Основы общей и неорганической химии

«Основы общей и неорганической химии (на английском языке)»
2-ой семестр, электив по выбору, 34 часа
Ст.преп. Карева Мария Александровна
2017-2018 учебный год

Основной целью лекционного курс «Основы общей и неорганической химии (на английском языке)» является получение иностранными студентами фундаментальных знаний в области общей химии, которые необходимы для освоения университетского курса «Химии (Общей химии)».
Лекции курса «Основы общей и неорганической химии (на английском языке)» содержат основополагающие теоретические сведения о химии, включающие основные понятия и законы химии, химическую символику, химические формулы веществ и уравнения химических реакций, а также методику проведения расчетов на их основе. Вводятся основные понятия химической термодинамики, кинетики и катализа, рассматривается состояние химического равновесия в растворах. На базовом уровне рассматриваются вопросы строения атома и химической связи, объясняется принцип составления окислительно-восстановительных реакций. Вторая половина лекций посвящена основам химии элементов и применению полученных знаний первой части курса к конкретным химическим системам.


План лекций

Лекция 1.
Основные понятия химии: химические элементы, классы веществ и их свойства.  Химические реакции, их типы и признаки химических реакций. Основные законы химии. Периодический закон. Периодическая система элементов. Определение валентности химических элементов. Химические и физические свойства и формулы, их связывающие. 

Лекция 2.
Тепловой эффект химической реакции. Энергетические диаграммы хода реакции. Термохимические уравнения химических реакций. Стандартные условия, стандартное состояние вещества. Энтальпия химической реакции. Закон Гесса и следствия из него. Понятия энтропии и энергия Гиббса. Критерий самопроизвольного протекания химической реакции. 

Лекция 3.
Скорость химической реакции. Основное кинетическое уравнение. Факторы, влияющие на скорость реакции. Энергия активации. Энергетические диаграммы.

Лекция 4.
Химическое равновесие. Условия химического равновесия. Обратимые и необратимые реакции. Константа равновесия и факторы, влияющие на нее.

Лекция 5.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР). Стандартный электродные потенциал. Метод электронно-ионного баланса. Влияние различных факторов на величину электродного потенциала. Уравнение Нернста. 

Лекция 6.
Равновесия в растворах электролитов. Электролитическая диссоциация, автопротолиз воды. Водородный показатель (рН) растворов. Расчет pH растворов сильных и слабых электролитов. Буферные растворы.

Лекция 7.
Гидролиз анионов и катионов солей. Константа, степень гидролиза. Понятие насыщенного раствора. Равновесие в системе малорастворимый электролит – насыщенный раствор. Произведение растворимости (ПР). Растворимость. Факторы, влияющие на растворимость. Условия выпадения и растворения осадков.

Лекция 8.
Строение атома и химическая связь. Квантово-механические представления о строении атома. Квантовые числа. Строение 1s, 2s, 3s, 2p, 3p и 3d орбиталей. Электронная конфигурация атомов и ионов. Принцип наименьшей энергии, принцип Паули. Правило Хунда.
Метод валентных связей. Перекрывание орбиталей, σ и π связи. Характеристики ковалентной связи. Типы химических связей. Метод молекулярных орбиталей (ММО). Энергетические диаграммы бинарных молекул и ионов, построенные ММО. Свойства соединений: строение, магнитные свойства (пара- или диамагнетики). Кратность связи.  

Лекция 9.
Координационные соединения (КС). Номенклатура и строение КС, типы лигандов. Химические реакции КС, константа устойчивости (нестойкости) КС.

Лекция 10.
Химия переходных элементов. Сравнительный анализ свойств переходных элементов (по группам или периодам). Лантоноидное и актиноидное сжатие.

Лекция 11.
Химия элементов VIA гр. Физические и химические свойства соединений VIA гр., их получение и реакции с их участием. Решение типовых задач по уравнениям реакций с участием соединений VIA гр.

Лекция 12.
Химия элементов VA гр. Физические и химические свойства соединений VA гр., их получение и реакции с их участием. Решение типовых задач по уравнениям реакций с участием соединений VA гр.

Лекция 13.
Химия элементов VIIA гр. Физические и химические свойства соединений VIIA гр., их получение и реакции с их участием. Решение типовых задач по уравнениям реакций с участием соединений VIIA гр.

Лекция 14.
Химия элементов I, IIA гр. Физические и химические свойства соединений I, IIA гр., их получение и реакции с их участием. Решение типовых задач по уравнениям реакций с участием соединений I, IIA гр.

Лекция 15.
Химия элементов IIIA гр. Физические и химические свойства соединений IIIA гр., их получение и реакции с их участием. Решение типовых задач по уравнениям реакций с участием соединений IIIA гр.

Лекция 16.
Химия элементов IVA гр. Физические и химические свойства соединений IVA гр., их получение и реакции с их участием. Решение типовых задач по уравнениям реакций с участием соединений IVA гр.

Лекция 17.
Повторение основных понятий и законов, рассмотренных в ходе курса. Разбор неясностей и трудных вопросов, возникших при освоении курса.


Вопросы для зачета по курсу


  1. Классификация химических веществ.
  2. Типы химических реакций.
  3. Периодический закон, периодическая система элементов. Деление на группы и периоды.
  4. Определение валентности химических элементов в соединениях, состоящих из нескольких элементов.
  5. Основные химические и физические свойства: концентрации растворов (молярная, моляльная), массовая доля, мольная доля, количество вещества.
  6. Виды термодинамических систем: открытая, закрытая, изолированная.
  7. Стандартное состояние вещества, элемента.
  8. Энтальпия, энтропия, свободная энергия Гиббса, внутренняя энергия Критерий самопроизвольного протекания химической реакции.
  9. Закон Гесса и его следствия.
  10. Скорость химической реакции (средняя и истинная).
  11. Основной закон химической кинетики, порядок реакции.
  12. Катализатор, ингибитор, фермент, автокатализ, механизмы действия.
  13. Уравнение Аррениуса и правило Вант-Гоффа.
  14. Обратимые и необратимые химические реакции.
  15. Равновесие как динамический процесс. Константа равновесия (K), ее выражение в гомо- и гетерогенных системах.
  16. Факторы, влияющие на К.
  17. Расчет количественных характеристик химического равновесия исходные концентрации, равновесные концентрации, константа равновесия).
  18. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье. Факторы, влияющие на смещение химического равновесия.
  19. ОВР. Определение и примеры окислителей и восстановителей, процессы окисления и восстановления.
  20. Использование метода электронно-ионного баланса при написании уравнений ОВР. 
  21. Гальванический элемент. Электродный потенциал (стандартный и нестандартный). Расчет ЭДС.
  22. Уравнение Нернста. Вычисление электродного потенциала в зависимости от температуры и концентраций окисленной и восстановленной форм молекул и ионов.
  23. Константа равновесия ОВР (Кравн). Расчет Кравн для ОВР для ст.у. и для различных температур.
  24. Сильные и слабые электролиты. Определение, примеры.
  25. Расчет рН растворов сильных электролитов. Ионная сила растворов, коэффициент активности и активность ионов.
  26. Равновесия в растворах электролитов. Автопротолиз. Автопротолиз воды. Ионное произведение воды.
  27. Диссоциация слабых кислот и оснований, константа диссоциации (выражение и расчет).
  28. Закон разбавления Оствальда, определение степени диссоциации и рН растворов слабых кислот и оснований. Амфолиты.
  29. Определение буферного раствора, принцип его работы. Расчет рН буферных растворов на основе константы равновесия.
  30. Гидролиз анионов и катионов солей. Константа гидролиза. Расчет рН растворов солей на основе константы равновесия.
  31. Малорастворимые электролиты. Определение и примеры. Понятие насыщенного раствора. Константа равновесия системы малорастворимый электролит – насыщенный раствор (произведение растворимости). Факторы, влияющие на растворимость.
  32. Условия выпадения и растворения осадков.
  33. Химия элементов главных подгрупп. Сравнительная характеристика элементов внутри группы, изменение химических (кислотно-основные и ОВР) свойств и физических свойств (электроотрицательности, ионизационных потенциалов и орбитальных радиусов, температур плавления и кипения) по группе и по периоду.
  34. Химия элементов главных подгрупп. Водородные соединения.
  35. Химия элементов главных подгрупп. Кислородные соединения (оксиды, пероксиды, надпероксиды, супероксиды).
  36. Химия элементов главных подгрупп. Гидроксиды.

Литература


Основные источники
  1. Общая химия: Учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / Г.П. Жмурко, Е.Ф. Казакова, В.Н. Кузнецов, А.В. Яценко; под ред. С.Ф. Дунаева. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 512 с.
  2. Greenwood N.N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements. Butterworth-Heinemann, 2nd ed., 1997. – 1340 p.
  3. Батаева Е.В. Задачи и упражнения по общей химии: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф. образования / Е.В. Батаева, А.А. Буданова; под ред. С.Ф. Дунаева. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 160 с.
  4. Витинг Л.М., Резницкий Л.А. Задачи и упражнения по общей химии: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУ, 1995. – 221 с.
  5. Архангельская О.В., Тюльков И.А. Методические рекомендации по курсу общей и неорганической химии для студентов первого курса отделения «лечебное дело» факультета фундаментальной медицины МГУ / Под ред. д.х.н., профессора Л.А. Асланова. – М., 2004. – 32 с.
  6. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия: Учебник. – М.: ГЭОТАР–Медиа, 2007. – 976 с.: ил. ISBN 978-5-9704-0539-0


Дополнительные источники
  1. Housecroft C., Sharpe A.G.  Inorganic Chemistry. Pearson Education Limited, 4th edition. – 2012.
  2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учеб. 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 743с., ил.
  3. Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого: Учебник для вузов.– 2-е изд., испр. и доп. – Спб: Химиздат, 2001. – 784 с.: ил. ISBN 5-93808-015-0
  4. Неорганическая химия: В 3 т. / Под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 1: Физико-химические основы неорганической химии: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / М. Е. Тамм, Ю. Д. Третьяков. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 240 с.
  5. Shriver D.F., P.W. Atkins. Inorganic chemistry. Oxford University Press, 5th ed. 2010.

Аттестация по курсу – четыре контрольных работы (за каждую работу – максимально 20 баллов) и устный зачёт (максимально 20 баллов). Зачет-автомат (с оценкой 20 баллов) получают студенты, набравшие не менее 50 баллов по итогам четырех контрольных работ. Полученные в ходе курса баллы также добавляются в рейтинг по курсу «Химии (Общей химии)», но не менее 20 баллов. 


Компетенции

Прослушав лекционный материал в рамках элективного курса «Основы общей и неорганической химии (на английском языке)», иностранные студенты должны приобрести комплекс знаний по основам общей и неорганической химии, достаточный для освоения университетского курса «Химии (Общей химии)».