Общие методические указания. Химия является одной из фундаментальных естественно-научных дисциплин

Химия является одной из фундаментальных естественно-научных дисциплин. В процессе изучения химии вырабатывается научный взгляд на мир в целом. Знание химии необходимо для плодотворной творческой деятельности инженера любой специальности.

Работа студента над курсом общей химии состоит из самостоятельного изучения материала по учебникам и учебным пособиям, выполнения контрольных работ, сдачи зачетов по лабораторному практикуму и сдачи экзаменов по всему курсу.

 

Курс общей химии включает в себя следующие темы:

1. Введение. Основные законы и понятия химии.

Химия как раздел естествознания. Понятие о материи и веществе. Атомно-молекулярное учение. Изотопы, изотоны, изобары. Относительная атомная и молекулярная массы. Простые и сложные вещества. Моль – единица количества вещества. Молярная масса и объем.

Основные законы химии. Закон сохранения материи и энергии. Эквивалент. Число эквивалентности. Закон эквивалентов. Молярная масса эквивалентов для простых и сложных веществ. Определение эквивалентных масс сложных веществ в ионообменных и окислительно-восстановительных реакциях. Закон простых объемных отношений. Гипотезы Авогадро и следствия из них. Эквивалентный объем. Объединенный газовый закон. Уравнение Менделеева – Клапейрона. Закон Дальтона. Закон Дюлонга – Пти.

2. Строение атома и систематика химических элементов.

Основные сведения о строении атома. Явление радиоактивности. Ядерные реакции. Теория Резерфорда. Строение атома водорода по Бору. Понятие о квантовой механике. Двойственная природа электрона. Уравнение Планка и Эйнштейна, уравнение де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Волновая функция. Электронная плотность.

Характеристика состояния электронов системой квантовых чисел, их физический смысл. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Правило Гунда. Правило Клечковского и исключения из него. Составление электронно-графических формул элементов.

Периодическая система и электронное строение атомов элементов. Современная формулировка Периодического закона Менделеева. Количественные характеристики химической активности элементов: энергия ионизации, энергия сродства к электрону, электроотрицательность, основные закономерности. Атомные и ионные радиусы, их зависимость от электронного строения и степени окисления.

3. Химическая связь и строение молекул.

Основные типы и характеристика химической связи. Ковалентная и ионная связь. Метод валентных связей, понятие о методе молекулярных орбиталей. Межмолекулярное взаимодействие, его природа и энергия. Водородная связь. Строение вещества в конденсированном состоянии. Твердое, жидкое, газообразное и плазменное состояния, их особенности.

4. Комплексные соединения (КС).

Координационная теория Вернера. Строение КС. Номерклатура, классификация КС, устойчивость КС. Константы нестойкости и устойчивости. Двойные соли. Теория «жестких» и «мягких» реакционных центров. Изомерия КС.

5. Энергетика химических процессов.

Химическая термодинамика. Основные понятия (классификация систем, фаза, интенсивные и экстенсивные параметры системы, уравнения состояния, организации состояния, функции состояния, изобарные, изохорные и изотермические процессы). Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. Термохимия. Закон Гесса и его следствие. Энтропия. Термодинамическая вероятность. Уравнение Больцмана. Второй и третий законы термодинамики. Энергия Гиббса как критерий направленности химических реакций в закрытых системах. Энергия Гельмгольца как характеристика изохорно-изотермических процессов.

6. Химическая кинетика. Химическое равновесие. Катализ.

Средняя и истинная скорости химической реакции. Закон действующих масс, его математическое выражение, физический смысл входящих в него величин. Классификация реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Теория активации. Теория Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Основные теории катализа. Адсорбция. Влияние температуры и давления на процессы адсорбции. Каталитические яды, промоторы и ингибиторы.

Химическое равновесие. Константа химического равновесия для гомогенных и гетерогенных реакций. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье.

7. Молекулярно-дисперсные системы.

Дисперсные системы. Признаки классификации. Основные понятия. Способы выражения состава растворов. Растворимость. Идеальный раствор. Коллигативные свойства разбавленных раст­воров неэлектролитов. Осмотическое давление. Законы Рауля. Растворы электролитов. Протонная теория кислот и оснований.

Степень электролитической диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Изотонический коэффициент. Активность. Коэффициент активности. Произведение растворимости. Ионные реакции. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксидный показатели.

Индикаторы. Изменение окраски индикатора при изменении концентрации Н⁺ и ОН^- ионов в растворах. Буферные растворы. Гидролиз солей. Константа гидролиза.

8. Окислительно-восстановительные процессы.

Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Основные группы окислителей и восстановителей. Окислительно-восстановительная двойственность. Методы составления ОВР. Типы ОВР. Определение направления протекания ОВР.

9. Электрохимические процессы.

Механизм образования электродных потенциалов. Равновесный электродный потенциал, стандартный электродный потенциал. Ряд стандартных электродных потенциалов металлов.

Гальванические элементы. Составление схем гальванических элементов. Окислительно-восстановительные процессы, протекающие на электродах, ЭДС гальванического элемента. Уравнение Нернста. Электролиз, законы Фарадея. Положения, определяющие характер процессов, протекающих на электродах при электролизе расплавов и растворов электролитов.

Коррозия металлов. Виды коррозии. Типы коррозионных процессов в зависимости от среды, механизм их протекания. Факторы, определяющие интенсивность коррозионных процессов. Методы защиты от коррозии.

 

10. Введение в химию элементов.

Групповая и типовая аналогия. Электронные аналоги. Слоевые аналоги. Переходные металлы. Контракционная аналогия. Лантаноидная контракция. Элементы – близнецы. Горизонтальная, диагональная и «звездная» аналогии. Металлы и неметаллы в ПС. Граница Цинтля. Кристаллохимическое правило Юм-Розери.

 

В процессе изучения курса общей химии студенты должны выполнить три контрольные работы. Каждая работа включает в себя 12 задач.

Перед выполнением контрольной работы необходимо изучить соответствующие разделы курса. Ответы на вопросы должны быть ясными и четкими. Решение каждой задачи должно содержать расчетные формулы, уравнения химических реакций, математическое выражение законов и правил, числовые значения констант с указанием, откуда они взяты. В случае необходимости при выполнении вспомогательных расчетов следует привести их краткое пояснение. Задачи должны быть решены простейшим путем.

Контрольная работа выполняется аккуратно в отдельной тетради, четким почерком. Для замечаний рецензента необходимо оставлять поля 4–5 см. Номер и условие задачи следует переписывать в том порядке, в котором они указаны в задании. Контрольная работа должна быть подписана студентом с указанием даты ее выполнения. В соответствии с замечаниями рецензента студент вносит исправления и дополнения в конце тетради, а не в рецензируемом тексте.

Если контрольная работа не зачтена, ее нужно выполнить заново с учетом замечаний рецензента и выслать на повторное рецензирование вместе с незачтенной работой. Контрольная работа, выполненная по чужому варианту, преподавателем не рецензируется и не зачитывается. Каждый студент выполняет вариант контрольной работы, номер которой совпадает с двумя последними цифрами номера его студенческого билета (шифра) (см. приложение).

Контрольная работа сдается студентом за 10 дней до начала сессии.

 

 

ЗАДАЧИ