Задачи изучения дисциплины: развитие коммуникативных и социокультурных способностей и качеств; овладение умениями и навыками самосовершенствования. Структура дисциплины
| Вид материала | Документы |
- Задачи изучения дисциплины: развитие коммуникативных и социокультурных способностей, 4513.39kb.
- Задачи дисциплины овладение теоретическими знаниями в области технологии передачи, 122.14kb.
- Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 9 з е. (324 часа), 1000.46kb.
- «Профконсультирование» Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет: Цель дисциплины, 15.44kb.
- Аннотация примерной программы учебной дисциплины Экономика и социология труда Цели, 48.2kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины «Психолого-педагогический практикум» вузовского, 877.91kb.
- Программа дисциплины гсэ. Ф. 02 «Физическая культура» Цели и задачи дисциплины. Целью, 480.86kb.
- Примерная программа дисциплины учебно-исследовательская работа направление подготовки, 183.34kb.
- Задачи дисциплины, 36.83kb.
- Программа учебной дисциплины «Анализ финансовой отчетности банка», 183.77kb.
Получение и свойства меркаптанов, сульфидов, полисульфидов. Характеристика сульфоксидов и сульфонов.
Номенклатура, изомерия и получение сульфокислот алифатического и ароматического рядов. Физические свойства. Химические свойства. Реакции нуклеофильного замещения сульфогруппы. Функционалые производные сульфокислот – хлорангидриды и амиды. Сравнение свойств карбоксильной и сульфогрупп. Сульфаниламидные препараты.*
Строение нитрогруппы. Номенклатура, изомерия и классификация нитросоединений. Методы получения: нитрованием углеводородов по Коновалову, из галогенпроизводных, нитрованием ароматических соединений, нитрование через стадию нитрозосоединений. Физические свойства. Химические свойства. Восстановление - каталитическое и химическое - в амины. Общая схема восстановления ароматических соединений в кислой, нейтральной и щелочной средах. Перегруппировки промежуточных продуктов восстановления нитробензолов: фенилгидроксиламинов - синтез аминофенолов, перегруппировка Валлаха, бензидиновая, семидиновая, дифенилиновая перегруппировки. Частичное восстановление динитробензолов. Конденсация о-нитротолуола с альдегидами. Отличие свойств нитросоединений от эфиров азотистой кислоты. Действие щелочей на первичные и вторичные нитросоединения Таутомерия фенилнитрометана. Гидролиз нитросоединений. Взаимодействие с азотистой кислотой. Конденсация с альдегидами. Взрывоопасность нитросоединений.*
Строение, номенклатура, классификация, изомерия.
Получение из галогенпроизводных по Гофману, по Габриэлю, из спиртов с аммиаком, восстановительным алкилированием карбонильных: соединений по Лейкарту, восстановлением азотсодержащих производных карбонильных соединений и карбоновых кислот. Механизм реакций Гофмана и Курциуса. Получение из нитросоединений восста новлением каталитическим и химическим.
Геометрия молекулы аммиака и аминов. Физические свойства. Сравнение основности ароматичесих и алифатических аминов.
Химические свойства. Алкилирование и образование четвертичных солей, их строение и свойства. Ацилирование аминов и применение этого процесса для защиты аминогруппы и разделения смесей первичных, вторичных и третичных аминов.
Влияние аминогруппы на свойства бензольного ядра. Влияние заместителей на основность анилинов. Сульфаниламидные препараты.*
Спектральный анализ аминов и замещенных амидов.
Реакция диазотирования, механизм и условия ее проведения. Строение солей диазония. Различные формы диазосоединений. Схема Ганча.
Реакции диазосоединений с выделением азота: нуклеофильное замещение и радикальные реакции. Азосочетание как реакция электрофильного замещения в ароматическом ядре. Диазо- и азосоставляющие, их реакционная способность в зависимости от заместителей в ароматическом ядре. Условия сочетания с аминами и фенолами, Получение аминоазосоединений (триазенов), их таутомерия и превращение в соли диазония. Азокрасители. Индикаторные переходы.
Строение и способы получения алифатических диазосоединений. Применение диазометана в качестве метилирующего агента, его реакция с карбонильными соединениями. диазометан как источник карбенов. Получение и устойчивость диазоуксусного эфира, его взаимодействие с алкенами.
Амфотерный характер аминокислот. Изоэлектрическая точка. Понятие о биполярном ионе. Бетаины. Реакции, отличающие α-, β-, γ-аминокислоты. Лактамы. Важнейшие типы α -аминокислот - компонентов белков.* Синтез пептидов. Способы защиты аминогруппы и активация карбоксильной группы аминокислот. Определение структуры пептидов.
Модуль 6. Гетероциклические соединения. Углеводы.
Промышленный органический синтез
Тема 13 Гетероциклические соединения
Определение. Классификация. Пятичленное кольцо с одним гетероатомом (фуран, тиофен, пиррол). Общие методы получения из ациклических соединений. Взаимные превращения по Юрьеву. Ароматичность гетероциклов и ее причины. Влияние гетероатома на свойства пятичленных гетероциклов - их ароматичность и непредельность. Реакции зектрофильного замещения в ряду фурана, тиофена и пиррола. Реакции гидрирования и окисления. Фуран в диеновом синтезе.
Получение и свойства пирролкалия и пирролмагнийгалогенидов. Сопоставление со свойствами фенолятов. Конденсация α-метилпиррола с формальдегидом. Понятие о строении и биохимической роли хлорофилла и гемоглобина.*
Пятичленные циклы с двумя гетероатомами. Проблема ароматичности. Электрофильные и нуклеофильные реакции (общая характеристика на примере пиразола и имидазола).
Методы синтеза индолов. Химические свойства индолов. Восстановление водородом в момент выделения. Протонная подвижность водорода в NH-группе и ее причины. Индолилмагний бромид и индолилнатрий и их реакции. Реакции электрофильного замещения в ядре индола.
Номенклатура и синтез простейших производных пиридина. Распределение электронной плотности в его ядре. Основность атома азота, сравнение с пирролом. Реакции электрофильного замещения в ядре пиридина. N-окись пиридина и ее нитрование Использование N-окиси нитропиридина для получения амино- и хлорпиридинов. Реакции пиридина с амидом натрия (Чичибабин), едким кали, фениллитием. Нуклеофильный характер реакций. Таутомерия α- и γ-оксипиридина. Конденсация метилпиридина с альдегидами Расщепление пиридинового кольца.
Изомерия, номенклатура и синтез (по Скраупу и Дебнеру-Миллеру) простейших производных хинолина. Окисление хинолина и восстановление его водородом в момент выделения. Нитрование и сульфирование хинолина. Синтез 8-оксихинолина. Использование его в аналитической химии.* Алкалоиды ряда пиридина.*
Тема 14. Углеводы
Классификация и номенклатура. Моносахариды как основная структурная единица углеводов: альдозы и кетозы (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы). D и L-ряды. Принцип вывода стереоизомерных формул альдоз D-ряда. Циклические формулы. Фуранозы и пиранозы. Мутаротация, α- и β-стереоизомерия. Конформации моносахаридов. Химические свойства: восстановление, окисление, взаимодействие с кислотами, алкилирование, ацилирование, образование арилгидразонов и озазонов. Гликозиды, их распространение в природе. Особенности гликозидного гидроксила.
Дисахариды и их распространение в природе. Типы связей в них. Доказательста строения тростникового сахара и мальтозы. Особенности синтезов дисахаридов из моноз.
Полисахариды, их нахождение в природе и значение. Представление о строении крахмала и целлюлозы. Химические свойства крахмала и целлюлозы, их получение из природного сырья и использование.*
Тема 15. Промышленный органический синтез
Сырьвая база промышленного органического синтеза. Промышленные каталитические процессы переработки (этилена, пропилена, бутенов и бутадиена-1,3).
Производства фенола, стирола, циклогексанаи алкилбензолсульфонатов.
знать: правила безопасной работы в лаборатории органической химии, правила современной номенклатуры принципы классификации органических соединений, основы строения органических соединений и типы изомерии, общие принципы подхода к оценке реакционной способности органических соединений с учетом электронных эффектов, основные механизмы органических реакций, кислотно-основные свойства органических соединений, современные физико-химические методы исследования строения органических соединений и механизмов реакций с их участием, основные промышленные способы получения важнейших продуктов органического синтеза, о природных биологически-активных соединениях;
уметь: ставить учебно-исследовательский эксперимент по органическому синтезу, выполнять расчеты, составлять отчеты, пользоваться справочными материалами, определять характер химической связи, электронные эффекты в молекуле вещества и реакционную способность, составлять оптимальный путь синтеза заданного органического соединения, экспериментально определять наличие определенных видов специфических фрагментов в молекуле с помощью качественных реакций, осуществлять идентификацию с помощью комплекса физико-химических методов;
владеть: методиками синтеза основных классов органических соединений, навыками планирования и проведения органического синтеза.
Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, тесты, решение задач
Изучение дисциплины заканчивается засетом и экзаменом.
Аннотация дисциплины
Электрохимия
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зачетных единиц ( 216 час.)
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисцплины является получение студентами базовых знаний об ионных системах, о способах количественных определений их свойств с учетом ион-дипольных и ион-ионных взаимодействий, определять закономерности диффузии, миграции, конвекции. Знание термодинамики гальванических элементов позволяет решать задачи взаимопревращения вещества в энергию и обратно энергии в вещество. Усвоение знаний кинетики электродных процессов позволяют давать научное обьяснение влиянию различных факторов (температура, концентрация, гидродинамика, потенциал электрода ) на скорость гетерогенных реакций.
Задачами изучения дисциплины является: формирование у студентов общенаучных компетенций: понимание сложной взаимосвязи природных явлений и возможных антропологических воздействий на окружающую среду, усвоение базовых знаний в области электрохимии, способствующих расширению научного кругозора и формированию профессиональных компетенций.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):
| Вид учебной работы | Всего зачетных единиц (часов) |
| Общая трудоемкость дисциплины | 6 (216) |
| Аудиторные занятия: | 2,5 (90) |
| лекции | 1 (36) |
| практические занятия | 0,5(18) |
| лабораторные работы | 1 (36) |
| Самостоятельная работа: | 2,5 (90) |
| изучение теоретического курса | 1 (36) |
| задачи | 0,75 (27) |
| оформление и подготовка к защите лабораторных работ | 0,75 (27) |
| Вид итогового контроля - экзамен | 1 (36) |
Основные дидактические единицы
Модуль 1. Термодинамика растворов электролитов
Тема 1. Предмет и методы электрохимии.
Основные понятия. Обратимые и необратимые электрохимические системы. Законы Фарадея.
Тема 2. Теория электролитической диссоциации.
Предпосылки возникновения теории электролитической диссоциации. Основные положения теории диссоциации Аррениуса. Ионные равновесия в растворах слабых электролитов. Гидролиз. Буферные растворы. Недостатки теории диссоциации Аррениуса.
Тема 3. Ион-дипольное взаимодействие в растворах электролитов.
Механизм образования растворов электролитов. Энергия кристаллической решетки. Энергия сольватации. Реальная и химическая энергия сольватации. Энтропия сольватации и числа сольватации.
Тема4. Ион-ионное взаимодействие в растворах электролитов. Термодинамическое описание равновесий в растворах электролитов. Среднеионные значения активности и коэффициентов активности. Применение термодинамического подхода к описанию равновесий в растворах электролитов ( Кд, ПР). Теория сильных электролитов Дебая-Хюккеля. Уравнение Пуассона и ионная атмосфера. Зависимость протяженности ионной атмосферы от температуры, ионной силы раствора, природы растворителя и зарядности иона. Первое и второе приближение теории Дебая-Хюккеля. Современный подход к описанию термодинамики электролитов.
Модуль 2. неравновесные явления в растворах электролитов
Тема 1. Общая характеристика неравновесных явлений.
Диффузия и миграция, конвекция. Коэффициент диффузии иона и подвижность иона. Эффективный коэффициент диффузии электролита. Уравнение Нернста-Эйнштейна и Стокса-Эйнштейна для коэффициента диффузии иона.
Тема 2. Удельная и молярная электропроводности электролита.
Методы измерения электропроводности. Уравнение Оствальда, выраженное через электропроводность. Расчет константы диссоциации и предельной молярной электропроводности слабого электролита. Уравнение Кольрауша для сильных электролитов. Эквимолярная электропроводность электролита.
Тема 3. Числа переноса.
Методы определения чисел переноса. Метод Гитторфа, метод подвижной границы. Зависимость подвижности, электропроводности и чисел переноса от концентрации, температуры и природы растворителя.
Тема 4. Электропроводность сильных электролитов.
Уравнение электропроводности электролитов Дебая-Хюккеля-Онзагера. Эффекты Вина и Дебая Фалькенгагена. Подвижность ионов гидроксония и гидроксида. Расплавы и твердые электролиты. Электропроводность неводных растворов. Ионные сверхпроводники.
Модуль 3. Основы термодинамики электрохимических систем
Тема 1. Равновесие на границе электрод-электролит.
Электрохимический потенциал. Внутренний, внешний , поверхностный и гальванический потенциал. Равновесие в электрохимической цепи. ЭДС электрохимической цепи. Электродный потенциал. Уравнение Нернста для электродного потенциала.
Тема 2. Типы электродов.
Электроды первого, второго рода. Окислительно-восстановительные электроды. Электроды сравнения. Применение значения стандартного электродного потенциала для расчета термодинамических функций реакции, протекающей в гальваническом элементе.
Тема 3. Классификация электрохимических цепей.
Химические цепи. Концентрационные цепи без переноса и с переносом
( катионного и анионного типа ). Диффузионный потенциал. Определение чисел переноса методом ЭДС. Сложные электрохимические цепи. Элемент Вестона.
Тема 4. Применение метода ЭДС для расчета различных физико-химических величин.
Определение РН раствора, константы равновесия, произведения растворимости, среднего значения активности и коэффициентф активности электролита, константы стойкости комплекса и его состава.
Модуль 4. Модели строения двойного электрического слоя
Тема 1. Связь электрических и адсорбционных явлений на границе раздела фаз.
Двойной электрический слой. Способы изучения двойного электрического слоя. Уравнение Гиббса для поверхностного натяжения.
Тема 2. Электрокапилярные и электрокинетические явления.
Уравнение Фрумкина А.Н. для электрокапиллярной кривой и проверка его выполнимости. Потенциалы нулевого заряда. Теории ЭДС электрохимической цепи. Модельные представления о строении двойного электрического слоя. Теория Гельмгольца, Гуи – Чапмена, Штерна, Грэма. Влияние строения двойного электрического слоя на кинетику электродного процесса.
Модуль 5. Основы электрохимической кинетики
Тема 1. Общая характеристика электрохимических процессов.
Поляризация электрода (массоперенос, разряд-ионизация). Виды поляризационных кривых. Уравнение поляризационной кривой в условиях лимитирующей стадии массопереноса. Метод вращающегося дискового электрода. Полярографичкский метод изучения закономерностей кинетики электродного процесса.
Тема 2. Теория замедленного разряда.
Вывод общего уравнения поляризационной кривой. Связь плотности тока и потенциала электрода при малых и больших значениях перенапряжения. Уравнение Тафеля. Закономерности «смешанной» кинетики. Импульсные методы исследования кинетики электродных процессов.
Модуль 6. прикладные аспекты электрохимии
Тема 1. Коррозия и методы ее изучения.
Изучение коррозии методом поляризационных кривых. Источники тока. Батареи электропитания и аккумуляторы.
Тема 2. Электрометаллургия.
Электрохимические процессы в растворах и расплавах. Гальваностегия и гальванопластика. Электрохимия в обогащении. Топливные элементы. Электрохимические методы анализа.
В результате изучения дисциплины студенты должны
знать:
- Перспективы развития электрохимии как теоретической базы синтетической химии, химической технологии и технологии создания новых материалов .
- Основные законы электрохимии.
- Физико-химические методы исследования электрохимических систем, термодинамика процессов и кинетика их протекания.
- Знание физико-химических закономерностей реазизуемых в электрохимических системах и применение их для создания новых технологий и получение материалов с заданными свойствами.
- Электрохимические подходы в решении задач охраны природы.
уметь:
- Применять основные законы электрохимии для обсуждения полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных.
- Проводить физико-химические методы исследования для изучения процессов, протекающих в электрохимических системах.
- Использовать методы регистрации и обработки результатов физико-химических экспериментов применительно к ионнным системам.
- Проводить оценку возможных рисков, включая экологические, на основании знания закономерностей, реализуемых в ионных системах.
- Работать с установками и приборами, применяемыми в аналитических и физико-химических исследованиях.
владеть навыками:
- Проведения химического эксперимента, использования физико-химических методов исследования термодинамики ионных систем и процессов, протекающих в электролите и на электродах.
- Работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении экспериментов.
- Оценки основных процессов, протекающих в электрохимических системах с использованием известных физико-химических моделей.
Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные работы, самостоятельная работа.
Изучение дисциплины заканчивается: зачетом, экзаменами в 7 семестре.
Аннотация дисциплины
Химическая кинетика
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 час.)
Цель изучения дисциплины – получение студентами базовых сведений по химической кинетике и катализу, необходимых для освоения специальных дисциплин, а по окончании обучения в вузе – для грамотной, эффективной работы в сфере профессиональной деятельности.
Задачам изучения дисциплины является формирование у студентов общенаучных компетенций:
- владение основами теории фундаментальных разделов химической кинетики;
- способность применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных;
- владение навыками химического эксперимента;
- овладение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;
- овладение методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов;
- овладение методами безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств, способностью проводить оценку возможных рисков;
- овладение методами отбора материала для теоретических занятий и лабораторных работ.
Структура дисциплины:
| Вид учебной работы | Всего зачетных единиц (часов) |
| Общая трудоемкость дисциплины | 6 (216) |
| Аудиторные занятия: | 2,5 (90) |
| лекции | 1 (36) |
| практические занятия (ПЗ) | 0,5 (18) |
| лабораторные работы (ЛР) | 1 (36) |
| Самостоятельная работа: | 2,5(90) |
| изучение теоретического курса (ТО) | 1 (36) |
| реферат | 0,25 (9) |
| задачи | 0,5 (18) |
| промежуточный контроль | 0,25 (9) |
| другие виды самостоятельной работы: подготовка доклада, оформление и подготовка к защите лабораторных работ | 0,25 (9) |
| 0,25 (9) | |
| Вид итогового контроля (зачет+экзамен) | 1 (36) |
Основные дидактические единицы
Модуль 1. Формальная кинетика.
Раздел 1. Введение
Тема 1. Предмет и задачи курса. Химическая кинетика как раздел физической химии. Термодинамический и кинетический критерии реакционной способности системы.
Раздел 2. Простые реакции.
Тема 2. Скорость реакции.
Понятие скорости реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции. Классификация химических реакций. Основной постулат кинетики. Порядок реакции, молекулярность.
Тема 3. Кинетика простых реакций.
Реакции первого порядка. Псевдомолекулярные реакции. Реакции второго и третьего порядка. Методы определения порядка реакции.
Раздел 3. Сложные реакции.
Тема 4. Кинетика сложных реакций.
Прямая и обратная задачи кинетики. Принцип независимости. Обратимые реакции порядка. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Релаксационные методы изучения быстрых реакций”.) Параллельные реакции. Метод конкурирующих реакций. Последовательные реакции.
Тема 5. Приближенные методы кинетики.
Метод квазистационарных концентраций. Лимитирующая стадия. Квазиравновесное приближение.
Раздел 4. Реакции в потоке.
Тема 6. Реакции в потоке
Предельные режимы проведения реакций в потоке. Условие материального баланса. Кинетика реакций в реакторах идеального смешения и идеального вытеснения. Стационарный режим кинетического процесса. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Струевые методы изучения быстрых реакций”)
Раздел 5. Влияние температуры на скорость реакции.
Тема 7. Влияние температуры на скорость реакции.
Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Методы расчета энергии активации и предэкспоненциального множителя. Тепловой взрыв. Диаграмма Семенова.
Модуль 2. Теория химической кинетики.
Раздел 6. Теория бинарных соударений.
Тема 8. Соотношения кинетической теории газов.
Уравнение Максвелла для распределения молекул по скоростям. Средняя скорость движения молекул. Диаграмма столкновений. Расчет числа столкновений.
Тема 9. Теория бинарных соударений.
Энергия активации. Константа скорости бимолекулярной реакции. Стерический фактор. Применение теории бинарных соударений к мономолекулярным реакциям.
Раздел 7. Теория активированного комплекса.
Тема 10. Основные понятия теории активированного комплекса.
Переходное состояние. Теория абсолютных скоростей реакций. Карта поверхности потенциальной энергии. Трансмиссионный коэффициент. Адиабатический процесс. Положения, лежащие в основе теории переходного состояния. Константа скорости бимолекулярной реакции. (На самостоятельное изучение выносятся вопросы “Статистический аспект теории переходного состояния” и “Пример расчета стерического фактора по теории переходного состояния”.)
Тема 11. Термодинамический аспект теории переходного состояния.
Связь константы скорости реакции с термодинамическими функциями. Физический смысл энтальпии активации.
Тема 12. Мономолекулярные и тримолекулярные реакции.
Константы скоростей мономолекулярной и тримолекулярной реакций. Температурная зависимость константы скорости тримолекулярной реакции.
Тема 13. Реакции в растворах.
Применимость теории столкновений к реакциям в растворах. Расчет константы скорости по теории активированного комплекса (уравнение Бренстеда-Бьеррума). Первичный и вторичный солевые эффекты.
Модуль 3. Кинетика специфических сложных реакций.
Раздел 8. Цепные реакции.
Тема 14. Цепные реакции.
Основные понятия кинетики цепных реакций. Кинетика разветвленных цепных реакций. Теория взрывов. Вероятностная теория цепных реакций.
Раздел 9. Фотохимические реакции..
Тема 15. Фотохимические реакции.
Основные понятия кинетики фотохимических реакций. Законы фотохимии. Скорость фотохимической реакции. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Кинетическая схема Штерна-Фольмера”.)
Раздел 10. Гетерогенные процессы.
Тема 16. Основные понятия теории гетерогенных процессов.
Диффузия и скорость диффузии. Законы Фика. Кинетика процессов в условиях стационарного и нестационарного состояния диффузионного потока. Температурная зависимость коэффициента диффузии.
Тема 17. Реакции с участием твердых тел.
Реакции твердое тело – жидкость и твердое тело – газ. Морфологические модели образования и роста зародышей. Зародышеобразование в одну стадию и в несколько стадий. Случайное зародышеобразование в объеме твердого реагента. Уравнение Ерофеева. Экспоненциальный период ускорения роста зародышей. Уравнение Праута-Томпкинса. (На самостоятельное изучение выносится вопрос “Элементарные процессы на границе раздела фаз”.)
Модуль 4. Катализ.
Раздел 11. Основные положения катализа.
Тема 18. Основные понятия кинетики каталитических реакций.
Катализаторы и ингибиторы. Специфичность и селективность катализаторов. Причины ускоряющего действия катализаторов. Классификация каталитических процессов. Гомогенный катализ. Кислотно-основной катализ. Кислотность среды. Функция Хаммета. Автокаталитические реакции.
(На самостоятельное изучение выносится вопрос “Автоколебательные реакции”.)
Тема 19. Гетерогенный катализ.
Гетерогенно-каталитические процессы. Роль адсорбции в гетерогенно-каталитических реакциях. Уравнения адсорбции Фрейндлиха и Лэнгмюра. Кинетика гетерогенно-каталитических процессов на равнодоступной поверхности. Основные направления в развитии теории гетерогенно-каталитического акта.
Раздел 12. Общее заключение.
Тема 20. Роль химической кинетики в различных областях науки и техники.
В результате изучения дисциплины студенты должны
знать:
Перспективы развития химической кинетики как теоретической базы синтетической химии и химической технологии.
Основные законы химической кинетики и катализа.
Роль кинетических факторов в геологических, атмосферных процессах, биологических и технологических системах.
Связь механизмов процессов с фиксируемыми на опыте изменениями макропараметров системы.
уметь:
Применять основные законы химической кинетики для обсуждения полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных.
Проводить физико-химический анализ процессов.
Использовать методы регистрации и обработки результатов физико-химических экспериментов применительно к системам, изменяющимся во времени.
Проводить оценку возможных рисков, включая экологические, на основании знания закономерностей, управляющих поведением анализируемых системы.
Работать с установками и приборами, применяемыми в аналитических и физико-химических исследованиях.
владеть практическими навыками
Проведения химического эксперимента, навыки использования физико-химических методов исследования систем и процессов, протекающих во времени.
Работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов.
Оценки основных кинетических параметров процессов с использованием известных физико-химических моделей.
Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные работы, самостоятельная работа.
Изучение дисциплины заканчивается: зачетом, экзаменами в 6 семестре.
Аннотация дисциплины
Химическая термодинамика
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 часов).
Цели и задачи дисциплины
Цель изучения дисциплины: – получение студентами базовых сведений по химической термодинамике и основным способам применения термодинамических методов для решения химических проблем, необходимых для освоения специальных дисциплин, а по окончании обучения в вузе – для грамотной, эффективной работы в сфере профессиональной деятельности.
Задачами изучения дисциплины является: формирование компетенций,
которые помогут раскрыть роль термодинамики при описании макроскопических многокомпонентных систем, рассмотреть основные методы экспериментального и теоретического исследования химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах, использовать термодинамический метода в химических технологиях;
- дадут возможность студентам эффективно применять в профессиональной деятельности полученные знания, умения и навыки.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы) отражена в табл. 1.
Таблица 1 – Структура дисциплины
| Вид учебной работы | Всего зачетных единиц (часов) |
| Общая трудоемкость дисциплины | 6 (216) |
| Аудиторные занятия: | 2,5 (90) |
| лекции | (36) |
| практические занятия (ПЗ) | (18) |
| лабораторные работы (ЛР) | (36) |
| Самостоятельная работа: | 2,5 (90) |
| изучение теоретического курса (ТО) | (36) |
| реферат | (9) |
| задачи | (18) |
| промежуточный контроль | (9) |
| другие виды самостоятельной работы: подготовка доклада, оформление и подготовка к защите лабораторных работ | (9) |
| (9) | |
| Вид итогового контроля (зачет+экзамен) | 36 |
Основные дидактические единицы (разделы) представлены в табл. 2.
Таблица 2 –Модули и разделы дисциплины и виды занятий в часах
(тематический план занятий)
| № п/п | Модули и разделы дисциплины | Лекции зачетных единиц (часов) | ПЗ или СЗ зачетных единиц (часов) | ЛР* зачетных единиц (часов) | Самостоятельная работа зачетных единиц (часов) |
| Модуль 1. Законы термодинамики и их применение к химическим процессам | |||||
| 1 | Введение | 0,03 (1) | | | 0,03 (1) |
| 2 | Уравнения состояния идеальных и реальных газов | 0,06 (2) | 0,06 (2) | | 0,17 (6) |
| 3 | Законы термодинамики | 0,11 (4) | 0,08 (4) | 0,34 (12) | 0,39 (14) |
| 4 | Энергия Гиббса. Энергия Гельмгольца Характеристические функции | 0,06 (2) | 0,06 (2) | | 0,17 (6) |
| 5 | Химическое равновесие | 0,08 (3) | 0,06 (2) | 0,24 (8) | 0,24 (8) |
| Модуль 2. Фазовое равновесие и теория растворов | |||||
| 6 | Термодинамика фазовых превращений | 0,17 (6) | 0,12 (4) | 0,34 (12) | 0,39 (14) |
| 7 | Растворы | 0,14 (5) | 0,06 (2) | 0,34 (12) | 0,39 (14) |
| Модуль 3. Элементы статистической и неравновесной термодинамики | |||||
| 8 | Статистическая термодинамика | 0,17 (6) | | 0,12 (4) | 0,39 (14) |
| 9 | Элементы неравновесной термодинамики | 0,17 (6) | 0,06 (2) | | 0,39 (14) |
| 10 | Общее заключение | 0,03 (1) | | | 0,03 (1) |
Примечание: *Студенты выполняют по восемь лабораторных работ, чтобы по объему времени у каждого было по 36 ч.
В результате изучения дисциплины студенты должны
знать
- перспективы развития химической термодинамики как теоретической базы синтетической химии и химической технологии,
-базовую терминологию, относящуюся к химической термодинамике, основные по-
нятия и законы термодинамики, их математическое выражение;
- роль термодинамических факторов в геологических, атмосферных процессах, биологических и технологических системах;
-основные экспериментальные и расчетные методы определения макроскопических
характеристик системы и отдельных ее составляющих веществ;
уметь
- применять основные законы химической термодинамики для обсуждения полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных,
- проводить физико-химический анализ процессов,
-моделировать химическое, фазовое равновесие, свойства растворов и проводить
численные расчеты физико-химических величин;
- проводить оценку возможных рисков, включая экологические, на основании знания закономерностей, управляющих поведением анализируемых системы,
- работать с установками и приборами, применяемыми в аналитических и физико-химических исследованиях;
владеть навыками
- проведения химического эксперимента, использования физико-химических методов исследования систем и процессов,
- работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов,
- оценки основных термодинамических параметров процессов с использованием известных физико-химических моделей.
Виды учебной работы: лекции, практические и лабораторные занятия, самостоятельная работа.
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом и зачетом в 5 семестре.
Аннотация дисциплины
Химические основы биологических процессов
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетных единиц (36 часов).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: необходимость выяснения тесной взаимосвязи между изучаемыми теоретическими положениями химии и биологических процессов, демонстрации прикладного характера химических знаний в природе.
Задачей изучения дисциплины является: формирование у студентов правильного представления об основных химических компонентах клетки, молекулярных основах биокатализа, метаболизма, современном состоянии вопросов взаимосвязи структуры и свойств важнейших типов биомолекул с их биологической функцией, а также ознакомление студентов с молекулярными аспектами физиологии человека.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):
| Вид учебной работы | Всего зачетных единиц (часов) |
| Общая трудоемкость дисциплины | 2 (72) |
| Аудиторные занятия: | 1 (36) |
| Лекции | 1 (36) |
| семинары | |
| Самостоятельная работа: | 1 (36) |
| изучение теоретического курса | 0,7 (24) |
| реферат | 0,3 (12) |
| Вид итогового контроля (зачет) | |
Основные дидактические единицы (разделы): основные положения биоэнергетики; особенности термодинамики биохимических процессов; ферментативный катализ; анаболизм и катаболизм как составные части метаболизма; структура белков и клеточных мембран; структура и функции клеточных мембран; катаболизм; переваривание и всасывание пищи; биохимические механизмы транспорта, хранения и мобилизации пищи; получение энергии из пищи; анаболизм; механизм биосинтеза жиров; механизм биосинтеза глюкозы (глюконеогенез); метаболизм аминокислот; катаболизм аминокислот; анаболизм аминокислот; фотосинтез; световая и темновая фазы фотосинтеза; хранение и переработка информации; строение нуклеиновых кислот; хранение и передача генетической информации.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: особенности структуры биомолекул (аминокислоты, пептиды, белки), сахаров, нуклеозидов, нуклеиновых кислот, жирных кислот, витаминов и микроэлементов; биокатализ, метаболизм, биополимеры и наследственность, молекулярные аспекты физиологии человека, химические аспекты происхождения жизни;
понимать принципы и основы химии живой материи, химические аспекты происхождения жизни;
иметь целостное представление: о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, понимать возможности современных научных методов познания природы и владеть ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций;
быть знакомым: с химическими основами биологических процессов и важнейшими принципами молекулярной логики живого.
Виды учебной работы: лекции, семинары.
Изучение дисциплины заканчивается сдачей зачета.
Аннотация дисциплины
Высокомолекулярные соединения
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 4 зачетных единиц (144 часа).
Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является: формирование знаний в области синтеза, свойств высокомолекулярных соединений и свойств тел, построенных из макромолекул и в формировании целостного представления о проблемах теоретической, синтетической химии высокомолекулярных соединений и ее важнейшими практическими приложениями, знание которых необходимо каждому современному химику, независимо от его последующей специализации.
Задачами изучения дисциплины являются: подготовка выпускников, знающих и владеющих основами химии высокомолекулярных соединений,
рассмотрение отличительных свойств высокомолекулярных соединений по сравнению с низкомолекулярными веществами, изложение современных тенденций в развитии науки о полимерах и рассмотрение областей применения полимеров и полимерных материалов.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы):
| Вид учебной работы | Объем дисциплины, часов/зачетных единиц |
| VIII семестр | |
| Общая трудоемкость дисциплины | 144/4 |
| Аудиторные занятия: | 70/1,94 |
| лекции | 28 / 0,78 |
| лабораторные работы (ЛР) | 42 / 1,17 |
| Самостоятельная работа: | 38/1,05 |
| изучение теоретического курса (ТО) | 13 / 0,35 |
| индивидуальные задания (РЗ) | 15 / 0,42 |
| подготовка к выполнению и защите лабораторных, работ (лр) | 5 / 0,14 |
| подготовка к сдаче тестов (ПК) | 5 / 0,14 |
| Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | 36\1 |
Основные дидактические единицы (разделы): Введение, Синтез полимеров, Химические превращения полимеров, Свойства макромолекул и полимерных тел.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать: правила безопасной работы в лаборатории химии высокомолекулярных соединений; правила современной номенклатуры; принципы классификации полимеров; основы строения полимеров и полимерных тел; основные методы синтеза высокомолекулярных соединений; современные физико-химические методы исследования строения высокомолекулярных соединений, основные промышленные способы получения важнейших полимеров;
уметь: ставить учебно-исследовательский эксперимент по синтезу полимеров, выполнять расчеты, составлять отчеты, пользоваться справочными материалами; экспериментально определять наличие определенных видов функциональных групп в макромолекуле с помощью качественных реакций;
владеть: основами теории фундаментальных разделов химии высокомолекулярных соединений, способностью применять основные законы химии при обсуждении полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз данных, навыками химического эксперимента и основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования полимеров.
Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, решение задач, реферат.
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
Аннотация дисциплины
Химическая технология
Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единиц (108 час).
Цели и задачи дисциплины
Цель изучения дисциплины – получение студентами технологического и экологического мышления, позволяющего устанавливать связь химической технологии с теоретической химией, физикой, математикой и информатикой, знаний об особенностях современном химическом производстве, формирование социально – личностных компетенций, позволяющих подготовить выпускника университета к активной творческой работе по созданию перспективных процессов, материалов и технологических схем.
Задачами изучения дисциплины является: формирование представлений о химико-технологическом процессе, изучение экономических и технологических критериев эффективности процессов, углубленное изучение путей повышения эффективности химического производства. Математическое моделирование технологических процессов.
Структура дисциплины (распределение трудоемкости по отдельным видам аудиторных учебных занятий и самостоятельной работы)
| Вид учебной работы | Всего зачетных единиц (часов) |
| Общая трудоемкость дисциплины | 3 (108) |
| Аудиторные занятия: | 1,5 (54) |
| лекции | 1 (36) |
| семинарские занятия | 0,5 (18) |
| Самостоятельная работа: | 1 (36) |
| изучение теоретического курса | 0,5 (18) |
| задачи | 0,5 (18) |
| задания | 0,5 (18) |
| Вид итогового контроля | зачет |
Основные дидактические единицы (разделы)
МОДУЛЬ 1. Общие вопросы и теоретические основы химической технологии
РАЗДЕЛ 1. Общие вопросы химической технологии
Тема 1. Химическая технология как наука и важнейшая область практической деятельности
Виды технологий. Определение химической технологии как науки. Задача химической технологии как науки. Классификация химических производств. Промышленность неорганических веществ. Промышленность органических веществ. Основные направления развития химической технологии. Пути повышения эффективности производства существующей продукции. Математическое моделирование технологических процессов. Связь химической технологии с теоретической химией, физикой, математикой и информатикой. Особенность современной химической технологии.
Тема 2. Химическое производство как сложная система
Основные этапы создания химико-технологических систем (ХТС); принципы и общая стратегия системного подхода. Роль математического моделирования в решении задач проектирования и эксплуатации ХТС. Элементы ХТС и подсистемы. Типы потоков, связывающих элементы ХТС. Материальный и энергетический балансы потоков ХТС.
Химико-технологический процесс и его содержание. Технологическая схема. Технологический режим. Экономические и технологические критерии эффективности процессов: суммарные приведенные затраты, обобщенные экологические показатели. Капитальные затраты, себестоимость продукции,
производительность труда. Критерии эффективности отдельных этапов процесса степень превращения исходного реагента: выход продукта, полная (интегральная) селективность, мгновенная (дифференциальная) селективность.
Тема 3. Термодинамический анализ
Фундаментальные критерии эффективности использования сырья и энергоресурсов в ХТП. Термодинамическая неравноценность различных форм энергии; термодинамическая шкала качества тепловой энергии. Интегральное уравнение баланса энтропии; рост энтропии в технологическом процессе. Эксергия, как мера потенциальной работоспособности системы. Уравнение баланса эксергии; связь между потерями эксергии и производством энтропии. Методы расчёта эксергии. Эксергетический анализ. Основные источники производства энтропии в технологических процессах. Основные направления повышения эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов. Математическое моделирование в эксергетическом анализе.
Тема 4. Сырьевая и энергетическая базы химической промышленности
Классификация природного, техногенного и вторичного сырья. Минеральные руды России. Нерудное сырье. Горючие ископаемые. Требования, предъявляемые к сырью. Показатели расхода различных видов сырья; относительный выход продукта. Комплексное использование сырья. Рациональное использование минерального сырья. Классификация вторичных материальных ресурсов. Принципы обогащения сырья. Рассеивание (грохочение). Гравитационное разделение. Магнитная сепарация. Флотационный метод. Вода как сырье и компонент химического производства. Промышленная водоподготовка. Атмосферный воздух в химической промышленности. Энергетическая база химической промышленности. Рациональное использование энергии: утилизация тепла продуктов реакции (регенерация и рекуперация). Энерготехнологические схемы, значение и сущность.
РАЗДЕЛ 2. Теоретические основы химической технологии
Тема 5. Химические реакторы
Классификация химических реакторов: реакторы смешения и вытеснения; адиабатические, изотермические, с промежуточным тепловым режимом и автотермические; реакторы для газофазных и жидкофазных реакций, газожидкостные реакторы, реакторы для систем газ-твердое, жидкость-твердое; периодические, непрерывнодействующие и полунепрерывные (полупериодические); стационарные и нестационарные. Основные модели химических реакторов. Моделирование изотермического реактора идеального смешения (РИС). Недостатки и достоинства РИС. Моделирование реактора идеального вытеснения (РИВ). Недостатки и достоинства РИВ. Химические реакторы с неидеальной структурой потоков. Причины отклонений от идеальности в проточных реакторах.
МОДУЛЬ 2. Процессы и аппараты химических производств
РАЗДЕЛ 3. Массообменные процессы в химической технологии
Тема 6. Классификация и типы массобменных процессов. Движущие силы и механизм массообмена
Характеристика процессов массопереноса. Массообмен. Массоотдача. Массопередача. Виды массообмена: эквимолярный и неэквимолярный. Движущие силы массообмена. Механизмы массообмена: молекулярная диффузия, конвективный перенос. Виды диффузии: молекулярная, самодиффузия, термодиффузия, бародиффузия, электродиффузия. 1-й и 2-й законы Фика. Математическое описание конвективной диффузии. Двухпленочная модель Льюиса и Уитмена. Нестационарные модели для описания массоотдачи.
Аппаратурное оформление массообменных процессов. Классификация массообменных аппаратов. Пути интенсификации массообменных процессов.
Тема 7. Дистилляция и ректификация