Методические указания и материалы по видам занятий

Б2.Б.3 ХИМИЯ

Для направления 221700.62 Стандартизация и метрология

Профили: Метрология, стандартизация и сертификация

Стандартизация и сертификация

Квалификация (степень) выпускника – Бакалавр

Форма обучения очная

Г. Краснодар

Рабочая программа разработана в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 221700.62 Стандартизация и метрология, утвержденным приказом Минобрнауки России от 22.12.2009 №799, с учётом рекомендаций примерной ООП и квалификационной характеристикой выпускника.

Рецензент (-ы):

Н.А. Кононенко, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии КубГУ

Г.Д. Крапивин, доктор химических наук, профессор кафедры органической химии,

заведующий кафедрой органической химии КубГТУ

Составитель (-ли): _______________ Т.В. Костырина, к.х.н., доцент

^{подпись}

Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры общей, неорганической химии и информационно-вычислительных технологий в химии, протокол №1 от 02.09.2011 г.

Заведующий кафедрой _________________ Н.Н. Буков, д.х.н., профессор

^{подпись}

Рабочая программа одобрена на заседании учебно-методической комиссии факультета химии и высоких технологий, протокол №1 от 02.09.2011 г.

Председатель УМК факультета

химии и высоких технологий _________________ Н.В. Шельдешов д.х.н., профессор

Аннотация рабочей учебной программы дисциплины Химия по направлению 221700.62 Стандартизация и метрология

1. Целью изучения учебной дисциплины Химия будущими бакалаврами техники и технологии по направлению 221700.62 Стандартизация и метрология является формирование естественного мировоззрения, теоретическая и практическая подготовка студентов по основным разделам химии с учетом современных тенденций развития химической науки, что обеспечивает решение выпускником задач бедующей профессиональной деятельности.

2. Задачами учебной дисциплины являются изучение:

- современных представлений о строении вещества, о зависимости строения и свойств веществ от положения составляющих их элементов в Периодической системе и характера химической связи;

- природы химических реакций, используемых в производстве химических веществ и материалов, кинетического и термодинамического подходов к описанию химических процессов с целью оптимизации условий их практической реализации;

- важнейших свойств неорганических соединений и закономерностей их изменения в зависимости от положения составляющих их элементов в Периодической системе.

3. Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 144 часа или 4 зачётные единицы.

4. Учебная работа по данной дисциплине предполагает проведение лекционных и лабораторных занятий, самостоятельное выполнение студентами теоретических и практических заданий.

5. Форма отчётности по учебной дисциплине – экзамен.

6. В процессе изучения дисциплины Химия у студентов формируются следующие общекультурные компетенции:

ОК-12 – способность применять знание процессов и явлений, происходящих в живой природе, понимание возможности современных научных методов познания природы и владение ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающих при выполнении профессиональных функций;

ОК-13 – способность исследовать окружающую среду для выявления её возможностей и ресурсов с целью их использования в рамках профессиональной деятельности.

7. При изучении дисциплины используются следующие инновационные технологии: электронные презентации, подготовка индивидуальных письменных аналитических работ, решение творческих заданий и проблемных ситуаций.

1. Цели и задачи освоения дисциплины

Целью изучения учебной дисциплины Химия будущими бакалаврами техники и технологии по направлению 221700.62 Стандартизация и метрология является формирование естественного мировоззрения, теоретическая и практическая подготовка студентов по основным разделам химии с учетом современных тенденций развития химической науки, что обеспечивает решение выпускником задач бедующей профессиональной деятельности.

Задачами учебной дисциплины являются изучение:

- современных представлений о строении вещества, о зависимости строения и свойств веществ от положения составляющих их элементов в Периодической системе и характера химической связи;

- природы химических реакций, используемых в производстве химических веществ и материалов, кинетического и термодинамического подходов к описанию химических процессов с целью оптимизации условий их практической реализации;

- важнейших свойств неорганических соединений и закономерностей их изменения в зависимости от положения составляющих их элементов в Периодической системе.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Дисциплина «Химия» относится к базовой части математического и естественнонаучного цикла дисциплин по направлению подготовки 221700.62 «Стандартизация и метрология» и является необходимой для изучения таких дисциплин как физика, материаловедение, технология конструкционных материалов, экология.

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины

В результате изучения данного курса студент будет:

Знать:химию элементов групп периодической системы и их соединений, энергетику и кинетику химических реакций; факторы, влияющие на состояние химического равновесия; закономерности протекания реакций в водных растворах; основные химические свойства неметаллов, металлов, соединений и материалов на их основе.

Уметь:характеризовать элементы в периодах и группах по их положению в Периодической системе Д.И. Менделеева; объяснять: зависимость свойств веществ от их состава и строения, природу химической связи (ионной, ковалентной, металлической), зависимость скорости химической реакции и положения химического равновесия от различных факторов; выполнять расчеты на основе химических реакций и электрохимических превращений и интегрировать экспериментальные данные на основе химических законов; выполнять химический эксперимент по распознаванию важнейших неорганических веществ; проводить самостоятельный поиск химической информации с использованием различных источников (научно-популярных изданий, компьютерных баз данных, ресурсов Internet).

Владеть: методами определения возможности протекания химических превращений в различных условиях и оценки их последствий; теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе их положения в Периодической системе химических элементов; способами безопасного обращения с горючими и токсичными веществами, лабораторным оборудованием; методами приготовления растворов заданной концентрации.

4. Содержание и структура дисциплины

Лекционные занятия

Практические занятия

Не предусмотрены

Лабораторные работы

5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

5.1. Основная литература

1. Вольхин В.В. Общая химия: основной курс. – Изд. Лань, 2008.- 464 с.

2.Вольхин В.В. Общая химия: избранные главы. – Изд. Лань, 2008.-378 с.

3.Вольхин В.В. Общая химия: специальный курс. – Изд. Лань, 2008.-360 с.

4.Коровин Н.В. Общая химия. – М.: ВШ, 2008. – 557 с.

5.Павлов Н.Н. Общая и неорганическая химия. – М: Дрофа, 2009. – 447 с.

6.Практикум по общей и неорганической химии / Под ред. Фролова В.И., Курохтина Т.М., Дымова З.Н.- Изд. Дрофа, 2002.-295 с.

7.Задачи и упражнения по общей химии / Под ред. Коровина Н.В. – М.: ВШ, 2004. – 255 с.

8.Сборник задач и упражнений по общей и неорганической химии / Под.ред. Павлова Н.Н.-М.: Дрофа, 2005.-208 с.

5.2. Дополнительная литература

9.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: учебное пособие для студентов нехимических специальностей вузов.- М.: Интеграл-Пресс, 2006.-240 с.

10.Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Интеграл-Пресс, 2004. – 728 с.

11.Батаева В.В., Буданова А.А. Задачи и упражнения по общей химии Под.ред. Дунаева С.Ф. М.: издат.центр «Академия», 2010. – 151 с.

12.Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия: учебник для студентов вузов. – СПб.: Химиздат, 2000. -623 с.

13.Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ. Справочник. М.: Дрофа. 2006. – 480 с.

14.Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Химические свойства неорганических веществ. М.: Колос. 2008. - 480 с.

15.Киселев Ю.М.. Добрынина М.А. Химия координационных соединений. М.: Издательство «Академия», 2007.-352 с.

5.3. Периодические издания

Периодические журналы: «Журнал общей химии», «Журналы неорганической химии», «Координационная химия».

Интернет-ресурсы

Химический каталог: химические ресурсы Рунета htt://www.ximicat.com/

Портал фундаментального химического образования России htt://www.chemnet.ru

Химик: сайт о химии для химиков htt://www.xumuk.ru/

Химический сервер htt://www.Himhelp.ru

Строение атома.

Химическая связь.

1. Согласно периодическому закону свойства элементов являются периодическими функциями атомного номера элементов. Как проявляется периодичность элек­тронных конфигураций атомов элементов в зависимости от их атомного номера?

2. Объясните основные тенденции изменения атомных радиусов элементов в периодах и группах? Какое влияние на изменение атомных радиусов элементов оказывают значения квантовых чисел (n и l), число электронов, заполняющих один и тот же электронный подуровень, число парных и непарных электронов на подуровне, образование относительно устойчивых электронных конфигураций
р³, d⁵, f⁷?

3. Дайте определение энергии ионизации. В каких единицах СИ выражается энергия ионизации и каково соотношение между разными единицами? Что означают понятия «первая энергия ионизации», «вторая энергия ионизации» и т. д.?

4. Дайте определение энергии сродства к электрону Ее. Какими, положительными или отрицательными, значениями Ее характеризуется при­соединение атомами разных элементов первого электрона, второго электрона?

5. Что выражает электроотрицательность элемента χ? Какую шкалу электроотрицательностей предложил Полинг? Какие иные методики рекомендованы для определения электроотрицательности? Как изменяются электроотрицательности элементов в периодах и группах? Где расположены в периодической таблице пози­ции для наиболее электроотрицательных и для наименее электроотрицательных («электроположительных») элементов?

6. Как можно использовать значения электроотрицательностей элементов для предсказания полярности связей, которые образуются между их атомами в хи­мическом соединении?

7. Дайте определение степени окисления элемента. Какие правила применяют для оп­ределения степеней окисления элементов в химических соединениях, включая мно­гоатомные ионы? Элементам в свободном состоянии приписывают нулевую сте­пень окисления. Могут ли иметь нулевую степень окисления элементы, входящие состав химических соединений?

8. Зная положение элемента в периодической таблице и его электроотрицательность, можно оценить кислотно-основные свойства образуемых им оксидов.
Дайте оценку изменения кислотно-основных свойств оксидов элементов в периодах и группах. Рассмотрите положение в периодической таблице элементов, оксиды которых обладают амфотерными свойствами. Как можно доказать амфотерный характер оксидов? Если оксиды образованы одним и тем же элементом в разных степенях окисления, то каковы тенденции изменения кислотно-основных свойств оксидов в зависимости от степени окисления элемента? Каким свойством отличаются индифферентные оксиды от оксидов других классов?

9. Дайте определение понятию «химическая связь». Что происходит с энергией системы при образовании химической связи? Какую роль играют электроны при образовании связи между атомами? Что происходит с электронами при образовании связи?

10. Назовите три основных типа химических связей. Каковы особенности распреде­ления электронов между атомами в зависимости от типа связи между ними? Оп­ределите место в этой классификации полярной и координационной связей. Как можно предсказать тип возможной связи между атомами, зная значения электроотрицательности элементов?

11. Как образуется ковалентная связь? Приведите примеры молекулярных веществ, образованных за счет ковалентных связей. Чем отличается координационная (донорно-акцепторная) связь от ковалентной?

12. Основными характеристиками химической связи являются энергия, длина и по­лярность. Что выражает каждая из этих характеристик связи?

13. Охарактеризуйте одинарные, двойные и тройные связи. Какова корреляция между кратностью связей и их энергией, длиной?

14. Как можно оценить полярность химической связи, зная значения

электроотрицательностей атомов элементов, образующих химическую связь? Что

является мерой полярности молекул? В каких единицах выражается дипольный

момент?

Химическая кинетика.

1. Каким образом выражают скорость химической реакции? Можно ли выразить скорость химической реакции через изменение концентрации продуктов реакции вместо изменения концентрации реагентов? Для реакции N2O4(г)® 2NO₂(г) справедливо соотношение

D[NO₂] = - 1 D[N2O4]

D t 2 D t

Что означает коэффициент 1 и знак «минус» в этом соотношении?

2. В чем состоит различие понятий «средний» и «истинной» скорости химической реакции?

3. Что выражает закон скорости и кинетическое уравнение реакции? Правильно ли утверждение, что константа скорости реакции не зависит от концентраций реагентов, но зависит от температуры? В чем состоит особенность кинетического уравнения гетерогенных реакций?

4. Что означают понятия «частный порядок» и «общий порядок» реакции? Что характеризует молекулярность реакции? Если для какой-либо реакции известно, например, что она имеет второй порядок или что она бимолекулярна, то какая информация следует из этих определений? Почему порядок реакции и ее молекулярность для многих реакций не совпадают?

5. Что выражает понятие «механизм химических реакций»? В чем заключается различие между простыми и сложными реакциями? Каковы особенности параллельных, последовательных и сопряженных реакций? Каковы механизмы неразветвленных и разветвленных цепных реакций?

6. Какова зависимость скорости химических реакций от температуры? В чем заключается правило Вант-Гоффа? Что выражает температурный коэффициент скорости реакций и в каких пределах могут изменяться его значения?

7. Что означает понятие «энергия активации»? Каким образом в рамках теории активированного комплекса объясняют величину энергии активации?

8. Как можно экспериментально определить значение энергии активации реакции? Как используют уравнение Аррениуса для обработки экспериментальных данных и вычисления величины Еа?

9. Покажите на примере гомогенного катализа, каким путем достигается понижение энергии активации Еа каталитической реакции. Каковы особенности механизма гетерогенного катализа? Каким образом характер взаимодействия молекул реагентов с активными центрами катализатора определяет эффективность гетерогенного катализа? В чем заключается роль промоторов? Какое различие между катализаторами и ингибиторами проявляется в отношении их влияния на скорость химических реакций.

Вариант 1.

1. Укажите набор квантовых чисел для энергетических состояний

1s²; 5p²; 4f²

2. По указанным конфигурациям валентных электронов

5s²5p⁵; 4s² 3d²

определите:

а) место элемента в Периодической системе (период, группу, подгруппу);

б) распределение электронов для данного элемента по слоям;

в) высшую степень окисления.

3. Напишите полную электронную формулу атома Bi, иона Bi³⁺, атома брома, иона Вг^-.

Вариант 2.

1. Укажите максимальное количество электронов в атоме, содержащем три энергетических уровня.

2. По указанным конфигурациям валентных электронов

3s²3p³; 6s²5d¹⁰

определите:

а) место элемента в Периодической таблице (период, группу, подгруппу);

б) распределение электронов для данного элемента по слоям;

в) возможные степени окисления.

3. Напишите полную электронную формулу атомов Ва, Ge, Ni, Ce. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый элемент.

Тема: Химическая термодинамика и химическое равновесие. Химическая кинетика

Вариант 1.

1. Определите возможность протекания процесса при стандартных условиях и при 1000 К (см. прил. литература 7):

Fe₂О_3(к) + ЗСО_(г) = 2Fe_(к) + ЗСО_2(г).

2. Скорость некоторой реакции при 0°С примем за единицу. Вычислите скорость той же реакции при 100°С, если температурный коэффициент у = 3.

3. Укажите, как повлияет на равновесие в системе:

СО_(г) + Н₂О_(г) СО_2(г) + Н_2(г) ΔН = +42 кДж.

а) увеличение температуры, б) уменьшение давления.

Составьте выражение константы равновесия для данного обратимого процесса.

Вариант 2

1. Определите возможность протекания процесса при стандартных ус­ловиях и при 1000 К (см. прил. литература 7):

2NiO_(K) + С_(граф) = 2Ni(к) + СО_2(г).

2. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2,3. Укажите, как изменяется скорость этой реакции при повышении температуры на 20 ˚С.

3. Составьте выражение константы равновесия для реакций:

a) ZnO_(к) + СО_(г) Zn _(к) + СО_2(г); ΔН >0,

б) 2СО_(г) + 2Н_2(г) СН_4(г) + СО2_(г); ΔН< 0.

Укажите, как повлияет на равновесие в этих системах: а) уменьшение температуры, б) увеличение давления.

Тема: Растворы. Реакции в водных растворах

Вариант 1.

1. Напишите уравнения электролитической диссоциации растворов

H₃PО₄; Sr(OH)₂; Ba(CH₃COO)₂; FeOHCl₂.

2. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакций:

Na₂S + HC1 =

Ba(HSО₄)₂ + Ba(OH)₂ =

3. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют данные ионно-молекулярные уравнения:

2Н⁺ + СО₃^2- Н₂О + СО₂;

Mg(OH)₂ + 2NH₄ ⁺ Mg²⁺ + 2NH₄OH

4. Вычислите рН 0,001 М раствора HBrO (α = 0,1).

Вариант 2.

1. Напишите уравнения электролитической диссоциации растворов

H₃AsО₄; NH₄OH; NaHS; Al(OH)₂NО₃.

2. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения

Са(НСО₃)₂ + HC1 =

ВаСО₃ + HNО₃ =

3. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют данные ионно-молекулярные уравнения

2 ОH^- + H₂S S^2- + 2H₂О;

H₂SiО₃ + 2ОН^- SiО₃^2- + 2 H₂О.

4. Вычислите концентрацию ионов водород (моль/л) в растворе, рОН которого равен 3.

Тема: Окислительно-восстановительные реакции. Электрохимия

Вариант 1.

I. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методами полуреакций и электронного баланса. Рассчитайте ЭДС при стандартных условиях для реакции (1) и сделайте вывод о возможности ее протекания. Укажите типы окислительно-восстановительных реакций.

1. NaI + MnО₂ + H₂SО₄ I₂ + MnSO₄ + Na₂SО₄ + H₂О

2. Pb(NО₃)₂ PbO + NО₂ + О₂...

3. Fe(OH)₂ + KMnО₄ + H₂О Fe(OH)₃ + MnО₂ + KOH...

4. Cl₂ + KOH КСlO₃ + KC1 + H₂О...

II. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций гидролиза соли (укажите рН среды): a) K₂S; б) А1С1₃

Вариант 2.

I. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций методами полуреакций и электронного баланса. Рассчитайте ЭДС при стандартных условиях для реакции (1) и сделайте вывод о возможности ее протекания. Укажите типы окислительно-восстановительных реакций.

1. Na₂S + KMnО₄ + НС1 S +...

2. РН₃ + КСlO + КОН К₃РO₄ + ...

3.Cu(NO₃)₂ CuO +...

4. Н₂O₂ Н₂O + O₂.

II. Определите, чему равен заряд комплексного иона и степень окисления комплексообразователя в следующих соединениях: a) K₂[HgI₄], б) [Co(NH₃)₄]SO₄,

в) [Cr(H₂O)sCN]Cl₂. Назовите соединения.

III. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций гидролиза соли (укажите рН среды): a) (NH₄)₂ S; б) FeCl₃

Примеры тестовых заданий

Тема: Химическая кинетика

Элементы – металлы

1. Положение элементов в периодической системе. Электронные конфигурации атомов. Их особенности. Проявляемые степени окисления (примеры), координационные числа (примеры). Изменение атомных и ионных радиусов, потенциалов ионизации.

2. Изменение металлической активности простых веществ в подгруппе (примеры).

3. Изменение устойчивости соединений с высшей степенью окисления в подгруппе. Изменение кислотно-основных свойств и окислительно-восстановительной способности соединений для:

а) элементов в одинаковых степенях окисления;

б) одного элемента с разными степенями окисления. Примеры.

Элементы неметаллы:

Типы задач.

Химическая термодинамика

1. Расчет стандартной энтальпии реакции по стандартным энтальпиям образования веществ.
2. Расчет стандартной энтальпии реакции по стандартным энтальпиям сгорания веществ.
3. Расчет стандартной энергии Гиббса реакции по величинам стандартной энтальпии и стандартной энтропии реакции. Анализ энтропийного и энтальпийного факторов.
4. Расчет температуры равновероятного протекания прямого и обратного процессов.
5. Расчет константы равновесия по изменению стандартной энергии Гиббса реакции.

Комплексные соединения

1. Равновесия в растворах комплексных соединений. Расчет концентраций ионов металлов по значениям констант нестойкости комплексов ионов.

Примеры экзаменационных билетов.

БИЛЕТ № 1

по дисциплине «Химия»

(направление 221700.62 Стандартизация и метрология)

1. Диссоциация воды. Ионное произведение воды (рН и рОН растворов). Способы определения рН растворов.

2. Металлы: общая характеристика, методы получения, сплавы.

3. Рассчитайте константу равновесия окислительно-восстановительной системы при стандартных условиях:

4. 10Br + 2MnO₄ + 16H⁺ = 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O, если φ⁰ Br₂/2Br^- = 1,06 B;

φMnO ^-₄/Mn²⁺ = 1,51 B.

Б2.Б.3 ХИМИЯ

Для направления 221700.62 Стандартизация и метрология

Профили: Метрология, стандартизация и сертификация

Стандартизация и сертификация

Квалификация (степень) выпускника – Бакалавр

Форма обучения очная

Г. Краснодар

Рабочая программа разработана в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 221700.62 Стандартизация и метрология, утвержденным приказом Минобрнауки России от 22.12.2009 №799, с учётом рекомендаций примерной ООП и квалификационной характеристикой выпускника.

Рецензент (-ы):

Н.А. Кононенко, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии КубГУ

Г.Д. Крапивин, доктор химических наук, профессор кафедры органической химии,

заведующий кафедрой органической химии КубГТУ

Составитель (-ли): _______________ Т.В. Костырина, к.х.н., доцент

^{подпись}

Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры общей, неорганической химии и информационно-вычислительных технологий в химии, протокол №1 от 02.09.2011 г.

Заведующий кафедрой _________________ Н.Н. Буков, д.х.н., профессор

^{подпись}

Рабочая программа одобрена на заседании учебно-методической комиссии факультета химии и высоких технологий, протокол №1 от 02.09.2011 г.

Председатель УМК факультета

химии и высоких технологий _________________ Н.В. Шельдешов д.х.н., профессор

Аннотация рабочей учебной программы дисциплины Химия по направлению 221700.62 Стандартизация и метрология

1. Целью изучения учебной дисциплины Химия будущими бакалаврами техники и технологии по направлению 221700.62 Стандартизация и метрология является формирование естественного мировоззрения, теоретическая и практическая подготовка студентов по основным разделам химии с учетом современных тенденций развития химической науки, что обеспечивает решение выпускником задач бедующей профессиональной деятельности.

2. Задачами учебной дисциплины являются изучение:

- современных представлений о строении