиться около 15 г избыточного количества квасцов на 100 г. воды. При отсутствии центров кристаллизации это вещество может оставаться в растворе, т. е. раствор будет пересыщенным.

С появлением центров кристаллизации избыток вещества выделяется из раствора, и при каждой данной температуре в растворе остается то количество вещества, которое соответствует коэффициенту растворимости при этой температуре. Избыток вещества пз раствора выпадает в виде кристаллов, число которых тем больше, чем большее число центров кристаллизации содержится в растворе. Центрами кристаллизации могут служить загрязне­ния на стенках посуды с раствором, пылинки, мелкие кристаллики квасцов. Если дать выпавшим кристалликам подрасти в течение суток, то среди них найдутся чистые и совершенные по форме экземпляры. Они могут служить затравками для выращивания крупных кристаллов.

Для выращивания крупного кристалла в тщательно отфильтрованный насыщенный раствор вносят кристаллик — затравку, заранее прикрепленный на волосе или топкой леске, предварительно обработанной спиртом.

Можно вырастить кристалл и без затравки. Для этого волос или леску обрабатывают спиртом и опускают в раствор так, что бы конец висел свободно. На конце волоса или лески может начаться рост кристалла.

Если для выращивания приготовлен крупный затравочный кристалл, то его лучше вносить в слегка подогретый раствор. Раствор, который был насыщенным при комнатной температуре, при температуре на 3—5° С выше комнатной будет ненасыщенным. Кристалл-затравка начнет растворяться в нем и потеряет при этом верхние, поврежденные и загрязненные слои. Это приведет к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура станет комнатной, раствор вновь станет насыщенным, и растворение кристалла прекратится. Если стакан с раствором прикрыть так, чтобы вода из раствора могла испаряться, то вскоре раствор станет пересыщенным и начнется рост кристалла. Во время роста кристалла стакан с раствором лучше всего держать в теплом сухом месте, где температура в течение суток остается постоянной. На выращивание крупного кристалла в зависимости от условий эксперимента может потребоваться от нескольких дней до нескольких недель.

Порядок выполнения работы:

1. тщательно промыть 2 стакана и воронку и подержать их над паром
   
2. Налить 100 гр. дистиллированной воды в стакан и нагреть ее до 30⁰С. Приготовить насыщенный раствор соли и слить его через ватный фильтр в чистый стакан. Закрыть стакан крышкой. Подождать пока раствор остынет до комнатной температуры и открыл стакан. Через некоторое время начнется выпадание кристаллов.
   
3. Через сутки слить раствор через ватный фильтр в чистый стакан. Среди множества кристаллов оставшихся на дне первого стакана выбрать самый чистый кристалл правильной формы. Прикрепить кристалл – затравец к нитке и подвесил его в раствор. Поставить стакан в теплое место.
   
4. Рост кристалла происходит в течение 61 дня. Кристалл – затравка имеет вытянуто – овальную форму. После помещения затравки в раствор рост кристалла не происходит, а наоборот он растворяется, так как температура была на 3 – 9⁰С выше комнатной и раствор становится не насыщенным, при этом он теряет верхние, поврежденные слои, что приводит к увеличению прозрачности будущего кристалла. Когда температура становится комнатной, раствор вновь становится насыщенным, и растворение кристалла прекращается. Начинается рост кристалла. За счет испарения воды из раствора темп роста кристалла увеличивается.
   

К выступающим частям кристалла – вершинкам и ребрам – вещество поступает в большем, чем к серединам граней количестве, поэтому градиенты концентрации (пресыщения) возникают и вдоль поверхности. Пока размеры кристалла невелики, малы и градиенты пересыщений, кристалл обычно растет плоскогранным. Причина этого заключается в том, что слои роста имеют повышенные скорости продвижения по поверхности по сравнению со скоростью возникновения новых слоев. Однако, с увеличением кристалла градиенты пересыщений вдоль граней возрастают и кристалл растет по всей своей площади.

В дальнейшем рост кристалла соли происходит нормально.

5. В конце срока выращивания вытащите кристалл соли из раствора, тщательно осушите салфеткой и измерьте его. Кристалл соли увеличивается в три раза от начальных размеров затравки. На этом выращивание кристалла соли завершается.
   

7. Подготовить сообщение: «Признаки жизни кристалла».

Методические указания.

При подготовке сообщения на тему: «Признаки жизни кристалла» обратите внимание на:

Во-первых, если кристаллы находятся при некоторой конечной температуре, составляющие его атомы или молекулы обязаны совершать тепловые колебания. Лучше скажем так: они обязаны участвовать в комбинированном колебательном движении всего ансамбля атомом, образующих кристалл. Интенсивность этого движения растёт с температурой.

Во-вторых, атомы обязаны принимать участие ещё в иных колебания, интенсивность которых от температуры не зависит.

В - третьих, атомы в кристалле, подчиняясь законам термодинамики, обязаны блуждать по решётке, иногда меняя временные позиции осёдлости.

Попросту говоря, они обязаны диффундировать.

И, в-четвёртых, все электроны, имеющиеся в кристалле, обязаны непрерывно двигаться.


Литература: Шаскольская М.П. Кристаллы.- 2-е изд., -М.: Наука. Главная редакция физико- математической литературы, 1985.


Приложение №3

Содержание текущего и промежуточного контроля и методические указания к его проведению

Требования к проведению тестов и контрольных работ.

Тестирование магистрантов проводится во время полусеместровой аттестации, а также перед проведением экзамена по предмету.

Тесты по минералогии и кристаллографии.

1. Какими научными методами пользовались наши предки, чтобы составить достаточно правильное представление о строении Земли?
   а. сейсмическим методом

   б. наблюдениями

   в. наскальными рисунками
   г. сказаниями и легендами
 
2. Какие оболочки Земли можно назвать внутренними?
   а. ядро
   б. земную кору

   в. мантию и ядро

   г. литосферу и мантию
 
3. Земная кора толще...
   а. под океанами

   б. под материками

   в. везде одинакова
 
4. Движение земной коры зависит...
   а. от времени года

   б. от внутренних сил Земли

   в. от внешних сил Земли
   г. т состояния атмосферы
 
5. Земная кора под материками состоит из...
   а. гранитов и базальтов
   б. осадочных пород

   в. из всех вышеназванных пород

 
6. Верхний покров материковой земной коры  это...
   а. гранитный слой
   б. базальтовый слой

   в. осадочный слой

   г. магма
 
7. Осадочные породы образовались вследствие...
   а. землетрясений
   б. вулканизма
   в. действия цунами

   г. разрушения других пород

 
8. Магматические породы образовались вследствие действия...

   а. внутренних сил Земли

   б. внешних сил Земли
   в. внутренних и внешних сил Земли
 
9. В каком состоянии, по мнению ученых, находятся породы мантии и ядра?
   а. в жидком
   б. в газообразном
   в. в твердом

   г. в вязком

 
10. Температура горных пород в шахте с глубиной...

   а. увеличивается

   б. уменьшается
   в. не изменяется
   г. зависит от времени суток
  
11. Из твердых минералов и горных пород состоит...
   а. мантия
   б. ядро

   в. земная кора

 
12. Какая часть земного шара твердая и одновременно пластичная...

   а. мантия

   б. ядро
   в. земная кора
 
13. В центре Земли находится...
   а. мантия
   б. эпицентр

   в. ядро

   г. земная кора
 
14. Излившаяся на земную поверхность глубинная масса называется...
   а. кратер

   б. лава

   в. вулканический туф
   г. магма
 
15. Можно ли по географической карте определить, плоская равнина или холмистая?

   а. можно

   б. нельзя
   в. можно с помощью циркуля
 
16. Как можно по географической карте определить высоту гор?

   а. по шкале высот и глубин

   б. по градусной сетке
   в. по масштабу
   г. все ответы правильные
 
17. Горы разрушаются в результате действия...
   а. внутренних сил Земли
   б. внешних сил Земли

   в. внутренних и внешних сил Земли

 
18. Примерами высоких гор могут быть...
   а. Уральские

   б. Кавказские

   в. Крымские
   г. Карпаты
 
19. Где на Земле чаще всего случаются извержения вулканов?
   а. на равнинах
   б. в горах
   в. на островах Северного Ледовитого океана

   г. на островах и побережье Тихого океана

 
20. В газетных публикациях часто сообщается о том, что загрязнение воздуха наносит ущерб памятникам искусства. С чем связан этот процесс?
   а. с физическим выветриванием

   б. с химическим выветриванием

   в. с биологическим выветриванием
 
22. Горы и равнины бывают...
   а. только на суше

   б. на суше и в Мировом океане

   в. на суше и в шельфовой зоне
 
23. Заповедник «Долина гейзеров» находится...

   а. на Камчатке

   б. в Крыму
   в. под Москвой
   г. на Кавказе
 24. Наивысшая точка Земли имеет высоту...
   а. 8884 м

   б. 8848 м

   в. 8000 м
   г. 8888 м
 
25. Каким цветом на физической карте обозначаются низменности?
   а. голубым

   б. зеленым

   в. желтым
   г. коричневым
 
26. Какое выветривание происходит под действием водных растворов?
   а. физическое

   б. химическое

   в. органическое
   г. неорганическое
 
27. Терриконы - это
   а. волны в океане
   б. насекомые

   в. отвалы пустой породы

   г. вид оврагов
 
28. Причиной образования оврагов является...
   а. вулканическая деятельность

   б. деятельность текучих вод

   в. деятельность ветра
   г. деятельность осадков
 
29. Какие формы рельефа созданы ветром?
   а. овраг

   б. дюна

   в. балка
   г. возвышенность
 
30. Какое выветривание происходит без смены состава горных пород и минералов?

   а. физическое

   б. химическое
   в. органическое
  
31. Какое выветривание происходит под действием бактерий, лишайников и других растений и животных?
   а. физическое
   б. химическое

   в. органическое

   г. биологическое
  
32. Барханы образуются в результате...
   а. вулканической деятельности

   б. деятельности ветра

   в. деятельности текучих вод
   г. всего вместе
  
33. Какое выветривание происходит со сменой состава горных пород и минералов?
   а. физическое

   б. химическое

   в. органическое
   г. биологическое
 
34. Уголь, нефть, поваренную соль добывают...

   а. в осадочных породах земной коры

   б. в магматических породах земной коры
   в. в верхних слоях мантии
   г. в центре земного ядра
 
35. Какие полезные ископаемые относятся к топливным?
   а. фосфориты, уголь

   б. нефть, газ, уголь, торф

   в. торф, поваренная соль
   г. все полезные ископаемые
 
36. Как используются в хозяйстве нерудные полезные ископаемые?

   а. для производства удобрений

   б. для выпуска черных металлов
   в. для выпуска цветных металлов
   г. в хозяйстве не используются
 
37. Какие металлы называются «цветными»?
   а. сталь, железо

   б. медь, алюминий, свинец, олово, цинк

   в. только золото и медь
   г. только олово и цинк
 
38. Где на Земле расположены основные месторождения нефти?
   а. в горах
   б. на равнинах

   в. на шельфах

   г. в океанических впадинах
 
39. Как транспортируют нефть?
   а. по железной дороге

   б. по нефтепроводам

   в. самолетами
   г. все ответы правильные
 
40. К магматическим горным породам относится...
   а. каменный уголь

   б. гранит

   в. мрамор
   г. песчаник
 
41. Неорганические осадочные горные породы могут быть...
   а. глубинными

   б. обломочными

   в. излившимися
 
42. Что объединяет вулканы, горячие источники, гейзеры?
   а. горячая вода
   б. излившаяся магма
   в. образование горных пород

   г. вулканизм

 
43. К метаморфическим горным породам относится...
   а. торф

   б. кварцит

   в. базальт
   г. глина
 
44. Какая из горных пород широко применяется в строительстве?
   а. базальт
   б. кварцит
   в. каменный уголь

   г. гранит

 
45. Магматические горные породы могут быть...
   а. органическими и неорганическими

   б. глубинными и излившимися

   в. обломочными и химическими
   г. глубинными и обломочными

Экзамен проводится в 10 семестре по всему курсу. В экзаменационные билеты включены вопросы изученных тем. Экзаменационные вопросы утверждаются на заседании кафедры. Экзамен – это заключительный контрольный акт, поэтому недостатки ответа необходимо указать сразу, иначе при выставлении оценки у студента могут возникнуть претензии.

Примерный перечень вопросов к экзамену по курсу

«Основы минералогии и кристаллохимии»

1.Физические свойства минералов. Цвет, черта и блеск минералов.

2.Физические свойства минералов. Спайность и излом, твердость и плотность минералов.

3.Происхождение минералов.

4.Воздействие минералов на организм человека.

5.Классификация минералов. Основные группы минералов.

6.Строение минералов. Минералы, определение.

7.Породообразующие минералы.

8.Драгоценные и поделочные камни.

9.Строение Солнечной системы.

10.Формы и размеры Земли.

11.Внешние и внутренние оболочки Земли.

12.Химический состав Земли.

13.Строение земной коры, мантии и ядра.

14.Химический состав земной коры.

15.Кристалл. Определение кристалла. Кристаллохимия.

16.Симметрия в кристаллах.

17.Форма кристаллов.

18.Закон постоянства двугранных углов. Отклонения от закона.

19.Свойства кристаллов.

20.Химический состав минералов.

21.Рост кристаллов.


Перечень примерных контрольных вопросов и заданий

для самостоятельной работы

1. Отличие аморфного состояния вещества от кристаллического.
   
2. Приведите примеры веществ, обладающих молекулярной, атомной,
   
3. ионной решеткой. Каковы их физические свойства? в чем различие между этими решетками?
   
4. Расскажите о природных соединениях алюминия. Что такое
   

алюмосиликаты? Какие драгоценные камни представляют собой соединения алюминия?

5. Расскажите о драгоценных камнях семейства кремнезема.
   
6. Основные задачи геохимии.
   
7. Что такое флюорит и каково его применение?
   
8. Навеску доломита (минерал, содержащий карбонаты кальция и магния)
   

массой 20 г растворили в избытке соляной кислоты. При этом получили 4,48 (н.у.) газа и 1,6 г остатка, нерастворимого в соляной кислоте. Определите процентное содержание карбонатов в составе минерала.

9. Массовая доля водорода в кристаллогидрате тетрабората аммония
   
10. составляет 0,0606. Вывести формулу кристаллогидрата.
    
11. При обжиге 0,5 т пирита, содержащего 48% серного колчедана,
    
12. получили 192 кг оксида серы (IV). Вычислите массовую долю выхода оксида серы (IV) от теоретически возможного.
    
13. Какие два элемента вместе составляют 75% от массы земной коры?
    

12. Отличие минерала от горной породы.
    

Задания для проведения срезового контроля знаний магистрантов

I вариант

1. В чем заключается отличие между горной породой и полезным

ископаемым?

2. В чем отличие драгоценных камней от других камней?

3. Для анализа железой руды, содержащей FeO и Fe₂O₃, два образца

массой 0,1 г растворили в соляной кислоте. Растворы обработали

хлоридом олова (II), избыток которого удалили хлоридом ртути (II). В

первом растворе на окисление ионов Fe²⁺ израсходовали 12,5 мл

раствора перманганата калия, содержащего 3,16 г КМnO₄ в 1 л раствора,

во втором также 12,5 мл раствора дихромата калия, содержащего 4,9 г

K₂Cr₂O₇ в 1 л раствора. Напишите уравнения проведенных реакций и

вычислите массовую долю (%) железа в руде.

4.Определите массовую долю и молярную концентрацию хлорида

кальция в растворе, если 5 г его кристаллогидрата (СаСl₂•6Н₂О)

растворили в 15 мл воды (ρ г/мл=1,1).

II вариант

1.Чем отличаются понятия «минерал» и «горная порода»?

2.Чем отличаются самоцветы от прочих камней?

3.Вычислите массу железа, которую можно выплавить из красного железняка количеством вещества 100 моль.

4.Вычислить массу меди, которую можно получить из 2 т руды, содержащей 10% минерала халькозина (Cu₂S) при выходе 90%.