Физическая и коллоидная химия

Область применения рабочей программы

Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО 240111 «Производство тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий»

Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании (в программах повышения квалификации и переподготовки) и профессиональной подготовке по рабочим профессиям.

2.1.2 Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы: дисциплина входит в профессиональный цикл.

Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:

математика, физика, химия, общая и неорганическая химия.

Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: теоретические основы химической технологии, механического оборудования, технологии производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий.

2.1.3 Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам освоения учебной дисциплины:

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен

уметь:

- выполнять расчеты электродных потенциалов, э.д.с. гальванических элементов;

- находить в справочной литературе показатели физико-химических свойств веществ и их соединений;

- определять концентрацию реагирующих веществ и скорость реакций;

- строить фазовые диаграммы;

- производить расчеты: параметров газовых смесей, кинетических параметров химических реакций, химического равновесия;

- рассчитывать тепловые эффекты и скорость химических реакций;

- определять параметры каталитических реакций.

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен

знать:

- закономерности протекания химических и физико-химических процессов;

- законы идеальных газов;

- основные законы;

- механизм действия катализаторов;

- механизмы гомогенных и гетерогенных реакций;

- основы физической и коллоидной химии, химической кинетики, электрохимии, химической термодинамики и термохимии;

- основные методы интенсификации физико-химических процессов;

- свойства агрегатных состояний веществ;

- сущность и механизм катализа;

- схемы реакций замещения и присоединения;

- условия химического равновесия;

- физико-химические методы анализа веществ, применяемые приборы;

- физико-химические свойства сырьевых материалов и продуктов.

2.1.4 Рекомендуемое количество часов на освоение рабочей программы учебной дисциплины: Физическая и коллоидная химия

максимальной учебной нагрузки студента 216 часов, в том числе:

обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 144 часов;

лабораторно-практические занятия 60 часов

самостоятельной работы обучающегося 72 часа.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.2.1 Объем учебной дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Объем часов
Максимальная учебная нагрузка (всего)	216
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	144
в том числе:
лабораторные работы	30
практические занятия	30
Самостоятельная работа студента (всего)	72
в том числе:
самоподготовка (самостоятельное изучение тем учебников, учебных пособий)	18
реферат, доклад	16
решение задач	24
оформление отчётов по результатам лабораторных работ и подготовка к их защите	14
Итоговая промежуточная аттестация в форме экзамена

2.2.2 Примерный тематический план и содержание учебной дисциплины Физическая и коллоидная химия

Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся	объем часов	Уровень освоения

Введение	Содержание и задачи дисциплины, её значение в подготовке специалистов. Связь с другими дисциплинами. Значение теоретических положений физической химии для интенсификации производства силикатных материалов и изделий.
Раздел 1 Физическая химия
Тема 1.1. Молекулярно-кинетическая теория агрегатных состояний	Содержание учебного материала:
	Характеристика агрегатных состояний. Газообразное состояние вещества. Уравнение состояния идеального газа. Вывод газовых законов. Физический смысл универсальной газовой постоянной.
	Газовые смеси. Реальные газы. Изотермы реального и идеального газов в координатах pv-p. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Критические параметры вещества. Сжижение газов. Особенности жидкого состояния.
	Вязкость, текучесть жидкостей. Поверхностное натяжение. Испарение и конденсация. Мольная и удельная теплота испарения.
	Твердое состояние. Его особенности. Плавление. Отвердевание. Графики процессов. Плазменное состояние вещества, свойство плазмы.
	Основные закономерности в образовании кристаллов. Кристаллические системы и их характеристики: кубическая, тетрагональная, орторомбическая, моноклинная, триклинная, гексагональная и ромбоэдрическая. Гомодесмические и тетрадесмические структуры.
Лабораторная работа
1)Определение вязкости жидкости и ее зависимость от концентрации.
2)Определение поверхностного натяжения жидкости
Практическое занятие
Расчеты с применением газовых законов и уравнения состояния идеального газа.
Самостоятельная работа обучающихся Решение расчетных задач Подготовка к тестированию Подготовка рефератов
Тема 1.2 Кристаллическое строение силикатных и тугоплавких неметаллов и их свойства	Содержание учебного материала:
	Дефекты кристаллической решётки. Характеристика и классификация Дефектов решётки. Дефекты кристаллической решётки по Френкелю и Шоттки. Влияние кристаллической структуры силикатов на их свойства.
	Твёрдые растворы. Их виды. Твёрдые растворы замещения, внедрения, вычитания. Свойства твёрдых растворов.
	Линейные дефекты или дислокации. Причины образования дислокаций. Влияние их на свойства кристаллических веществ. Силикаты и алюмосиликаты в твёрдой фазе.
	Типы воды, входящей в состав силикатов.
Практическое занятие
Распознавание физико- химических свойств силикатных материалов, исходя из их кристаллического строения.
Самостоятельная работа обучающихся Решение расчетных задач Подготовка к тестированию Подготовка рефератов
Тема 1.3. Основы химической термодинамики	Содержание учебного материала:
	Предмет термодинамики. Основные понятия. Первое начало термодинамики. Аналитическое выражение. Энтальпия..
	Закон Гесса и следствия из него.
	Теплоемкость. Виды теплоемкости. Недостаточность 1 закона. 2 закон термодинамики.Обратимые и необратимые процессы. Равновесные и неравновесные. Факторы интенсивности и экстенсивности.
	Энтропия. Изменение энтропии при переходе системы из одного состояния в другое. Термодинамические потенциалы – критерии возможности протекания процесса.
Лабораторная работа
1)Определение теплоты нейтрализации 2) Определение теплоты растворения
Практическое занятие
Расчет тепловых эффектов по законы Гесса. Определение вероятности направления химической реакции по термоденамическим патанциалам
Самостоятельная работа обучающихся
Решение расчетных задач Подготовка докладов Подготовка к тестированию
Тема 1.4. Химическое равновесие	Содержание учебного материала:	10
1) Скорость необратимой химической реакции. Константа скорости химической реакции. Понятие об активных молекулах. Энергия активации.
2)Обратимость химических реакций. Закон «Действующих масс». Равновесные концентрации. Константы равновесия. Смещение химического равновесия. Химическое сродство.
Лабораторная работа:
1)Определение средней скорости гетерогенной реакции.
Практическое занятие: 1)Вычисление К_с и К_р, равновесных концентраций. Определение исходных концентраций и выхода продукта. 2) Расчёты с использованием принципа Ле- Шателье. Определение направления смещения равновесия в системе при увеличении давления, влияния на равновесную концентрацию увеличения концентрации кислорода, повышения температуры, введения катализатора.
Самостоятельная работа обучающихся: Подготовка к тестированию на компьютере.
Тема 1.5. Фазовое равновесие	Содержание учебного материала:	18
1) Основные понятия фазового равновесия. Правило фаз Гиббса.. Практическое применение диаграмм состояния.
2) Фазовое равновесие в однокомпонентных системах
3) Двухкомпонентных системах, правило их построения
4)Трёхкомпонентные системы. Построение диаграммы трёхкомпонентной системы.
5) Треугольник концентраций. Объёмная диаграмма трёхкомпонентной системы и её проекция на плоскость. Расчёт концентрации по треугольнику концентраций.
Лабораторная работа: Построение диаграммы состояния 2х компонентной системы (дифениламин-нафталин)
Практическое занятие: Расчёты по диаграммам с использованием уравнения Гиббса, правила рычага и треугольника концентраций. Определение по диаграмме числа степеней свободы, процентного содержания компонентов.
Самостоятельная работа обучающихся: а) Доклад «Термический анализ и его практическое значение» б) Подготовка к тестированию на компьютере в) Обязательная контрольная работа №1 (включает темы №1.1. – №1.5.)
Тема 1.6. Растворы	Содержание учебного материала:	14
1) Общая характеристика растворов. Классификация. Гидратная (сольватная) теория растворов Д.И. Менделеева. Влияние различных факторов на растворимость.
2)Осмотическое давление разбавленных растворов не электролитов и электролитов.
3) Термодинамическое равновесие в системе раствор-пар. 1ый закон Рауля. Кипение и замерзание разбавленных растворов. 2ой закон Рауля.
	4) Идеальные химические смеси. Отклонение от закона Рауля. Диаграммы состояния. Сущность процессов фракционной перегонки. Азеотропные смеси и их разделение. 2ой закон Коновалова.
5) Жидкие смеси из практически нерастворимых компонентов. Перегонка с водяным паром. Экстракция и ее практическое применение
6) Растворы газов в жидкостях
Практическое занятие: Расчёт относительной молекулярной массы по понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения растворов моляльной концентрацию Расчёт осмотического давления, понижения температуры замерзания и повышения температуры кипения растворов.
Самостоятельная работа обучающихся: а) Решение задач б) Повторение из курса неорганической химии «Теория образования растворов Д.И. Менделеева» в) Повторение из курса «Техника лабораторных работ» технического оснащения и техники безопасности процессов перегонки и экстракции г) Доклад на тему «Растворы и вопросы охраны окружающей среды» д) Подготовка к компьютерному тестированию
Тема 1.7. Химическая кинетика	Содержание учебного материала:	14
1) Сущность химической кинетики. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон «Действия масс». Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Теория активации. Энергия активации. Уравнение Аррениуса.
2) Кинетическая классификация реакций. Кинетические уравнения 1 и 2 порядка. Период полураспада. Методы определения порядка реакции.
3) Сложные химические реакции (параллельные, последовательные, сопряженные, автокаталитические). Цепные реакции и их особенности.
Лабораторная работа: Фотометрическое изучение кинетики разложения комплексного иона [Mn(CrO₄)₃]^3-
Практическое занятие: Расчеты с применением закона «Действующих масс» и правила Вант-Гоффа
Самостоятельная работа обучающихся: а) Решение задач б) Доклад «Скорость химических реакций в вопросах охраны окружающей среды» в) Подготовка к компьютерному тестированию
Тема 1.8. Катализ	Содержание учебного материала:	8
1) Основные понятия. Особенности каталитических реакций. Гомогенный катализ. Механизм. Поверхностные явления. Зависимость процесса адсорбции от различных факторов. Определение величины удельной адсорбции. Изотерма адсорбции.
2) Гетерогенный катализ и его механизм. Факторы, влияющие на активность катализатора. Роль катализатора в химических процессах.
Лабораторная работа: Адсорбция уксусной кислоты активированным углем
Самостоятельная работа обучающихся: а) Ознакомительная работа по учебнику «Физическая и коллоидная химия», связанная с теориями гетерогенного катализа. б) Подготовка к компьютерному тестированию
Тема 1.9. Электрохимия	Содержание учебного материала:	18
1) Взаимные превращения химической и электрической энергии. Прикладное значении электрохимии. Удельная и эквивалентная электрическая проводимость. Их зависимость от различных факторов.
2) Эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном разбавлении. Закон Кольрауша. Теория сильных электролитов. Практическое применение измерения электрической проводимости. Понятие о кондуктометрическом анализе.
3) Электролиз. Законы Фарадея. Выход по току. Практическое применение электролиза.
4) Электродвижущие силы. Возникновение скачка потенциала на границе «электрод – раствор». Факторы, влияющие на величину равновесного электродного потенциала. Формула Нернста. Ряд напряжений и его прикладное значение. Электроды сравнения.
5) Теория получения электрического тока в гальванических элементах. Понятие о контактном и диффузионном потенциале. Измерение ЭДС компенсационным методом.
Лабораторная работа: Изучение зависимости удельной электрической проводимости от концентрации и природы электролита.
Практическое занятие: Расчеты по определению электрической проводимости и процессов электролиза.
Самостоятельная работа обучающихся: а) Решение задач и упражнений по 3 разделам темы. б) Подготовка докладов: - Принцип устройства и работы водородного электрода сравнения - Принцип устройства и работы каломельного электрода сравнения - Принцип устройства и работы элемента Вестона. - Обратимые гальванические элементы в) Подготовка к компьютерному тестированию
Раздел 2 Основы коллоидной химии
Тема 2.1. Коллоидные системы	Содержание учебного материала:	8
1) Коллоидная химия – физическая химия дисперсных систем. Роль дисперсных систем в природе и техники, их получение.
	2) Свойство коллоидных растворов. Оптические свойства ультрамикрогетерогенных систем. Факторы, определяющие интенсивность рассеянного света. Электрические свойства коллоидных систем. Электрофорез и электроосмос. Диализ.
3) Строение мицелл. Коагуляция. Правило Шульца-Гарди. Седиментация. Факторы устойчивости УМГ систем.
	Лабораторная работа: Синтез гидрозоля железа (III), изучение его коагуляции и стабилизации.
	Самостоятельная работа обучающихся: а) Решение задач на схематическое отражение строения мицелл, золей. б) расчеты порога коагуляции в) Доклад «Электрофоретическое определение электрокинетического потенциала золя». г) Подготовка к компьютерному тестированию
Тема 2.2. Растворы высокомолекулярных соединений	Содержание учебного материала:	4
1) Общая характеристика растворов ВМС. Сравнение их свойств со свойствами низкомолекулярных соединений и ультрамикрогетерогенных систем. Растворы ВМС в природе и технике. Особые свойства.
2) Гели. Свойства гелий. Эластичные и хрупкие гели. Тиксотропия. Структура гелей.
	Самостоятельная работа обучающихся: Доклад на тему «Особые свойства растворов ВМС» Контрольная работа №2 (включает темы №1.6. – №1.9.; №2.1.– №2.2.)

Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:

1 - ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);

2 - репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);

3 – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач).

2.3 условия реализации УЧЕБНОЙ дисциплины

Требования к минимальному материально-техническому обеспечению

Реализация учебной дисциплины требует наличия учебного кабинета химических дисциплин; лаборатории физической и коллоидной химии.

Оборудование учебного кабинета: посадочные места по количеству обучающихся, рабочее место преподавателя; комплект моделей кристаллических решеток; коллекция «Нефть и важнейшие продукты ее переработки»; образцы различных дисперсных систем: эмульсий, суспензий, аэрозолей, гелей и золей; прибор для опытов с электрическим током, устройство интерфейсное многоканальное Unipractic.

Технические средства обучения: интерактивная доска Interwrite board, мультимедиа-проектор, ноутбук, колонки, набор ЦОР по дисциплине (презентации к лекциям, видеоопыты, анимационные схемы и модели работы машин и установок, модели физико-химических процессов)

Оборудование лаборатории и рабочих мест лаборатории: вытяжной шкаф, муфельная печь, столы лабораторные, штативы для пробирок, набор вспомогательных принадлежностей для хозяйственной деятельности и техники безопасности. Приборы: аппарат для дистилляции воды, весы аналитические, плитка электрическая с закрытой спиралью, шкаф сушильный, нагреватель лабораторный электрический, весы электронные, лабораторное многоканальное устройство Unipractic с набором датчиков физико-химических величин и программным обеспечением, спектрофотометр, термометры спиртовые, вискозиметр, сталагмометр, секундомер, прибор для определения температуры кипения жидких смесей. Комплекты: металлических изделий для лабораторных опытов; химической посуды.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒