3268
.pdf- 1 -
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»
ОБЩАЯ ХИМИЯ
Методические указания для самостоятельной работы студентов
по направлению подготовки 19.03.01 - «Биотехнология» профиль – Промышленная экология
Воронеж 2017
2
УДК 546+547(075)
Бельчинская Л.И. Новикова Л.А., Дмитренков А.И., Общая химия [Текст]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 19.03.01 - «Биотехнология» профиль – Промышленная экология / Л. И. Бельчинская ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Во-
ронеж, 2017. – 38 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».
Рецензент канд. хим. наук, доц. кафедры неорганической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Ю.С. Перегудов
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.Цели и задачи дисциплины………………………………………………… 4
2.Требования к результатам освоения дисциплины ………………………. 4
3.Объем дисциплины и виды учебной работы……………………………… 5
4.Содержание дисциплины …………………………………………………. 7
5.Лабораторный практикум, практические занятия, семинары и другие
виды аудиторных занятий………………………………………………..... 12 6.Перечень вопросов для промежуточных контролей(1,2,3,4)….................. 13 7. Методические рекомендации по организации самостоятельного изу29
чения дисциплины……………………………………………………………..
8.Перечень вопросов для итогового контроля-зачета…………..................... 32 9.Перечень вопросов для итогового контроля-экзамена…………………… 33 10.Перечень примерных тем рефератов ……………………………………. 35 Библиографический список ……………………………………………...... 36 Приложение 1. Пример оформления титульного листа реферата …….. 37
4
1.Цели и задачи дисциплины
1.1.Целью изучения дисциплины «Общая химия» является формирование у студентов целостного естественнонаучного мировоззрения, овладение базовыми знаниями в области теории химических процессов и методов их анализа, предполагает развитие навыков самостоятельной работы, необходимых для применения химических знаний при изучении специальных дисциплин и дальнейшей практической деятельности В результате изучения курса студенты приобретают знания и умения, доста-
точные для изучения других общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин, как то «физико-химические методы анализа в биотехнологии», «физическая химия», «экология», «безопасность жизнедеятельности», «химия биологически активных веществ».
1.2.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
освоение основных понятий и законов химических систем, реакционной способности веществ;
изучение теоретических основ строения веществ;
ознакомление с общими закономерностями протекания химических процессов;
ознакомление со свойствами растворов неэлектролитов и электролитов и дисперсных систем;
изучение особенностей окислительно-восстановительных и электрохимических процессов;
ознакомление с принципом химической идентификации и анализа веществ;
ознакомление с лабораторным практикумом по химии и химической идентификации веществ.
1.3.Дисциплина «Общая химия» относится к базовой части основной профессиональной образовательной программы, индекс по учебному плану Б1.Б.15.
2. Требование к результатам освоения дисциплины
2.1. Для эффективного освоения дисциплины «Общая химия» у обучающегося должны быть сформированы следующие предварительные компетенции или их части в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования к базовому уровню освоения курса химии:
а) сформированность представлений о месте химии в современной научной картине мира; понимание роли химии в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач;
5
б) владение основополагающими химическими понятиями, теориями, законами и закономерностями; уверенное пользование химической терминологией и символикой;
в) владение основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдение, описание, измерение, эксперимент; умение обрабатывать, объяснять результаты проведенных опытов и делать выводы; готовность и способность применять методы познания при решении практических задач;
г) сформированность умения давать количественные оценки и проводить расчеты по химическим формулам и уравнениям;
д) владение правилами техники безопасности при использовании химических веществ;
е) сформированность собственной позиции по отношению к химической информации, полученной из разных источников.
2.2. Студент по результатам освоения дисциплины «Общая химия» должен обладать следующими компетенциями:
общекультурными – способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческих позиций (ОК-1);
общепрофессиональными– способность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы
(ОПК-3).
2.3. В результате освоения дисциплины студент должен:
–знать: основные химические законы, положения и другие сведения, необходимые для применения в биотехнологии; основные химические методы анализа; основные методы решения прикладных задач общей химии; основные свойства растворов, дисперсных, каталитических, электрохимических систем,;
–уметь: использовать основные законы химии в профессиональной деятельности; понимать роль общей химии в системе наук; проводить экспериментальные исследования основных химических процессов, делать выводы и давать рекомендации; самостоятельно работать с учебной и научной литературой;
–владеть: основными методами и средствами химического исследования веществ и их превращений.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Таблица 1
Виды учебной работы |
Трудоемкость |
Семестр |
|
|
всего |
в зачетных |
I, II |
|
часов |
единицах |
|
|
|
||
Общая трудоемкость дисциплины |
324 |
9,00 |
324 |
6
Аудиторные занятия |
108 |
3,00 |
108 |
Лекции (Л) |
72 |
2,00 |
72 |
Практические занятия (ПР) |
– |
– |
– |
Лабораторные работы (ЛР) |
36 |
1,00 |
36 |
Семинары (С) |
– |
– |
– |
Занятия, проводимые в |
24 |
0,67 |
24 |
интерактивной форме |
|
|
|
Самостоятельная работа (Сам) |
180 |
5,00 |
180 |
Курсовой проект (работа) |
– |
– |
– |
Расчетно-графические работы |
– |
– |
– |
Реферат |
– |
– |
– |
Другие виды самостоятельной |
– |
– |
– |
работы |
|
|
|
Виды итогового контроля (экза- |
36 |
1,00 |
экзамен |
мен) |
|
|
|
Объем дисциплины и виды учебной работы на первый семестр.
|
Таблица 2 |
|
|
Виды учебной работы |
Трудоемкость |
Семестр |
|
|
всего |
в зачетных |
I |
|
часов |
единицах |
|
|
|
||
Общая трудоемкость дисциплины |
180 |
5,00 |
180 |
Аудиторные занятия |
54 |
1,50 |
54 |
Лекции (Л) |
36 |
1,00 |
36 |
Практические занятия (ПР) |
– |
– |
– |
Лабораторные работы (ЛР) |
18 |
0,50 |
18 |
Семинары (С) |
– |
– |
– |
Занятия, проводимые в |
14 |
0,39 |
14 |
интерактивной форме |
|
|
|
Самостоятельная работа (Сам) |
54 |
1,50 |
54 |
Курсовой проект (работа) |
– |
– |
– |
Расчетно-графические работы |
– |
– |
– |
Реферат |
– |
– |
– |
Другие виды самостоятельной |
– |
– |
– |
работы |
|
|
|
Виды итогового контроля (экза- |
– |
– |
зачет |
мен) |
|
|
|
Объем дисциплины и виды учебной работы на второй семестр.
Таблица 3
Виды учебной работы |
Трудоемкость |
Семестр |
7
|
всего |
в зачетных |
I |
|
часов |
единицах |
|
|
|
||
Общая трудоемкость дисциплины |
144 |
4,00 |
144 |
Аудиторные занятия |
54 |
1,50 |
54 |
Лекции (Л) |
36 |
1,00 |
36 |
Практические занятия (ПР) |
– |
– |
– |
Лабораторные работы (ЛР) |
18 |
0,50 |
18 |
Семинары (С) |
– |
– |
– |
Занятия, проводимые в |
10 |
0,28 |
10 |
интерактивной форме |
|
|
|
Самостоятельная работа (Сам) |
54 |
1,50 |
54 |
Курсовой проект (работа) |
– |
– |
– |
Расчетно-графические работы |
– |
– |
– |
Реферат |
– |
– |
– |
Другие виды самостоятельной |
– |
– |
– |
работы |
|
|
|
Виды итогового контроля (экза- |
36 |
1,00 |
экзамен |
мен) |
|
|
|
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Дисциплина «Общая химия» для бакалавров направления подготовки «Биотехнология»» включает основы общей химии, стехиометрические законы строения вещества, периодический закон Д.И. Менделеева, химическая связь межмолекулярные взаимодействия и комплексообразование, химической термодинамики и кинетики химических реакций, газовое состояние и реакции в газовых фазах, жидкое состояние и реакции в жидких фазах, общие сведения о растворах, способы выражения концентрации растворов, коллоидное состояние вещества, свойства неэлектролитов, свойства электролитов, теория электролитической диссоциации, гидролиз солей, окислительно - восстановительные процессы, электрохимические процессы, понятие о твѐрдой фазе, кристаллическое состояние и реакции в твѐрдых фазах, процессы на границе раздела фаз
Все виды аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов построены в виде логически связанной единой блочной системы, включающей систематическую подготовку студентов к лабораторным занятиям, сдачу отчетов по самостоятельной работе, отчетов по лабораторным работам, текущего контроля.
В таблицу 2 включены основные разделы дисциплины «Общая химия» и сведения по видам работ, относящимся к данной дисциплине.
8
Таблица 4
№ |
Разделы дисциплины |
Лек |
ЛР |
Сам |
п/п |
|
ции |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 семестр |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Введение. Основные понятия и законы химии |
2 |
2 |
4 |
|
|
|
|
|
2 |
Учение о строении вещества |
6 |
|
30 |
|
|
|
|
|
3 |
Учение о направлении химических процессов |
6 |
4 |
25 |
|
|
|
|
|
4 |
Учение о скорости химических процессов |
8 |
4 |
25 |
|
|
|
|
|
6 |
Поверхностные явления |
8 |
4 |
20 |
|
|
|
|
|
7 |
Межфазные взаимодействия |
6 |
4 |
22 |
|
|
|
|
|
|
ИТОГО часов |
36 |
18 |
126 |
|
|
|
|
|
|
ИТОГО зачетных единиц |
1,0 |
0,5 |
3,5 |
|
|
|
|
|
|
2 семестр |
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
№ |
Разделы дисциплины |
Лек |
ЛР |
Сам |
п/п |
|
ции |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Комплексные соединения |
4 |
|
4 |
|
|
|
|
|
8 |
Жидкое состояние и реакции в жидких фазах. Рас- |
8 |
2 |
10 |
|
творы. Общие свойства растворов |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
Процессы в водных растворах |
10 |
6 |
20 |
|
|
|
|
|
10 |
Окислительновосстановительные и электрохимиче- |
8 |
6 |
14 |
|
ские процессы |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
Коррозия и защита металлов |
6 |
4 |
6 |
|
|
|
|
|
|
ИТОГО часов |
36 |
18 |
54 |
|
|
|
|
|
|
ИТОГО зачетных единиц |
1,0 |
0,5 |
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Введение. Основные понятия и законы химии
Введение. Предмет химии, связь с другими науками. Значение химии в формировании научного мировоззрения. Понятие о материи и движении, веще-
9
стве и поле. Фундаментальные законы и теории химии: закон сохранения массы, закон сохранения энергии, закон эквивалентов, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон Авогадро, уравнение состояние идеального газа, правило Дюлонга и Пти.
Раздел 2. Учение о строении вещества
Ядро атома. Устойчивость ядер атомов. Применение радиоактивнызх изотопов. Квантовая модель атома. Волновая природа электронов. Атомные орбитали. Многоэлектронные атомы. Принцип расположения электронов в атомных орбиталях. Особенности поведения микрообъектов. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантово-механическая модель атома. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами. Электронное строение атома водорода. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули и следствие из него. Правила Клечковского. Правило Гунда. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Периодический закон Д.И.Менделеева Связь строения атома с периодической системой элементов.
Раздел 3. Учение о направлении химических процессов
Химическая термодинамика. Энергетика химических процессов. Элементы термохимии. Экзотермические и эндотермические реакции. Teпловой эффект реакции. Закон Гесса и следствие из него. Закон Лавуазье-Лапласа. Основные термодинамические функции. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Стандартное изменение энтропии. Энтальпия образования. Изменение внутренней энергии и энтальпии в химических реакциях. Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии в химических реакциях. Понятие об изобарно-изотермическом потенциале (свободной энергии Гиббса). Стандартная энергия Гиббса образования. Условия самопроизвольного протекания химических процессов.
Раздел 4. Учение о скорости химических процессов
Химическая кинетика. Скорость химических реакций и методы ее регулирования. Механизм и порядок реакции. Фотохимические реакции. Цепные реакции.Направление химических реакций и химическое равновесие. Зависимость скорости химической реакции от концентрации. Закон действия масс. Константа скорости реакции. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации. Влияние катализатора на скорость химической реакции.
Химическое и фазовое равновесие. Направление химических реакций и химическое равновесие. Условия химического равновесия. Основные факторы, определяющие направления течения реакций и химическое равновесие. Константа равновесия, ее связь с термодинамическими функциями. Принцип ЛеШателье. Химическое равновесие в гетерогенных системах.Фаза, компонент, степень свободы. Фазовое равновесие. Правило фаз Гиббса.
Раздел 5 Поверхностные явления.
Свободная поверхностная энергия. Принцип Гиббса – Кюри. Понятия:сорбция, адсорбент, адсорбат, абсорбция, хемосорбция, капиллярная кон-
10
денсация, сорбат, абсорбент. Энергетические параметры адсорбции. Адсорбционное уравнение Гиббса.
Асорбционное равновесие. Адсорбция на границе твѐрдое тело – газ Уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра. Уравнение изотермы адсорб-
ции Фрейндлиха. Адсорбция на границе жидкость – газ. Адсорбция на границе твѐрдое тело – раствор. Хроматография
Раздел 6 Межфазные взаимодействия
Взаимодействие между конденсированными фазами: адгезия,смачивание, растекание. Закон сохранение энергии при адгезии. Уравнение Дюпре. Работа адгезии, адгезионная прочность, адсорбционная теория адгезии, когезия, работа когезии, уравнение Юнга, соотношение между работой адгезии и когезии.
Раздел 7. Комплексные соединения
Понятие о комплексных соединениях. Разновидности лигандов по природе донорных атомов и числу связей, образуемых центральным атомом. Номенклатура комплексных соединений. Реакции комплексных соединений. Устойчивость комплексных соединений. Строение комплексных соединений.
Раздел 8. Жидкое состояние и реакции в жидких фазах. Растворы
Жидкое состояние вещества. Диаграмма состояния воды. Свойства воды. Растворение, растворимость, произведение растворимости. Вещества в
жидком состоянии.Влияние химической природы и внешних условий на поведение жидкостей. Свойства жидкостей в сравнении со свойствами газов и кристаллов. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь.
Растворы. Общие понятия о растворах. Классификация растворов. Термодинамика растворения. Основные характеристики растворов.
Раздел 9. Процессы в водных растворах
Свойства растворов неэлектролитов. Разбавленные растворы неэлектролитов. Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Давление пара растворов. Первый закон Рауля. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Второй закон Рауля.
Свойства растворов электролитов. Растворы электролитов. Изотонический коэффициент. Электролитическая диссоциация. Количественные показатели диссоциации: степень диссоциации, константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты Диссоциация сильных и слабых электролитов. Равновесия в водных растворах сильных электролитов. Ионная сила и активность. Реакция нейтрализации. Водородный показатель. Ионные равновесия в растворах слабых кислот и слабых оснований. Гидролиз. Реакции амфотерных соединений. Равновесия в буферных растворах. Ионное произведение воды. Водородный показатель среды. Определение водородного показателя. Индикаторы. Гидролиз солей. Типичные случаи гидролиза солей. Константа и степень гидролиза.
Раздел 10. Окислительно - восстановительные и электрохимические процессы