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

Скачать 0.99 Mb.

Название	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол №10 «27»
страница	3/9
Дата публикации	02.07.2015
Размер	0.99 Mb.
Тип	Учебно-методический комплекс

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

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Современные проблемы физколлоидной 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 10 (час.)

практические занятия 38 (час.)

лабораторные работы не предусмотрены

всего часов аудиторной нагрузки 48 (час.)

самостоятельная работа 96 (час.)

реферативные работы не предусмотрены

контрольные работы не предусмотрены

зачет 2 семестр

экзамен 3 семестр
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 № 1 « 27 » июня 2012 г.

Заведующая кафедрой: Литвинова Е.А.

2012 г.

Составитель: к.б.н., доцент Потенко Е.И.
Оборотная сторона титульного листа РУПД
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 физколлоидной химии» разработана для магистрантов 1 курса 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 физколлоидной химии» относится к дисциплинам по выбору вариативной части профессионального цикла (М.2.В.1).

Цель дисциплины: формирование знаний и умений по физической и коллоидной химии.

Задачи дисциплины: сформировать систему базовых химико-технологических знаний о применение законов физической и коллоидной химии для практического использования в современных технологических процессах, дать представление о взаимосвязи дисциплины с другими химическими, экономическими и экологическими дисциплинами, навыки экспериментальной работы.

Междисциплинарный характер.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении неорганической, органической, биологической, аналитической химии. Знания и умения, приобретаемые студентами при прохождении данного курса, необходимы для успешного овладения специальностью

Требования к результатам освоения дисциплины:

- иметь представление о научных основах физической и коллоидной химии, ее практическом значении в решении задач по охране окружающей среды и связь с другими дисциплинами.

-знать взаимосвязь химических и физических явлений; общие закономерности химических реакций на основе физических законов; физико-химические свойства и поведение высокодисперсных и высокомолекулярных систем.

-уметь находить пути управления химическими процессами; обосновать наблюдения и делать выводы следующие из эксперимента; использовать общие приемы овладения новыми знаниями (умение работать с литературой, развитие творческого мышления, представления об экспериментальных исследованиях и способов обработки полученных результатов.

Дисциплина направлена на формирование общекультурных общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускника: ОК-5; ПК-3; ПК-6; ПК-19:

- 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 разрабатывать и реализовывать просветительские программы в целях популяризации научных знаний и культурных традиций (ПК-19).

СТРУКТУРА И содержание теоретической части курса

Тема 1. Адсорбция. Поверхностное натяжение растворов (2 час)

Явления адсорбции.
Уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха
Иониты. Лиотропные ряды ионов. ПАВ и ПИВ вещества.
Адсорбция на границе раздела фаз раствор-газ. ПАВ и ПИА вещества.
Связь между адсорбцией и поверхностным натяжением. Уравнение Гиббса.

Тема 2. Хроматография (2 час).

1.Хроматография, виды, механизм.

2.Хроматографический адсорбционный анализ.

3.Применение хроматографии в медико-биологических и клинической практике.

Тема 3. Характеристика и свойства коллоидных систем (4 час)

1.Методы получения коллоидных систем.

2.Правило Панета-Фаянса.

3.Строение двойного электрического слоя.

а) Строение мицеллы дзета и фи потенциала.

4. Виды устойчивости коллоидных систем.

а) Разрушение коллоидных систем, коагуляция.

б) Правило Шульце-Гарди.

в) Порог коагуляции.

г) Коллоидная защита, ее роль биологических системах.

5. Молекулярно-кинетические свойства: диффузия и осмос.

6. Микрогетерогенные системы.

а) Суспензии, эмульсии, обратимость фаз.

б) Эмульгаторы, аэрозоли.

Тема 4. Растворы высокомолекулярных соединений (ВМС) (2 час)

1.Специфические особенности растворов ВМС, их классификация.

2.Сходство ВМС с истинными растворами и коллоидными системами.

а) Растворение ВМ, набухание.

б) Вязкость растворов ВМС.

в) Изометрическое состояние, изоэлектрическая точка белка.

5. Устойчивость растворов ВМС. Высаливание.

6. Коацервация.

СТРУКТУРА И содержание практической части курса

Занятие 1-2. Адсорбционная хроматография (4 час).

Занятие 3-4. Разделение пигментов хлорофилла методом адсорбционной хроматографии (4 час).

Занятие 5. Обессоливание воды с помощью ионитов(2 час).

Занятие 6-8. Определение количества уксусной кислоты, адсорбированного почвой (6 час).

Занятие 9-10. Получение и очистка коллоидных растворов(4 час).

Занятие 11-12. Коагуляция золей под действием электролитов(4 час).

Занятие 13-14. Получение почвенных коллоидов путем пептизации почвы водой (4 час).

Занятие 15-16. Получение растворов ВМС и изучение их свойств (4 час).

Занятие 17-19. Исследование процессов набухания ВМС (6 час).

контроль достижения целей курса

Промежуточный контроль

Задание 1. Дайте ответ на следующие вопросы:

а) Сделайте вывод о возможности восстановления PbO₂(к) цинком по реакции PbO₂(к) + 2 Zn(к) = Pb(к) + 2 ZnО(к) в стандартных условиях.

б) Вычислите, какое количество теплоты выделится при восстановлении Fe₂O₃ металлическим алюминием, если получено 336,1 г железа.

в) Сколько глицерина необходимо взять на 2 л воды, чтобы получить раствор с температурой кипения 106°С, К_Е(Н₂О)=0,52 град∙кг/моль.

г) Раствор, содержащий 0,375 г К₂СО₃ в 100 г воды, замерзает при -0,15°С. Вычислите степень диссоциации К₂СО₃ в этом растворе, К_К(Н₂О)=1,86 гр

Задание 2. Дайте ответ на следующие вопросы:

а) Вычислить рН раствора соляной кислоты, в 200 мл которого содержится 0,365 г НСl.

б) рН уксусной кислоты равен 3,4. К_Д (СН₃СООН)=1,86∙10^-5. Определите молярную концентрацию эквивалентов этой кислоты.

Задание 3. Дайте ответ на следующие вопросы:

а) Определите рН буферного раствора, содержащего 1 моль муравьиной кислоты и 1 моль формиата натрия, до разбавления и после разбавления в 50 раз, если рК(НСООН)=3,75.

б) Чему равна емкость буферного раствора, если на титрование 5 мл его израсходовано 4 мл 0,1 н НСl, сдвиг рН (∆рН) равен 3.

Задание 4. Дайте ответ на следующие вопросы:

а) Составьте схему гальванического элемента, состоящего из золотого и оловянного электродов, активность ионов в растворе составляет: а(Au/Au⁺)=0,05 моль/л; а(Sn/ Sn²⁺)=1,5 моль/л.
Коллоквиум №1.

Образец заданий.

1) Восстановление Fe₃O₄ оксидом углерода идет по уравнению Fe₃O₄(к) + СО(г) = 3FeO+ СО₂(г). Вычислите ∆G⁰₂₉₈ и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции в стандартных условиях.

2) Вычислите степень диссоциации 4%-ого раствора хлорида калия, если этот раствор начинает замерзать при -2°С.

3) Вычислите значение [Н⁺] в буферном растворе, содержащем 0,1 М СН₃СООН и 0,1 М СН₃СООNa, К_Д (СН₃СООН)=1,86∙10^-5.

4) При работе гальванического элемента на электродах протекают процессы: Zn⁰ - 2ē → Zn²⁺; Pb²⁺ + 2ē → Pb⁰. Составьте схему гальванического элемента и рассчитайте ЭДС, если С_Zn2+ = 0,05 М; С_Pb2+ = 0,01 М; φ⁰_Zn2+_/_Zn= -0,76 В; φ⁰_Pb2+_/_Pb= -0,12 В.

Коллоквиум №2.

Образец заданий.

1) Напишите строение мицеллы золя, образованного в результате взаимодействия указанных веществ (избытка одного, затем другого реагента). Назовите составляющие компоненты мицеллы, а также условия устойчивости и разрушения полученного золя. Укажите, к какому электроду будут перемещаться гранулы этого золя в электрическом поле. K₂S + Zn(NO₃)₂ →

2) Напишите формулы мицелл, полученных сливанием равных объемов электролитов указанной ниже концентрации (0,001 н SnSO₄ и 0,01 н Na₂S). Укажите место возникновения дзета-потенциала.

3) Для коагуляции 0,05 л золя сульфида мышьяка можно добавить 0,05 л 2 н NaCl; 0,005 л 0,03 н Na₂SO₄; 0,0005 л 0,0005 н Na₄[Fe(CN)₆]. Определите, у какого электролита минимальный порог коагуляции.

4) Объясните, что такое изоэлектрическое состояние электролита в растворе, что такое изоэлектрическая точка белка. Определите знак заряда частицы белка в растворах с указанным значением рН, к какому электроду будут перемещаться частицы. Глобулин. Изоэлектрическая точка 5,4, рН=4.

Итоговый контроль

Вопросы к зачету

1. Возникновение физической и коллоидной химии как самостоятельных дисциплин. Роль отечественных ученых в развитии физической и коллоидной химии. Предмет физической и коллоидной химии. Значение физической и коллоидной химии в биологической и сельскохозяйственной науках. Вклад физической и коллоидной химии в решение продовольственной программы страны.

2. Растворы неэлектролитов. Способы выражения состава растворов. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором. 1-й закон Рауля.

3. Замерзание (кристаллизация) и кипение разбавленных растворов. Криоскопия и эбулиоскопия. 2-ой закон Рауля.

4. Осмос. Осмотическое давление разбавленных растворов. Закон Вант-Гоффа. Биологические процессы и осмос.

5. Раствор электролитов, возникновение ионов в растворах. Процессы сольватации (гидратации). Слабые и сильные электролиты. Теория Аррениуса. Развитие теории сильных электролитов в работах Дебая и Хюккеля. Активность. Коэффициент активности, ионная сила растворов.

6. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН. Вычислите рН водных растворов солей.

7. Буферные системы, их состав и механизм действия.

8. Вывод формул для расчета рН буферных систем. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха. Влияние разбавления на рН буферных систем.

9. Буферная емкость буферных систем. Формула для расчета буферной емкости. Значение концентрации и соотношения компонентов буферных систем для величины буферной емкости.

10. Электропроводность растворов электролитов. Удельная электропроводность, ее зависимость от различных факторов. Эквивалентная электропроводность и ее связь с удельной электропроводностью.

11. Влияние разбавленных растворов на электропроводность. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении. Применение закона действия масс к слабым электролитам. Закон разбавления Оствальда.

12. Закон независимости движения ионов (Закон Кольрауша). Подвижность ионов. Практическое применение электропроводности. Определение степени и константы диссоциации слабых электролитов. Кондуктометрическое титрование. Применение методов измерения электропроводности в сельском хозяйстве.

13. Теория возникновения электродного потенциала на границе металл/раствор. Гальванический элемент, его устройство и работа. ЭДС

гальванических элементов.

14. Уравнение Нернста. Измерение электродных потенциалов. Электроды сравнения (водородный, каломельный, хлорсеребряный). Их устройство, процесс возникновения электродного потенциала, величина потенциала. Нормальный (стандартный) потенциал. Ряд напряжений.

15. Электроды определения (индикаторные): стеклянный, хингидронный. Их устройство, процесс возникновения электродного потенциала. Величина потенциала.

16. Методы измерения ЭДС гальванических элементов. Сущность компенсационного метода.

17. Электрометрический (потенциометрический) метод определения рН. Расчет рН исследуемых растворов по ЭДС водородно-водородной, водородно-каломельной и хингидронно-каломельной цепи.

18. Концентрационные гальванические элементы. Диффузионный потенциал. Методы устранения диффузионных потенциалов.

19. Окислительно-восстановительные электроды и цепи. Формулы для расчета потенциала окислительно-восстановительного электрода (редокс- потенциала). Нормальный редокс-потенциал.

20. Свободная энергия систем и величина поверхности. Способы уменьшения свободной энергии системы. Физическая и химическая адсорбция.

21. Адсорбция на жидкой поверхности. Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества. Уравнение Гиббса.

22. Влияние строения молекул растворенного вещества на адсорбцию. Правило Траубе. Молекулярный слой. Расчет толщины слоя и площади, занимаемой каждой молекулой в слое.

23. Адсорбция газообразных веществ на твердой поверхности. Уравнение Лэнгмюра и Фрейндлиха. Изотерма адсорбции.

24. Адсорбция из растворов на твердой поверхности. Молекулярная адсорбция. Влияние концентрации растворенного вещества, природы адсорбента и растворителя на адсорбируемость растворенных веществ.

25. Избирательная (ионная) адсорбция. Правило Панета-Фаянса. Лиотропные ряды ионов.

26. Обменная адсорбция. Иониты (катиониты и аниониты). Представление об их строении. Применение ионитов.

27. Хроматографический анализ. Характеристика и применение адсорбционной ионной и распределительной хроматографии. Гель- хроматография.

Вопросы к экзамену

1. Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем по величине дисперсной фазы, по агрегатному состоянию дисперсионной среды.

2. Характеристика дисперсионного и конденсатного методов получения коллоидных растворов (приведите примеры)

3. Электрокинетические свойства коллоидных систем. Возникновение двойного электрического слоя. Его структура.

4. Термодинамический и электрокинетический потенциал. Зависимость потенциала от толщины двойного электрического слоя.

5. Строение мицелл золей. Изображение формул мицелл. Определение заряда коллоидных частиц.

6. Устройство и коагуляция коллоидных систем. Кинетическая и агрегативная устойчивость. Коагуляция (скрытая и явная).

7. Электролитная коагуляция. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди (правило знака и валентности). Лиотропные ряды анионов и катионов.

8. Коагуляция золей смесями электролитов: аддитивность, антогонизм и синергизм. Взаимная коагуляция коллоидов.

9. Кинетика коагуляции. Изменение скорости коагуляции золей в зависимости от концентрации электролита. Критический потенциал.

10. Коллоидная защита. Теория Зигмонди. "Золотое" и "железное" числа.

Значение коллоидной защиты.

11. Высокомолекулярные соединения (ВМС). Классификация и методы получения ВМС.

12. Строение и свойства ВМС. Набухание и растворение ВМС. Степень и скорость набухания. Влияние рН среды на набухание.

13. Вязкость растворов ВМС. Относительная, удельная, приведенная и характеристическая вязкость. Визкозиметрический метод определения молекулярных масс полимеров.

14. Электролитные свойства растворов ВМС. Изоэлектрическое состояние и ИЭТ белка.

15. Осаждение ВМС из растворов (высаливание). Механизм высаливания. Лиотропные ряды ионов (ряды Гофмейстера).

16. Фракционное высаливание ВМС. Денатурация. Понятие о коацервации растворов ВМС.

17. Суспензии, эмульсии, обратимость фаз.

18. Эмульгаторы, пены, аэрозоли.

19. Гели, их образование, строение, свойства.

20. Отличие и сходство гелей и студней.

21. Примеры гелей и студней в природе и в биологических объектах. Синерезис.

тематика и перечень курсовых работ и рефератов

Учебным планом курсовые работы не предусмотрены.

Перечень тем рефератов

1. Растворы неэлектролитов.

2. Растворы электролитов.

3. Электропроводность растворов электролитов.

4. Электрохимия.

5. Поверхностные явления.

6. Коллоидные системы и их получения.

7. Электрокинетические свойства коллоидных систем.

8. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем.

9. Растворы высокомолекулярных соединений (ВМС

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература

1. Кругляков, П.М. Физическая и коллоидная химия: Учеб. пособие / П.М. Кругляков, Т.Н. Хаскова. –– М.: Высш. шк., 2007. – 319 с.

2. Маринкина, Г.А. Физическая и коллоидная химия: практикум / Г.А. Маринкина, Н.П. Полякова, Ю.И. Коваль; Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск: НГАУ, 2009. – 151 с.

3. Сумм, Б.Д. Основы коллоидной химии: учеб. пособие для вузов / Б.Д. Сумм. – М.: ACADEMIA, 2007. – 240 с.

4. Зельтина, Н.А. Физическая и коллоидная химия: метод. пособие и зад. для контр. работ / Н.А. Зельтина, Г.А. Маринкина. - Новосибирск, 2006. – 47 с.

5. Зельтина, Н.А. Физическая и коллоидная химия: метод. пособие / Н.А. Зельтина, Г.А. Маринкина. - Новосибирск, 2006. – 65 с.
Дополнительная литература

1. Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия / К.И. Евстратова, Н.А. Купина, Е.Е.Малахова. – М.: Высшая школа, 1990.

2. Еремин, В.В. Физическая химия / В.В. Еремин, С.И. Коргов, И.А. Успенская. – М.: Экзамен, 2005. – 480 с.

3. Романцева, Л.М. Сборник задач и упражнений по общей химии / Л.М. Романцева, З.Л. Лещинская, В.А. Суханова. – М.: Высшая школа, 1991.

4. Хмельницкий, Р.А. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1988.

5. Шиманович, И.Е. Общая химия в формулах, определениях, схемах / И.Е. Шиманович, М.Л. Павлович и др. – Минск, 1996.

6. Ивашин С.А. Эквиваленты химических элементов и их соединений / С.А. Ивашин, Г.А. Маринкина, Т.М. Простякова. – Новосибирск, 1996.
Электронные информационные образовательные ресурсы:

http://znanium.com Горбунцова С. В. Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): Учебное пособие. - М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2008. - 270 с.

http://znanium.com Рабухин А.И. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных соединений: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2004. - 304 с.

http://lib.uspi.ru/ Харитонов Ю.Я., Хачатурян М.А. Физическая и коллоидная химия: для высшего медицинского и фармацевтического образования. — М.: Русский врач, 2005. — Т. 13. – 567 с.