Рабочая программа

 

1. Основные химические понятия и законы в свете атомно-молекулярного учения

 

Атомно-молекулярное учение. Основные понятия стехиометрии: химический элемент, простое вещество, аллотропия, атомы и молекулы, относительные атомные и молекулярные массы. Моль как единица количества вещества. Молярная масса.

Закон сохранения массы и энергии и его значение в химии. Уравнение Эйнштейна, взаимосвязь массы и энергии. Уравнения химических реакций как отражение закона сохранения массы веществ. Закон кратных отношений Дж.Дальтона, закон постоянства состава Ж.Пруста, границы их применимости. Дальтониды и бертоллиды. Значение веществ переменного состава в современной технике. Бертоллиды в природе.

Химический эквивалент элемента. Закон эквивалентов. Химические эквиваленты сложных веществ. Молярная масса эквивалента.

Закон простых объемных отношений Гей-Люссака. Закон Авогадро и выводы из него. Постоянная Авогадро. Молярный объем газа.

Химические реакции. Уравнения химических реакций. Стехиометрические расчеты с использованием величины масс и объемов веществ.

 

2. Классификация и номенклатура неорганических соединений

 

Простые вещества. Металлы и неметаллы. Классификация сложных веществ по составу. Бинарные соединения: гидриды, оксиды, пероксиды, супероксиды, галогениды, халькогениды, нитриды, карбиды и т.п. Номенклатура бинарных соединений. Трехэлементные соединения. Гидроксиды. Соли.

Классификация сложных веществ по функциональным признакам. Оксиды солеобразующие и несолеобразующие. Кислотные, основные и амфотерные оксиды. Номенклатура оксидов. Физические и химические свойства оксидов. Получение.

Основания. Одно- и многокислотные основания. Щелочи. Номенклатура оснований. физические и химические свойства оснований. Получение.

Кислоты. Одно- и многоосновные кислоты. Номенклатура бескислородных и кислородсодержащих кислот. Физические и химические свойства. Получение кислот.

Соли. Средние, кислые (гидросоли), основные (гидроксо- и оксосоли). Смешанные и двойные соли. Номенклатура солей. Физические и химические свойства. Получение солей.

 

 

3. Строение атома

 

Экспериментальные обоснования представлений об атоме как сложной системе микрочастиц. Открытие электрона. Радиоактивность. Планетарная модель атома по Резерфорду. Элементарные частицы и атомное ядро.

Квантово-механические принципы строения вещества: корпускулярно-волновой дуализм явлений микромира, принцип неопределенности, волновая функция.

Понятие об электронном облаке, атомной орбитали. Квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное и спиновое; их физический смысл. Виды атомных s -, p -, d -, f -орбиталей. Вырожденные состояния. Емкость электронных слоев.

Принципы и порядок заполнения электронных орбиталей атома в основном состоянии: принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правило Хунда, правила Клечковского. Электронные емкости орбиталей, подуровней и уровней атома.

Способы записи электронных формул атома. Устойчивое состояние атомной орбитали.

Значение теории строения атома в химии и биологии. Применение <меченых> атомов в биологических исследованиях. Радиоуглеродный метод определения возраста органических остатков.

 

4. Периодический закон и периодическая система Д.И.Менделеева

 

Первые попытки классификации химических элементов. Открытие периодического закона Д.И.Менделеевым. Принцип построения естественной системы элементов. Жизнь и научно-педагогическая деятельность Д.И.Менделеева. Современная формулировка периодического закона.

Построение структуры периодической системы исходя из энергетической последовательности подуровней многоэлектронных атомов. Периоды, группы, подгруппы. Связь положения элемента в периодической системе с электронным строением его атома. Различия электронных конфигураций атомов элементов главных и побочных подгрупп. s-, p-, d-, f- семейства химических элементов.

Периодичность изменения свойств элементов как проявление периодичности изменения электронных конфигураций атомов. Периодически и непериодически изменяющиеся свойства элементов. Полные и неполные электронные аналоги. Закономерности в изменении величин атомных и ионных радиусов, энергии ионизации, энергии сродства к электрону, электроотрицательности элементов, свойств простых и сложных веществ в периодах, главных и побочных подгруппах.

Естественнонаучное значение периодического закона. Границы и эволюция периодической системы элементов.

 

 

5. Химическая связь. Строение и свойства

вещества

 

Основные типы химической связи: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая, водородная. Развитие представлений о ее природе.

Характеристики связей: электрические дипольные моменты, эффективные заряды атомов, степень ионности, направленность и насыщаемость, энергия и длина связи, валентный угол.

Ковалентная связь с позиций метода валентных связей (МВС). Физическая идея метода: образование двухцентровых двухэлектронных связей, принцип максимального перекрывания атомных орбиталей.

Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный.

Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность, поляризуемость. Насыщаемость ковалентной связи и ковалентности атомов элементов I - III периодов.

Теория направленных валентностей. Сигма ( s )- и пи ( p )-связи. Кратность связи. Гибридизация атомных орбиталей. Условия устойчивой гибридизации атомных орбиталей. Типы гибридизации и геометрия молекул.

Полярность связей и полярность молекул.

Метод молекулярных орбиталей (ММО) и особенности используемой в нем волновой функции. Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали. Их заполнение электронами, порядок и энергия связей. Связи в двухатомных гомоядерных молекулах.

Проявление свойств химических связей в твердом состоянии вещества.

Особенности ионной связи и строение ионных кристаллов с одноатомными и многоатомными ионами. Свойства ионных кристаллов.

Металлическая связь. Строение металлических кристаллов. Специфические свойства металлов.

Водородная связь и ее свойства. Внутримолекулярная и межмолекулярная водородная связь. Структура льда и жидкой воды. Аномалии физических свойств воды. Роль водородной связи в биологических структурах.

Межмолекулярные взаимодействия и их характеристика. Ориентационное (диполь-дипольное), индукционное (диполь-наведенный диполь) и дисперсионное взаимодействия.

Применение теории химической связи в химии и биологии.

 

6. Основные закономерности протекания химических реакций. Скорость химической реакции. Химическое равновесие. Катализ

 

Энергетические эффекты химических реакций. Тепловой эффект реакции. эндотермические и экзотермические реакции. Термохимические уравнения реакций. Энтальпия. Понятие об энтропии. Условия самопроизвольного протекания химической реакции. Роль энтальпийного и энтропийного фактора в направленности процессов при различных условиях.

Понятие о скорости химической реакции. Истинная (мгновенная) и средняя скорость. Основные факторы, влияющие на скорость химической реакции.

Химическая реакция как последовательность элементарных стадий. Закон действующих масс - основной закон химической кинетики. Константа скорости реакции.

Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Понятие об активных молекулах и энергии активации. Фотохимические реакции. Фотосинтез биомассы на Земле.

Механизмы химических реакций. Простые, ионные и радикальные реакции. Радикально-цепной механизм реакций.

Катализ. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Типы катализа: гомогенный, гетерогенный, микрогетерогенный, биокатализ (ферментативный), автокатализ, понятие об ингибиторах. Особенности ферментов как катализаторов. Роль катализаторов в биологических процессах.

Значение химической кинетики в химии, биологии и сельском хозяйстве.

Необратимые и обратимые химические реакции. Условия обратимости химических процессов. Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Смещение химического равновесия при изменении концентраций реагирующих веществ, давления и температуры. Принцип Ле Шателье как следствие динамической природы химического равновесия.

Роль химических равновесий в природе. Представления о квазиравновесии и псевдоравновесии (метастабильное состояние).

 

7. Учение о растворах

 

Краткая характеристика дисперсных систем и их классификация. Взвеси (суспензии и эмульсии), коллоидные системы, истинные растворы. Раствор как гомогенная многокомпонентная система переменного состава. Механизм процесса растворения. Связь теплоты растворения вещества с энергией кристаллической решетки и теплотой гидратации.

Растворимость твердых веществ в воде. Коэффициент растворимости и его зависимость от температуры. Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы. Кристаллизация твердых веществ из растворов. Кристаллогидраты.

Растворимость в воде газообразных веществ. Зависимость растворимости газов от температуры и их парциального давления. Растворимость газов в природных водах.

Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля растворенного вещества. Молярная, молярная концентрация эквивалента (нормальная), моляльная концентрация. Титр. Методика приготовления растворов. Техника безопасности при работе с концентрированными растворами кислот и щелочей.

Значение растворов в жизнедеятельности организмов. Роль растворов в хозяйственной деятельности человека. Охрана водных ресурсов.

 

8. Теория электролитической диссоциации

 

Понятие об электролитах и неэлектролитах. Растворы неэлектролитов. Зависимость растворения от природы и свойств растворенного вещества и растворителя. Идеальные и реальные растворы. Осмотическое давление растворов. Закон Вант-Гоффа. Осмос в природе. Почвенные растворы.

Растворы электролитов. Основные положения теории электролитической диссоциации. Степень электролитической диссоциации. Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации. Сила электролитов.

Применение закона действующих масс к процессу диссоциации слабых электролитов. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Роль электролитов в процессе жизнедеятельности.

Кислоты, основания, соли в свете теории электролитической диссоциации. Ступенчатая диссоциация. Амфолиты.

Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Водородный показатель биологических жидкостей. Значение постоянства величин рН в химических и биологических процессах. Природные буферные системы. Кислотность почв.

Равновесие в насыщенных растворах малорастворимых электролитов. Произведение растворимости. Растворимость малорастворимых солей и оснований.

Различные случаи гидролиза солей. Реакция среды в водных растворах солей. Обратимый и необратимый гидролиз. Роль гидролиза в выветривании минералов и горных пород, в биологических и химических процессах.

 

9. Окислительно-восстановительные процессы. Электролиз

 

Реакции, идущие с изменением и без изменения степени окисления. Окислители и восстановители. Классификация окислительно-восстановительных реакций. Правила составления окислительно-восстановительных реакций: метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций). Роль среды в протекании окислительно-восстановительных процессов.

Окислительно-восстановительные (электродные) потенциалы. Стандартный водородный электрод. Стандартный электродный потенциал. Электрохимический ряд напряжений металлов. Направленность окислительно-восстановительных реакций в растворах. Значение окислительно-восстановительных реакций в живой и неживой природе.

Электролиз как окислительно-восстановительный процесс. Электролиз расплавов и водных растворов солей и его практическое значение.

 

10. Комплексные соединения

 

Понятие о комплексных соединениях. Основные положения координационной теории А.Вернера. Строение координационной сферы комплексных соединений: центральный ион-комплексообразователь, лиганды, комплексный ион, внешняя и внутренняя сфера комплекса, заряд комплексного иона, координационное число.

Основные классы комплексных соединений. Катионные, анионные, катионно-анионные комплексы. Гидраты (аквакомплексы). Кристаллогидраты как частный случай аквакомплексов. Гидроксокомплексы. Ацидокомплексы. Двойные соли как частный случай ацидокомплексов. Природные комплексные соединения: хлорофилл, гемоглобин, витамин В 12 и другие.

Природа химической связи в комплексных соединениях с позиций метода валентных связей. Изомерия комплексных соединений. Номенклатура комплексных соединений.

Электролитическая диссоциация комплексных соединений. Устойчивость комплексных ионов в растворе. Константа нестойкости комплексных ионов.

Значение комплексных соединений и комплексообразования в химических и биологических процессах.

 

 

 

11. Химия s -элементов

 

Положение s -элементов в периодической системе. Особенности электронных структур ns 1 и ns 2 -элементов. Валентность и степень окисления. Нахождение в природе.

Строение атома водорода и его положение в периодической системе. Изотопы водорода. Нахождение в природе. Физические и химические свойства водорода. Применение водорода. Водородная энергетика.

Сравнительная характеристика физических и химических свойств простых элементов.

Сравнительная характеристика важнейших соединений s -элементов (оксидов, гидридов, гидроксидов, пероксидов, солей). Особенности химии бериллия и лития.

Биологические функции магния, кальция, натрия и калия. Калий как один из основных элементов питания растений.

Жесткость воды и способы ее устранения.

Правила хранения и техника безопасности при работе со щелочными и щелочно-земельными металлами.

12. Химия р-элементов

 

Положение в периодической системе. Особенность электронных структур атомов р-элементов. Изменение радиуса, энергии ионизации, энергии сродства к электрону, электроотрицательности по периодам и группам с ростом заряда ядра. Валентность и степень окисления атомов. Правило четности.

Простые вещества. Типы кристаллических решеток. Аллотропия. Физические и химические свойства. Специфические и индивидуальные свойства отдельных элементов.

Водородные соединения р-элементов. Обзор изменения характера связей, физических и химических свойств соединений по периодам (на примере 2-го и 3-го периодов) и группам (5А, 6А, 7А).

Оксиды и гидроксиды р-элементов. Зависимость их кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств от положения атома элемента в периодической системе.

Кислород. Значение кислорода в жизни растений и животных. Озон, его свойства, образование в природе. Воздух. Постоянные и переменные части воздуха. Проблема чистого воздуха. Законы об охране атмосферного воздуха.

Сера. Распространение в природе. Аллотропия серы, физические свойства различных модификаций. Сероводород, его получение, физические и химические свойства, физиологическое действие. Сероводородная кислота, сульфиды и их свойства. Сульфиды в природе. Оксиды серы. Строение, получение, физические и химические свойства. Кислородсодержащие кислоты серы. Физические и химические свойства. Правила обращения с концентрированной серной кислотой. Производство серной кислоты и охрана окружающей среды. Сульфаты: нахождение в природе, свойства и применение. Значение серной кислоты и ее солей. Биологическая роль и круговорот серы в природе.

Азот. Азот в природе. Получение и применение азота. Аммиак; строение его молекулы, получение аммиака. Соли аммония, их структура, свойства и значение. Оксиды азота. Азотистая кислота и нитриты. Азотная кислота. Получение и свойства азотной кислоты. Техника безопасности при работе с азотной кислотой. Нитраты, их химические свойства, термическое разложение. Применение азотной кислоты и нитратов. Биологическая роль и круговорот азота в природе. Роль микроорганизмов в этом процессе. Проблема фиксации атмосферного азота. Азотные удобрения. Проблема, связанная с перенасыщением почвы и сельскохозяйственной продукции нитратами.

Фосфор. Важнейшие природные соединения. Получение фосфора. Аллотропные модификации фосфора. Правила обращения с белым фосфором. Фосфин, его образование в биохимических процессах. Оксиды фосфора. Фосфорные кислоты. Сравнительная характеристика устойчивости, кислотных и окислительно-восстановительных свойств. Применение фосфора и его соединений, роль в живых организмах. Круговорот фосфора в природе. Фосфорные удобрения и их использование при различном рН почв.

Углерод. Углерод в природе. Аллотропические видоизменения углерода, их структура, физические свойства, практическое значение. Адсорбционные свойства активированного угля. Химические свойства углерода, его практическое применение в качестве восстановителя. Водородные соединения углерода. Кислородные соединения углерода. Оксид углерода ( II ), его строение и свойства. Физиологическое действие оксида углерода ( II ) и правила техники безопасности при работе с ним. Первая помощь при отравлении угарным газом. Оксид углерода ( IV ), строение его молекулы, физические и химические свойства, получение и применение. углекислый газ в природе и его значение в фотосинтезе. Проблема парникового эффекта. Угольная кислота и ее соли. Значение карбонатов в природе и народном хозяйстве. Карбонатная буферная система. Круговорот углерода в природе.

Хлор. Распространение в природе, способы получения, физические и химические свойства хлора. Хлороводород, соляная кислота: получение, физические и химические свойства, применение. Кислородсодержащие кислоты хлора. Сравнение силы, прочности и окислительных свойств. Хлорноватистая кислота, гипохлориты и их применение. Хлорная известь. Бертолетова соль. Физиологическое действие хлора и его соединений. Охрана окружающей среды от загрязнений хлором. Физиологическое действие и биологическая роль фтора, брома, йода и их соединений.

 

 

13. Химия d -элементов

 

Положение d -элементов в периодической системе. Особенности электронных конфигураций и диапазон степеней окисления атомов переходных металлов. Горизонтальная аналогия. Специфика изменения свойств переходных элементов и их соединений с увеличением зарядов ядер атомов в пределах периодов и побочных подгрупп. Отличия в свойствах элементов главных и побочных подгрупп, их объяснение с позиций строения атомов.

Общая характеристика простых веществ. Нахождение в природе, физические и химические свойства, получение. Применение металлов и их сплавов.

Оксиды и гидроксиды переходных металлов. Зависимость кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств оксидов и гидроксидов от степени окисления атомов (на примере соединений хрома, марганца).

Комплексные соединения d -элементов. Важнейшие комплексообразователи. Природные комплексы d -элементов. Физиологическое действие соединений меди, цинка, кадмия, ртути. Биологические функции железа, кобальта, никеля. Бактерицидное действие серебра. Микроэлементы питания растений.