3038

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»

ХИМИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для самостоятельной работы студентов

по направлению подготовки

09.03.02 Информационные системы и технологии,

ВОРОНЕЖ 2018

2

УДК 546 + 547(075)

Новикова Л.А. Химия [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 09.03.02 Информационные системы и технологии / Л. А. Новикова; Министерство науки и образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 21 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Методические указания составлены в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки бакалавра 09.03.02 – «Информационные системы и технологии», утвержденным приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 12 марта 2015 г. № 219 и учебным планом образовательной программы, утвержденным ректором ВГЛТУ 13.04.2018 г.

1. Цели и задачи дисциплины

3

1.1. Целью изучения дисциплины является формирование у студентов представлений о закономерностях протекания химических процессов, свойствах химических элементов, соединений и дисперсных систем; приобретение навыков выполнения химических экспериментов по общей и органической химии, а также химической идентификации веществ.

1.2. Для достижения поставленной цели при изучении дисциплины “Химия” ставятся и решаются следующие задачи:

–ознакомление с общими закономерностями протекания химических процессов;

–изучение теоретических основ строения вещества;

–ознакомление с дисперсными системами, включая свойства растворов неэлектролитов и электролитов;

–изучение особенностей окислительно-восстановительных реакций и электрохимических процессов;

–усвоение принципов химической идентификации и анализа веществ;

–изучение строения, свойств и методов получения органических веществ;

–ознакомление с лабораторным практикумом по основным разделам химии, а также химической идентификации веществ.

2.Дисциплина «Химия» по учебному плану входит в дисциплины базовой части. Ее индекс по учебному плану – Б1.Б.07.

2.Требования к результатам освоения дисциплины

2.1.Для эффективного освоения дисциплины «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:

1) представления о месте химии в современной научной картине мира; понимание роли химии в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач;

2) владение основополагающими химическими понятиями, теориями, законами и закономерностями; уверенное пользование химической терминологией и символикой;

3) владение основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдение, описание, измерение, эксперимент; умение обрабатывать, объяснять результаты проведённых опытов и делать выводы; готовность и способность применять методы познания при решении практических задач;

4) умение давать количественные оценки и проводить расчёты по химическим формулам и уравнениям;

5) владение правилами техники безопасности при использовании химических веществ;

4

6) сформированность собственной позиции по отношению к химической информации, получаемой из разных источников.

2.2. Студент по результатам освоения дисциплины «Химия» должен обладать следующими общекультурными компетенциями:

- владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-1).

Студент по результатам освоения дисциплины должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

-владением широкой общей подготовкой (базовыми знаниями) для решения практических задач в области информационных систем и технологий

(ОПК-1);

-способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

(ОПК-2).

2.3. В результате освоения дисциплины студент должен:

-знать: основные положения современной теории строения атома, периодический закон; теорию химической связи; основные законы термодинамики и кинетики химических реакций; основные классы органических соединений; особые свойства и закономерности поведения дисперсных систем; методы описания равновесий в растворах электролитов; основные процессы, протекающие в электрохимических системах, процессы коррозии и методы борьбы с коррозией; особенности, строение и свойства распространенных классов высокомолекулярных соединений, методы химической идентификации веществ, качественного и количественного анализа.

-уметь: определять атомное строение химических элементов, использовать периодический закон для предсказания свойств элементов и соединений; устанавливать тип химической связи и свойства различных классов соединений; определять возможность протекания химических реакций путем расчета термодинамических величин; определять изменение концентраций и константы равновесия при протекании химических реакций; работать с учебной и научной литературой; самостоятельно анализировать, обобщать и делать выводы из полученных на лабораторных занятиях результатов; работать как в составе группы, так и индивидуально;

-владеть: навыками выполнения основных химических лабораторных операций; методами определения pH растворов и определения концентраций в растворах; методами синтеза простейших неорганических и органических соединений.

5

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

Таблица 2

6

4.2 Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Предмет химии и её связь с другими науками. Основные понятия химической термодинамики. Термодинамические функции. Внутренняя энергия и энтальпия. Первый закон термодинамики. Законы термохимии. Закон Гесса и следствия из него. Закон Лавуазье-Лапласа. Понятие об энтропии. Второй закон термодинамики. Изменение энтропии при химических реакциях. Изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса). Влияние энтальпийного и энтропийного факторов на направление реакции. Условия самопроизвольного протекания химических процессов.

Химическая кинетика. Скорость реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Закон действия масс. Правило Вант-Гоффа. Понятие об энергии активации. Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Адсорбция.

Обратимые и необратимые химические реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле Шателье. Фазовое равновесие. Правило фаз.

Раздел 2. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Планетарная модель строения атома. Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары. Особенности поведения микрообъектов. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля. Квантово-механическая модель атома. Уравнение Шредингера. Характеристика состояния электрона в атоме квантовыми числами. Правила и порядок заполнения атомных орбиталей. Принцип Паули. Правило Гунда. Правило Клечковского.

Условие и механизм образования химической связи. Количественные характеристики химической связи: энергия связи, длина связи, валентные углы. Основные типы химической связи: ковалентная связь: полярная и неполярная; ионная, металлическая. Понятие о межмолекулярном взаимодействии, водородная связь и ее свойства.

Раздел 3. РАСТВОРЫ

Общие понятия о растворах и дисперсных системах. Растворение и растворимость веществ. Общие (коллигативные) свойства растворов. Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Давление пара растворов. Первый закон Рауля. Замерзание и кипение растворов. Второй закон Рауля. Свойства растворов электролитов. Электролитическая диссоциация. Изотонический коэффициент. Степень и константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Ионные уравнения реакций. Произведение растворимости. Водородный показатель. Реакция среды. Гидролиз солей.

Раздел 4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Окислительно-восстановительные процессы. Степень окисления. Окислители и восстановители. Типы окислительно-восстановительных реакций. Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

7

Электрохимические системы. 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. Химические источники тока. Аккумуляторы. Электролиз растворов и расплавов. Активные и инертные аноды. Законы Фарадея. Коррозия металлов: химическая и электрохимическая. Механизм коррозии. Методы защиты от коррозии: легирование, электрохимическая защита, защитные покрытия, изменение свойств коррозионной среды.

Раздел 5. ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА И ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ

СОЕДИНЕНИЯ

Предмет органической химии. Теоретические представления о строении органических соединений. Теория А.М.Бутлерова. Классификация органических соединений и реакций. Номенклатура органических веществ. Изомерия. Способы получения и химические свойства углеводородов и основных классов кислородсодержащих соединений. Понятие и определение высокомолекулярных соединений. Строение и классификация полимеров. Мономеры. Олигомеры. Методы получение полимеров: полимеризация и поликонденсация. Основные свойства и применение полимеров. Полимерные композиционные материалы.

Раздел 6. ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВА

Предмет аналитической химии. Аналитические реакции. Химическая идентификация веществ. Качественный анализ и его методы. Количественный анализ. Методы количественного анализа: химические, физико-химические и физические методы анализа.

4.3. Перечень занятий, проводимых в интерактивной форме

8

5. Лабораторный практикум, практические или семинарские занятия 5.1. Лабораторный практикум

Таблица 4

9

6. ВОПРОСЫ К ТЕКУЩЕМУ КОНТРОЛЮ I контроль на 5 неделе

Вопросы к темам «Основные понятия химии», «Стехиометрические законы»

1.Основные понятия химии. Атом, молекула. Простые и сложные вещества. Атомная масса, молекулярная масса. Моль, молярная масса.

2.Закон сохранения массы и закон сохранения энергии.

3.Закон Авогадро. Следствие из закона Авогадро.

4.Закон кратных отношений.

5.Закон объёмных отношений

6.Закон постоянства состава. Дальтониды и бертоллиды.

7.Понятие об эквиваленте. Эквивалент элемента и сложных соединений.

8.Закон эквивалентов.

Вопросы к теме «Химическая термодинамика»

1.Понятие о химической термодинамике. Термодинамические системы, их параметры и свойства.

2.Первый закон термодинамики. Особенности химических реакций в изобарных и изохорных условиях. Внутренняя энергия. Энтальпия.

3.Термохимия. Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса. Термохимические расчеты.

4.Закон Лавуазье-Лапласа.

5.Понятие об энтропии.

6.Второй закон термодинамики. Изменение энтропии в химических процессах

ифазовых переходах.

7.Энергия Гиббса и ее изменение в химических процессах. Критерии направления самопроизвольного протекания химических процессов.

Вопросы к теме «Химическая кинетика и химическое равновесие»

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

2.Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.

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

4.Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Энергия активации реакции. Теория активированного комплекса.

5.Катализаторы и каталитические системы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятия об адсорбции, десорбции, абсорбции, хемосорбции, адсорбенте и адсорбате.

6.Обратимые и необратимые реакции.

7.Условие возникновения и смещения химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

8.Фазовые равновесия. Правило фаз.

10

II контроль на 7 неделе

Вопросы по темам «Строение атома», «Химическая связь», «Периодическая система Д.И.Менделеева»

1.Основные сведения о строении атома.

2.Состав атомных ядер. Изотопы. Изобары.

3.Исторические этапы создания теории строения атома. Двойственная природа электрона. Уравнение де Бройля.

4.Характеристика энергетического состояния электрона квантовыми числами. Главное, побочное, магнитное, спиновое квантовые числа.

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

6.История создания периодической системы химических элементов. Основные законы философии и периодическая система Д.И.Менделеева.

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

8.Связь периодической системы с электронным строением атомов.

s-, p-, d-, f-элементы. Проскок электронов.

9.Условие образования химической связи. Типы химической связи. Химическая связь и валентность.

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

11.Ковалентная связь. Метод валентных связей. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность связи, поляризуемость связи. Полярные и неполярные молекулы. Донорно-акцепторный механизм образования связи.

12.Ионная связь и ее свойства. Ионные кристаллические решетки.

13.Металлическая связь и ее особенности. Металлические решетки.

14.Водородная связь, ее свойства. Комплементарность.

III контроль на 11 неделе

Вопросы к темам «Растворы»

1.Определение понятия «растворы». Классификация растворов. Термодинамика растворения.

2.Способы выражения концентрации растворов: массовая доля и мольная доля, молярная, нормальная (эквивалентная), моляльная концентрации, титр.

3.Растворение и растворимость веществ. Тепловые эффекты при растворении.

4.Диффузия и осмос. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа.

5.Давление пара растворов. Первый закон Рауля.

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

7.Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Степень и константа диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Изотонический коэффициент.

8.Ионные уравнения реакций.