Geum.ru

Рабочая программа учебной дисциплины "Химия" для подготовки: бакалавров, магистров и специалистов по направлению

Вид материалаРабочая программа

Содержание


1 Цель и задачи учебной дисциплины, её место в учебном
2 Требования к уровню освоения учебной дисциплины
3 Виды учебных занятий и их объем
4 Тематический план и содержание учебной дисциплины
Практ. занят.
Строение атома и периодический закон Д.И.Менделеева.
Химическая связь.
Агрегатные состояния вещества.
Многокомпонентные системы.
5 Учебно-методические материалы по учебной дисциплине
Подобный материал:

Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)


УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

______________ И.Г.Масленников


"______"_________________2009 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

учебной дисциплины "Химия"


для подготовки:

- бакалавров, магистров и специалистов по направлению

230100 «Информатика и вычислительная техника»

- специалистов по специальностям:

230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

230104 «Системы автоматизированного проектирования»


Химическое отделение


Кафедра физической химии


Курс 1


Семестр 2


Лекции 16 ч Экзамен 1 Семестр 2


Практические занятия 16 ч


Лабораторные занятия 16 ч Самостоятельная работа 52 ч

Всего 100 ч


Санкт-Петербург

2009


Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры физической химии

23 июня 2009 г., протокол № 14


Заведующий кафедрой

физической химии, д.х.н., профессор В.В.Гусаров


Одобрено учебно-методической комиссией химического отделения


30 июня 2009 г., протокол № 7


Председатель, к.х.н., доцент В.И.Башмаков


Программу составил к.х.н. О.В.Проскурина


1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ

ПРОЦЕССЕ


Курс химии для нехимических специальностей вуза принадлежит к числу общенаучных учебных дисциплин и является важной составляющей в естественнонаучной подготовке специалистов факультета информатики и управления. Курс химии опирается на знание студентами основ химии, физики и математики в объеме программ обязательного среднего (полного) образования и лежит в основе общетеоретической подготовки специалистов (инженеров), бакалавров и магистров в области информатики и управления.

В курсе рассматриваются основы учения о строения вещества, и свойства растворов, растворы электролитов и гальванические элементы, химическая кинетика, фундаментальные основы учения о направленности и закономерностях протекания химических процессов и фазовых превращений, сведения об экспериментальных и теоретических методах исследования и расчета термодинамических свойств веществ, базируясь на которых становится возможным дать количественное описание процессов, сопровождающихся изменением физического состояния и химического состава в системах различной сложности.

Целью изучения курса химии студентами нехимических специальностей является формирование современного естественнонаучного мировоззрения, овладение базовыми знаниями в области химии, теории химических процессов и методов их анализа, развитие навыков самостоятельной работы, необходимых для применения химических знаний при изучении специальных дисциплин и дальнейшей практической деятельности.

Таким образом, в результате изучения курса химии студенты должны обладать такой совокупностью знаний и умений, которые достаточны для изучения других общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин и дальнейшей практической деятельности.


2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


В результате изучения данного курса студент будет:

– иметь представление:

об основах строения вещества, об объектах химии и физико-химических процессах; о свойствах растворов; об электрохимических процессах; о химической кинетике и катализе; о принципах и законах химической термодинамики;

– знать:

основные понятия химии и закономерности протекания химических и физико-химических процессов в системах различной компонентности, основы кинетики и химической термодинамики, факторы, влияющие на состояние химического равновесия;

– уметь:

использовать: основные понятия и законы химии, знания о кинетических параметрах процесса, о физико-химических характеристиках веществ, для объяснения и прогнозирования процессов, протекающих в окружающей среде;

объяснять: закономерности изменения свойств химических элементов в Периодической системе; процессы, происходящие при фазовых превращениях в системах с различным числом компонентов; электрохимические равновесия; кинетические закономерности химических процессов; влияние различных факторов на протекание химических процессов и на состояние химического равновесия;

проводить расчеты: состава растворов, находящихся в жидком, твердом и газообразном состояниях; окислительно-восстановительных реакций; порядка химических реакций, периода полупревращения, констант скоростей реакций; термодинамических характеристик веществ; констант равновесия химических реакций;

– овладеет навыками самостоятельной работы в химической лаборатории, освоит практически важные экспериментальные методы изучения физико-химических свойств веществ.

Совокупность указанных представлений, знаний, умений и навыков обеспечивает студентам нехимических специальностей необходимый научный базис, позволяющий ориентироваться в частных вопросах при последующем изучении специальных дисциплин и курсов в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для подготовки бакалавров, магистров и дипломированных специалистов (раздел ЕН.Ф.04).


3 ВИДЫ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ И ИХ ОБЪЕМ


Виды учебных занятий и количество часов, отведенных на их освоение, представлены в таблице 1.


Таблица 1 – Виды учебных занятий

Виды учебных занятий
Всего часов

Аудиторные занятия,

в том числе:

Лекции

Лабораторные работы

Практические занятия

Самостоятельная работа

Общая трудоемкость дисциплины

Форма контроля – один экзамен
48


16

16

16

52

100



4 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


4. 1 Тематический план учебной дисциплины представлен в таблице 2.


Таблица 2 – Тематический план

Темы учебной дисциплины

Всего часов

Кол-во аудиторных часов

Кол-во часов сам.раб

Лекции

Лаборатории

Практ. занят.

Введение


3
1
2
–
–

Тема 1 – Химическая термодинамика и химическое равновесие

21
3
4

4
10

Тема 2 – Химическая кинетика

20
2
4
4
10

Тема 3 – Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ
12
2
–
4
6

Тема 4 – Электрохимические системы

16
2
6
–
8

Тема 5 – Растворы и дисперсионные системы

12
2
–
2
8

Тема 6 – Строение вещества. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Химическая связь
16
4
–
2
10
ВСЕГО
100
16
16
16
52


4.2 Содержание учебной дисциплины


Введение (лекции 1 ч, лабораторные занятия 2 ч)

Предмет и содержание химии. Место курса химии в системе учебных дисциплин, его значение для профессиональной подготовки инженера.

Химия как раздел естествознания – наука о веществах и превращениях. Краткий исторический очерк развития химии. Роль русских ученых в создании основных химических понятий и теорий. Основные понятия химии.


Тема 1 – Химическая термодинамика и химическое равновесие (лекции 3 ч,

лабораторные занятия 4 ч, практические занятия 4 ч)

Предмет химической термодинамики и цели ее изучения.Системы (изолированные, закрытые, открытые). Свойства систем – экстенсивные и интенсивные. Функции состояния.
Энтальпия. Закон Гесса. Энтальпия образования вещества, химической реакции.
Энтропия как движущий фактор химической реакции.

Изобарно-изотермический потенциал (свободная энергия Гиббса) как критерий возможности химической реакции.
Обратимые и необратимые химические реакции. Термодинамическое равновесие. Константа равновесия химической реакции, связь со свободной энергией Гиббса.
Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.


Тема 2 – Химическая кинетика (лекции 2 ч, лабораторные занятия 4 ч,

практические занятия 4 ч)

Предмет химической кинетики и цели ее изучения. Скорость химической реакции, методы ее измерения. Кинетическое уравнение. Порядок и молекулярность реакции. Элементарные химические реакции. Сложные реакции.
Энергия активации. Зависимость скорости реакций от температуры. Реакции при низких температурах. Катализ. Ферментативный катализ.


Тема 3 – Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ

(лекции 2 ч, практические занятия 4 ч)

Кислоты и основания. Определения. Классификации. Диссоциация кислот, оснований.

Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель pH – характеристика химической агрессивности среды. Гидролиз солей.

Окисление и восстановление. Понятие окислительно-восстановительной реакции. Степень окисления. Сравнение понятий валентности и степени окисления.

Классификация окислительно-восстановительных реакций: реакции межмолекулярного окисления-восстановления, реакции внутримолекулярного окисления-восстановления, реакции диспропорционирования. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций (метод электронного баланса, метод полуреакций).

Важнейшие окислители и восстановители, применяемые в лабораторной практике и промышленных условиях.


Тема 4 – Электрохимические системы (лекции 2 ч, лабораторные занятия 6 ч)

Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты. Характеристики слабого электролита – степень и константа диссоциации. Закон разведения Оствальда.

Равновесный электродный потенциал. Зависимость электродного потенциала от концентрации и температуры. Уравнение Нернста.

Водородная шкала потенциалов. Стандартный водородный электрод. Типы электродов (электроды первого и второго рода, окислительно-восстановительные, ионообменные). Стеклянный электрод. Электроды сравнения (водородный, хлорсеребряный, каломелевый).

Типы гальванических элементов. Электродвижущие силы и работа гальванических элементов. Стандартная ЭДС гальванических элементов.

Ряд стандартных электродных потенциалов. Использование стандартных электродных потенциалов для определения направления химических и электрохимических процессов. Практическое использование потенциометрических измерений (определение рН растворов).


Тема 5 – Растворы и дисперсионные системы (лекции 2 ч,

практические занятия 2 ч)

Растворы. Виды растворов. Энергетические процессы при образовании растворов. Физико-химические свойства растворов – плотность, вязкость, теплоемкость, давление пара. Способы выражения состава растворов: массовая доля, мольная доля, молярная концентрация, моляльная концентрация, эквивалентная концентрация.

Закон Рауля. Осмос, криоскопия, эбуллиоскопия. Перегонка. Азеотропные смеси.

Дисперсные системы. Виды дисперсных систем. Суспензии, эмульсии, аэрозоли, пены.


Тема 6 – Строение вещества. Периодическая система элементов

Д.И.Менделеева. Химическая связь (лекции 4 ч,

практические занятия 2 ч)

Цели изучения строения вещества.

Строение атома и периодический закон Д.И.Менделеева. Открытие электрона. Эксперимент Резерфорда. Модель Бора. Создание квантовой механики. Одноэлектронная модель. Волновая функция. Квантовые числа. Квантово-механическое обоснование периодического закона.

Методы исследования – рентгеноструктурный анализ, УВИ-спектроскопия, электронная и туннельная микроскопия. Потенциал ионизации, работа выхода, сродство к электрону, электроотрицательность. Размеры атомов и ионов. Строение атомного ядра. Изотопы. Открытие Периодического закона. Современная формулировка Периодического закона, его общенаучное значение. Понятие периода и группы. Понятие о s-, p-, d- и f-элементах. Закономерности в изменении свойств химических элементов.

Химическая связь. Неэмпирические квантовые расчеты. Физические модели: отталкивание электронных пар, гибридизация атомных орбиталей. Типы перекрывания орбиталей: -, -связи. Энергия химических связей. Длина, полярность связей. Полярность молекул, дипольный момент. Геометрия молекул. Возникновение химической связи. Основные параметры химической связи. Ковалентная связь. Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь.

Комплексные соединения. Участие в химической связи d- и f-электронов. Типичные комплексообразователи и лиганды.

Агрегатные состояния вещества. "Идеальный газ" и реальные газы. Жидкое состояние. Твердое состояние, типы кристаллических решеток. Стекла, гели. Жидкие кристаллы.

Многокомпонентные системы. Компонент, фаза. Фазовые диаграммы.


План лабораторных занятий представлен в таблице 3.


Таблица 3 – План лабораторных занятий

Название лабораторной работы
Кол. часов

Вступительное занятие. Инструктаж по технике безопасности. Основные правила проведения физико-химических измерений и

обработки их результатов.

2

Определение интегральной теплоты растворения соли.
2

Изучение кинетики реакции первого порядка.

2

Потенциометрическое измерение рН с помощью стеклянного электрода.
2

Проведение коллоквиумов и защита лабораторных работ.
8

ВСЕГО
16



План практических занятий представлен в таблице 4.


Таблица 4 – План практических занятий

Темы практических занятий
Кол. часов

Химическая термодинамика и химическое равновесие. Термохимия. Первое начало термодинамики. Второе начало термодинамики. Принцип Ле-Шателье. Определение направления самопроизвольного протекания процесса. Расчет константы равновесия химической реакции. Консультации по индивидуальному домашнему заданию.

4

Химическая кинетика. Определение порядка, константы скорости и энергии активации химических реакций. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Консультации по индивидуальным домашним заданиям.

4

Окислительно-восстановительные реакции. Консультации по индивидуальному домашнему заданию.

4

Способы выражения состава растворов, находящихся в жидком, твердом и газообразном состояниях. Консультации по индивидуальному домашнему заданию.


2

Строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

2

ВСЕГО
16


Содержание и объем самостоятельной работы студентов представлен в таблице 5.


Таблица 5 – Содержание и объем самостоятельной работы студентов

Темы и задания для самостоятельной работы
Кол. часов

Самостоятельное изучение тем рабочей программы.


18

Термодинамические расчеты: вычисление тепловых эффектов химических реакций, расчет константы равновесия химической реакции.
8

Определение порядка химической реакции, расчет константы скорости, периода полупревращения, энергии активации и температурного коэффициента реакции.

8

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса и методом полуреакций.

6

Расчет концентраций растворов, пересчет состава растворов, расчеты при разбавлении и смешении двух растворов.
6

Оформление результатов, полученных во время выполнения лабораторных работ.
6

ВСЕГО
52



5 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ


Основная литература

  1. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2004. – 728 с.
  2. Коровин Н.В. Общая химия. – М.: ВШ, 2008. – 557 с.
  3. Нараев В.Н., Ильин А.А., Нараев А.В. Основы химической термодинамики: Конспект лекций для студентов нехимических специальностей вузов / CПбГТИ (ТУ), СПб. – 2006. – 80 с.
  4. Нараев В.Н., Ильин А.А., Пронкин А.А. Фазовые равновесия и диаграммы состояния одно- и двухкомпонентных систем: Текст лекций для студентов нехимических специальностей вузов / CПбГТИ (ТУ), СПб. – 2006. – 58 с.
  5. Практические работы по физической химии / Под ред. К.П.Мищенко, А.А.Равделя, А.М.Пономаревой. - СПб.: Профессия, 2002. – 384 с.
  6. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А.Равделя, А.М.Пономаревой. - СПб.: Иван Федоров, 2003. – 238 с.
  7. Задачи и упражнения по общей химии / Под ред. Н.В.Коровина. – М.: ВШ, 2004. – 255 с.



Дополнительная литература
  1. Физическая химия / Под. ред. К.С.Краснова. – М.: ВШ, 2004. – 687 с.
  2. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии. – М.: Бином, 2006. – 408 с.
  1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. - М.: ВШ, 2006. – 496 с.
  2. Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузьменко Н.Е., Лунин В.В. Задачи по физической химии: Учебное пособие. – М.: Экзамен, 2005. – 320 с.
  3. Ионные равновесия и реакции в водных растворах электролитов: Метод. указания / Составители: Нараев В.Н., Беляев А.Н., Александрова Е.А., Нараев А.В. - СПб: CПбГТИ(ТУ). 2004. – 38 с.


Интернет ресурсы, содержащие электронные библиотеки, справочную

химическую информацию

1. Интернет-сайты сайты ведущих государственных ВУЗов и научных

организаций РФ: МГУ, СПбГУ, РХТУ, НГУ, РАН РФ и др.

2. Зарубежные ведущие научные и учебные центры: NBS USA, MTI UK, ChLab

Japan, NSRDS и др.

3. Интерактивная база данных книг и журналов SpringerLink.