химия - Горный

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
_____________________________
Руководитель ООП по
направлению 130101
профессор Марин Ю.Б.
___________________________
Зав. кафедрой
общей и физической химии
профессор Чиркст Д.Э.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ХИМИЯ»
Направление подготовки: 130101 «Прикладная геология»
Специализация 1: Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений
полезных ископаемых
Специализация 2: Поиски и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания
Специализация 3: Геология нефти и газа
Специализация 4: Прикладная геохимия, петрология, минералогия
Квалификация (степень) выпускника: специалист
Форма обучения: очная
Составитель: доцент Кужаева А.А.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2013
1. Цели и задачи дисциплины: целью преподавания курса химии является приобретение
студентами знаний в области химии в качестве естественнонаучной дисциплины,
необходимых для последующего логического перехода к изучению цикла
профессиональных дисциплин по направлению 130101 «Прикладная геология» для
специализаций «Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных
ископаемых», «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания»,
«Геология нефти и газа».
В соответствии со стандартными требованиями к образованности специалиста в
результате изучения теоретического курса и прохождения лабораторного практикума по
химии задачей дисциплины является получение студентом необходимого объема знаний в
области химии, научиться применять эти знания для решения практических задач.
2. Место дисциплины в структуре ООП: дисциплина «Химия» относится к циклу
математических и естественнонаучных дисциплин и входит в его базовую часть. Для
изучения дисциплины студент должен обладать знаниями по предмету «Химия»,
устанавливаемыми ФГОС для среднего (полного) образования. Дисциплина является
предшествующей для изучения последующих дисциплин.
Специализация 1 «Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных
ископаемых». Математический и естественно-научный цикл – Лабораторные методы
изучения минерального сырья (3, 8 – й семестры), Общая геохимия (7-й семестр),
Экология (8-й семестр); профессиональный цикл – Кристаллография и минералогия (3, 4й семестры), Петрография (5, 6-й семестры), Литология (6-й семестр).
Специализация 2 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические
изыскания». Математический и естественно-научный цикл – Гидрогеохимия (3-й
семестр), Химический анализ вод (4-й семестр), Общая геохимия (7-й семестр), Экология
(8-й семестр); профессиональный цикл – Основы гидрогеологии (3-й семестр),
Кристаллография и минералогия (3, 4-й семестры), Петрография (5, 6-й семестры),
Литология (6-й семестр), Экологическая гидрогеология (8-й семестр).
Специализация 3 «Геология нефти и газа». Математический и естественно-научный
цикл – Химия нефти и газа (3-й семестр); Общая геохимия (7-й семестр), Экология (8-й
семестр); профессиональный цикл – Кристаллография и минералогия (3, 4-й семестры),
Петрография (5, 6-й семестры), Литология (6-й семестр); Геология и геохимия нефти и
газа (2-й семестр), Геохимия пород нефтегазовых бассейнов (9-й семестр).
Специализация 4 «Прикладная геохимия, петрология, минералогия». Математического и
естественнонаучного цикла: Кристаллохимия (3-й семестр), Общая геохимия (7-й
семестр), Экология (8-й семестр), Физико-химическое моделирование процессов (8-й
семестр); профессионального цикла: Кристаллография и минералогия (2, 3, 4-й семестр),
Петрография (5, 6-й семестр), Петрология (7-й семестр), Литология (6-й семестр),
Лабораторные методы изучения минералов, пород и руд (5, 6, 7-й семестр); Прикладная
геохимия (9-й семестр), Экологическая геохимия и минералогия (9-й семестр),
Техногенная геохимия и минералогия (9-семестр).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
общекультурных компетенций:
готовностью обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и
выбирать пути ее достижения (ОК-1); способностью логически верно, аргументировано и
ясно строить устную и письменную речь (ОК-3); стремлением к саморазвитию,
повышению своей квалификации и мастерства (ОК-9); умением критически оценивать
свои личностные качества, нахождением путей и выбора средств развития достоинств и
устранения недостатков (ОК-10).
2
профессиональных компетенций:
готовностью проводить самостоятельно или в составе группы научный поиск, реализуя
специальные средства и методы получения нового знания (ПК-6); применяет основные
методы, способы и средства получения, хранения и обработки информации, навыки
работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-8); умением
подготавливать данные для составления обзоров, отчетов и научных публикаций (ПК-25).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: строение атома, химические элементы и их соединения, общие закономерности
протекания химических реакций, химическую термодинамику и кинетику, энергетику
химических процессов и фазовое равновесие, реакционную способность веществ,
химический, физико-химический и физический анализ – в объеме, необходимом для
освоения геохимии, минералогии.
Уметь: пользоваться таблицами и справочниками; выбирать методы анализа химических
элементов в природных средах и использовать их для решения геологических задач.
Владеть: методами построения химических моделей при решении производственных
задач.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц.
Вид учебной работы
Всего
Семестры
часов
1
2
Аудиторные занятия (всего)
136
68
68
68
34
34
Лабораторные работы (ЛР)
68
34
34
Самостоятельная работа (всего)
80
40
40
Другие виды самостоятельной работы
80
40
40
Выполнение домашнего задания
24
12
12
Подготовка к лабораторным работам
16
8
8
Составление отчетов по лабораторным работам
20
10
10
Подготовка к контрольной работе
20
10
10
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
72
36
36
Общая трудоемкость
288
144
144
8
4
4
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
час
зач. ед.
3
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.
2
3.
4.
5.
6.
Наименование раздела Содержание раздела
дисциплины
Строение вещества
Основные принципы квантово-механической модели
строения атомов. Волновая функция, уравнение
Шредингера.
Квантовые
числа.
Распределение
электронов в атомах элементов по энергетическим
уровням и подуровням. Химическая связь атомов в
молекулах. Природа и параметры химической связи.
Типы химической связи и механизм их образования
Химическая связь и структура минералов.
Химия элементов
Периодический закон Д.И.Менделеева и периодическая
система элементов, связь с электронным строением
атомов. Распространенность элементов в природе.
Классификация и номенклатура химических соединений.
Свойства простых веществ и их соединений.
Общие закономерности Стехиометрические законы. Гомогенные и гетерогенные
химических процессов. химические системы. Основные типы химических
реакций.
Особенности
и
типы
окислительновосстановительных реакций. Важнейшие окислители и
восстановители. Влияние условий на окислительновосстановительные свойства системы.
Растворы
Молекулярно-ионно-дисперсные системы (истинные
растворы). Способы выражения концентрации растворов
Коллигативные
свойства
растворов.
Растворы
электролитов.
Ионные
равновесия
в
растворах
электролитов. Количественная оценка кислотности и
щелочности водных растворов. Ионное произведение
воды, водородный и гидроксильный показатель.
Гидролитические равновесия вычисление степени
гидролиза, константы гидролиза и рН в растворах солей, а
также ионного состава этих растворов Растворимость и
произведение
растворимости
веществ
Влияние
температуры
и
посторонних
электролитов
на
растворимость.
Химическая
Первое начало термодинамики и его приложения. Законы
термодинамика.
Гесса и Кирхгофа. Вычисление теплового эффекта
химической реакции при любых температурах.
Второе начало термодинамики. Понятие об энтропии и
других термодинамических функциях состояния системы
Способы их вычисления для различных процессов.
Определение направления протекания самопроизвольных
процессов в природе при различных условиях.
Основные законы химического равновесия и их
практическое применение. Управление химическими
процессами.
Химическая кинетика.
Скорость, порядок и механизм химических реакций.
Кинетические уравнения для реакций различных
порядков. Гетерогенные реакции и их роль в процессах
образования минералов и горных пород. Катализ.
4
7.
8.
9.
Фазовые равновесия
Основные понятия и определения: фазы, индивидуальные
вещества, компоненты системы, число ее степеней
свободы. Правило фаз Гиббса. Принципы построения и
чтения типовых диаграмм состояния одно-, двух- и
трехкомпонентных систем. Значение физико-химического
анализа фазовых равновесий для изучения процессов
минералообразования в горных породах.
Дисперсные системы.
Классификация и основные характеристики дисперсных
систем
Термодинамика
поверхностных
явлений.
Самопроизвольные процессы на границе раздела фаз.
Адсорбция, ее практическое значение. Применение
ионообменных материалов. Кинетическая и агрегативная
устойчивость коллоидно-дисперсных систем, коагуляция.
Роль дисперсных систем и поверхностных явлений в
процессах формирования рудных тел и их добыче
Методы исследования Химические методы идентификации. Качественный и
минеральных систем.
количественный
анализ.
Аналитический
сигнал.
Пробирный анализ. Физические и физико-химические
методы анализа. Их возможности. Современные методы
экспресс-анализа.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
«Геологическая съемка, поиски и разведка твердых полезных икопаемых»
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2.
Лабораторные методы
изучения
минерального сырья
Общая геохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3.
Экология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.
Кристаллография и
минералогия
Петрография
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6.
Литология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1.
«Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания»
1.
Гидрогеохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3.
Химический анализ
вод
Общая геохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4.
Экология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5
Основы гидрогеологии
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5
+
+
+
+
+
+
+
+
+
7
Кристаллография и
минералогия
Петрография
+
+
+
+
+
+
+
+
+
8
Литология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
9
Экологическая
гидрогеология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6
«Геология нефти и газа»
1.
Химия нефти и газа
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2.
Общая геохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3.
Экология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5
Кристаллография и
минералогия
Петрография
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6
Литология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
7
+
+
+
8
Геология и геохимия
+
+
+
+
+
+
нефти и газа
Геохимия пород
+
+
+
+
+
+
нефтегазовых
бассейнов
Прикладная геохимия, петрология, минералогия
+
+
+
1.
Кристаллохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2.
Общая геохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3.
Экология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6.
Физико-химическое
моделирование
процессов
Кристаллография и
минералогия
Петрография
+
+
+
+
+
+
+
+
+
7.
Петрология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
8.
Литология
+
+
+
+
+
+
+
+
+
9.
Лабораторные методы
изучения минералов,
пород и руд
Прикладная геохимия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Экологическая
геохимия и
минералогия
Техногенная геохимия
и минералогия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.
10.
11.
12.
6
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
Наименование раздела дисциплины
1.
2.
3.
Строение вещества
Химия элементов
Общие закономерности химических
процессов.
Растворы
Химическая термодинамика.
Химическая кинетика.
Фазовые равновесия
Дисперсные системы.
Методы исследования минеральных
систем.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Итого
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
6
8
9
Всего
час.
12
21
6
6
9
21
10
8
8
8
10
8
6
2
4
10
9
9
9
9
9
27
23
19
21
29
8
26
9
43
68
68
80
216
4
6
Семин
СРС
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1.
2.
3.
4.
5.
6.
2
2
2
3
3
3
7.
4
8.
9.
10.
11.
12.
4
4
4
5
5
13.
14.
5
6
15.
7
16.
17.
18.
19.
8
8
8
8
20.
21.
8
9
Наименование лабораторных работ
Изучение свойств неметаллов
Изучение свойств металлов главных подгрупп
Изучение свойств металлов побочных подгрупп
Определение химического эквивалента металла
Окислительно-восстановительные реакции
Изучение кинетики химических реакций и
химического равновесия
Приготовление раствора и определение его
концентрации
Изучение реакций в растворах электролитов
Исследование процессов гидролиза
Исследование свойств комплексных соединений
Определение теплоты диссоциации слабой кислоты
Определение константы диссоциации слабого
электролита кондуктометрическим методом
Определение интегральной теплоты растворения соли
Кинетика окисления иодида калия персульфатом
аммония
Построение диаграммы состояния двухкомпонентной
неконденсированной системы
Получение лиофобного золя
Исследование ионообменной адсорбции
Молекулярная адсорбция на активированном угле
Исследование поверхности раздела фаз раствор ПАВвоздух
Определение порога коагуляции визуальным методом
Качественные реакции катионов
Трудоемкость
(час.)
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
7
22.
23.
9
9
24.
25.
26.
27.
9
9
9
9
28.
9
29.
9
30.
31.
9
9
32.
9
33.
9
Систематический качественный анализ катионов
Разделение катионов на аналитические группы и
внутри группы
Анализ смеси катионов 1 и 2 аналитических групп
Анализ смеси катионов 3 и 4 аналитических групп
Анализ смеси катионов 5 и 6 аналитических групп
Определение концентрации соды и щелочи в
совместном присутствии
Определение концентрации катионов меди (2+)
методом иодометрии
Определение концентрации катионов железа (3+)
методом перманганатометрии
Определение общей жесткости воды
Определение концентрации железа (3+)
фотометрическим методом с роданидом калия
Определение концентрации ионов меди методом
прямой потенциометрии
Определение концентрации кислоты методом
потенциометрического титрования
Итого
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
68
7. Практические занятия (семинары)
не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) не предусмотрено учебным планом
и основной образовательной программой___________________________________
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Дибров И.А. Неорганическая химия. - СПб.: Изд-во «Лань», 2001.
2. Общая химия. Сборник задач. - СПб.: Изд-во СПГГИ, 2006.
3. Общая химия: Лабораторный практикум/Д.Э. Чиркст, О.В. Черемисина, О.Л.Лобачева,
И.В.Берлинский, Т.Е. Берлинский. Национальный минерально-сырьевой университет
«Горный». СПб, 2012. 92с.
4. ХИМИЯ. Неорганическая химия: Методические указания к лабораторным работам /
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.: И.В. Замятин, И.В.
Берлинский, А.А. Кужаева. СПб, 2013. 58с.
5. ХИМИЯ. Аналитическая химия: Методические указания к лабораторным работам/
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.: Д.Э.Чиркст, О.В.
Черемисина, Т.Е.Литвинова, И.В.Берлинский. СПб, 2013. 56с.
6. ХИМИЯ. Физико-химические методы анализа. Методические указания к лабораторным
работам / Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.: Д.Э.Чиркст,
О.В. Черемисина, Т.Е.Литвинова, И.В.Берлинский. СПб, 2013. 36с.
7. ХИМИЯ. Коллоидная химия. Методические указания к лабораторным работам /
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Сост.: О.В. Черемисина,
О.Л.Лобачева, Т.Е.Литвинова. СПб, 2013. 57с.
б) дополнительная литература
1. Гольбрайх З.Е. Сборник задач и упражнений по химии. - М.: Высшая школа, 1997.
8
2. Дибров И.А., Чиркст Д.Э., Литвинова Т.Е., Дубровская Н.Я. Неорганическая химия.
Растворы. Сборник задач. - СПб: Изд-во СПГГИ, 2001.
3.
Краткий
справочник
физико-химических
величин.
Ред.
Равдель А.А.,
Пономарева А.М. Издание 7. - СПб: Иван Федоров, 2003.
4. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 1993.
5. Дибров И.А. Общая и физическая химия. Часть 1. Строение вещества и периодический
закон. Часть 2. Периодичность изменения основных химических свойств элементов. СПб: Изд-во СПГГИ, 1994.
6. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. - СПб: Химия, 1997.
7. Девяткин П.Н., Дубровская Н.Я., Иванов И.И., Липин А.Б. Неорганическая химия:
методические указания. СПб.: СПГГИ. 2004.
в) программное обеспечение
программа химических расчетов HSC производства компании Outotec
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
http://www.chem.msu.su/cgi-bin/tkv.pl
http://www.twirpx.com
http://www.sciteclibrary.ru/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Лаборатория общей и неорганической химии, лаборатория физической химии,
лаборатория прикладной химии, компьютерные классы, специализированная аудитория
3532.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и
междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность
теоретических представлений и практических навыков по дидактическим единицам,
изложенными в тексте программы во взаимосвязи с последующими и смежными
дисциплинами.
Теоретические представления студент получает в результате изучения курса
лекций и самостоятельного изучения литературных источников (учебников и учебных
пособий). Теоретические представления закрепляются в процессе выполнения домашних
заданий, контрольных и самостоятельных работ, составления реферата.
Практические навыки студентом приобретаются в ходе выполнения
рекомендованного программой учебного лабораторного практикума, подготовке к
лабораторным работам и оформления отчетов по результатам выполнения лабораторного
эксперимента.
Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является
совокупностью данных по успешности выполнения студентом требований ФГОС ВПО,
учебного плана, примерной учебной программы и включает
= посещение лекционных и лабораторных занятий;
= своевременная сдача домашних заданий в соответствии с предоставленным
преподавателем графиком выполнения домашних работ;
= выполнение учебного лабораторного практикума и предоставления отчетов по
лабораторным работам в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ и
сроками сдачи отчетов, разрабатываемым лектором потока;
= успешное написание контрольной работы.
Разработчик:
кафедра ОФХ
доцент
Кужаева А.А.
9