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 Кс и Кр, 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.