Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол №10 «27»

Скачать 1.24 Mb.

Название	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол №10 «27»
страница	2/11
Дата публикации	27.05.2015
Размер	1.24 Mb.
Тип	Учебно-методический комплекс

100-bal.ru > Химия > Учебно-методический комплекс

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Современные проблемы прикладной химии

Направление — 050100.68. Педагогическое образование

Магистерская программа – Химическое образование

Форма подготовки (очная)

Школа педагогики ДВФУ

кафедра естественнонаучного образования

курс 1, 2 семестр 2, 3

лекции 8 (час.)

практические занятия 28 (час.)

лабораторные работы не предусмотрены

всего часов аудиторной нагрузки 36 (час.)

самостоятельная работа 36 (час.)

реферативные работы не предусмотрены

контрольные работы не предусмотрены

зачет 3 семестр

экзамен не предусмотрен
Рабочая программа составлена на основании требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (Приказ Министерства образования и науки РФ №35 от 14 января 2010г.).

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 10 « 27 » июня 2012 г.

Заведующая (ий) кафедрой: Литвинова Е.А.

2012 г.

Составитель (ли): к.б.н., доцент Потенко Е.И., д.б.н., профессор Колесник Ю.А.

Оборотная сторона титульного листа
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:

Протокол от «_____» _________________ 20 г. № ______

Заведующий кафедрой _______________________ __________________

(подпись) (и.о. фамилия)

II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:

Протокол от «_____» _________________ 20 г. № ______

Заведующий кафедрой _______________________ __________________

(подпись) (и.о. фамилия)

АННОТАЦИЯ

Дисциплина «Современные проблемы прикладной химии» разработана для магистрантов 1, 2 курсов по направлению 050100.68 Педагогическое образование (магистерская программа «Химическое образование») в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по данному направлению и положением об учебно–методических комплексах дисциплин образовательных программ высшего профессионального образования (утверждено приказом и.о. ректора ДВФУ от 17.04.2012.№ 12-13-87).

Дисциплина по выбору «Современные проблемы прикладной химии» относится к дисциплинам по выбору вариативной части профессионального цикла (М.2.В.1).

Целью изучаемой дисциплины является подготовка высококвалифицированных специалистов, которые должны знать основные области применения химии в народном хозяйстве и применение продуктов конкретных химических и биохимических производств.

Задачи изучаемой дисциплины:

- сформировать представление об основных направлениях и тенденциях химизации в мире и в нашей стране.

- изучить проблемы энергетики и основные направления использования традиционного топлива и перспективных источников энергии.

- рассмотреть направления решения проблемы создания материалов с заданными свойствами.

- показать социальные, экологические и научные проблемы использования удобрений и пестицидов, основные направления использования достижений химии в сельском хозяйстве.

- рассмотреть основные средства бытовой химии (синтетические моющие средства, чистящие и отбеливающие вещества, краски, средства гигиены) и правила безопасного обращения с ними.

- познакомить студентов с химической сущностью процессов, происходящих при кулинарной обработке пищевых продуктов и правилами рациональной кулинарной обработки продуктов.

- рассмотреть, в каких темах школьного курса, и в каком объеме изучаются вопросы прикладной химии.

Междисциплинарный характер. При изучении дисциплины «Прикладная химия» следует учитывать, что студенты уже получили знания из других дисциплин: виды энергоресурсов (неорганическая, органическая, физическая химия). Состав горючих полезных ископаемых (органическая химия). Водород как топливо (неорганическая химия). Фотолиз воды (биология, биохимия). Ядерное топливо (неорганическая химия, физика). Химические источники тока (общая и физическая химия). Проблемы энергетики (химия окружающей среды).

При рассмотрении содержания раздела о химизации сферы быта следует использовать межпредметные связи в процессе изучения понятий и тем: ПАВ (физическая и коллоидная химия). Процессы окисления (общая и неорганическая химия, органическая химия). Защитные покрытия (общая, неорганическая химия, физическая химия). Жиры, белки, углеводы, превращение веществ в организме, витамины (органическая химия, биохимия).

Дисциплина направлена на формирование общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускника: ОК-5; ПК-3; ПК-6; ПК-21:

- способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе, в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

- способностью формировать образовательную среду и использовать свои способности в реализации задач инновационной образовательной политики (ПК-3);

- готовностью использовать индивидуальные креативные способности для оригинального решения исследовательских задач (ПК-6);

- способностью формировать художественно-культурную среду (ПК-21).

СТРУКТУРА И содержание теоретической части курса

Тема 1. Химия и энергетика (2 часа)

1. Традиционная (топливная) энергетика. Состав различных видов топлива.

2. Альтернативные традиционным источники энергии. Водородная энергетика. Перспективы водородной энергетики.

3. Ядерная энергетика. Химические аспекты ядерной энергетики.

4. Химические источники тока. Преобразование химической энергии в электрическую.

Тема 2. Химия и новые материалы (2 часа)

1. Определение понятия «материалы».

2. Понятие о металловедении. Прикладные проблемы материаловедения.

3. Понятие о химическом сопротивлении материалов. Коррозия.

4. Силикаты. Строительные материалы. Экология жилища.

5. Керамика как перспективный материал нашего времени и будущего.

6. Полимерные материалы: состав, получение, классификация.

7. Эластомеры. Виды, аспекты практического использования. Полимеры медицинского назначения.

8. Смазочные материалы, современные тенденции использования молекулярных смазок.

Тема 3. Химические основы решения продовольственной проблемы. Химия и биорегуляция (2 часа)

1. Принципы использования и современные тенденции в применении удобрений. Экологические проблемы.).

2. Пестициды: виды, представители, действие.

3. Роль химии в создании биологических средств защиты растений.

4. Химия в кормопроизводстве, сельскохозяйственной селекции и ветеринарии.

Тема 4. Химизация экономики и социально-бытовой сферы общества (2 часа)

1. Поверхностно-активные вещества, их классификация. Детергенты. Мыла.

2. Химические чистящие средства. Абразивные чистящие средства. Состав хозяйственных паст и порошков.

3. Косметико-гигиенические моющие средства.

4. Красочные пигменты. Минеральные краски. Клеевые.

5. Лаки. Эмали. Техника безопасности при работе с ними.

СТРУКТУРА И содержание практической части курса

Занятие 1-2. Нефть и ее переработка (4 часа)

Моделирование процесса каталитического крекинга керосина и определение характеристик исходного сырья и продуктов крекинга.

Занятие 3-4. Определение биохимического потребления кислорода (БПК₅) в сточных водах. Определение эффективности очистки сточных вод по показателям, характеризующим качество воды (4 часа)

Занятие 5-6. Определение химического потребления кислорода (ХПК) в сточных водах (4 часа)

Занятие 7-8. Анализ пищевых продуктов. Определение качества молока, хлеба и другой продукции (4 часа)

Занятие 9-10. Определение детергентов. Определение анионактивных СПАВ в поверхностных и сточных водах (4 часа)

Занятие 1-12. Получение фенолформальдегидных смол. Получение новолачной и резольной смол и их анализ (4 часа)

Занятие 13-14. Влияние пестицидов на содержание гумуса в почве. Обработка почвы различными пестицидами и определение гумуса (4 часа)

контроль достижения целей курса

Промежуточный контроль

Задание 1. Минерал каолинит образуется при химическом выветривании полевого шпата (ортоклаза) под действием воды и углекислого газа, находящихся в воздухе, в соответствии с уравнением:

K₂O ∙ Al₂O₃∙ 6 SiO₂ + CO₂ + 2 H₂O → Al₂O₃ ∙ 2 SiO₂ ∙ 2 H₂O + K₂CO₃ +

(ортоклаз) (каолинит) (поташ)
+ 4 SiO₂

(кремнезём)

Задание 2. При тепловой обработке (150 – 160^оС) гипсового камня содержащийся в нём двуводный гипс CaSO₄ 2 H₂O, дегидратируется по уравнению: CaSO₄ ∙ 2 H₂O → CaSO₄ ∙ 0,5 H₂O + 1,5 H₂ O ,

образуя гипсовое связующее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO₄ ∙0,5 H₂O. Выполните необходимые расчёты, воспользовавшись данными, приведёнными в таблице:

Задание 3. Каустический магнезит – одно из магнезиальных вяжущих веществ (MgO) получают при обжиге горной породы магнезита при 650 – 880 ^оС. В результате карбонат магния (MgCO₃) разлагается по уравнению:

MgCO₃ → MgO + CO₂ .

Оставшееся твёрдое вещество измельчают в тонкий порошок.

На основании данных, приведённых в таблице, выполните необходимые расчёты.

Задание 4. Растворимое стекло – силикат натрия (Na₂SiO₃) образуется при нагревании (1300 – 1400^оС) кальцинированной соды (Na₂CO₃) c кварцевым песком (SiO₂). Используя условия задачи (см. табл.), сделайте необходимые вычисления.

Задание 5. Кремнефтористоводородный натрий - Na₂SiF₆ катализирует процесс твердения растворимого стекла, т.к. он приводит к образованию клеящего вещества – геля кремниевой кислоты - Si(OH)₄ по реакции:

Na₂SiF₆ + 2 Na₂SiO₃ + 6 H₂O → 3 Si(OH)₄ + 6 NaF.

Сделав необходимые вычисления, рассчитайте массу одного из продуктов реакции. Примите выход реакции равным теоретически возможному (100 %).

Условия задачи приведены в нижеследующей таблице:

Задание 6. Искусственные силикаты, например, хрустальное стекло (K₂O∙PbO∙6 SiO₂) получают сплавлением поташа (K₂CO₃), оксида двухвалентного свинца (PbO) и кварца (SiO₂):

K₂CO₃ + PbO + 6 SiO₂ → K₂O PbO∙ 6 SiO₂ + CO_{2 .}

Произведите необходимые вычисления, исходя из условия задачи, указанного в приведённой ниже таблице.

Задание 7. При обжиге (1000 – 1200^оС) известняка (CaCO₃) производят комовую известь, при помоле которой получают негашёную известь – кипелку (СаО): СаСО₃ → СаО + СО₂ - 190 кДж.

Исходя из условия задачи, указанного в приведённой ниже таблице, выполните необходимые расчёты. Примите выход реакции количественным, т.е. равным 100%.

Задание 8. При гашении комовой извести (СаО) получают гашёную известь – пушонку (Са(ОН)₂):

СаО + Н₂О → Са(ОН)₂ + 65,5 кДж.

На практике берут в три раза большее количество воды, т.к. часть её удаляется с паром. Количество непогасившихся зёрен (отходов) может достигать 30 % от массы исходной извести.

Выполните необходимые расчёты, используя данные таблицы:

Задание 9. Газобетон получают взаимодействием водного раствора гидроксида кальция с газообразователем – алюминиевой пудрой:

2 Al + 3 Ca(OH)₂ + 6 H₂O → 3 CaO∙Al₂O₃∙6 H₂O + 3 H₂.

Выделяющийся газ – водород вспучивает цементное тесто, которое, затвердевая, сохраняет пористую структуру.

Сделайте требуемые вычисления (см. пустые клетки табл.), используя приведённые ниже данные:

Задание 10. При автоклавной обработке известково-песчаных смесей при добавлении насыщенного (100% влажности) пара 0,8 МПа и температуре выше 170^оС кремнезём приобретает химическую активность и начинает взаимодействовать с известью, образуя гидросиликат кальция - прочное водостойкое вещество:

Са(ОН)₂ + SiO₂ + 5 H₂O → CaO ∙SiO₂ ∙ 6 H₂O.

Его используют для изготовления силикатного кирпича, блоков и панелей (для сборного строительства).

Итоговый контроль

В качестве итогового контроля выступает зачет, проводимый в 3 семестре.

Вопросы к зачету

1. Железо-Углерод. Сплавы железа с углеродом. Сырье и основные химические процессы, протекающие при выплавке чугуна. Получение чугуна с низким содержанием серы и фосфора.

2. Диаграмма состояния Железо-Углерод. Сплавы железа с углеродом. Физико-химические основы производства стали кислородно-конвертерным методом. Сравнительная характеристика основных способов производства стали.

3. Синтетическое производство метанола. Сырье, физико-химические основы и технологическая схема процесса. Преимущества и недостатки катализаторов высокого и низкого давления.

4. Производство альдегидов. Сырье, физико-химические основы и технологическая схема получения формальдегида из метанола и ацетальдегида из этилена

5. Сравнительная характеристика основных методов производства ацетилена. Получение ацетальдегида из ацетилена.

6. Производство уксусной кислоты. Сырье, физико-химические основы и технологическая схема процесса. Совместное производство уксусной кислоты и уксусного альдегида

7. Синтезы на основе этилена. Получение этанола методом гидратации этилена (сырье, физико-химические основы и технологическое оформление процесса).

8. Получение кислородсодержащих соединений методом оксосинтеза. Основные стадии процесса. Получение карбонил - кобальтовых катализаторов и их характеристика. Механизм действия катализаторов. Условия получения спиртов и альдегидов нормального и изо - строения.

9. Кумольный метод получения фенола и ацетона. Сырье, основные стадии процесса. Технологическая схема окисления изопропилбензола и разложения гидроперекиси.

10. Основные области применения стирола. Получение стирола: сырье, основные стадии производства. Физико-химические основы алкилирования бензола. Дегидрирование этилбензола. Халкон-процесс. Сырье, физико-химические основы и основные стадии производства.

11. Производство винилхлорида из ацетилена, технологическая схема процесса. Теоретические основы получения винилхлорида из этилена. Преимущества комбинированного процесса производства винилхлорида.

12. Основные области применения винилацетата. Производство винилацетата из этилена и ацетилена.

13. Синтетические волокна. Получение капролактама из бензола и фенола. Технологическая схема производства капрона.

14. Синтетические волокна. Получение из п-ксилола ДМТ и его переэтерификация. Поликонденсация ДЭГТ и производство лавсана.

15. Основные свойства полимерных материалов. Производство бутадиена и изопрена. Полимеризация изопрена, получение натурального каучука.

16. Полимерные материалы. Получение полиэтилена методами радикальной и координационно-ионной полимеризации. Особенности строения и механических свойств ПЭВД и ПЭНД.

17. Фенол-формальдегидные смолы. Методы получения новолачных и резольных смол и реакции их отверждения.

18. Эпоксидные смолы. Условия получения и отверждения. Основные области использования эпоксидных смол.

19. Аминопласты. Методы получения меламиновых смол и реакции их отверждения. Ограничения использования аминопластов в быту.

20. Лакокрасочные материалы. Компоненты алкидных эмалей и механизмы высыхания красок. Сверхразветвленные полимеры.

21. Синтетические моющие средства. Классификация ПАВ (анионные, катионные, амфолиты и неионогенные). Сырье и методы получения ПАВ.

22. Косметические средства и предметы личной гигиены. Основные компоненты, методы их получения и область использования.

23. Композиционные материалы. Получение, применение и основные свойства. Компоненты армирующих волокон и связующих матриц.

24. Цеолиты. Строение, получение, механизм действия и применение в химическом синтезе.

25. Химия и кулинария. Основные пищевые продукты и процессы, происходящие при их кулинарной обработке. Химический аспект рационального питания.