Kratkii_kyrs_lekcii_po_himii
.pdf1
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Библиотека студента УГНТУ
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ»
для студентов нехимических специальностей
Под общей редакцией профессора С.С. Злотского и профессора А.К.Мазитовой
Уфа
2010
2
УДК 541
ББК 24.1 К78
Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ в качестве учебного пособия
Авторы: О.Ф.Булатова, С.Б.Денисова, Л.Н.Зорина, О.И.Михайленко, М.А.Молявко, М.Н.Назаров, Л.З.Рольник, Л.Е.Салова, Л.Г.Сергеева, О.Б.Чалова, А.Т.Чанышева, Ф.Б.Шевляков (кафедра «Общая и аналитическая химия»); Ю.Н.Биглова, Е.А.Буйлова, Д.Р.Галиева, Н.М.Шаймарданов (кафедра «Прикладная химия и физика»)
Рецензенты:
Заведующий кафедрой «Химия» Уфимского государственного авиационного технического университета доктор химических наук профессор В.А. Докичев
Заведующий кафедрой «Общая химия» Уфимской государственной академии экономики и сервиса кандидат химических наук
доцент И.П. Журкина
К78 Краткий курс лекций по дисциплине «Химия» /Ю.Н.Биглова и др.; под общ. ред. С.С. Злотского и А.К. Мазитовой. – Уфа: УГНТУ, 2010. – 69 с.
ISBN 978-5-7831-0955-3
Кратко приведены лекции по дисциплине «Химия». Содержание лекций соответствует государственным образовательным стандартам. Отражен модульный принцип обучения, дано содержание практических и лабораторных занятий, приводится список основной литературы для дополнительного изучения материала. Предназначен для студентов нехимических специальностей: АГ, АТ, АЭ, БАГ, БАТ, БАЭ, БМЗ, БМП, БПГ, БПС, БТЭ, ВВ, ГФ, ДС, МЗ, МП, МС, ПГ, ПС, ТЭ, ЭГ, ЭС, ЭТ, а также АК, БОС, МХ, ОС, ТС, ТН очной и заочной форм обучения.
|
УДК 541 |
|
ББК 24.1 |
ISBN 978-5-7831-0955-3 |
© Уфимский государственный нефтяной |
|
технический университет, 2010 |
|
© Коллектив авторов, 2010 |
3
Предисловие
Вучебной программе студентов нехимических специальностей технического вуза, в частности УГНТУ, присутствует дисциплина «Химия». Для подавляющего большинства специальностей по данному предмету предусмотрено 12-20 лекций (24-40 часов), 3-5 практических занятий (6-10 часов) и 10-15 лабораторных занятий (20-30 часов).
Содержание лекционного материала включает два основных раздела: строение, общие (интегральные) свойства веществ и свойства важнейших элементов. На практических занятиях в интерактивном режиме подробно рассматриваются узловые, принципиальные вопросы программы, фокусируется внимание на разделах, имеющих наибольшее значение для всего курса. Лабораторные работы посвящены изучению широкого круга проблем термодинамики, кинетики, растворов, электрохимии и превращениям важнейших неорганических соединений. Студенты в ходе выполнения экспериментов получают необходимые навыки и опыт работы с химическими реактивами и реагентами. В совокупности аудиторные занятия, консультации, домашние и самостоятельные работы позволяют учащимся успешно освоить материал программы и в дальнейшем использовать полученные знания по химии при изучении специальных дисциплин.
Внастоящее время по курсу «Химия» имеется большое количество учебников, учебных пособий, практикумов, сборников задач и др., как в печатной форме, так и на электронных носителях. Преподавателями кафедр ОАХ и ПХиФ в 2005-2009 годах издана обширная учебная литература для студентов нехимических специальностей (см.список рекомендуемой литературы).
Вто же время из опыта преподавания следует, что отсутствие пособия, содержащего базовые сведения по дисциплине в краткой доступной форме, сдерживает рост успеваемости студентов по курсу «Химия».
Вэтой связи коллективы преподавателей кафедр ОАХ и ПХиФ УГНТУ совместно подготовили настоящее пособие*, цель которого − систематизировать, упростить и облегчить студентам I курса нехимических специальностей изучение и ознакомление с основным содержанием дисциплины «Химия». Краткий конспект каждой из 23-х лекций содержит описание базовых положений, терминов, формул и определений. Даны вопросы для самопроверки и контроля, а также приведены ссылки на 2 - 4 учебника, где данный раздел изложен более детально и подробно. В конце книги имеется расширенный список рекомендуемой учебной литературы и перечислены основные вопросы, выносимые на зачеты и экзамены.
*Также настоящее пособие рекомендовано кафедрой ОХТ СФ УГНТУ (зав. кафедрой профессор Р.Р. Даминев) для студентов специальностей АК, БОС, МХ, ОС, ТН, ТС очной и заочной форм обучения Стерлитамакского филиала УГНТУ.
4
Настоящее пособие не заменяет существующие учебники и практикумы, а, наоборот, предусматривает более подробное и детальное ознакомление и изучение разделов программы по основным учебникам. В то же время простота и доступность учебного пособия, на наш взгляд, позволяет студентам предварительно познакомиться с тематикой и содержанием лекций, лучше представить схему курса, связать между собой отдельные разделы программы.
Авторы − ведущие преподаватели кафедр ОАХ и ПХиФ - в краткой, тезисной форме обобщили и систематизировали основные параметры, цели и задачи каждой лекции. Это позволяет студентам свести к минимуму непроизводительный расход времени, концентрироваться на ключевых вопросах и положениях дисциплины.
Мы полагаем, что пособие окажется полезным и интересным всем без исключения студентам, изучающим на I курсе дисциплину «Химия», а также будет востребовано молодыми начинающими преподавателями и научными сотрудникам для подготовки к лекциям, лабораторным и практическим занятиям. Рекомендуем данное пособие учителям, преподавателям средних школ, техникумов, колледжей, а также школьникам - старшеклассникам, заинтересованным в углубленном изучении химии.
Выражаем глубокую благодарность доценту Буйловой Е.А. и доценту Чаловой О.Б. за подготовку рукописи к изданию.
Профессор Злотский С.С., заведующий кафедрой ОАХ;
профессор Мазитова А.К., заведующий кафедрой ПХиФ.
5 |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Содержание дисциплины «Химия» для студентов нехимических |
|
специальностей АГ, АТ, АЭ, БАГ, БАТ, БАЭ, БМЗ, БМП, БТЭ, МЗ, МП, |
6 |
МС, ТЭ, ЭГ, ЭТ…………. |
|
Содержание дисциплины «Химия» для студентов нехимических |
|
специальностей БПГ, БПС, ВВ, ГФ, ДС, ПГ, ПС, ЭС……………………… |
11 |
Лекция 1. Квантово-механическая модель строения атома……..……............ |
15 |
Лекция 2. Электронные конфигурации атомов. Периодический Закон. |
|
Периодическая система Д.И. Менделеева…………………………………….. |
17 |
Лекция 3. Основные типы химической связи. Ковалентная связь…………... |
19 |
Лекция 4. Теория гибридизации и геометрия молекул. Полярность и |
|
поляризуемость ковалентной связи и молекул………………………………... |
21 |
Лекция 5. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь.…………. |
23 |
Лекция 6. Химическая термодинамика………………………………………... |
25 |
Лекция 7. Химическая кинетика……………………………………………….. |
27 |
Лекция 8. Химическое равновесие…………………………………………….. |
29 |
Лекция 9. Растворы. Способы выражения концентрации растворов. |
|
Свойства растворов……………………………………………………………... |
31 |
Лекция 10. Дисперсные системы. Поверхностные явления………………….. |
33 |
Лекция 11. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация……… |
35 |
Лекция 12. Диссоциация воды. Диссоциация кислот и оснований. |
|
Водородный показатель………………………………………………………… |
37 |
Лекция 13. Произведение растворимости. Ионно-обменные реакции………. |
39 |
Лекция 14. Гидролиз солей. Буферные растворы …………………………….. |
41 |
Лекция 15. Окислительно-восстановительные реакции……………………… |
43 |
Лекция 16. Понятие «Электродный потенциал». Электрохимические |
|
процессы………………………………………………………….……………… |
45 |
Лекция 17. Электролиз расплавов и растворов……………………………….. |
47 |
Лекция 18. Общие свойства металлов………………………………….……… |
49 |
Лекция 19. Коррозия металлов. Методы защиты от коррозии………….......... |
51 |
Лекция 20. Металлы главной подгруппы II группы. Жесткость воды…......... |
53 |
Лекция 21. Конструкционные металлы. Алюминий. Хром. Железо………… |
55 |
Лекция 22. Полимеры…………………………………………………………… |
57 |
Лекция 23. Химическая идентификация, анализ вещества…………………... |
59 |
Контрольные вопросы |
61 |
Список рекомендуемой литературы |
66 |
6
Содержание дисциплины «Химия» для студентов нехимических специальностей: АЭ, БАЭ, БМЗ, БМП, МЗ, МП, МС, ТЭ, БТЭ, ЭГ,
ЭТ (АГ, АТ, БАГ, БАТ)
Аудиторные занятия: лекции–34 ч (20ч), практические занятия - 8 ч (4 ч), лабораторные занятия - 28 ч (16 ч), РГР (домашние задания или контрольные работы), зачёт - 0, экзамен - 1
1 |
Модуль 1 «Строение вещества» |
Лекции–10 ч, практические занятия -6 ч, лабораторные занятия-0 ч, РГР-1 |
|||
|
|
|
|
|
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на |
№ лекции |
Содержание практических занятий |
Содержание |
РГР |
|
лекции |
по |
|
лабораторных |
контрольные |
|
|
пособию |
|
занятий |
точки |
1.1 |
Квантово-механическая модель строения |
Лекция 1 |
|
|
|
|
атома. Составные части атома. Строение |
Лекция 2 |
|
|
|
|
многоэлектронных атомов. Принцип Паули. |
|
|
|
|
|
Правило Гунда. Правила Клечковского |
|
|
|
|
1.2 |
Электронные конфигурации атомов. |
Лекция 2 |
|
|
|
|
Периодический закон. Периодическая |
|
|
|
|
|
система Д.И.Менделеева. Типы элементов |
|
|
|
|
|
(s, р, d, f) и их расположение в периодической |
|
|
|
|
|
системе. Периодическое изменение свойств |
|
|
|
|
|
элементов в соответствии с электронной |
|
|
|
|
|
структурой их атомов. Атомные и ионные |
|
|
|
|
|
радиусы. Энергия ионизации. Сродство к |
|
|
|
|
|
электрону. Электроотрицательность |
|
|
|
|
1.3 |
Основные типы химической связи. |
Лекция 3 |
1.Строение атома. Электронные |
|
|
|
Ковалентная связь. Энергетическая |
|
формулы атомов и ионов. |
|
|
|
диаграмма образования молекулы водорода. |
|
Периодический закон и |
|
|
|
Механизмы образования и характеристики |
|
периодическая система элементов |
|
|
|
ковалентной химической связи |
|
Д.И. Менделеева. Периодическое |
|
|
|
(насыщенность, направленность) |
|
изменение свойств элементов в |
|
|
|
|
|
соответствии с электронной |
|
|
|
|
|
структурой их атомов по периодам |
|
|
|
|
|
и группам |
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4 |
Теория гибридизации и геометрия |
Лекция 4 |
|
|
2.Ковалентная химическая связь. |
|
|
|
|
|
молекул. Полярность и поляризуемость |
|
|
|
Механизм образования. Свойства |
|
|
|
|
|
ковалентной связи и молекул |
|
|
|
ковалентной химической связи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теория гибридизации, геометрия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
молекул. Полярность молекул |
|
|
|
|
1.5 |
Межмолекулярные взаимодействия. |
Лекция 5 |
|
|
3.Типы межмолекулярных |
|
|
Контрольная |
|
|
Водородная связь. Влияние на физические |
|
|
|
взаимодействий. Водородная связь |
|
|
работа 1 |
|
|
свойства веществ. Металлическая связь и |
|
|
|
и её влияние на физические |
|
|
«Строение |
|
|
металлические структуры. Ионная связь и её |
|
|
|
свойства. Металлическая связь и |
|
|
вещества» |
|
|
свойства. Ионные кристаллы |
|
|
|
металлические структуры. Ионная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
связь и её свойства. Ионные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кристаллы |
|
|
|
|
2 |
Модуль 2 «Закономерности протекания |
Лекции – 6 ч, практические занятия - 2 ч, лабораторные занятия - 6 ч, РГР-1 |
|||||||
|
химических процессов» |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на |
|
|
|
Содержание |
Содержание |
|
РГР |
|
|
лекции |
|
|
|
практических |
лабораторных занятий |
|
контрольные |
|
|
|
|
|
|
занятий |
|
|
|
точки |
2.1 |
Химическая термодинамика. Закон Гесса и |
Лекция 6 |
|
|
4.Химическая |
1. ЛР-1. Тепловые |
|
|
|
|
следствия из него. Теплота образования |
|
|
|
термодинамика. |
эффекты и направление |
|
|
|
|
вещества. Энтальпия. Энтропия. Энергия |
|
|
|
Химическая кинетика |
протекания |
|
|
|
|
Гиббса. Направление химических процессов |
|
|
|
и равновесие. |
химических реакций |
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение задач |
|
|
|
|
2.2 |
Химическая кинетика. Понятие о скорости |
Лекция 7 |
|
|
|
2. ЛР-2. Химическая |
|
|
|
|
химических реакций. Факторы, влияющие на |
|
|
|
|
кинетика и химическое |
|
|
|
|
скорость (концентрация, температура, |
|
|
|
|
равновесие |
|
|
|
|
катализатор). Энергия активации. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гомогенный и гетерогенный катализ |
|
|
|
|
|
|
|
|
2.3 |
Химическое равновесие. Константа |
Лекция 8 |
|
|
|
3.ЛР-3. Химическая |
Контрольная |
||
|
химического равновесия. Принцип Ле- |
|
|
|
|
кинетика и химическое |
работа 2 |
||
|
Шателье. Колебательные реакции |
|
|
|
|
равновесие |
«Закономерности |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
протекания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
химических |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
процессов» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
3 |
Модуль 3 «Дисперсные системы и |
Лекции – 8 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 8 ч, РГР-1 |
|||
|
растворы» |
|
|
|
|
Тема |
Наименование вопросов, |
|
Содержание |
Содержание |
РГР |
|
изучаемых на лекции |
|
практических |
лабораторных занятий |
контрольные |
|
|
|
занятий |
|
точки |
3.1 |
Растворы. Способы выражения |
Лекция 9* |
|
4.ЛР-4. Приготовление |
|
|
концентраций растворов. Свойства |
Лекция 10* |
|
раствора NaCl |
|
|
растворов. Дисперсные системы. |
Лекция 11 |
|
заданной концентрации |
|
|
Поверхностные явления. Растворы |
|
|
|
|
|
электролитов. Электролитическая |
|
|
|
|
|
диссоциация. Понятие об электролитах. |
|
|
|
|
|
Степень диссоциация, константа диссоциации |
|
|
|
|
|
слабых электролитов. Закон разбавления |
|
|
|
|
|
Оствальда. Растворы сильных электролитов. |
|
|
|
|
|
Ионная сила растворов. Активность ионов |
|
|
|
|
3.2 |
Диссоциация воды. Диссоциация кислот и |
Лекция 12 |
|
5.ЛР-5. Ионно- |
|
|
оснований. Водородный показатель. |
|
|
обменные реакции. |
|
|
Ионное произведение воды. Расчет рН |
|
|
Условие их |
|
|
растворов сильных и слабых кислот; сильных |
|
|
протекания. |
|
|
и слабых оснований |
|
|
Диссоциация кислот и |
|
|
|
|
|
оснований |
|
3.3 |
Произведение растворимости. Ионно- |
Лекция 13 |
|
6.ЛР-6. Условия |
|
|
обменные реакции. Равновесие в растворах |
|
|
выпадения и |
|
|
плохо растворимых сильных электролитов. |
|
|
растворения осадков. |
|
|
Условия образования и растворения осадков. |
|
|
Произведение |
|
|
Направление протекания ионно-обменных |
|
|
растворимости |
|
|
реакций. Реакция нейтрализации |
|
|
|
|
3.4 |
Гидролиз солей. Буферные растворы. |
Лекция 14 |
|
7.ЛР-7. Гидролиз |
Контрольная |
|
Гидролиз по катиону, гидролиз по аниону, |
|
|
солей. Обратимость |
работа 3 |
|
полный гидролиз. Степень гидролиза и |
|
|
гидролиза. Факторы, |
«Дисперсные |
|
факторы, влияющие на неё. Константа |
|
|
влияющие на гидролиз |
системы и |
|
гидролиза. Расчет рН растворов солей. |
|
|
|
растворы» |
|
Буферные растворы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
4 |
Модуль 4 «ОВР. Электрохимические |
Лекции – 6 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 8 ч, РГР-1 |
||||
|
процессы» |
|
|
|
|
|
Тема |
Наименование вопросов, |
|
Содержание |
Содержание |
|
РГР |
|
изучаемых на лекции |
|
практических |
лабораторных занятий |
|
контрольные |
|
|
|
занятий |
|
|
точки |
4.1 |
Окислительно-восстановительные |
Лекция 15 |
|
8.ЛР-8. Окислительно- |
|
|
|
реакции. Основные понятия. Составление |
|
|
восстановительные |
|
|
|
уравнений ОВР. Метод ионно-электронного |
|
|
реакции. Направление |
|
|
|
баланса. Направление протекания ОВР |
|
|
протекания |
|
|
4.2 |
Понятие «Электродный потенциал». |
Лекция 16 |
|
9.ЛР-9. Гальванический |
|
|
|
Электрохимические процессы. |
|
|
элемент. Ряд |
|
|
|
Стандартный водородный электрод. Ряд |
|
|
стандартных |
|
|
|
стандартных окислительно- |
|
|
окислительно- |
|
|
|
восстановительных потенциалов металлов |
|
|
восстановительных |
|
|
|
(ОВП). Гальванический элемент. |
|
|
потенциалов металлов |
|
|
|
Электрохимические цепи |
|
|
|
|
|
4.3 |
Электролиз расплавов и растворов солей. |
Лекция 17 |
|
10.ЛР-10. |
|
|
|
Потенциал разложения. Ряд разряжаемости |
|
|
Электрохимическая |
|
|
|
катионов и анионов. Электролиз с активным |
|
|
коррозия металлов |
|
|
|
анодом |
|
|
|
|
|
4.4 |
|
|
|
11.ЛР-11. Электролиз |
Контрольная |
|
|
|
|
|
растворов солей |
работа 4 «ОВР. |
|
|
|
|
|
|
Электрохимичес |
|
|
|
|
|
|
кие процессы» |
|
|
Модуль 5 «Химические свойства |
Лекции – 4 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 4 ч, РГР-1 |
||||
|
металлов» |
|
|
|
|
|
Тема |
Наименование вопросов, |
|
Содержание |
Содержание |
|
РГР |
|
изучаемых на лекции |
|
практических |
лабораторных занятий |
|
контрольные |
|
|
|
занятий |
|
|
точки |
5.1 |
Общие свойства металлов. Химические |
Лекция 18 |
|
12.ЛР-12. Химические |
|
|
|
свойства металлов. Взаимодействие металлов |
|
|
свойства металлов. |
|
|
|
с неметаллами, с водой, основаниями. |
|
|
Взаимодействие металлов |
|
|
|
Взаимодействие металлов с кислотами, |
|
|
с неметаллами, с водой, |
|
|
|
растворами солей |
|
|
основаниями |
|
|
10
5.2 |
Коррозия металлов. Методы защиты от |
Лекция 19 |
|
|
13.ЛР-13. Химические |
Контрольная |
|
коррозии Виды коррозии. Меры борьбы с |
|
|
|
свойства металлов. |
работа 5 |
|
коррозией |
|
|
|
Взаимодействие металлов |
«Химические |
|
|
|
|
|
с кислотами и солями |
свойства |
|
|
|
|
|
|
металлов |
5.3 |
Металлы главной подгруппы II группы. |
Лекция 20* |
|
|
|
|
|
Жесткость воды. Физические и химические |
|
|
|
|
|
|
свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли |
|
|
|
|
|
|
металлов IIА группы. Жесткость воды, устранение |
|
|
|
|
|
|
жесткости |
|
|
|
|
|
5.4 |
Конструкционные металлы. Алюминий. |
Лекция 21* |
|
|
|
|
|
Хром. Железо. Физические и химические |
|
|
|
|
|
|
свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли |
|
|
|
|
|
|
металлов |
|
|
|
|
|
|
Модуль 6 «Полимеры. Химическая |
Лекции – 0 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 2 ч, РГР-1 |
||||
|
идентификация. Качественный и |
|
|
|
|
|
|
количественный анализ» |
|
|
|
|
|
Тема |
Наименование вопросов, |
|
Содержание |
|
Содержание |
РГР |
|
изучаемых на лекции |
|
практических |
|
лабораторных занятий |
контрольные |
|
|
|
занятий |
|
|
точки |
6.1 |
Полимеры. Полимер, мономер, |
Лекция 22* |
|
|
|
|
|
полимеризация, поликонденсация, |
|
|
|
|
|
|
пластмассы, эластомеры, каучуки, резины |
|
|
|
|
|
6.2 |
Химическая идентификация, анализ |
Лекция 23* |
|
14.ЛР-14. Определение |
Домашнее |
|
|
вещества. Химическая идентификация, |
|
|
общей и карбонатной |
задание |
|
|
качественный и количественный анализ, |
|
|
жёсткости воды. Умягчение |
«Жесткость |
|
|
аналитический сигнал, аналитическая |
|
|
воды |
воды» |
|
|
реакция, групповой реагент, специфические |
|
|
|
|
|
|
реакции, дробный и систематический анализ, |
|
|
|
|
|
|
гравиметрический, титриметрический методы |
|
|
|
|
|
|
количественного анализа. Химические, |
|
|
|
|
|
|
физико - химические, физические, |
|
|
|
|
|
|
биологические методы анализа |
|
|
|
|
|
* Для самостоятельного изучения.