Химия редких элементов

УТВЕРЖДАЮ
Директор института
_________________О.Ю. Долматов
«___» ____________2014 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ХИМИЯ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 18.05.02 Химическая технология материалов
современной энергетики
СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ: Химическая технология материалов ЯТЦ
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): инженер
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА: 2014 г.
КУРС 3 СЕМЕСТР 6
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 5
КОД ДИСЦИПЛИНЫ: С1.ВМ4.18.1
Виды учебной деятельности
Временной ресурс
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
32
–
32
64
116
180
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ: кафедра «Химическая технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов» (ХТРЭ) ФТИ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ХТРЭ_______________ А.Н. Дьяченко
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
_______________ А.Н. Дьяченко
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_______________ Г.Н. Амелина
2014г.
1
1. Цели освоения дисциплины
Цели дисциплины и их соответствие целям ООП
Код
цели
Ц1
Ц2
Ц3
Ц4
Ц5
Цели освоения дисциплины
«Химия редких элементов»
Цели ООП
Формирование знаний по химии редких элементов и их важнейших соединений, методов их синтеза, по областям их применения, необходимых
для управления технологическим
процессами.
Подготовка выпускников к производственно-технологической деятельности в специальной и междисциплинарных областях, связанной с эксплуатацией и модернизацией существующих, внедрением
новых наукоемких технологий маФормирование навыков, необходи- териалов современной энергетики,
мых для осуществления процессов к активному участию в инновациполучения и переработки важнейших онной деятельности предприятия
или организации.
соединений редких элементов.
Формирование навыков поиска науч- Подготовка выпускников к научной информации в области химии ным исследованиям для решения
редких элементов и их синтеза, рабо- задач, связанных с получением,
ты с профессиональной литературой. изучением свойств веществ, разработкой и оптимизацией производФормирование навыков обработки ственных установок и технологичеэкспериментальных данных и состав- ских схем
ление отчета о полученных экспериментальных результатах.
Формирование знаний о роли химии
в развитии современной цивилизации, о существующих негативных
последствиях научно-технического
прогресса, о вкладе химии редких
элементов в решение проблем устойчивого развития.
Подготовка выпускников к поиску
и получению новой информации,
необходимой для решения инженерных и научных задач в области
технологии материалов современной энергетики, интеграции знаний
применительно к своей области деятельности, к самообучению и постоянному профессиональному самосовершенствованию.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП 18.05.02 «Химическая технология материалов современной
энергетики» дисциплина «Химия редких элементов» является дисциплиной по выбору и
относится к вариативной части междисциплинарного профессионального модуля.
Для успешного освоения курса обучающийся должен обладать удовлетворительными базовыми знаниями по неорганической и органической химии, полученными в процессе школьного обучения, и удовлетворительными знаниями, полученными при изучении
дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТОВ):
2
Код дисциплины ООП
Наименование дисциплины
C1.БМ2.5
C1.БМ4.7
C1.БМ4.8
C1.БМ4.12
Химия
Органическая химия
Аналитическая химия
Химия урана, тория, плутония
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные» знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины
«Химия редких элементов».
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:
Знать:
•
классификацию химических элементов и соединений (неорганических и органических),
•
основные законы и определения общей, неорганической и органической химии,
•
основы теории химической связи в соединениях разных типов,
•
химические свойства элементов различных групп Периодической системы и их
важнейших соединений,
•
основные законы физической химии,
Уметь:
 решать типовые задачи, связанные с основными разделами химии, использовать
химические законы;
 выполнять основные химические операции, использовать основные химические
законы, справочные данные и количественные соотношения неорганической химии;
Владеть:
 методами проведения физических измерений;
 теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе электронного строения их атомов и положения в периодической системе химических
элементов, экспериментальными методами определения физико-химических свойств неорганических соединений.
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) обучаемый должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:
 использовать знания о современной физической картине мира, пространственновременных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы;
 использовать знания о строении вещества, природе химической связи в различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и механизма химических процессов, протекающих в окружающем мире.
Этот необходимый минимум знаний определяется при проведении «входного» контроля на первом практическом (семинарском) занятии. По итогам «входного» контроля
обучающемуся даются рекомендации по восполнению утраченных знаний в форме самостоятельной работы или с помощью преподавателя.
Содержание разделов дисциплины «Химия редких элементов» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ):
 C1.БМ4.16 «Общая химическая технология»;
 C1.БМ4.14 «Прикладная химическая термодинамика».
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины «Химия редких элементов» направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов
3
обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
Составляющие результатов обучения
обучения
Владение
(компетенции из Код
Знания
Код
Умения
Код
опытом
ФГОС)
Р1
З1.1 классификацию
редких и рассеянных элементов, их положение в периодической таблице,
значение для
науки и техники
Р3
З.3.1 Положение в
З.3.1 выбрать
опти- В.3.1 способностью сапериодической
мальный метод
мостоятельно вытаблице элеменполучения
сополнять исследотов, общую хаединений редких
вания химических
рактеристику
элементов, необсвойств соединередких элеменходимые реагенний редких элетов, методы поты и условия
ментов
лучения и физипроведения хико-химические
мических
просвойства металцессов
лов и их соединений
У.5.2 представить все В.5.2 опытом опредеэтапы
химичеления погрешноских процессов и
стей химического
Р5
химического
анализа, оформанализа в виде
ления и защиты
уравнений реакотчета по лабораций
торной работе
В результате освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
Универсальные (общекультурные, ОК):
– способность представить современную картину мира на основе целостной системы
естественнонаучных и математических знаний, ориентироваться в ценностях бытия,
жизни, культуры;
– способность к кооперации с коллегами, работе в коллективе;
– готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства и
приобретению новых знаний и умений в области химии и химической технологии.
Профессиональные (ПК):
– способность использовать основные законы химии редких элементов профессиональной
деятельности;
– способность прогнозировать поведение редких элементов и их соединений в различных
условиях
– способность использовать знания о строении вещества, природе химической связи в
4
различных классах соединений для понимания свойств веществ и материалов, а также
механизмов химических процессов;
– способность обеспечить безопасное проведение основных химических операций с участием редких элементов;
– способность работать с научно-технической литературой и использовать полученную
информацию при осуществлении своей профессиональной деятельности.
В результате освоения дисциплины «Химия редких элементов» студентом должны
быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п
Результат
РД1
Классификацию редких и рассеянных элементов, их положение в периодической таблице, значение для науки и техники
РД2
Свойства, методы получения и области применения редких элементов и их
соединений
РД3
Уметь выбрать способ получения соединений редких элементов и выбрать
необходимые реагенты и условия процесса
РД4
Владеть опытом проведения химических реакций с участием соединений
редких элементов
4. Структура и содержание дисциплины
Дисциплина «Химия редких элементов» предназначена для применения в технологии материалов современной энергетики. При изучении дисциплины рассматривается теоретическая часть и полученные знания закрепляются при выполнении лабораторных работ.
Раздел 1. Введение.
Классификация редких и рассеянных элементов, их положение в периодической системе, значение для современной науки и техники.
Раздел 2 Химия лития.
Литий: история открытия, изотопный состав, нахождение в природе, применение.
Положение в периодической системе, физико-химические ствойства. Соединения лития:
оксид, пероксид, гидроксид, галогениды. Соединения лития: карбонат, сульфат, нитрат,
фосфат, гидрид, нитрид.
Раздел 3 Химия бериллия.
Бериллий: история открытия, изотопный состав, распространенность, применение.
Положение в периодической системе, физико-химические свойства. Соединения бериллия: оксид, гидроксид, сульфат, нитрат, карбонат, фосфат, оксоацетат.
Раздел 4 Химия редкоземельных элементов.
Редкоземельные элементы: положение в периодической системе, лантаноидная
теория. История открытия, нахождение в природе, применение. Общая характеристика их
физических и химических свойств и закономерности их изменения. Соединения лантаноидов: оксиды, гидроксиды, гидропероксиды, сульфаты, нитраты, оксалаты, карбонаты.
Соединения лантаноидов: галогениды, комплексы с органическими соединениями этилендиаминтетра-ацетаты, цитраты, фосфорорганические соединения).
Раздел 5 Химия титана, циркония, гафния
Титан, цирконий, гафний: история открытия, применение. Положение в периодической системе, характеристика физико-химических свойств и закономерности их изменения в подгруппе. Состояние ионов титана, циркония и гафния в водных растворах минеральных кислот. Простые и комплексные соли титана, циркония и гафния. Соединения
5
титана, циркония и гафния с кислородом. Соединения титана, циркония и гафния с галогенами.
Раздел 6 Химия ванадия, ниобия, татала
Ванадий, ниобий, тантал: история открытия, распространенность в природе, применение. Положение в периодической системе, характеристика физико-химических
свойств и закономерности их изменения в подгруппе. Состояние ионов в водных растворах минеральных кислот. Простые и комплексные соли. Соединения ванадия, ниобия,
тантала с кислородом; галогениды, нитриды, карбиды, сульфаты, фосфаты.
Раздел 7 Химия молибдена и вольфрама.
Молибден и вольфрам: история открытия, распространенность, применение. Положение в периодической системе; физические и химические свойства металлов, закономерность их изменения. Молибден и вольфрам: поливалентность, поведение в водных растворах, комплексообразование. Соединения молибдена и вольфрама: оксиды и их гидраты,
пероксиды. Соединения молибдена и вольфрама: галогениды, нитриды, карбиды, карбонилы, молибдаты и вольфроматы.
Перечень лабораторных работ
Введение в лабораторную практику неорганической химии: знакомство с методами
работы, посудой, приборами. Техника безопасности при проведении лабораторных работ.
Лабораторная работа 1. Химия лития. Частные реакции на литий.
Лабораторная работа 2. Химия ванадия. Частные реакции на ванадий.
Лабораторная работа 3 Химия титана. Частные реакции на титан.
Лабораторная работа 4. Объёмное определение циркония.
Коллоквиум: Химия редких элементов.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемноориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая самостоятельная работа студентов (ТСРС) направлена на углубление и
закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает следующие
виды работ:
– проработка и дополнение лекционного материала,
– подготовка к лабораторным занятиям,
– изучение отдельных тем курса, вынесенных на самостоятельную проработку,
– подготовка к коллоквиуму, экзамену.
Для помощи студентам при подготовке ими домашних заданий, еженедельно проводятся консультации.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
ТСР студента состоит в дополнении лекционного материала последними научными
достижениями из рассматриваемой области. Необходимую информацию обучающийся
черпает из предложенных преподавателем оригинальных статей по данной теме и
информационных источников Internet-ресурсов.
6.2. Содержание самостоятельной работы по дисциплине
Темы индивидуальных домашних заданий (рефератов)
Цель работы: Научить студента осуществлять поиск, анализ, структурирование и
6
презентацию информации, по заранее определенной теме.
Содержание работы




1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Реферат должен содержать:
введение
основная часть
заключение
список использованных источников
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
«Физико-химический свойства рубидия и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства цезия и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства галлия и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства индия и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства таллия и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства германия и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства селена и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства теллура и его соединений, получение, применение».
«Физико-химический свойства рения и его соединений, получение, применение».
"Экстракционные методы разделения лантаноидов".
"Ионообменнные методы разделения лантаноидов".
"Закономерности изменения физических свойств в ряду лантаноидов".
"Методы получения лантаноидов в металлическом состоянии".
6.3. Контроль самостоятельной работы
Контроль за СРС осуществляется на лекциях (в форме ответ-вопрос) и на
лабораторных занятиях во время защиты лабораторной работы.
Контроль качества проработки лекционного материала и самостоятельного изучения
отдельных тем осуществляется во время промежуточного контроля (контрольные работы,
коллоквиумы).
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения
дисциплины
Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной
аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Химия редких элементов» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов:
– входной контроль, целью которого является выявление наиболее слабо
подготовленных студентов, осуществляется с помощью тестов;
– текущий контроль осуществляется в форме опросов на занятиях и коллоквиумов по
итогам изучения студентами одного или нескольких разделов;
– рубежный контроль, целью которого является проверка знаний и умений по
данной дисциплине (экзаменационные билеты).
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих
контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Результаты обучения
по дисциплине
Коллоквиум
РД2, РД3
Лабораторные работы
РД2, РД3, РД4
Реферат
РД1, РД2
Экзамен
РД1, РД2, РД3, РД4
7
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения
теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют
формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов.
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств):
Входной контроль по дисциплине «Химия редких элементов»
1. Выберите правильное утверждение:
У изотопов элементов одинаково
А) число нейтронов; Б) число протонов; В) число электронов;
Г) массовое число; Д) атомная масса; Е) порядковый номер.
2. Назовите число нейтронов в ядрах 4019 K .
А) 19;
Б) 40;
В) 21;
Г) 20.
3. Укажите символ элемента, в атоме которого 20 нейтронов, 17 протонов и 17 электронов.
А) Ca;
Б) Rb;
В) Cl;
Г) Ar.
4. Выберите правильную последовательность уменьшения атомных радиусов S, Cl и
Ar:
А) S>Cl>Ar;
Б) S>Ar>Cl;
В) Ar>Cl>S.
5. Перечислите ряд элементов, состоящих только из а) d-элементов; б) p-элементов:
А) Ge, Ti, Zn, Sn, Si;
Б) Si, As, S, Te, Kr;
В) La, Ce, Zr, V, Co;
Г) La, Zn, Zr, V, Co.
Текущий контроль по дисциплине «Химия редких элементов
1.
2.
Коллоквиум: Химия редких элементов.
Вариант 1.
Объёмные (титриметрические) методы определения редких щелочных элемнтов.
Гравиметрическое определение редких щелочных элементов.
1.
2.
Вариант 2.
Объёмные (титриметрические) методы определения титана, циркония, гафния.
Гравиметрическое определение титана, циркония, гафния.
1.
2.
…
Вариант 3.
Объёмные (титриметрические) методы определения молибдена и вольфрама.
Гравиметрическое определение молибдена и вольфрама.
8
Рубежный контроль (экзамен)
Пример экзаменационного билета
Экзаменационный билет № 19
По дисциплине
«Химия редких элементов»
Институт физико – технический
Курс
3
1. Галогениды титана.
2. Гетерополикислоты молибдена.
3. Сульфат бериллия.
Составил
Утверждаю: Зав.кафедрой
доцент Амелина Г.Н..
профессор Дьяченко А.Н.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации
обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского
политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от
29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач,
выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра
(оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра
студент должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных
в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
Организация конференц-недели. На первой конференц-неделе студенты сдают коллоквиумы. На второй конференц-неделе в конце семестра студенты защищают рефераты,
а также должны полностью сдать все задания за семестр и получить допуск к экзамену.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. В 3-х книгах. Книга 1: Учебник
для вузов / Коровин С.С., Зимина Г.В., Резник А.М. и др. / Под ред. С.С. Коровина –
М.: «МИСИС», 1996. – 376с.
2. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. В 3-х книгах. Книга 2: Учебник
для вузов / Коровин С.С., Зимина Г.В., Резник А.М. и др. / Под ред. С.С. Коровина –
М.: «МИСИС», 1999. – 464с.
3. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. В 3-х книгах. Книга 3: Учебник
для вузов / Коровин С.С., Букин В.И., П.И. Фёдоров, Резник А.М. / Под ред. С.С. Коровина – М.: «МИСИС», 2003. – 440с.
Дополнительная литература
1. Химия и технология редких и рассеянных элементов. в 3-х т. Т.1. / Под ред.
9
К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – 368 с.
2. Химия и технология редких и рассеянных элементов. в 3-х т. Т.2. / Под ред.
К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – 359 с.
3. Химия и технология редких и рассеянных элементов. в 3-х т. Т.3. / Под ред.
К.А. Большакова. – М.: Высшая школа, 1976. – 320 с.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы.
Для усвоения учебного материала используются следующие образовательные ресурсы:
1. Сайт электронных учебников и пособий по химии:
http://www.rushim.ru/books/books.htm
2. Основные учебники, практикумы и справочники по химии: http://chemistrychemists.com/Uchebniki.html
3. Электронная библиотека по химии http://www.chem.msu.su/rus/elibrary/
4. Химия в московском университете: http://www.chem.msu.ru/rus/weldept.html
5. Образовательный сервер ХимХелп - полный курс химии: www.himhelp.ru/
6. Образовательные ресурсы Интернета по химии: http://sc.admedu.spb.ru/vmk/Fiz_Mat/Him.pdf
7. Основы теоретической химии. Неорганическая химия: http://bobych.ru/lection/himiya/
10.
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
№
Наименование (компьютерные классы,
п/п
учебные лаборатории, оборудование)
1 Лекционная аудитория, оснащенная мультимедийным оборудованием
2 Учебная лаборатория, оснащенная:
1) оборудованием для проведения синтеза соединений
редких элементов (согласно темам лабораторных занятий);
2) оборудованием для объёмного определения редких
элементов;
3) весы;
4) мультимедийным оборудованием.
3. Учебная лаборатория для проведения гравиметрического
(весового) определения редких элементов.
4 Учебная аудитория для проведения семинарских занятий,
оснащенная мультимедийным оборудованием
5 Компьютерный класс используется для работы с базами
данных. Специализированный комплект прикладных программ ChemOffice.
Аудитория, количество установок
10 корпус, 332 ауд.
10 корпус, 327 ауд.
универсальная
лаборатория
10 корпус, 326 ауд.
10 корпус, 327 ауд.
10 корпус, ауд. 340
12 компьютеров
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по специальности 240501 «Химическая технология материалов современной
энергетики».
Программа одобрена на заседании кафедры ХТРЭ
(протокол № ___ от «___» __________ 2014г.).
Автор: доцент кафедры ХТРЭ
__________________ Амелина Г.Н.
Рецензент: профессор кафедры ХТРЭ. __________________ Жерин И.И.
10