Содержание инвариантной и вариативной части модуля 1 «Введение в общую химию.
Элементы химической термодинамики и равновесия. Химическая кинетика»
Инвариантное содержание
|
Вариативная часть
|
Основные понятия и законы химии (закон экви- валентов).
Основные термодинамические понятия, опреде- ления (термодинамическая система, термодинами- ческие параметры системы, энтропия, скорость химических реакций и др.).
I и II законы термодинамики.
Закон Гесса, его следствия.
Энергия Гиббса как критерий самопроизвольно- го протекания химических процессов.
Закон действующих масс, кинетические уравне- ния реакций.
Молекулярность и порядок реакций.
Зависимость скорости реакций от природы ве- ществ, температуры, катализатора.
Катализ гомогенный, гетерогенный, фермента- тивный.
Особенности кинетики биохимических реак- ций.
Химические равновесия и условия его смеще- ния. Константа химического равновесия
|
Следствия и границы применения термодинамических зако- нов в рассмотрении обмена веществ и энергии в живых систе- мах.
Термохимические и термодинамические расчеты биохими- ческих реакций.
Экспериментальные способы определения теплового эффек- та химического процесса в реакциях неорганических веществ.
Определение изменения энергии Гиббса в реакциях, проте- кающих в живых организмах. Возможность определения про- текания той или иной реакции при стандартных условиях.
Экспериментальное подтверждение зависимости скорости реакции от различных факторов, условия смещения химическо- го равновесия в биологических системах.
Расчетные задачи, основанные на использовании теоретиче- ских знаний по кинетике.
Способы выражения константы равновесия для различных биохимических, физико-химических процессов.
Фактологический материал о термодинамике и кинетике биохимических реакций.
Роль и значение термодинамических знаний для химическо- го познания и применения химических знаний в биохимии
|
ПРЕДМЕТ ОБЩЕЙ ХИМИИ
|
|
|
|
МОДУЛИ
|
МОДУЛЬ 1
Введение в общую химию. Элементы химической термо- динамики и равнове- сия. Химическая
кинетика
|
|
МОДУЛЬ 2
Учение о рас- творах
|
|
МОДУЛЬ 3
Основные типы равно- весий и про- цессов
|
|
МОДУЛЬ 4
Окисли- тельно- восстанови- тельные процессы и
равновесия
|
|
МОДУЛЬ 5
Физико-химия дисперсных систем. Колло- идно- дисперсные
системы
|
|
МОДУЛЬ 6
Строение атома. Учение о перио- дичности. Хими- ческая связь. Комплексные
соединения
|
|
|
|
|
|
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЕДИНИЦЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЕДИНИЦЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЕДИНИЦЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЕДИНИЦЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЕДИНИЦЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЕДИНИЦЫ
|
Основные понятия и законы химии.
Законы термодина- мики и кинетики.
Термодина- мическая и кинетиче- ская характеристика реакций.
Состояние химиче- ского равновесия. Принцип Ле-Шателье
|
Основные понятия о рас- творах. Раство- римость
Концентра- ция растворов.
Коллига- тивные свойства растворов
|
Протолити- ческие равно- весия и про- цессы.
Гетероген- ные равнове- сия и процес- сы.
|
Окислительно- восстановитель- ные процессы.
Окислительно- восстановитель- ные потенциалы.
|
Виды дис- персных сис- тем.
Природа коллоидного состояния
|
Периодичес- кий закон, пе- риодическая система элемен- тов. s-, p-, d- элементы.
Группы ком- плексных со- единений.
Лигандо- обменные про-
цессы
|
|
|
|
|
|
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
|
|
МОДУЛЬНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
|
Атомы, химическая связь, молекулы, веще- ства, межмолекулярные взаимодействия.
Эквивалент. Моляр- ная масса эквивалента. Закон эквивалентов.
Термодинамические системы, параметры, процессы.
Cкорость химических реакций. Факторы влияющие на скорость.
Смещение химиче- ского равновесия. Кон- станта химического равновесия
|
Способы выражения кон- центрации рас- творов.
Диффузия. Осмос. Осмоти- ческое давление.
Давление на- сыщенного пара растворителя над раствором.
Понижение температуры замерзания и повышение тем-
пературы кипе- ния растворов.
|
Свойства сильных и сла- бых электроли- тов.
Буферные системы орга- низма, их меха- низм действия, особенности.
Условия образования и растворения осадков
|
Ионно- электронный метод рассмотре- ния ОВР.
Окислительно- восстановитель- ный потенциал и энергия Гиббса.
|
Получение и свойства колло- идных раство- ров.
Коллоидная защита, коагу- ляция
|
Свойства соединений s-, p-, d- элементов
Комплексо- образователь- ная способ- ность s-, p-, d- элементов.
Металло- лигандный баланс
|
Рис. 1. Модульная структура курса общей химии
В этом модуле главным системообразующим фактором является блок знаний о химической ре- акции, а объяснительную функцию несут термодинамические и кинетические теории и законы, рас- крывающие сущность процессов. Данный модуль является основополагающим для биологических специальностей, т.к. в центре изучения курса общей химии акцент делается на разные биохимические процессы, протекающие в живом организме, термодинамические и кинетические факторы, способст- вующие поддержанию гомеостаза, т.е. стационарного, а не равновесного состояния, объяснение ко- торым дают термодинамические и кинетические законы. В данном блоке теория непосредственно связана с практикой: всевозможные расчеты, решение химических, химико-биологических задач на основе термодинамики и кинетики, методы экспериментального определения теплового эффекта хи- мических и физико-химических процессов, экспериментальное подтверждение и установление кине- тических закономерностей. Эти знания имеют важное значение и широкое применение для изучения других курсов химии и для объяснения многих биологических вопросов [7].
В качестве примера рассмотрим деятельность студентов по модулю 1 «Введение в общую хи- мию. Элементы химической термодинамики и равновесия. Химическая кинетика».
Модуль № 1
Введение в общую химию. Элементы химической термодинамики и равновесия. Химическая кинетика
Комплексная цель: в результате овладения содержания модуля № 1 вы будете:
знать основные закономерности протекания химических процессов;
владеть теорией основных стехиометрических, термодинамических, кинетических законов уметь решать качественные и расчетные задачи по теме.
Литература Основная:
Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: учебник для вузов / Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд, А.З. Книжник; под ред. Ю.А. Ершова. – 4-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2003. – 560 с.
Литвинова Т.Н. Сборник задач по общей химии: учеб. Пособие – М.: Оникс; Мир и образование, 2007. – 224 с.
Артеменко А.И. Справочное руководство по химии: справ. пособие / А.И. Артеменко, И.В. Тикунова, В.А. Малеванный.
– 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 367 с. Дополнительная:
Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка; под ред. А.И. Ермакова. -30-е изд., испр. – М.: Инте- грал-Пресс, 2002. – 728 с.
Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии / Н.Л. Глинка. – М.: Интеграл-Пресс, 2002. – 240 с.
Занятие № 3. Элементы химической термодинамики
|
|
Учебный материал с указанием заданий
|
Рекомендации по выполнению
заданий, оценка
|
УЭ-0
|
Цель занятия: изучить энергетику химических реакций и направлен- ность химических процессов
|
Внимательно прочитайте цель занятия. Запишите дату, название занятия № 3
|
УЭ-1
|
Цель: изучить тепловые эффекты химических реакций. Энтальпия. Закон Гесса и его следствия.
Изучите материал по учебнику и лекциям. Закрепите материал по плану: Термодинамическая система
Открытые, закрытые и изолированные системы Первое начало термодинамики
Закон Гесса
Следствия закона Гесса Выполните задание:
По каким критериям подразделяют системы на: а) открытые; б) закрытые; в) изолированные? Приведите характеристику каждой из вышеуказанных систем.
Что такое внутренняя энергия системы? Укажите основные состав- ляющие этой величины.
Приведите математическое выражение первого начала термодина- мики
Изменению какой функции состояния равен тепловой эффект: а) изохорно-изотермического процесса; б) изобарно-изотермического процесса (выведите математическое выражение первого начала тер- модинамики).
Сформулируйте основной закон термохимии – закон Гесса. Укажите условия, для которых справедлив закон Гесса.
Что такое энтальпия (теплота) образования химического соедине- ния? При каких условиях эта величина называется стандартной эн- тальпией образования вещества?
|
Самостоятельно Литература:
№ 1 – с. 10-21
№ 2 – с. 39-41, 44-49
|
|
Сформулируйте первое следствие закона Гесса. Приведите матема- тическое выражение.
Что такое энтальпия (теплота) сгорания химического соединения? При каких условиях эта величина называется стандартной энтальпи- ей сгорания вещества?
Сформулируйте второе следствие закона Гесса. Приведите матема- тическое выражение.
Решите задачи:
Уровень А
1.4.1.(Т) Укажите, энтальпия каких реакций соответствует стандарт- ной энтальпии образования вещества:
а) 2Mg(к) + 2C(графит) +3O2(г) = 2MgCO3(к);
H01 = -2191,70 кДж.
б) MgО(к) + CО2(г) = MgCO3(к);
H02 = -100,85 кДж.
в) Mg(к) + C(графит) +3/2O2(г) = MgCO3(к);
H03 = -1095,85 кДж.
Уровень В
На основе закона Гесса решите задачу:
Даны следующие термохимические уравнения:
ZnSO4(к) + 7H2O(ж) = ZnSO4 . 7H2O(к);
H01 = H0(гидратации) = -96,15 кДж. ZnSO4. 7H2O(к) + 493H2O(ж) = ZnSO4(р-р);
H02 = H0(растворения) = +18,87 кДж.
По этим данным вычислите стандартную энтальпию растворения безводного сульфата цинка ZnSO4(к).
Уровень С
Вычислите стандартную энтальпию сгорания углекислого газа СО2(г), используя приведенные ниже данные:
СО(г) + 1/2О2(г) = СО2(г) ;
H0сгор -364,6 ? кДж/моль
1.4.5. Вычислите значение Н0298 для протекающих в организме реакций превращения глюкозы:
а) С6Н12О6(к) = 2СО2(г) + 2С2Н5ОН(ж)
Н0f -1260 -393,5 -278 (кДж/моль)
б) С6Н12О6(к) + 6О2(г) = 6СО2(г) + 6Н2О(г)
Н0f -1260 0 -393,5 -242
(кДж/моль)
|
Тренируйтесь по памяти
Выполняйте письменно в тетрадях для СРС
|
УЭ-2
|
Цель: изучить направленность химических процессов
Изучите материал по учебнику и лекциям.
Закрепите материал по плану:
Второе начало термодинамики
Энтропия – как мера беспорядка в системе и критерий само- произвольного протекания процесса в изолированной системе.
Изменение энтропии при химических процессах и фазовых переходах.
Факторы, определяющие направление протекания процесса.
Энергия Гиббса и направленность процессов.
Выполните задания:
Укажите термодинамические факторы, которые определяют направление протекания химических процессов при заданных усло- виях.
Энтропия, физический смысл этой функции. Изменение энтро- пии S как критерий, определяющий направление процесса в изоли- рованной системе.
Критерий самопроизвольного протекания изобарно- изотермического процесса. Взаимосвязь энергии Гиббса с энтальпи- ей и энтропией.
Что такое стандартная энергия Гиббса образования вещества
G0f(Х)?
Напишите формулу для вычисления стандартного изменения энергии Гиббса реакции по известным стандартным энергиям Гиб- бса образования веществ.
Решите задачи:
Уровень А
Не производя вычислений, установите знак изменения энтро- пии следующих процессов:
а) СО(г) + Н2О(г) СО2(г) + Н2(г),
б) СаО(к) + Н2О(г) Са(ОН)2(к)
в) 2NH3(г) N2(г) + 3H2(г),
г) СО2(к) СО2(г)
|
Самостоятельно Литература:
№ 1 – с. 21-32
№ 2 – с. 39-41, 50-53
Тренируйтесь по памяти
Выполняйте письменно в тетрадях для СРС
|
|
Уровень В
Вычислить изменение энтропии для реакции:
3H2(г) + N2(г) = 2NH3(г) S0298 (Дж/моль.К) 130,5 199,9 192,6
Будет ли данная реакция самопроизвольно протекать в изолирован- ных системах?
Вычислить энергию Гиббса для химической реакции: 4Al(к) + 3CО2(г) = 2Al2О3(к) + 3C(к)
G0f, 298 0 -394,6 -1583,3 0 кДж/моль
Устойчив ли алюминий в атмосфере углекислого газа? Уровень С
Рассчитайте Н0, S0 и G0 для реакции образования метана из углекислого газа и водорода:
СО2(г) + 4Н2(г) = СН4(г) + 2Н2О(ж)
Н0f -393,5 0 -84,85 -285,84 кДж/моль
Н0c 0 -286 -882 0 кДж/моль
G0f -394,4 0 -50,79 -237,2 кДж/моль
S0 213,68 130,58 186,19 70,08 Дж/моль.К
используя разные доступные способы расчета.
Рассчитайте Н0, S0 и G0 в процессе усвоения в организме человека сахарозы, который сводится к ее окислению:
С12Н22О11(к) + 12О2(г) = 12СО2(г) + 11Н2О(ж)
Н0f -2222 0 -393,5 -285,84
G0f -1545 0 -394 -237,2
S0 360 205 70 214
используя разные доступные способы расчета.
|
|
УЭ-3
|
Подведение итогов работы по модулю № 1
Прочитайте цель занятия.
Достигли ли вы ее?
Оцените уровень усвоения материала по модулю № 1: «отлич-
но», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно».
Выберите домашнее задание в зависимости от того, как успешно вы усвоили материал:
Проработаю материал модуля еще раз.
Буду прорабатывать модуль № 2.
Выполню творческое задание, подготовлю выступление на сле- дующем аудиторном занятии.
Творческое задание: подготовить выступление по теме: «Направ-
ленность химических процессов в биологических системах».
|
Ваша оценка усвоения материала мо- дуля № 1 « »
По желанию Оценка до 5 баллов
|
После работы по нашей технологии студенты выполняют промежуточные контрольные срезы. Полученные количественные показатели контрольных работ мы затем подвергли статистиче-
ской обработке, опираясь на работы Дж.Гласа, Дж.Стэнли [8], А.А. Кыверялга [9]. Для сравнения эф- фективности предлагаемой методики мы опирались на обобщенные (интегративные) характеристики усвоения представленных модулей или их совокупности. Для того чтобы выявить общую картину усвоения курса общей химии на основе единой программы обучения, но по разным технологиям, мы посмотрели динамику среднего балла студентов обучающихся по специальности «Биология» (БО) и
«Биология с дополнительной специальностью “Химия”» (БХ). Нам важно было отметить влияние интегративно-модульного подхода на качество обучения этих двух групп. Результаты отчетливо по- казывают положительное влияние использования интегративно-модульного подхода на качество зна- ний студентов по курсу общей химии и некоторую динамику его изменений в лучшую сторону.
Экспериментальная методика обучения курса общей химии биологических специальностей, основанная на идеях интегрально-модульного подхода, профессиональной направленности, макси- мально активизировала деятельность студентов по блочному усвоению химических знаний, развитию их интеллектуальных умений. Работа по модульной технологии позволила нам добиться того, что студент в процессе такой организации работы учится анализировать изучаемые процессы и явления; устанавливать химические закономерности и принципы функционирования приборов, аппаратов; правильно выполнять и оценивать результаты эксперимента, расчетных задач; объяснять суть явле- ний и устанавливать внутри- и междисциплинарные химико-биологические связи.
Do'stlaringiz bilan baham: |
