Лабораторный практикум

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Химия – одна из фундаментальных естественных наук, изучающих материальный мир, законы его развития, химическую форму движения материи. В процессе изучения химии вырабатывается научный взгляд на мир в целом.

Знание химии необходимо для плодотворной творческой деятельности инженера любой специальности при выборе дорожно-строительных материалов, конструкционных материалов с целью повышения надежности современной техники, а также для рациональной организации технологического процесса ремонта автомобилей и дорожных машин. Понимание химических законов помогает инженеру в решении энергетических, экологических проблем. Знание химии также необходимо для последующего успешного изучения общенаучных и специальных дисциплин.

Основная форма занятий для студентов-заочников – самостоятельная работа над учебным материалом. Курс химии предусматривает изучение теоретического материала в соответствии с учебной программой, выполнение контрольных заданий и лабораторного практикума, индивидуальные консультации, посещение лекций, сдачу экзамена или зачета.

Работа с учебными и методическими пособиями. Изучение материала рекомендуется начинать, предварительно ознакомившись с программой и методическими указаниями. При ознакомлении с материалом по определенной теме целесообразно составить конспект, содержащий формулировки законов и основных понятий химии, формулы и уравнения реакций, математические зависимости и их выводы и т.п. Во всех случаях, когда материал поддается систематизации, следует использовать графики, схемы, таблицы, которые облегчают запоминание и уменьшают объем конспектирования. Краткий конспект курса будет полезен в период подготовки к экзамену.

Контрольные задания. В процессе изучения курса химии необходимо выполнить контрольную работу, которая состоит из вопросов и задач, охватывающих основные разделы дисциплины. При выполнении контрольной работы следует проработать теоретическую часть курса и разобрать решение задач, приведенных в методическом пособии по соответствующим темам контрольных заданий.

Решения задач и ответы на теоретические вопросы должны быть кратко, но четко обоснованы. При решении задач необходимо приводить весь ход решения и математические преобразования.

Контрольная работа должна быть выполнена в соответствии со своим вариантом и оформлена в печатном или рукописном виде. Получив работу после рецензирования, следует внимательно ознакомиться с замечаниями преподавателя, дополнительно проработать недостаточно усвоенный материал, исправить допущенные ошибки и, если это требуется, сдать контрольную работу на повторное рецензирование. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется и не засчитывается как сданная.

Лабораторные занятия– составная часть учебного процесса. Лабораторный практикум способствует развитию у студентов навыков научного экспериментирования и исследовательского подхода к изучению предмета, закреплению теоретического материала. Он выполняется в период установочной сессии. Перед его выполнением проводится инструктаж по технике безопасности. Выполненные лабораторные работы должны быть оформлены в соответствии с методическими указаниями и подписаны преподавателем.

Консультации.В течение семестра студенты могут обращаться к преподавателю за консультацией в случае затруднений при изучении курса, а также при выполнении контрольных работ.

Лекциичитаются по важнейшим разделам курса в период установочной сессии. На них рассматриваются принципиальные, но недостаточно полно освещенные в предлагаемой учебной литературе понятия и закономерности, составляющие теоретический фундамент для самостоятельного изучения студентами остальной части курса. Студентам предоставляется компьютерный вариант лекционного материала.

Экзамен, зачет. К сдаче экзамена (зачета) допускаются студенты при условии выполнения контрольных заданий и лабораторного практикума.

Учебная программа

Содержание курса и объем требований, предъявляемых студенту при сдаче экзамена (зачета), определяет учебная программа по химии для инженерно-технических (нехимических) специальностей высших учебных заведений.

Настоящая программа составлена в соответствии с современным уровнем химической науки и требованиями, предъявляемыми к подготовке высококвалифицированных специалистов, и соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования третьего поколения.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Введение.Предмет и задачи химии. Место химии в ряду фундаментальных наук. Значение химии в формировании естественно-научного мышления, в изучении природы, в защите окружающей среды. Основные понятия и законы химии.

2. Периодическая система (ПС) и строение атома. Химическая связь.Составные части атома. Атомное ядро. Основные количественные характеристики атома: атомная масса, заряд ядра. Квантово-механическая модель атома. Корпускулярно-волновой дуализм. Волновое уравнение Шредингера и результаты его решения для атома водорода. Характеристика состояния электрона. Принцип Паули, правила Хунда и Клечковского. Форма граничной поверхности электронной плотности для s-, p- и d-орбиталей. Строение электронной оболочки атома. Энергетический ряд атомных орбиталей. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева, электронные формулы атомов и ионов. Периодическое изменение свойств элементов (простых веществ) и их соединений. Энергия ионизации, энергия сродства к электрону; электроотрицательность; закономерности изменения этих величин по группам и периодам ПС.

Типы химической связи: ковалентная (полярная, неполярная), ионная; их свойства. Полярность ковалентной связи. Электроотрицательность элементов. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. Квантово-химические методы описания химической связи: метод валентных связей. Сигма (σ)- и пи (π)-связи. Представления о гибридизации атомных орбиталей. Основные характеристики ковалентной связи: энергия связи, длина, кратность, валентный угол, полярность связи. Дипольный момент связи и дипольный момент молекулы. Агрегатное состояние вещества. Кристаллическое и аморфное состояние. Кристаллическая решетка. Металлическая связь. Металлы, проводники, полупроводники и диэлектрики. Водородная связь, межмолекулярные взаимодействия.

3. Основы химической термодинамики. Основные понятия: теплота, работа, внутренняя энергия, термодинамическая вероятность и энтропия, энтальпия и энергия Гиббса, уравнения состояния.

Первый закон термодинамики, взаимное превращение различных видов энергии. Тепловой эффект реакции. Основы термохимии и расчеты тепловых эффектов реакций. Второй закон термодинамики. Критерий самопроизвольного протекания процессов в изолированных системах. Химическое равновесие.

4. Основы химической кинетики. Гомогенные и гетерогенные реакции. Скорость гомогенных химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Простые и сложные реакции. Механизм химической реакции, молекулярность и порядок реакции. Зависимость скорости гомогенной химической реакции от концентрации реагирующих веществ (дифференциальное кинетическое уравнение), закон действующих масс. Интегральное кинетическое уравнение для реакции первого порядка. Скорость гетерогенных химических реакций. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Кинетический подход к химическому равновесию, смещение равновесия (принцип Ле Шателье – Брауна). Фазовые диаграммы. Условие фазового равновесия. Правило фаз Гиббса. Представление о диаграммах состояния. Диаграмма состояния воды.

5. Химические системы: растворы, дисперсные системы. Определение и классификация растворов. Растворение как физико-химический процесс. Термодинамические свойства растворов. Растворимость. Способы выражения концентраций растворов: процентная, молярная, молярная концентрация эквивалентов вещества, моляльная, титр. Активность. Закон Рауля. Осмотическое давление. Температуры кипения и замерзания растворов, крио− и эбулиоскопия. Антифризы. Дисперсность и дисперсные системы. Классификация дисперсных систем. Суспензии и эмульсии. Классификация коллоидных систем. Методы получения и разрушения коллоидных систем. Гели и золи.

6. Ионные равновесия в растворах электролитов. Растворы электролитов и неэлектролитов. Теория электролитической диссоциации. Кислоты, гидроксиды, соли с точки зрения теории электролитической диссоциации. Кислотно-основные свойства веществ. Химическое равновесие в растворах амфотерных электролитов. Сильные и слабые электролиты. Степень и константа диссоциации слабых электролитов. Закон Оствальда. Идеальные и реальные растворы. Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора. Ионные равновесия в растворах слабых электролитов. Равновесие в гетерогенных системах. Насыщенный раствор. Произведение растворимости. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель среды (рН). Гидролиз солей. Степень гидролиза, константа гидролиза.

7. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Окислительно-восстановительные свойства элементов. Окисленные и восстановленные формы элемента; связь окислительно-восстановительных свойств со степенью окисления и положением элемента в периодической системе. Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Направление окислительно-восстановительных процессов.

8. Электрохимические процессы. Понятие о физических и химических свойствах металлов. Электрохимические процессы на границе металл/электролит. Двойной электрический слой. Стандартный водородный электрод. Электродные потенциалы металлов. Ряд стандартных электродных потенциалов. Уравнение Нернста для расчета электродных потенциалов при нестандартных условиях. Гальванические элементы, механизм возникновения электрического тока. Электродвижущая сила гальванического элемента; явление поляризации электродов. Аккумуляторы, принцип действия. Химические реакции, протекающие при зарядке и работе свинцовых аккумуляторов. Топливные элементы.

Электролиз. Сущность процессов электролиза. Электролиз растворов и расплавов. Электролиз с нерастворимым и растворимым анодом. Законы Фарадея. Практическое применение электролиза.

Определение и классификация коррозионных процессов. Химическая и электрохимическая коррозия. Способы защиты металлов от коррозии: механические, химические и электрохимические. Протекторы, ингибиторы коррозии.

9. Химические аспекты проблем экологии.Охрана воздушного и водного бассейнов. Экология автомобильного транспорта.

10. Минеральные вяжущие вещества.(для специализации«Автомобильные дороги»).Природные силикаты. Понятие о минеральных вяжущих веществах. Процессы твердения вяжущих веществ. Строительная известь, гипсовые вяжущие вещества, цемент. Добавки в цемент и бетон. Коррозия цементного камня, бетона и железобетона. Защита от коррозии.

11. Элементы органической химии. Органические вяжущие вещества. Особенности органических соединений. Типы гибридизации атомных орбиталей углерода в органических соединениях. Классы кислородсодержащих органических соединений и их свойства. Парафиновые углеводороды и их свойства. Ароматические углеводороды и их свойства. Происхождение битумов. Вещества, входящие в состав битумов. Основные понятия о высокомолекулярных соединениях. Классификация высокомолекулярных соединений.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

1. Растворы электролитов.

2. Коррозия и защита металлов.

ЛИТЕРАТУРА

а) Основная:

1. Коровин, Н.В. Общая химия: учебник / Н.В. Коровин. – М.: Академия, 2012.

2. Основы химической кинетики: учеб. пособие / К.И. Болячевская [и др.]; под редакцией проф. И.М. Паписова. – М.: МАДИ (ГТУ), 2007.

3. Строение атома и химическая связь: учеб. пособие / А.А. Литманович [и др.]; под редакцией проф. И.М. Паписова. – М.: МАДИ (ГТУ), 2009.

4. Электролиз: методическое пособие / А.А. Панасенко [и др.]; под редакцией проф. И.М. Паписова. – М.: МАДИ (ГТУ), 2011.

б) Дополнительная:

1. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебник / Н.Л. Глинка. – М.: КноРус, 2012.

2. Глинка, Н.Л. Общая химия: учебник / Н.Л. Глинка; под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова. Базовый курс для бакалавров. – М.: Юрайт, 2013.

3. Глинка, Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии: учеб.-практич. пособие для бакалавров / Н.Л. Глинка; под редакцией В.А. Попкова, А.В. Бабкова. – М.: Юрайт, 2013.

4. ХИМИЯ: теория, справочные материалы, лабораторные работы, контрольные работы и примеры решения задач: учеб. пособие для студентов заочного факультета / К.И. Болячевская [и др.]; под редакцией проф. И.М. Паписова. – М., 2006.