659

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ АУДИТОРНОЙ И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ХИМИИ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 2 4 0 4 0 0 – ОРГАНИЗАЦИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ

Воронеж 2002

2

УДК 546 + 547 (075)

Методические указания для аудиторной и самостоятельной работы по химии для студентов лесомеханического факультета специальности 240400 Организация и безопасность движения /О.А.Ткачева.- Воронеж, 2002.-16 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА

Методические указания составлены в соответствии с новым Государственным общеобразовательным стандартом по специальности 240400 - Организация и безопасность движения (2000 г) и на основании примерной программы дисциплины "Химия" (Теоретические основы химии; неорганическая химия; органическая химия) Министерства образования Российской Федерации для инженерно-технических (нехимических) специальностей высших ученых заведений (2000 г).

Рецензент - канд. хим. наук, доцент Ю. С. Перегудов

Под редакцией докт. техн. наук, проф. Л.И. Бельчинской

3

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Инженер специальности «Организация и безопасность движения» должен обладать достаточными знаниями и умениями в области химии как одной из общеобразовательных и общетеоретических наук.

Инженер специальности «Организация и безопасность движения» непрерывно сталкивается со сложными физико-химическими процессами, со свойствами конструкционных, инструментальных, эксплуатационных и других технических материалов, применяемых в автомобилестроении, при эксплуатации и ремонте автомобилей. Объем химических знаний для инженеров технических специальностей определяется проблемами, которые встречаются при конструировании и разработке новых моделей автомобилей, машин и установок, а также в механической технологии в связи с применением новых технических материалов и методов их обработки.

Врезультате изучения курса химии студент должен иметь представление:

-о фундаментальном единстве естественных наук, незавершенности естествознания и возможности его дальнейшего развития;

-о фундаментальных константах естествознания;

-об основных химических системах и процессах;

-о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности в системах, взаимных переходах из упорядоченного в неупорядоченное состояние при изучении термодинамики в химических системах;

-о динамических и статических закономерностях в природе при изучении химической кинетики;

-об изменениях во времени химических процессов при изучении химической кинетики;

-об измерениях и их специфичности при изучении химических систем, о методах химической идентификации и определения веществ;

-о новейших открытиях в химических науках и перспективах для их практического использования;

-о последствиях профессиональной деятельности на природные процессы;

-об основных принципах охраны окружающей среды и рационального природопользования, перспективах создания не разрушающих природу технологий;

-о значении химии для избранной специальности и промышленности в целом.

Впроцессе обучения студент овладевает навыками работы с научной и учебной литературой, самостоятельного выполнения химических экспериментов, обобщения наблюдаемых факторов, техники химических расчетов.

Знание курса химии необходимо для успешного изучения последующих общенаучных и специальных дисциплин.

4

2 ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

В теоретическую часть курса входят основополагающие материалы дисциплины «Химия», которые изложены на основе периодического закона, современного состояния научных представлений с учетом межпредметных связей и научно-технического прогресса. В данном курсе представлены элементы общей, неорганической, органической, физической, аналитической химии.

Программа предусматривает широкое привлечение студентов к самостоятельной работе. Приводятся темы для самостоятельного изучения определенных разделов химии, вопросы для контроля самостоятельной работы и требуемая литература для самостоятельного изучения материала. Студенту необходимо научиться работать с учебной и научной литературой, самостоятельно изучать разделы, выносимые из лекционного курса, уметь самостоятельно делать выводы из полученного на лабораторных занятиях экспериментального материала. Студент должен уметь работать как индивидуально, так и в составе группы, которая изучает определенную зависимость, подтверждающую основные химические законы и закономерности.

При изучении курса химии необходимо видеть связь с другими естественнонаучными и общепрофессиональными дисциплинами (физика, материаловедение, безопасность жизнедеятельности, основы технологии производства автомобилей, ремонт автомобилей, лесозаготовительных и лесохозяйственных машин, эксплуатационные материалы и др.).

2.1Лекционный курс - 18 часов

1.Химия – часть естествознания. Основные понятия и законы

3.Химическая кинетика. Скорость реакции и методы ее регулирования. Химическое и фазовое равновесие в гомогенных

5

2.2 Тематический план лекций /Литература 1-5, 12/

Лекция 1

Химия как раздел естествознания - наука о веществах и их превращениях. Понятие о материи и движении, веществе и поле. Предмет химии и связь химии с другими науками. Роль химии в изучении природы и развитии техники. Химия и охрана окружающей среды. Значение химии для специалистов по организации безопасного движения.

Основные понятия химии: атом, элемент, молекула, моль, простые и сложные вещества, чистые вещества и смеси.

Основные законы химии: закон сохранения массы веществ, закон постоянства состава, закон сохранения энергии, закон эквивалентов, закон объемных отношений, закон Авогадро и следствие из него.

Лекция 2

Энергетика химических процессов. Элементы термохимии. Экзотермические и эндотермические реакции. Teпловой эффект реакции. Основные термодинамические функции. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Закон Гесса и следствие из него. Закон Лавуазье-Лапласа.

Направление протекания химических реакций. Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии при химических реакциях. Понятие об изобарно-изотермическом потенциале (энергия Гиббса). Влияние энтальпийного и энтропийного факторов на направление реакции. Стандартная энергия Гиббса образования. Условия самопроизвольного протекания химических процессов.

Лекция 3

Химическая кинетика. Скорость химических реакций и методы ее регулирования. Гомогенные и гетерогенные системы. Зависимость скорости химической реакции от концентрации. Закон действия масс. Константа скорости реакции. Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Колебательные реакции.

Обратимые и необратимые химические реакции. Условия химического равновесия. Основные факторы, определяющие направление течения реакций. Химическое равновесие. Константа равновесия и ее связь с термодинамическими функциями. Принцип Ле-Шателье. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Фазовое равновесие. Правило фаз.

Лекция 4

Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантово-механическая модель атома. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули и следствие из него. Правила Клечковского. Правило Гунда. Связь строения атома с периодической системой элементов.

6

Условие и механизм образования химической связи. Химическая связь и валентность. Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина связи, валентные углы.

Ковалентная связь. Метод валентных связей. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность, σ и π -связи. Поляризуемость. Полярные и неполярные молекулы. Диполь. Дипольный момент. Гибридизация атомных орбиталей. Донорно-акцепторный механизм образования связи.

Образование и особенности ионной связи. Свойства ионной связи: ненасыщаемость, ненаправленность.

Металлическая связь и ее особенности. Кристаллическая решетка металлов. Водородная связь и ее свойства. Комплементарность.

Лекция 5

Понятие растворов. Классификация растворов. Термодинамика растворения. Основные характеристики растворов. 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.

Растворы электролитов. Изотонический коэффициент. Теория электролитической диссоциации. Количественные показатели диссоциации: степень диссоциации, константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Произведение растворимости. Ионное произведение воды. Водородный показатель среды. Определение водородного показателя. Индикаторы.

Лекция 6

Окислительно-восстановительные процессы. Степень окисления. Окислители и восстановители. Окисление и восстановление. Типы окислительновосстановительных реакций. Эквивалент окислителя и восстановителя.

Электрохимические процессы. Определение, классификация электрохимических процессов. Понятие об электродных потенциалах. Стандартный водородный электрод и водородная шкала потенциалов. Потенциалы металлических электродов. Уравнение Нернста.

Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение. Электролиз. Последовательность электродных процессов. Законы Фарадея.

Коррозия металлов. Методы защиты металлов от коррозии.

Лeкция 7

Предмет аналитической химии. Химическая идентификация: качественный и количественный анализ. Химические, физические и физико-химические методы анализа.

Качественный анализ. Аналитические реакции и способы их выполнения. Требования к аналитическим реакциям и реактивам. Системы качественного анализа катионов и анионов. Аналитическая классификация катионов и анионов. Дробный анализ и систематический ход анализа.

8

5.Семинар: Строение атома, типы химической связи. Решение задачи 4 /6/

6.Отчет I. Способы выражения концентрации растворов. Химическая термодинамика. Химическая кинетика и равновесие в гомо-

7.Лабораторная работа 5. Потенциометрический метод определения рН растворов /10/.

Лабораторная работа 6. Гидролиз солей /10/.

8.Лабораторная работа 7. Электролиз водных растворов солей и щелочей /11/.

Лабораторнаяработа8.Коррозия металлов. Защита от коррозии /11/

9.Отчет II. Растворы неэлектролитов и электролитов. Окислитель- но-восстановительные реакции. Электрохимические процессы.

2.4 Вопросы к отчетам по лабораторному практикуму

I отчет ( 6-я неделя )

Вопросы к темам "Приготовление растворов", "Способы выражения концентрации растворов"

1.Способы выражения концентрации растворов: массовая и мольная доля, молярная и нормальная концентрация растворенного вещества.

2.Способы приготовления растворов.

3.Определение концентрации раствора титриметрическим методом. Титрант, титруемое вещество. Назначение индикатора.

4.Химическая посуда для приготовления растворов и определения их концентрации.

Вопросы к теме "Химическая термодинамика"

5.Понятие о химической термодинамике. Термохимия. Тепловые эффекты.

6.Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия.

7.Закон Гесса. Термохимические расчеты.

8.Закон Лавуазье-Лапласа.

9.Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии

вхимических процессах и фазовых переходах.

10.Энергия Гиббса и ее изменение в химических процессах. Направление протекания химических процессов.

9

Вопросы к теме "Химическая кинетика и химическое равновесие"

11.Определение скорости химической реакции. Скорость реакций в гомогенных и гетерогенных системах.

12.Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

13.Зависимость скорости химических реакций от концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс. Константа скорости реакции.

14.Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа.

15.Катализаторы, каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ.

16.Обратимые и необратимые реакции.

17.Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Вопросы к темам: "Строение атома", "Периодическая система Д. И. Менделеева", "Химическая связь"

18.Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары.

19.Характеристика энергетического состояния электрона квантовыми числами: главное, побочное, магнитное, спиновое.

20.Распределение электронов по энергетическим уровням в соответствии с принципом Паули, правилами Клечковского и Гунда.

21.Периодический закон Д. И. Менделеева. Положение элементов в периодической системе. Периоды. Группы. Подгруппы.

22.Связь периодической системы с электронным строением атомов. s-, p-, d-, f - элементы. Проскок электронов.

23.Условие образования химической связи. Типы химических связей. Химическая связь и валентность.

24.Количественные характеристики химической связи: длина связи, энергия связи, валентные углы.

25.Ковалентная связь. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность связи, σ-, π-связи. Поляризуемость связи.

26.Донорно-акцепторный механизм образования связи.

27.Ионная связь и ее свойства: ненасыщенность и ненаправленность.

28.Водородная связь, ее свойства. Комплементарность.

29.Металлическая связь и ее особенности.

II отчет ( 9-я неделя )

Вопросы к теме "Растворы"

1.Определение понятия "растворы". Классификация растворов. Термодинамика растворения. Тепловые эффекты при растворении.

2.Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон ВантГоффа. Значение осмоса.

3.Давление пара растворов. Первый закон Рауля.

4.Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Второй закон Рауля.

5.Растворы электролитов. Изотонический коэффициент.

10

6.Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации, константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты.

7.Кислоты, основания и соли с точки зрения электролитической диссоциации.

8.Ионное произведение воды. Водородный показатель рН, его определение различными способами. Индикаторы.

9.Гидролиз солей. Константа и степень гидролиза.

Вопросы к темам: "Окислительно-восстановительные процессы", "Электрохимические системы"

10.Окислительно-восстановительные процессы. Степень окисления. Окисление и восстановление. Эквивалент окислителя и восстановителя.

11.Электрохимические процессы: определение, классификация.

12.Понятие об электродных потенциалах. Стандартные электроды.

13.Потенциалы металлических электродов. Уравнение Нернста.

14.Гальванические элементы. ЭДС и ее измерение.

15.Электролиз. Катодные и анодные процессы при электролизе с нерастворимым и растворимым анодом.

16.Законы Фарадея.

17.Основные виды коррозии металлов. Механизм коррозии.

18.Методы защиты металлов от коррозии.

3 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ

3.1 Самостоятельное изучение отдельных разделов лекционного курса

Систематика химических элементов

1.Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева.

2.Понятие периода, группы, подгруппы.

3.Связь периодической системы с электронным строением атомов.

Литература 1-2

Некоторые разделы органической химии

1.Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова.

2.Номенклатура углеводородов.

3.Номенклатура кислородсодержащих соединений.

Литература 4-5,13

3.2 Самостоятельное решение задач

Студенты получают в начале семестра номер варианта, который сохраняется в течение всего семестра. По каждой теме нужно решить задачу своего варианта (литература 6). Последовательность решения задач указана в плане лабораторного практикума (п. 3.3). Контроль осуществляется в дни отчета по самостоятельной работе (6-я и 9-я недели), а также на дополнительных занятиях и консультациях.