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
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
Предисловие
В учебной 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.
В настоящее 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).
В то 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».
В этой 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.
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.
СОДЕРЖАНИЕ
|
|
|
|
Содержание дисциплины «Химия» для студентов нехимических специальностей АГ, АТ, АЭ, БАГ, БАТ, БАЭ, БМЗ, БМП, БТЭ, МЗ, МП, МС, ТЭ, ЭГ, ЭТ…………. |
6 |
|
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 |
|
|
|
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 |
№ лекции по пособию |
Содержание практических занятий |
Содержание лабораторных занятий |
РГР контрольные точки |
|||||
|
1.1 |
Квантово-механическая модель строения атома. Составные части атома. Строение многоэлектронных атомов. Принцип Паули. Правило Гунда. Правила Клечковского |
Лекция 1 Лекция 2 |
|
|
|
|||||
|
1.2 |
Электронные конфигурации атомов. 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 |
Лекция 2 |
|
|
|
|||||
|
1.3 |
Основные типы химической связи. Ковалентная связь. Энергетическая диаграмма образования молекулы водорода. Механизмы образования и характеристики ковалентной химической связи (насыщенность, направленность) |
Лекция 3 |
1.Строение атома. Электронные формулы атомов и ионов. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Периодическое изменение свойств элементов в соответствии с электронной структурой их атомов по периодам и группам |
|
|
|||||
|
1.4 |
Теория гибридизации и геометрия молекул. Полярность и поляризуемость ковалентной связи и молекул |
Лекция 4 |
2.Ковалентная химическая связь. Механизм образования. Свойства ковалентной химической связи. Теория гибридизации, геометрия молекул. Полярность молекул |
|
|
|||||
|
1.5 |
Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь. Влияние на физические свойства веществ. Металлическая связь и металлические структуры. Ионная связь и её свойства. Ионные кристаллы |
Лекция 5 |
3.Типы межмолекулярных взаимодействий. Водородная связь и её влияние на физические свойства. Металлическая связь и металлические структуры. Ионная связь и её свойства. Ионные кристаллы |
|
Контрольная работа 1 «Строение вещества» |
|||||
|
2 |
Модуль 2 «Закономерности протекания химических процессов» |
Лекции – 6 ч, практические занятия - 2 ч, лабораторные занятия - 6 ч, РГР-1 |
||||||||
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на лекции |
|
Содержание практических занятий |
Содержание лабораторных занятий |
РГР контрольные точки |
|||||
|
2.1 |
Химическая термодинамика. Закон Гесса и следствия из него. Теплота образования вещества. Энтальпия. Энтропия. Энергия Гиббса. Направление химических процессов |
Лекция 6 |
4.Химическая термодинамика. Химическая кинетика и равновесие. Решение задач |
1. ЛР-1. Тепловые эффекты и направление протекания химических реакций |
|
|||||
|
2.2 |
Химическая кинетика. Понятие о скорости химических реакций. Факторы, влияющие на скорость (концентрация, температура, катализатор). Энергия активации. Гомогенный и гетерогенный катализ |
Лекция 7 |
|
2. ЛР-2. Химическая кинетика и химическое равновесие |
|
|||||
|
2.3 |
Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. Колебательные реакции |
Лекция 8 |
|
3.ЛР-3. Химическая кинетика и химическое равновесие |
Контрольная работа 2 «Закономерности протекания химических процессов»
|
|||||
|
3 |
Модуль 3 «Дисперсные системы и растворы» |
Лекции – 8 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 8 ч, РГР-1 |
||||||||
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на лекции |
|
Содержание практических занятий |
Содержание лабораторных занятий |
РГР контрольные точки |
|||||
|
3.1 |
Растворы. Способы выражения концентраций растворов. Свойства растворов. Дисперсные системы. 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 |
Лекция 9* Лекция 10* Лекция 11 |
|
4.ЛР-4. Приготовление раствора NaCl заданной концентрации |
|
|||||
|
3.2 |
Диссоциация воды. Диссоциация кислот и оснований. Водородный показатель. Ионное произведение воды. Расчет рН растворов сильных и слабых кислот; сильных и слабых оснований |
Лекция 12 |
|
5.ЛР-5. Ионно-обменные реакции. Условие их протекания. Диссоциация кислот и оснований |
|
|||||
|
3.3 |
Произведение растворимости. Ионно-обменные реакции. Равновесие в растворах плохо растворимых сильных электролитов. Условия образования и растворения осадков. Направление протекания ионно-обменных реакций. Реакция нейтрализации |
Лекция 13 |
|
6.ЛР-6. Условия выпадения и растворения осадков. Произведение растворимости |
|
|||||
|
3.4 |
Гидролиз солей. Буферные растворы. Гидролиз по катиону, гидролиз по аниону, полный гидролиз. Степень гидролиза и факторы, влияющие на неё. Константа гидролиза. Расчет рН растворов солей. Буферные растворы
|
Лекция 14 |
|
7.ЛР-7. Гидролиз солей. Обратимость гидролиза. Факторы, влияющие на гидролиз |
Контрольная работа 3 «Дисперсные системы и растворы» |
|||||
|
4 |
Модуль 4 «ОВР. Электрохимические процессы» |
Лекции – 6 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 8 ч, РГР-1 |
||||||||
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на лекции |
|
Содержание практических занятий |
Содержание лабораторных занятий |
РГР контрольные точки |
|||||
|
4.1 |
Окислительно-восстановительные реакции. Основные понятия. Составление уравнений ОВР. Метод ионно-электронного баланса. Направление протекания ОВР |
Лекция 15 |
|
8.ЛР-8. Окислительно-восстановительные реакции. Направление протекания |
|
|||||
|
4.2 |
Понятие «Электродный потенциал». Электрохимические процессы. Стандартный водородный электрод. Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов (ОВП). Гальванический элемент. Электрохимические цепи |
Лекция 16 |
|
9.ЛР-9. Гальванический элемент. Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов |
|
|||||
|
4.3 |
Электролиз расплавов и растворов солей. Потенциал разложения. Ряд разряжаемости катионов и анионов. Электролиз с активным анодом |
Лекция 17 |
|
10.ЛР-10. Электрохимическая коррозия металлов |
|
|||||
|
4.4 |
|
|
|
11.ЛР-11. Электролиз растворов солей |
Контрольная работа 4 «ОВР. Электрохимические процессы» |
|||||
|
|
Модуль 5 «Химические свойства металлов» |
Лекции – 4 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 4 ч, РГР-1 |
||||||||
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на лекции |
|
Содержание практических занятий |
Содержание лабораторных занятий |
РГР контрольные точки |
|||||
|
5.1 |
Общие свойства металлов. Химические свойства металлов. Взаимодействие металлов с неметаллами, с водой, основаниями. Взаимодействие металлов с кислотами, растворами солей |
Лекция 18 |
|
12.ЛР-12. Химические свойства металлов. Взаимодействие металлов с неметаллами, с водой, основаниями |
|
|||||
|
5.2 |
Коррозия металлов. Методы защиты от коррозии Виды коррозии. Меры борьбы с коррозией |
Лекция 19 |
|
13.ЛР-13. Химические свойства металлов. Взаимодействие металлов с кислотами и солями |
Контрольная работа 5 «Химические свойства металлов |
|||||
|
5.3 |
Металлы главной подгруппы II группы. Жесткость воды. Физические и химические свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли металлов IIА группы. Жесткость воды, устранение жесткости |
Лекция 20* |
|
|
|
|||||
|
5.4 |
Конструкционные металлы. Алюминий. Хром. Железо. Физические и химические свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли металлов |
Лекция 21* |
|
|
|
|||||
|
|
Модуль 6 «Полимеры. Химическая идентификация. Качественный и количественный анализ» |
Лекции – 0 ч, практические занятия - 0 ч, лабораторные занятия - 2 ч, РГР-1 |
||||||||
|
Тема |
Наименование вопросов, изучаемых на лекции |
|
Содержание практических занятий |
Содержание лабораторных занятий |
РГР контрольные точки |
|||||
|
6.1 |
Полимеры. Полимер, мономер, полимеризация, поликонденсация, пластмассы, эластомеры, каучуки, резины |
Лекция 22* |
|
|
|
|||||
|
6.2 |
Химическая идентификация, анализ вещества. Химическая идентификация, качественный и количественный анализ, аналитический сигнал, аналитическая реакция, групповой реагент, специфические реакции, дробный и систематический анализ, гравиметрический, титриметрический методы количественного анализа. Химические, физико - химические, физические, биологические методы анализа |
Лекция 23* |
|
14.ЛР-14. Определение общей и карбонатной жёсткости воды. Умягчение воды |
Домашнее задание «Жесткость воды» |
|||||
* Для самостоятельного изучения.