[ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Московский государственный горный университет»
Кафедра химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ЕН.Ф.04. ХИМИЯ Направление подготовки 130400 «Горное дело»Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»
Форма обучения:
очная Москва 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Химия» является приобретение знаний об основных законах неорганической и органической химии, классификации и свойствах химических элементов, веществ и соединений; основных методах химического исследования веществ и соединений; приобретения умений и навыков, необходимым студентам при изучении общих и специальных дисциплин направления «Горное дело» и для выработки профессиональных компетенций, необходимых в их последующей трудовой деятельнсти.
2. Место дисциплины в структуре ООП подготовки специалиста Дисциплина «Химия» относится к базовой части математического и естественно-научного цикла и обеспечивает студентов предшествующими знаниями, необходимыми для изучения дисциплин «Геология» и «Горнопромышленная экология», «Физико-химическая геотехнология», «Физическая химия» и «Органическая химия», «Химия взрывчатых веществ» базовой части математического и естественно-научного цикла, а также способствует глубокому усвоению дисциплин базовой (общепрофессиональной) и вариативной части профессионального цикла.
3. Требования к уровню освоения дисциплины В результате освоения дисциплины обучающийся должен приобрести следующие компетенции:
- знать основные законы органической и неорганической химии, классификацию и свойства химических элементов, веществ и соединений;
- уметь: использовать основные методы химического исследования веществ и соединений;
- владеть: инструментарием для решения химических задач в своей предметной области; информацией о назначении и областях применения основных химических веществ и их соединений;
4. Структура и содержание дисциплины (модуля) Общая трудоемкость дисциплины составляет зачетных единиц, часов.
№ Раздел Виды учебной работы, Формы текуНеделя, семестра № Дисциплины включая самостоящего контроля п/п тельную работу успеваемости Семестр (по неделям сестудентов и местра) Форма трудоемкость (в часах) промежуточной аттестации (по семестрам) Л ЛР,П КР,КЛ СР 1 Химическое строе- 1 1-6 14 8 3 34 КР ние и реакционная способность веществ 2 Химические си- 1 7- 16 14 4 34 7-14-КЛ стемы 3 Химическая тер- 1 15- 8 4 3 16 15-17-КР модинамика и ки- 17 1-й сем. - экзанетика мен 4 Химическая иден- 2 18- 13 8 3 34 18-25-КЛ Л - лекции, К - консультации, П - практические занятия, ЛР лабораторные работы, КР - контрольные работы, КЛ - коллоквиумы, СР самостоятельные работы, в т.ч. работа над рефератом;.
4.1. Содержание разделов дисциплины (для 51 часа лекционных занятий) 1. ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ
И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
Строения электронной оболочки атомов элементов. Электронное облако.
Атомные обитали. Квантовые числа. Порядок заполнения орбиталей, уровней и подуровней. Энергия ионизации. Сродство к электрону. Электроотрицательность. (4 ч.).
1.2.Химическая связь. Типы химической связи. Валентность и валентные электронные оболочки. Энергия связи. Квантово-химический подход.
Методы валентных связей и молекулярных орбиталей. Гибридизация валентных орбиталей. Обменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. Полярность и поляризуемость связи. Межмолекулярное взаимодействие. Водородная и металлическая связи. Степень окисления и эффективные заряды атомов. Комплексообразование. Химическое строение кристаллических веществ (6 ч.).
1.3.Основные типы химических реакций. Кислотно-основные свойства веществ. Реакции электролитической диссоциации, ионного обмена, гидролиза. Расчет и определение рН среды. Окислительно-восстановительные свойства веществ. Окислительно-восстановительные реакции. Комплементарность. (4 ч.).
2.1.Фазовые равновесия и растворы Основной закон фазового равновесия. Уравнение Клайперона - Клаузиуса. Диаграммы состояния. Термодинамическая теория растворов. Уравнения Рауля и Генри. Крио- и эбулиоскопия.
Растворимость твердых веществ. Осмотическое давление. Экстракция (3 ч.).
2.2.Поверхностные явления и дисперсные системы. Поверхностное натяжение. Термодинамика поверхностных явлений. Изотерма адсорбции.
Адсорбция на поверхности твердых тел. Адсорбция из растворов. Виды коллоидных систем. Кинетические свойства и устойчивость. Коагуляция и пептизация. Физическая и химическая конденсация. Электрические свойства и электрофорез. Двойной электрический слой. Электрокапиллярные явления (кроме спец. ИС и АУ) (6 ч.) 2.3.Электрохимия. Термодинамика растворов электролитов. Электрическая проводимость растворов электролитов и кондуктометрия. Электродный потенциал и потенциометрия. Химические цепи. Химические источники тока (4 ч.).
2.4.Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Соотношение Бренстеда-Поляни. Металлокомплексный, ферментативный, кислотно-основной катализ. Катализ на полупроводниках (2 ч.).
2.5.Полимерные органические соединения. Строение и номенклатура полимерных органических соединений. Свойства и получение полимеров и олигомеров (1 ч.).
III. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И КИНЕТИКА (8 ч)
3.1.Химическая термодинамика. Первое и второе начала термодинамики. Теплоемкость. Энтропия. Энтальпия. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца, химический потенциал, электрохимический и электродный потенциал (3 ч.) 3.2.Химическое и фазовое равновесие. Изотерма химической реакции.Константа равновесия и направление химической реакции. Равновесный состав системы. Изобара и изохора реакции. (2 ч.) 3.3.Кинетика химических реакций. Элементарные стадии химических реакций. Закон действующих масс и формальная кинетика. Энергия активации. Регулирование скорости реакции. Простые и сложные реакции. Цепные и фотохимические реакции. Колебательные реакции. Кинетика гетерогенных и электрохимических реакций.(3 ч.) IV ХИМИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ (13 ч.) 4.1.Качественный анализ. Аналитическая реакция. Аналитический сигнал. Чувствительность и специфичность реакций. Аналитическая классификация катионов и анионов. Характерные реакции на основные элементы. Химический практикум (4 ч.).
4.2.Количественный анализ. Весовой анализ. Объемный анализ. Титрование. Оксидиметрия. Метод осаждения. Метод комплексообразования (4 ч.).
4.3.Физико-химические и физические методы анализа. Рефрактометрия и поляриметрия. Газовая и жидкостная хроматография. Электрохимические методы. Спектральная и абсорбционная фотометрия. Пламенноионизационные методы. Инфракрасная и рамман-спектроскопия. (5 ч.).
V. ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ (17ч.) 5.1.Структура и электронное строение органических соединений.
Свойства атома углерода, определяющие особенности структуры органических соединений. Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова. Изомерия органических соединений. Номенклатура углеводородов. Типы гибридизации и валентные состояния. Индуктивный и мезомерный эффекты (4ч.).
5.2. Механизмы и кинетика органических реакций. Классификация органических реакций. Классификация реагентов в органической химии. Механизмы основных типов органических реакций. Каталитические реакции. Реакционная способность органических молекул. Функциональные группы.
Основные классы органических соединений, взаимосвязь между ними (4ч.).
5.3. Основные классы органических соединений. Алканы. Алкены. Алкины. Алкадиены. Циклические углеводороды. Арены. Физические и химические свойства. Изомерия и номенклатура. Получение соединений (4 ч.).
5.4. Многофункциональные производные Галогенопроизводные. Спирты и фенолы. Альдегиды, кетоны, эфиры. Карбоновые кислоты. Нитросоединения, амины. Функциональные производные серы Элементоорганические соединения. Классификация. Физические и химические свойства. Способы получения. (5 ч.).
№ п/п № раздела Наименование лабораторных работ 1 1 Определение химического эквивалента металла.
2 1 Определение содержания карбоната кальция в известняковой породе.
3 1 Определение структурной формулы кристаллогидрата меди.
4 2 Определение крио- и эбуллиоскопических параметров растворов неорганических веществ.
5 2 Определение произведений растворимости или констант нестойкости соединений 6 2 Определение порога коагуляции гидроокиси металла 7 2 Определение адсорбционных характеристик природных и искусственных сорбентов.
8 2 Определение величины поверхностного натяжения 9 3 Определение равновесного состава раствора и величины рН при растворении минералов и солей.
10 3 Определение направления и интенсивности окислительно-восстановительных реакций.
11 4 Качественный анализ ионов меди, свинца, цинка и 12 4 Определение концентраций катионов и анионов потенциометрическим методом.
13 4 Определение концентраций катионов металлов фотоколориметрическим методом.
14 1 Методы выделения и очистки органических веществ.
15 2 Предельные углеводороды. Получение и свойства 16 2 Непредельные углеводороды. Получение и свойства 17 2 Ароматические углеводороды. Свойства бензола, 18 3 Оксосоединения. Альдегиды и кетоны. Получение и 19 3 Сложные эфиры. Получение и свойства.
4.3. Перечень тем практических занятий № п/п Кол-во Тема занятия 6. 2 Окислительно-восстановительные реакции.
9 1 Номенклатура углеводородов: «рациональная» и систематическая (IUPAC). Изомерия углеводородов.
10 2 Номенклатура и свойства предельных и непредельных углеводородов.
12 3 Номенклатура и свойства спиртов, фенолов, простых 13 4 Взаимосвязь между классами органических веществ.
5. Образовательные технологии 6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины:
Лекционный курс; - практические занятия; - лабораторный практикум;
- учебно-методическая литература; - мультимедийные наглядные пособия; интернет – ресурсы; - обучающие компьютерные программы; - электронные пособия для решения задач на практических занятиях; - программы контроля знаний, Мультимедийные технологии (наглядные пособия и интернет-ресурсы) должны использоваться в лекционном курсе, лабораторном практикуме и при самостоятельной работе студентов. Обучающие компьютерные программы используются при самостоятельной работе. Электронные пособия для решения задач на практических занятиях применяются как при проведении аудиторных занятий, так и при самостоятельной работе студентов. Программы контроля знаний применяются для промежуточной и итоговой аттестации знаний студентов, а так же при самостоятельной работе студентов.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов Задачи для самостоятельного решения приведены в приложении 1. Контрольные вопросы (примерные) в приложении 2. Темы рефератовприведены в приложении а) основная литература Н.Л. Глинка. Общая химия. -27 изд., стереотипное. –Л.: Химия, 1988. – 704 с.
Н.Л. Глинка. Задачи и упражнения по общей химии. –Л.: Химия, 1988.
–324 с.
Курс химии / под ред. Н.В. Коровина, 2-е изд. – М.: Высшая школа,1990.
б) дополнительная литература Учебные пособия по отдельным главам химии. –М.: Изд. МГГУ, 1995г.г.
Задачи и упражнения по химии. Л.П. Русихина, М.: Изд. МГГУ, 2001. с.
Лабораторные практикумы по химии для студентов горных специальностей. – М.: Изд. МГГУ, 1996-2007 г.г.
Методические указания к самостоятельной работе по химии. И.В.
Осташкова, Л.П. Русихина, М.: Изд. МГГУ, 2005. - 50 с.
Темы рефератов по разделам химии и химии горного производства.
И.В. Осташкова, Л.П. Русихина, М.: Изд. МГГУ, 2006. - 18 с.
Физическая химия. Под ред. К.С. Краснова. – М.: Высшая школа, 1995, Кн 1, -512с., и кн. 2. –319 с.
7. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Кн. 1. Общие теоритические основы. Качественный анализ. Учеб. для ВУЗов.- М.- Высш. шк. – 2001.- 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) Учебная лаборатория «Общая химия»
Учебная лаборатория «Физическая химия»
Учебная лаборатория «Органическая хмимия»
Средства программного контроля Мультимедийные средства обучения Приложение Приложение Список экзаменационных вопросов по дисциплине 1. Химические соединения. Классы химических соединений. Состав и свойства.
2. Основные понятия химии: химический элемент, атом, молекула, ион.
Атомная единица массы, атомная и молекулярная масса. Моль, мольная масса. Химический эквивалент.
3. Основные законы химии: закон сохранения массы, закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон Авогадро, закон эквивалентов.
4. Понятие химического эквивалента. Эквивалент элемента. Эквиваленты простых и сложных веществ.
5. Квантовая модель строения атома. Квантовые числа. Понятия энергетического уровня и электронной оболочки.
6. Правила квантования. Заполнение квантовых ячеек в соответствии с принципом минимальной потенциальной энергии.
7. Физический смысл главного, орбитального, магнитного и спинового квантовых чисел.
8. Основные характеристики атомов: энергия ионизации, сродство к электрону, радиус атома, электроотрицательность элемента. Их зависимость от положения элемента в периодической системе.
9. Распределение электронов в атомах в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда. Покажите на примерах.
10. Уравнение Шредингера. Понятие о волновой функции.
11. Радиальная и угловая составляющие волновой функции.
12. Строение атома и систематика химических элементов. Периодический закон. Структура периодической системы.
13.Понятия валентности и степени окисления.
14. Химическая связь. Типы химической связи и их краткая характеристика.
15. Механизм образования ковалентной связи. Модель молекулы водорода по Гейтлеру -Лондону. Метод валентных связей.
16. Виды ковалентной связи:
-, - и -связи.
17. Гибридизация электронных орбиталей. Виды гибридизации и геометрия молекул.
18. Особые виды химической связи: донорно-акцепторная связь, делокализованная -связь, банановая связь, водородная связь.
19. Электроотрицательность элементов. Как по разности электроотрицательностей элементов определить тип химической связи?
20. Полярность химической связи. Полярные и неполярные молекулы.
Дипольный момент.
21. Строение твердого тела. Кристаллическое и аморфное состояния вещества.
22. Комплексные соединения: номенклатура, классификация, строение.
Координационное число. Координационная емкость (дентатность).
23. Связь в комплексных соединениях. Теория кристаллического поля.
Спектрохимический ряд лигандов.
24. Диссоциация комплексных соединений. Константа нестойкости.
25. Основные понятия химической термодинамики: система, термодинамические параметры, термодинамический процесс. Виды термодинамических систем. Внутренняя энергия системы. Энтальпия.
26. Закон сохранения энергии. Первый закон термодинамики. Энергетические эффекты химических реакций. Закон Гесса. Расчет теплового эффекта реакций. Стандартная энтальпия образования вещества.
27. Второй закон термодинамики. Энтропия.
28. Энергия Гиббса. Направление химических процессов.
29. Электродный потенциал и ЭДС. Связь ЭДС с изменением энергии Гиббса.
30. Обратимые реакции. Химическое равновесие. Закон действия масс.
Константа равновесия. Фугитивность и активность.
31. Обратимые реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. Примеры.
32. Скорость химических реакций: истинная и средняя. Зависимость скорости от концентрации реагирующих веществ. Порядок реакции и молекулярность.
33. Зависимость скорости химической реакции от температуры и давления, Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.
34. Кинетика сложных многостадийных реакций. Понятие о механизме химической реакции. Лимитирующая стадия.
35. Скорость гомогенных и гетерогенных реакций. Особенность гетерогенных реакций.
36. Катализ. Понятие о катализаторах, активаторах, ингибиторах.
37. Третий закон термодинамики. Тепловая теорема Нернста.
38. Растворы. Законы Рауля.
39. Растворы. Понятие об осмотическом давлении. Принцип ВантГоффа.
40. Растворимость. Закон действия масс для малорастворимых солей.
Произведение растворимости.
41. Обменные реакции в растворах. Правило Бертолле.
42. Растворы. Способы выражения концентрации раствора.
43.Гидролиз солей. Степень гидролиза. Константа гидролиза. Ступенчатый гидролиз.
44. Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации.
Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда 45. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды.
Водородный показатель.
46. Гидролиз солей. Типы солей, подвергающихся гидролизу.
47.Гидролиз солей по катиону и по аниону. Необратимый гидролиз.
Приведите примеры и напишите уравнения реакций.
48. Зависимость степени гидролиза от температуры и концентрации раствора. Необратимый гидролиз.
49. Дисперсные системы, их классификация. Понятия дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсность и удельная поверхность.
50. Поверхностные явления: когезия, адгезия, адсорбция, капиллярная конденсация. Понятие удельной избыточной поверхностной энергии (поверхностного натяжения).
51. Смачиваемость твердых тел. Краевой угол.
52. Мицеллообразование. Строение мицелл.
53. Электрокинетические явления. Строение двойного электрического слоя. -потенциал.
54. Классификация окислительно-восстановительных процессов. Типы ОВР.
55. Сущность процессов окисления-восстановления. Составление уравнений ОВР.
56. Активные окислители, активные восстановители, окислителивосстановители. Влияние среды на характер протекания ОВР.
57. Электродный потенциал. Водородная шкала потенциалов. Ряд стандартных электродных потенциалов.
58. Электролиз. Законы Фарадея.
59. Электролиз растворов и расплавов. Рафинирование металлов. Получение алюминия.
60. Химические источники тока. Типы, электрохимические схемы, ЭДС.
61. Коррозия металлов. Причины и механизм электрохимической коррозии.
62. Защита металлов от коррозии.
63. Понятие об эффекте адсорбционного понижения прочности.
64. Классификация катионов. Аналитические группы.
65. Классификация анионов. Аналитические группы.
66. Буферные растворы. Буферная емкость. Понятия о стандартных буферных системах.
67. Кислотно-основное титрование. Кривые титрования. Точки эквивалентности. Конечная точка титрования.
68. Кислотно-основные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. рТ. Универсальный индикатор.
69. Комплексоны. Комплексонометрическое титрование.
70. Понятие об оптических методах анализа. Закон Бугера-ламберта-Бэра.
61. Металлы и их свойства (электросопротивление, теплопроводность и др.). Типы кристаллических решеток и связи в них.
62. Основные типы диаграмм плавкости двойных металлических систем.
Поля на диаграммах плавкости двойных металлических систем и линии их ограничивающие.
63. Особые точки на диаграммах плавкости двойных металлических систем. Понятие о нонах. Правило рычага.
64. Диаграммы плавкости 1-го типа и случай образования непрерывных твердых растворов.
65. Диаграммы плавкости 2-го типа. Понятие об ограниченных твердых растворах. Эвтектика и перитектика двойных металлических систем.
66. Диаграммы плавкости 3-го типа. Понятие о конгруентном и инконгруентном плавлении.
Реферат должен соответствовать закону РФ об авторских и смежных правах.
Перечень рекомендуемых тем рефератов для студентов горных специальностей, применяющих химические процессы и технологии, может быть также рекомендован следующий:
1. Физико-химические свойства нефелина.
2. Физико-химические основы явления кольматации.
3. Эффект адсорбционного понижения прочности горных пород.
4. Процессы, протекающие при самовозгорании углей.
5. Образование метана в горных выработках.
6. Химические и физико-химические методы борьбы с метаном в горных выработках.
7. Структурные свойства гелей.
8. Состав и основы технического анализа торфов.
9. Физико-химические основы проблемы загрязнения вод углеводородами.
10. Адсорбционные методы очистки вод от углеводородных загрязнений.
11. Кислотные методы переработки апатитового сырья.
12. Физико-химические методы анализа апатитовых концентратов.
13. Состав и типы шахтных вод.
14. Коксовые газы: состав и свойства.
15. Физико-химические основы процессов коксования.
16. Коагулянты в процессах очистки воды.
17. Коагуляция как физико-химический процесс ликвидации коллоидных систем.
18. Физико-химия процессов разделения воздуха.
19. Основные типы дефектов кристаллов.
20. Физико-химические основы устойчивости дисперсных систем.
21. Основные типы природных алюмосиликатов.
22. Основные типы природных вод.
23. Физико-химические процессы водоподготовки.
24. Процессы, протекающие при подземной газификации твердых топлив.
25. Адсорбционная осушка газов.
26. Минерализация природных вод.
27. Методы анализа промышленных газов.
28. Воздух и его загрязнение промышленными выбросами.
29. Проблема повышения концентрации углекислоты как одной из причин «парникового эффекта».
30. Флотация – один из основных способов физико-химического обогащения.
31. Весовые (гравиметрические) методы количественного анализа.
32. Методы комплексонометрического анализа в аналитической химии и техническом анализе.
33. Основные типы жесткости воды.
34. Методы устранения жесткости воды.
35. Особенности кристаллического строения веществ.
36. Кварц и его основные модификации.
37. Особенности аморфного строения веществ.
38. Основные случаи решения уравнения Шредингера.
39. Основные методы газового анализа.
40. Основные типы гальванических элементов 41. Геохимические классификации элементов.
42. Теоретические основы процессов горения.
Зав. каф. химии,
«