ХН Основы неорганического синтеза
.pdf1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1 Цель изучения дисциплины Цель дисциплины «Основы неорганического синтеза» – освоение
студентами теоретических представлений различных методов синтеза неорганических соединений, их разделения и очистки, освоение методами осуществления целенаправленного синтеза, а также закрепление уже полученных и освоение новых препаративных навыков при синтезе, разделении и очистке неорганических соединений.
1.2 Задачи изучения дисциплины Дисциплина «Основы неорганического синтеза» является естествен-
нонаучным фундаментом подготовки инженера по специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ». Задачи дисциплины – показать огромную роль теоретических представлений в планировании неорганических синтезов, подчеркнуть, что современный синтез основан на закономерностях и правилах науки, на научных обобщениях опыта. Вместе
стем, синтез помогает вырабатывать и систематизировать знания.
1.3Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины
№ |
Наименование дисциплины |
Наименование разделов, тем, |
|
п/п |
|
|
усвоение которых необходимо студентам |
1 |
Неорганическая химия |
|
Химия элементов |
2 |
Аналитическая химия |
|
Качественные и количественные методы |
|
|
|
анализа веществ |
3 |
Физико-химические |
методы |
Электрохимические, оптические методы |
|
исследования |
|
анализа. Хроматографический анализ. |
4 |
Физическая химия |
|
Химическое равновесие. Фазовые равно- |
|
|
|
весия. Диаграммы состояния. |
2.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах
Таблица 1
№ |
|
|
Объем в часах |
|
лек |
|
Наименование тем лекций, их содержание |
по формам обу- |
|
ции |
|
|
чения |
|
|
|
|
очная |
заочная |
|
|
|
|
|
1 |
Основные принципы неорганического синтеза. Равно- |
2 |
2 |
|
|
весные |
и генеалогические синтезы. «Псевдоравновес- |
|
|
|
ные» синтезы. Реакции в гомогенных условиях (синтез |
|
|
|||
|
в газовой, в жидкой и твердой фазах). Реакции в гетеро- |
|
|
|||
|
генных системах: кристаллизация из расплава, раство- |
|
|
|||
|
ра; реакции газа с жидкостью или жидким раствором; |
|
|
|||
|
синтез в условиях перехода газ-твердое-газ; реакции |
|
|
|||
|
твердой фазы с жидкостью; взаимодействие твердых |
|
|
|||
|
веществ. [1-2] |
|
|
|
|
|
2 |
Использование равновесных диаграмм состояния в не- |
2 |
|
|||
|
органическом синтезе. |
|
|
|
||
|
Зависимость фазового состояния физико-химической |
|
|
|||
|
системы от параметров ее состояния. Анализ фазовых |
|
|
|||
|
превращений в многокомпонентных системах с помо- |
|
|
|||
|
щью диаграмм состояния или фазовых диаграмм и его |
|
|
|||
|
применение в неорганическом синтезе. Диаграммы со- |
|
|
|||
|
стояния двойных равновесных систем. Диаграммы со- |
|
|
|||
|
стояния тройных водно-солевых систем. [1-2] |
|
|
|||
3 |
Методы синтеза, связанные с замораживанием равнове- |
2 |
|
|||
|
сий. |
|
|
|
|
|
|
Синтез методом химического осаждения (соконденса- |
|
|
|||
|
цией) из газовой фазы, его использование для решения |
|
|
|||
|
материаловедческих задач, возможности управления |
|
|
|||
|
процессом синтеза. Направленный синтез твердых ве- |
|
|
|||
|
ществ заданного состава и строения путем химической |
|
|
|||
|
сборки структурных единиц на матрицах (метод моле- |
|
|
|||
|
кулярного наслаивания). [3-4] |
|
|
|
||
4 |
Окислительно-восстановительные процессы в неорга- |
2 |
|
|||
|
ническом синтезе. |
|
|
|
|
|
|
Синтез |
с |
использованием |
окислительно- |
|
|
|
восстановительных процессов в водных растворах. |
|
|
|||
|
Окислительно-восстановительные реакции в неводных |
|
|
|||
|
растворах, твердой и газовой фазах. Использование |
|
|
|||
|
окислительно-восстановительных реакций в промыш- |
|
|
|||
|
ленном неорганическом синтезе. [5] |
|
|
|
||
5 |
Электросинтез. |
|
|
2 |
|
|
|
Электрохимическое окисление и восстановление. Элек- |
|
|
|||
|
тролизеры. Диафрагмы. Электролиты. Растворители. Рас- |
|
|
|||
|
плавы. Электроды. Электрохимический синтез на нерас- |
|
|
|||
|
творимых и активных анодах. Электрохимический синтез |
|
|
|||
|
на катодах. Электрохимическое инициирование. [5] |
|
|
|||
6 |
Методы синтеза, использующие активирующее воздей- |
4 |
2 |
|||
|
ствие на реагирующие вещества различных видов энер- |
|
|
|||
|
гии. |
|
|
|
|
|
|
Фотохимические реакции. Законы фотохимии. Практи- |
|
|
|
ческое применение фотолиза. Люминесценция, ее ви- |
|
|
|
|||
|
ды. Радиационно-химические реакции. Наиболее важ- |
|
|
|
|||
|
ные процессы, осуществляемые по радиационно- |
|
|
|
|||
|
химической технологии. Химические реакции в плазме. |
|
|
|
|||
|
Классификация плазмохимических процессов. Само- |
|
|
|
|||
|
распространяющийся высокотемпературный синтез. [6] |
|
|
|
|||
7 |
Методы разделения и очистки в неорганическом синте- |
4 |
|
2 |
|||
|
зе. Классификация веществ по степени чистоты. Кри- |
|
|
|
|||
|
сталлизация и осаждение из растворов. Метод избира- |
|
|
|
|||
|
тельного окисления - восстановления. Химические |
|
|
|
|||
|
транспортные реакции. Избирательное комплексообра- |
|
|
|
|||
|
зование в растворах. Очистка неорганических соедине- |
|
|
|
|||
|
ний и разделение их смесей методами ректификации, |
|
|
|
|||
|
сублимации и газовой хроматографии. Экстракцион- |
|
|
|
|||
|
ный метод синтеза, концентрирования, очистки и раз- |
|
|
|
|||
|
деления неорганических веществ. Ионообменные мето- |
|
|
|
|||
|
ды очистки веществ. [6] |
|
|
|
|
||
Итого |
|
|
|
17 |
|
6 |
|
|
2.2 Наименование лабораторных занятий, их объём в часах |
Таблица 2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
№ |
|
|
|
|
Объем в часах |
||
за- |
|
Наименование лабораторного занятия |
по формам обу- |
||||
ня- |
|
|
|
|
чения |
||
тия |
|
|
|
|
очная |
|
заочная |
1 |
Использование равновесных диаграмм состояния в не- |
4 |
|
2 |
|||
|
органическом синтезе. |
|
|
|
|
||
2 |
Синтез веществ методом химического осаждения из га- |
4 |
|
2 |
|||
|
зовой фазы. |
|
|
|
|
|
|
3-4 |
Синтез |
с |
использованием |
окислительно- |
8 |
|
|
|
восстановительных процессов в водных растворах. |
|
|
|
|||
5-6 |
Электросинтез. |
|
|
8 |
|
|
|
7 |
Синтез с использованием активизирующего воздейст- |
4 |
|
|
|||
|
вия на реагирующие вещества. |
|
|
|
|
||
8-9 |
Методы разделения и очистки в неорганическом синте- |
6 |
|
|
|||
|
зе. |
|
|
|
|
|
|
Итого |
|
|
|
|
34 |
|
4 |
2.3Наименование тем для самостоятельной работы, их содержание
иобъём в часах
Таблица 3
№ |
|
|
|
|
Объем в часах |
|
те- |
|
Наименование тем, их содержание |
по формам обу- |
|||
мы |
|
|
|
|
чения |
|
|
|
|
|
|
очная |
заочная |
1 |
Вариантность (степень свободы) равновесной системы. |
5 |
6 |
|||
|
Правило фаз Гиббса. Фазовые равновесия. Диффузия в |
|
|
|||
|
твердых фазах. [6-7] |
|
|
|
||
2 |
Фазовые диаграммы простых веществ. Диаграммы со- |
5 |
6 |
|||
|
стояния двойных систем эвтектического типа, с образо- |
|
|
|||
|
ванием твердых растворов. [6-7] |
|
|
|
||
3 |
Диаграммы состояния тройных водно-солевых систем. |
– |
8 |
|||
4 |
Синтез методом осаждения (соконденсации) из газовой |
– |
8 |
|||
|
фазы, его использование для решения материаловедче- |
|
|
|||
|
ских задач, возможности управления процессом синте- |
|
|
|||
|
за. [6-7] |
|
|
|
|
|
5 |
Матричный синтез [7-8] |
|
4 |
5 |
||
6 |
Теория окислительно-восстановительных реакций. Сте- |
5 |
7 |
|||
|
хиометрические расчеты по уравнениям окислительно- |
|
|
|||
|
восстановительных реакций. |
|
|
|
||
7 |
Синтез |
с |
использованием |
окислительно- |
– |
8 |
|
восстановительных процессов в водных и неводных |
|
|
|||
|
растворах, в твердой и газовой фазах. [7-8] |
|
|
|||
8 |
Электрохимическое окисление и восстановление. Стехио- |
5 |
7 |
|||
|
метрические расчеты в электрохимическом синтезе. [7-8] |
|
|
|||
9 |
Электролизеры. Диаграммы. Электролиты. Растворите- |
|
8 |
|||
|
ли. Расплавы. Электроды. Электрохимический синтез |
|
|
|||
|
на нерастворимых и активных анодах. Электрохимиче- |
|
|
|||
|
ский синтез на катодах. Электрохимическое иницииро- |
|
|
|||
|
вание. [9-10] |
|
|
|
|
|
10 |
Фотохимические реакции. Фотография. [9-10] |
4 |
5 |
|||
11 |
Классификация веществ по степени чистоты. Система |
6 |
7 |
|||
|
классификации особо чистых веществ. Экстракционный |
|
|
|||
|
метод синтеза, концентрирования, очисти и разделения |
|
|
|||
|
веществ. [9-10] |
|
|
|
|
|
Итого |
|
|
|
|
34 |
75 |
2.4 Контрольная работа
Студенты заочной формы обучения выполняют 1 контрольную работу по теме «Основы неорганического синтеза». Работа выполняется по вариантам. Номер варианта соответствует двум последним цифрам номера студенческого билета (шифра). Таблица вариантов и контрольные задания содержатся в методических указаниях [17].
|
2.5 Зачёт |
|
Таблица 4 |
№ |
Перечень вопросов к зачету |
п/п |
|
|
|
1 |
Равновесные и генеалогические синтезы. «Псевдоравновесные» синтезы. |
|
Стадии получения чистого вещества. |
2 |
Синтез веществ в гомогенных условиях: а) в газовой фазе; б) в жидкой фа- |
|
зе; в) в твердой фазе. |
3 |
Синтез веществ в гетерогенных условиях: |
|
а) кристаллизация из расплава, |
|
б) кристаллизация из раствора, |
|
в) система газ-жидкость, |
|
г) системы газ-твердое тело-газ (транспортные реакции), |
|
д) системы твердая фаза-жидкая фаза, |
|
е) система твердая фаза-твердая фаза. |
4 |
Диаграммы состояния двойных равновесных систем с образованием кон- |
|
груэнтно и инконгруэнтно плавящихся (растворяющихся) химических со- |
|
единений. Методика синтеза по этим диаграммам. |
5 |
Синтез веществ, конгруэнтно растворимых, с использованием состояния |
|
тройных водно-солевых систем: |
|
а) способом изотермического испарения, |
|
б) способом изотермического высаливания. |
6 |
Синтез инконгруэнтно растворимых соединений по диаграмме состояния |
|
тройных водно-солевых систем методом изотермического высаливания. |
7 |
Получение конгруэнтно растворимого кристаллогидрата по диаграмме со- |
|
стояния тройных водно-солевых систем. |
8 |
Синтез методом химического осаждения (соконденсацией) из газовой фа- |
|
зы, его использование для решения материаловедческих задач: изготовле- |
|
ние световодов, композиционных материалов, многослойных защитных |
|
оболочек ядерного топлива в реакторах и т.д. |
9 |
Направленный синтез твердых веществ заданного состава и строения пу- |
|
тем химической сборки структурных единиц на матрицах (методом моле- |
|
кулярного наслаивания). |
10 |
Синтез с использованием окислительно-восстановительных процессов в |
|
водных растворах. Концентрационный эффект. Влияние рН. |
11 |
Синтез с использованием окислительно-восстановительных процессов в |
|
неводных растворах, твердой и газовых фазах. |
12 |
Электрохимический синтез. Достоинства и недостатки электрохимическо- |
|
го способа получения веществ. Электролизеры. Диафрагмы. Электролиты. |
|
Растворители. Расплавы. |
13 |
Электрохимическое окисление и восстановление. Электроды. Электрохи- |
|
мический синтез на нерастворимых и активных анодах, на катодах. Элек- |
|
трохимическое инициирование. |
14 |
Фотохимические реакции. Законы фотохимии. Практическое применение |
|
фотолиза. Люминесценция, ее виды. |
15 |
Радиационно-химические реакции. Наиболее важные процессы осуществ- |
|
ляемые по радиационно-химической технологии. |
16 |
Химические реакции в плазме. Классификация плазмохимических процес- |
|
сов. |
17 |
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. |
18 |
Классификация веществ по степени чистоты. Методы разделения и очист- |
|
ки в неорганическом синтезе. |
19 |
Химические методы очистки веществ. Перечислите и дайте им краткую |
|
характеристику. |
20 |
Физико-химические методы очистки веществ. Перечислите и дайте им |
|
краткую характеристику. |
3.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
3.1Основная литература
Таблица 5
№ |
Н а и м е н о в а н и е и с т о ч н и к а |
п/п |
1Лидин, Р. А. Константы неорганических веществ : справочник / Р. А. Лидин, Л. Л. Андреева, В. А. Молочко; под ред. Р. А. Лидина. - М. : Дрофа, 2008. – 685 с.
2Лидин, Р. А. Химические свойства неорганических веществ : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Химия" и специальности "Неорганическая химия" / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева; под ред. Р. А. Лидина. – М. : КолосС, 2008. – 480 с.
3Основы неорганического синтеза [Электронный ресурс] учебное пособие для студентов специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ» Т. Г. Черкасова [и др.]; ФГБОУ ВПО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева». - Кемерово, 2012. -112 с. URL: http://library.kuzstu.ru/meto.php?n=90775&type=utchposob:common
3.2Дополнительная литература
Таблица 6
№ |
|
п/п |
Н а и м е н о в а н и е и с т о ч н и к а |
4Руководство по неорганическому синтезу : учеб. пособие для вузов / И. Г Горичев [и др.]. – М. : Химия, 1997. – 320 с.
5Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. т. 2 : / Ф. Губер [и др.]; ред. Г. Брауэр; пер. с нем. Н. А. Добрыниной [и др.]. – М. : Мир, 1985. – 658 с.
6Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. т. 3 : / У. Гофман [и др.]; ред. Г. Брауэр; пер. с нем. Б. С. Захаровой [и др.]. – М. : Мир, 1985. – 386 с.
7Михеева, В. И. Метод физико-химического анализа в неорганическом синтезе : / АН СССР, Ин-т общей и неорган. химии им. Н. С. Курнакова. – М. : Наука, 1975. – 272 с.
8Ключников, Н. Г. Неорганический синтез : учеб. пособие для пед. ин-тов.
– М. : Просвещение, 1983. – 304 с.
9Теоретические основы неорганического синтеза : учеб. пособие / Т. Г. Черкасова [и др.]; Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 1997. – 105 с.
10Леснова, Е. В. Практикум по неорганическому синтезу : учеб. пособие для хим. техникумов. – М. : Высшая школа, 1977. – 168 с.
11Синтезы неорганических соединений т. 3 : / под ред. У. Джолли; пер с англ А. Д. Власова, А. И. Зарубина под ред. И. В. Тананаева. – М. : Мир, 1970. – 268 с.
12Якименко, Л. М. Электрохимический синтез неорганических соединений : Л. М. Якименко, Г. А. Серышев; под ред. Л. М. Якименко. – М. : Химия 1984. – 160 с.
13Экспериментальные методы химии высоких энергий : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности ВПО 020101.65 – химия и по направлению 020100.62 – химия / под ред. М. Я. Мельникова. – М. МГУ, 2009. – 824 с.
3.3Методические указания по проведению лабораторных занятий
Таблица 7
№ |
Н а и м е н о в а н и е м е т о д и ч е с к и х у к а з а н и й |
|
п/п |
||
|
14Очистка веществ перекристаллизацией. Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Основы неорганического синтеза» для студентов специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ» очной и заочной форм обучения. / сост. О. А. Кузнецова; КузГТУ. – Кемерово, 2010.
15Синтез и анализ соли Мора. Окислительно-восстановительные реакции в водных растворах. Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Основы неорганического синтеза» для студентов специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ» очной и заочной форм обучения / сост. : О. А. Кузнецова, Н. А. Золотухина; КузГТУ. – Кемерово, 2010.
16Окислительно-восстановительные реакции в водных растворах. Методические указания по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Основы неорганического синтеза» для студентов специальности 240301
«Химическая технология неорганических веществ» очной и заочной форм обучения / сост. : Т. В. Уткина, О. А. Кузнецова; КузГТУ. – Кемерово, 2008.
|
3.4 Методические указания по самостоятельной работе |
|
Таблица 8 |
№ |
|
п/п |
Наименование методических указаний |
|
|
17Основы неорганического синтеза. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 240301 «Химическая технология неорганических веществ» заочной формы обучения. / сост. : Т. Г. Черкасова, Н. Н. Чурилова, Т. М. Шевченко; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2010.
3.5Перечень наглядных пособий
Таблица 9
№ |
|
|
п/п |
|
Н а и м е н о в а н и е н а г л я д н о г о п о с о б и я |
|
|
|
1 |
Таблицы: |
|
|
1. |
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева |
|
2. |
Электроотрицательность элементов |
|
3. |
Таблица растворимости кислот, оснований, солей |
|
4. |
Стандартные электродные потенциалы металлов |
2 |
Плакаты |
|
3 |
Мультимедийный проектор |
|
4 |
Тест по оценке остаточных знаний |