Домой

1. 1 цели и задачи дисциплины




Скачать 351.49 Kb.
Название1. 1 цели и задачи дисциплины
Дата14.01.2013
Размер351.49 Kb.
ТипДокументы
Содержание
Цель изучения дисциплины
Задачи дисциплины
1.2 Требования к уровню освоения содержаниядисциплины
1.3 Объем дисциплины и виды учебной работы
Всего часов
1.4 Содержание курса
2.Раздел «Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей»
3.Раздел « Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней»
Раздел «Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почв»
5. Раздел «Миграция загрязнителей атмосферы, гидросферы и литосферы. Биотический перенос загрязнителей»
1.5 Лабораторные работы (лабораторный практикум)
Лабораторная работа № 1
Лабораторная работа № 2
Лабораторная работа № 3
Лабораторная работа № 4 Ра
1.6 Тематика контрольных работ и методические рекомендации по их выполнению
1.7 Самостоятельная работа
2.Раздел «Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей»
3.Раздел « Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней»
Раздел «Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почв»
...
Полное содержание
Подобные работы:







1.1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ


Дисциплина «Физико-химические процессы в техносфере» относится к блоку специальных дисциплин Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и предназначена для студентов специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». Изучение дисциплины способствует развитию познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности в приобретении новых знаний. Данная рабочая программа посвящена химическим основам понимания природных и техногенных явлений, с учетом специализации выпускников транспортного вуза.

В курсе «Физико-химические процессы в техносфере» изучаются фундаментальные законы химии и физики, как основа со­временного понимания связи технологий и окружающей среды. Без глубокого изучения химических законов невозможно понимание современных технологических процессов, использующихся в промышленнос­ти, на транспорте, в строительстве, природных явлениях и в защите окружающей среды.

^ Цель изучения дисциплины - ознакомить студентов с процессами превращения веществ, сопровождающихся изменением химических и физических свойств, при котором меняется техносфера. Процессы изменения вещества связаны с внешними физическими условиями, в которых они протекают (температура, давление, концентрация и т.д.) и сопровождаются выделением или поглощением энергии. Изменяя эти условия, затрачивая энергию на поведение химических процессов или отводя ее (получение энергии за счет химических реакций), можно регулировать процессы химического изменения веществ, и, следовательно, состав и свойства получаемых выбросов, сбросов и отходов. Таким образом у студентов происходит формирование целостного представления о процессах и явлениях физико-химического взаимодействия загрязнителей с компонентами окружающей среды.

Целью изучения также является создание теоретической базы для успешного усвоения ими специальных дисциплин и, в частности, – формирование научного и инженерного мышления. Фундаментальная подготовка студентов соответствует целям и задачам ГОС ВПО примерной программе специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере».

^ Задачи дисциплины: изучить закономерности физических явлений и химических процессов в окружающей среде под воздействием естественных и антропогенных факторов и воздействия загрязнителей на компоненты атмосферы, гидросферы и литосферы;

рассмотреть физико-химические механизмы образования парникового эффекта, разрушения озонового слоя, формирования фотохимического смога, образования кислотных дождей, загрязнения техносферы тяжелыми металлами;

выяснить основные закономерности радиационно-химических процессов в техносфере и взаимодействие ионизирующего излучения с ее компонентами;

получение дипломированными специалистами теоретических представлений и практических навыков применения прогрессивных технических знаний, обеспечивающих высокий университетский уровень инженера.

Дисциплину изучают в комплексе с другими дисциплинами специальности “Безопасность жизнедеятельности в техносфере” и имеет обобщающий характер. Данная дисциплина связывает физические, химические и экологические науки.

Данная программа построена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта и Примерной программы дисциплины «Физико-химические процессы в техносфере» Министерства образования Российской Федерации, принятой 08.12.2000 г.


^ 1.2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯДИСЦИПЛИНЫ


В ходе изучения дисциплины «Физико-химические процессы в техносфере» должны быть сформированы зна­ния и умения использовать:

фундаментальные понятия, законы, модели классической и современной химии и физики.


Изучив дисциплину «Физико-химические процессы в техносфере», согласно Государственному образовательному стандар­ту высшего профессионального образования и государствен­ные требования к минимуму содержания и уровню подго­товки выпускника предполагают, что в результате изуче­ния дисциплины студент должен:

- иметь представление:

  • о предмете, цели, задачи дисциплины и об ее значении для будущей профессиональной деятельности;

  • о закономерности и условия взаимодействия загрязнителей с компонентами окружающей среды и объектами техносферы;

  • о составе атмосферы, гидросферы и литосферы;

  • о взаимодействиях компонентов и химических реакциях, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, вызванных продуктами антропогенной деятельности;

- знать:

  • основные физико-химические закономерности, протекающие в различных слоях земли, воды и атмосферы,

  • механизмы и условия протекания химических реакций в атмосфере,

  • предвидеть их результаты для планеты в целом,

  • определять возможность управлять химическим процессом на основании энергетических оценок,

  • разбираться в методах качественной оценке процессов в техносфере.

  • состав и свойства продуктов взаимодействия загрязняющих веществ и их производных с компонентами окружающей среды и между собой;

  • методы исследования состояния окружающей среды;

  • пути миграции загрязнителей, этапы их трансформации;

  • последствия влияния загрязнителей на компоненты биосферы.

- уметь:

  • работать с химическими реактивами,

  • применять физико-химические методы для решения задач в области взаимосвязанных явлений, физико-химических методах анализа производственного контроля, пользоваться приборами-анализаторами загрязнителей окружающей среды;

  • прогнозировать развитие негативной ситуации в среде обитания, вызванной трансформацией или миграцией загрязнителей;

  • предлагать алгоритм действий для предотвращения развития негативной ситуации в среде обитания.

- приобрести навыки:

  • использования учебной и технической литературы,

  • информационных материалов из Интернета,

  • работы с приборами,

  • проведения измерений и расчётов, решения химических задач,

  • осмысления, анализа и защиты полученных результатов.


Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Физико-химические процессы в техносфере» дают возможность студентам изучать все последующие дисциплины учебного плана на качественно более высоком уровне.

^ 1.3 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Форма обучения – ЗАОЧНАЯ

Вид учебной работы

Количество часов

Всего по учебному плану

В том числе по семестрам

III курс

5

6

Аудиторные занятия:

16

16




Лекции

8

8




Лабораторный практикум

8

8




Индивидуальные занятия




консультация

консультация

Самостоятельная работа

86

71

15

^ ВСЕГО ЧАСОВ

НА ДИСЦИПЛИНУ

102

86

15

Текущий контроль (количество и вид текущего контроля)

тестирование

Контр. раб.

№ 1

Виды промежуточного контроля

Зачет

лаб.раб.

Зачет (контр. раб.)

экзамен

^ 1.4 СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

1.4.1 Распределение часов по темам и видам учебной работы

Форма обучения – ЗАОЧНАЯ


Название разделов и тем

Всего

часов

по уч.

плану

Виды учебных занятий

Аудиторные занятия, час

индуальные

самостоятельная

лекции

лаб.

раб.

раб.

час

раб.

час

Пятый семестр (Третий Курс)

  1. Раздел «Введение. Техносфера и ее составляющие»


Основные термины, понятия и определения. Техносфера и ее состав. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Ноосфера. Распространенность химических веществ в окружающей среде. Кларки химических элементов в биосфере, атмосфере, гидросфере, литосфере и космосе. Биофильность и технофильность химического элемента. Радиоактивные элементы. Тупиковый характер потоков технофильных элементов в биосфере. Определение термина «загрязнитель» (ксенобиотик) для окружающей среды. Понятие о поведении загрязнителей как о сложных процессах взаимодействия его с компонентами среды.

9



1





8

^ 2.Раздел «Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей»


Структура атмосферы. Тепловой баланс системы «поверхность Земли – атмосфера». Характер изменения температуры в атмосфере. Вертикальное распределение температур в атмосфере. Факторы, влияющие на тепловой режим тропосферы и стратосферы. Инсоляция, отражение, поглощение, собственное излучение земной поверхности и атмосферы. Тепловой баланс и циркуляция атмосферы. Критические элементы баланса, определяющие среднюю температуру поверхности Земли.

Ионосфера Земли. Геомагнитные «ловушки» космических частиц. Радиационные пояса Земли. Возмущения ионосферы при запуске ракетно-космической техники. Магнитное поле Земли и его характеристики.

Современный химический состав атмосферы. Химический состав сухого незагрязненного воздуха. Гомосфера и гетеросфера. Основные компоненты атмосферы. Общие сведения о состоянии воздушной среды. Основные антропогенные загрязнители атмосферы: СО, СО2, SО2, NO, NO2, пары воды, твердые частицы веществ, тепловая энергия.

Окислительные компоненты атмосферы: озон, синглетный и атомарный кислород, гидроксил (ОН) и гидропероксид (НО2) радикалы, их превращения.

Озоновый слой Земли. Химические реакции образования и распада стратосферного озона. Излучение Солнца с λ290 нм как фотохимический фактор в верхних слоях атмосферы. Стратосферный озоновый экран, профили концентрации озона на высоте 10 – 50 км от поверхности Земли. Поглощение излучения Солнца с λ320 нм озоновым слоем. Динамика озонового слоя. Одиннадцатилетние циклы колебания концентрации озона в стратосфере, связь с периодами солнечной активности. Озоноразрушающие вещества в стратосфере. Реакции разрушения озона продуктами фотолиза хлорофторуглеродов (фреонов) и свободными радикалами, поступающими из выхлопов ракетных двигателей.

Общие сведения о фотохимии загрязнителей. Фотохимические реакции в тропосфере и стратосфере. Ультрафиолетовое излучение Солнца с λ370 нм, как фотохимический фактор в тропосфере Земли. Химические превращения соединений S и N в атмосфере. Образование нитрофенола, пероксиацетилнитратов (ПАН) и пероксибензоилнитратов (ПБН). Сухое и влажное осаждение кислот. Кислотные дожди. «Зимний смог» Лондонского типа. Атмосферные процессы, приводящие к образованию кислотных дождей. Фотохимический или «летний» смог Лос-анжелесского типа. Их влияние на живые организмы.

Химические реакции органических соединений. Алканы, фотохимическое окисление метана и его гомологов, кинетические данные о реакциях алканов с радикалами ОН. Алкены, реакции с озоном, радикалом ОН. Окисление ароматических соединений, кислородсодержащих производных углеводородов. Вторичное загрязнение атмосферы монооксидом углерода. Фотоокисление и поликонденсация пентахлорфенола (ПХФ). Образование чрезвычайно токсичных полихлорированных диоксинов на примере полихлордибензо(n)диоксина (ПХДД). Биогенные углеводороды (терпены). Фотохимические реакции терпенов, выделяемых хвойными и лиственными деревьями (α-пинен, изопрен). Реакции изопрена и монопреновых углеводородов с О3. Возможность образования ПАН. Фотохимия кислородсодержащих углеводородов: альдегидов, кетонов, спиртов, карбоновых кислот. Фотохимические процессы аминов, серосодержащих и галогенсодержащих углеводородов. Фреоны.

Реакция образования аэрозолей. Образование и рост аэрозольных частиц в атмосфере. Реакции атмосферных кислот. Физические механизмы просачивания аэрозолей в стратосферу. Стратосферный аэрозольный «пояс» Земли.

Воздействие загрязняющих веществ на объекты техносферы. Воздействие оксидов серы, оксидов азота, озона, кислот, аэрозолей и других загрязняющих веществ на строительные и конструкционные материалы, памятники культуры.

Воздействие загрязняющих веществ на атмосферу: влияние на видимость в атмосфере. Теория видимости в атмосфере. Влияние загрязнителей на выпадение осадков. Химические процессы, протекающие при образовании осадков в облаках. Влияние загрязняющих веществ на метеорологические условия в глобальном масштабе. Роль многоатомных газов (Н2О, СО2, NH3) в атмосферном поглощении. Повышение концентрации многоатомных газов, «парниковый» эффект. Обоснование формирования «парникового» эффекта в атмосфере Земли и его последствия.


26

2

2




22

^ 3.Раздел « Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней»


Физические характеристики Мирового океана. Характеристика водных ресурсов Земли. Поверхностные и подземные воды. Химический состав природных вод. Радиоактивность природных вод. Роль океанов в регулировании климата и концентрации СО2 в атмосфере. Растворение избытка СО2 в литорали Мирового океана. Влияние глобального потепления на растворимость СО2. Аккумулирование тепла поверхностным слоем морей и океанов. Циркуляционный перенос тепла из низкоширотных в высокоширотные районы. Теплые течения, повышение температуры в прибрежных районах теплых течений. Горизонтальные и вертикальные перемещения водных масс. Апвеллинг. Круговорот природных вод.

Содержание химических элементов в Мировом океане. Пресная и соленая вода. Буферность природных вод. Главные ионы, растворенные газы, газовая фаза, твердые частицы, биогенные вещества, микроэлементы в воде. Кислотность вод в объектах гидросферы. Растворимость загрязнителей Мирового океана.

Процессы окисления и восстановления в природных водоемах. Синглетный кислород, озон, гидроксил радикал, пероксид водорода в природных водах. Механизмы образования радикалов: растворение активных газов из атмосферы, каталитическое инициирование, радиолиз, кавитационные эффекты. Окисление минеральных солей. Образование оксидов тяжелых металлов. Нефтяные загрязнения природных вод. Реакции окисления алканов, алкенов, кислородсодержащих углеводородов. Окисление ароматических углеводородов. Образование токсичных соединений.

Влияние микроорганизмов на процессы окисления-восстановления. Аэробные и анаэробные микроорганизмы и их деятельность: сульфатредуцирующие микроорганизмы, метанобактерии, железобактерии, нитрофицирующие бактерии.

Гидролиз солей и органических соединений в природных водоемах. Гидролиз пестицидов. Каталитический гидролиз в присутствии кислот и щелочей. Фотолиз в водной среде. Влияние погодных условий. Реакции фотолиза сульфидов, кислородсодержащих и галогенсодержащих углеводородов. Фотосенсибилизирующиеся реакции окисления ароматических углеводородов.

Комплексообразование в гидросфере. Лигандный состав природных вод. Комплексообразование тяжелых металлов. Гидроксокомплексы. Коллоидно-дисперсные формы комплексных соединений.

Бионакопление тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов в организмах, обитающих в водной среде. Возможность биологической токсификации загрязнителей в водных организмах. Образование высокотоксичных органических соединений. Биометилирование ртути.

Последствия хлорирования загрязненных природных вод при водоподготовке. Взаимодействие хлора с остаточными углеводородами. Образование чрезвычайно токсичных тригалометанов, хлороформа и четыреххлористого углерода.

Поверхностно-активные вещества в водоемах, вспенивание природных вод. Классификация ПАВ. Биоразлагаемые ПАВ. Устойчивость алкилбензолсульфонатов (АБС) в окружающей среде. Тенденция замены АБС в моющих средствах биоразлагаемыми ПАВ.

Влияние кислотных дождей на объекты гидросферы. Буферная емкость естественных водоемов. Влияние на буферную емкость подстилающих геологических пород. Диаграммы динамики рН водоемов с ложами, образованными вулканическими (базальты, граниты) и осадочными (известняк, глина, гипс) горными породами.

Соединения фосфора и азота как лимитирующий пищевой фактор водных экосистем. Сброс соединений фосфора и азота со сточными водами. Антропогенное эвтрофирование водоемов.


28

2

4




22

4.^ Раздел «Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почв»


Характеристики почв: гранулометрический состав, объем пор, гигроскопичность, рН, ионообменная емкость. Песчаные и глинистые почвы. Классификация почв по гранулометрическому составу, диаметру пор, содержанию песка и глины. Вода в почвах. Гравитационная и гигроскопическая влага. Составляющие компоненты почв. Кварц, алюмосиликаты, минеральные вещества, гидроксиды, гумус, газовая фаза почв. Химический состав гумуса: гуминовые кислоты, фульвокислоты, комплексообразующие гумины. Сорбционные центры частиц почвы.

Реакции тяжелых металлов. Преобразование оксидов металлов в растворимые формы гидроксидов, карбонатов, гидрокарбонатов и др. Адсорбция ионов металлов на ионообменных центрах почвенных частиц. Образование малоподвижных комплексных соединений (фульваты, гуматы) с органическими веществами почвы. Хелатообразующие комплексы почв. Принципы образования хелатных соединений. Образование внутрикомплексных хелатов металлов.

Минеральные удобрения и соли, основные окислительно-восстановительные реакции в почве. Окисление сульфидов металлов в сульфаты в газовой фазе почв. Аэробные условия. Ферментативные реакции сульфофикации, образование серной кислоты. Ферментативные реакции нитрификации и нитрофикации. Образование азотной кислоты. Подкисление почв. Анаэробные условия. Восстановление серы из сульфатов анаэробными сульфатредуцирующими бактериями. Подщелачивание почв.

Пестициды, галогенсодержащие углеводороды, нефть в почве. Фотолиз ароматических углеводородов. Окисление с участием почвенного пероксида водорода. Аэробный и анаэробный биолиз пестицидов. Метаболические реакции биолиза ароматических углеводородов. Аммонификация органических соединений. Растворимость конечных продуктов. Скорость метаболических реакций. Связь скорости реакций с температурой, правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса.

Радионуклиды: цезий, йод, стронций, рубидий, радий и уран в почвах. Естественные источники радиации. Источники радиации, созданные человеком. Адсорбция радионуклидов частицами почвы. Особенности адсорбции урана.


26

2

2




22

^ 5. Раздел «Миграция загрязнителей атмосферы, гидросферы и литосферы. Биотический перенос загрязнителей»


13

1







12

ИТОГО

102

8

8




86



^ 1.5 Лабораторные работы (лабораторный практикум)

Лабораторные занятия по дисциплине «Физико-химические процессы в техносфере» проводятся в специально оборудованных лабораториях с применением необходимых средств обучения: лабораторного оборудования, образцов для исследований, методических пособий.

Поскольку в химической лаборатории находятся электроприборы, газ, вода, ядовитые и огнеопасные вещества, студенты должны строго соблюдать правила внутреннего распорядка и техники безопасности. Группа студентов должна быть перед лабораторными занятиями проинструктирована преподавателем, каждый студент заполняет журнал по лабораторной безопасности и расписывается.

Перед каждым лабораторным занятием студент должен изучить соответствующий раздел учебника, конспект лекций и описание лабораторной работы.

При оформлении отчета по проделанной работе в лабораторной тетради записывают дату, номер, название работы и опыта; конспект теоретического материала; краткое описание хода опыта и результаты, полученные при его выполнении. При выполнении лабораторной работы студент ведет рабочие записи результатов наблюдений и измерений (испытаний), оформляет расчеты. Окончательные результаты оформляются в форме выводов к работе.

Полный парк лабораторных работ на кафедре содержит более 7 работ (с вариативными заданиями), ко всем имеются методические указания, изданные в РОАТ. Руководства к выполнению лабораторных работ, разработанные на кафедре, приведены в разделе 2. Ниже в виде примера дана краткая характеристика типичных работ, выполняемых студентами в пятом семестре.

№№ и названия разделов и тем

Цель и содержание лабораторной работы

Результаты лабораторной работы

^ Лабораторная работа № 1 Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха объектами техносферы

2.Раздел «Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей»



Определить уровень загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами и выбросами из вентиляционных устройств.

Расчет приземной концентрации загрязнений

^ Лабораторная работа № 2 Измерение поверхностного натяжения и определение адсорбции растворенного ПАВ в водных объектах

3.Раздел « Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней»

Тема: поверхностно-активные вещества в водоема


Определить поверхностное натяжение растворов ПАВ методом отсчета капель

Вычисление адсорбции ПАВ в поверхностном слое, построение графиков поверхностного натяжения ПАВ и изотермы адсорбции ПАВ


^ Лабораторная работа № 3 Получение коллоидных систем.

3.Раздел « Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней»

Тема: загрязнители вод


Освоить методики получения золей. Написать формулы мицелл полученных золей.


Знакомство с методом пептизации, диспергирования и конденсации.

Составление уравнений получения различных типов мицелл в природных водах.

^ Лабораторная работа № 4 Расчет загрязнения почв при внесении удобрений

4.Раздел «Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почв»

Тема: Минеральные удобрения и соли


Определить массу и объем осадка, образовавшегося после очистки сточных вод, который допустимо использовать в качестве удобрения для сельскохозяйственного объекта.


Расчет массы и объема удобрения для внесения на определенную почву и расчет ее площади.



^ 1.6 Тематика контрольных работ и методические рекомендации по их выполнению

В процессе изучения курса химии студент-заочник должен выполнить самостоятельно одну контрольную работу (в тетради 10-12 листов или на листах формата А4 в компьютерном оформлении). Решение задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования.

Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена, написана четко и ясно, и иметь поля для замечаний рецензента. Номера и условия задач необходимо переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В начале работы следует указать учебный шифр студента, номер варианта и полный список номеров задач этого варианта. В конце работы следует дать список использованной литературы с указанием года издания.

Работа должна иметь подпись студента и дату.

Если контрольная работа не зачтена, ее следует выполнить повторно в соответствии с указаниями рецензента и представить вместе с не зачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце работы, после рецензии, а не в тексте.

Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается как сданная.

Варианты контрольных заданий выбираются по номеру учебного шифра студента. Первые четыре задания выбираются по предпоследней цифре шифра, а последние четыре задания по последней цифре шифра. Например, номер вашего шифра заканчивается на 47, тогда вы решаете задачи варианта 4 под номерами 4, 14, 24, 34 и варианта 7 под номерами 47, 57, 67, 77.

Графики и рисунки должны быть выполнены аккуратно с использованием чертёжных инструментов или компьютерной технологии.

К защите допускаются правильно оформленные работы, с достаточно полным раскрытием темы. Студент должен во время защиты дать пояснения по всему материалу контрольной работы.


Контрольная работа №1. Темы работы:

  • радиационное загрязнение биосферы,

  • загрязнения биосферы химическими веществами,

  • физико-химические процессы в гидросфере,

  • физико-химические процессы в литосфере,

  • миграция загрязнителей в атмосфере, литосфере и гидросфере.



^ 1.7 Самостоятельная работа


Разделы и темы для самостоятельного изучения

Виды и содержание самостоятельной работы

^ 2.Раздел «Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей»

Температурный режим системы “Земля-атмосфера”. Изменение температурного режима, “парниковый” эффект. Просачивание аэрозолей в стратосферу и их влияние. Сухое и влажное осаждение кислот. “Зимний” смог Лондонского типа. Фотохимический или “летний” смог Лос-анжелесского типа. Магнитосфера Земли. Геомагнитные “ловушки” космических частиц. Ионосфера и термосфера Земли, естественный магнетизм. Радиационные пояса Земли. Эффекты электромагнитного излучения. Антропогенное электромагнитное поле. Возмущение ионосферы и термосферы электромагнитным излучением. Возмущение ионосферы и термосферы при запусках ракетно-космической техники. Излучение линий электропередач. Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ). Влияние загрязнений на прозрачность атмосферы и цветопередачу. Теория видимости в атмосфере. Видимость в чистом воздухе. Рассеяние на частицах. Взаимодействие аэрозолей с объектами техносферы.

Проработка учебного материала по учебной и научной литературе, работа с вопросами для самопроверки.

Обсуждение проблемных вопросов с преподавателями в рамках индивидуальных консультаций.

Выполнение тестов и заданий, размещенных в системе КОСМОС для самопроверки.


^ 3.Раздел « Физико-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней»


Химический состав природных вод. Пресная и соленая вода. Подземные воды. Вода земной коры. Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Мировой океан, глобальное перемещение океанских вод. Конвективные течения. Апвеллинг. Загрязнение вод. Консервативные загрязнители: тяжелые металлы, гидрофобные соли, нерастворимые углеводороды, нефть, пестициды, ПАВ, радионуклиды. Влияние ПАВ на состояние природных вод. Влияние нефтепродуктов на экосистемы морей и океанов. Водорастворимые загрязнители: минеральные соли, фосфаты, нитраты, растворимые углеводороды, детергенты (СМС), соли, применяемые при уборке снега. Комплексообразование. Лигандный состав природных вод. Гидроксокомплексы. Коллоидно-дисперсные формы комплексных соединений. Сорбция. Активный ил. Сорбция пестицидов. Равновесие на границе раздела “вода - донный ил”. Процессы, протекающие в водных объектах. Закисление природных вод кислотными остатками. Буферная емкость естественных водоемов. Соединения фосфора и азота как лимитирующий фактор водных экосистем. Антропогенное эвтрофирование водоемов. Кислородное голодание. Изменение популяций водных организмов.

Проработка учебного материала по учебной и научной литературе, работа с вопросами для самопроверки.

Обсуждение проблемных вопросов с преподавателями в рамках индивидуальных консультаций. Выполнение тестов и заданий, размещенных в системе КОСМОС для самопроверки.

4.^ Раздел «Физико-химические процессы в литосфере. Загрязнения почв»


Типы почв. Климатическое зонирование почв. Реакции тяжелых металлов. Преобразование оксидов металлов в растворимые формы гидроксидов, карбонатов, гидрокарбонатов и др. Сорбция ионов металлов на катионообменных центрах почвенных частиц. Принципы образования хелатных соединений. Хелатообразующие комплексы почв. Образование внутрикомплексных хелатов металлов. Подкисление почв. Восстановление серы анаэробными сульфатредуцирующими бактериями. Накопление серы, подщелачивание почв. Радионуклиды. Цезий, йод, стронций, радий и уран в почвах. Сорбция радионуклидов частицами почвы. Образование комплексных соединений. Пестициды. Галогенсодержащие углеводороды в почве. Реакции с нитратами, свободными радикалами в почве. Образование микроколлоидных частиц. Процессы деградации почв. Дефляция. Образование техногенных геохимических аномалий элементов. Зона отчуждения Чернобыльской АЭС. Последствия аварии Чернобыльской АЭС. Засоление почв. Потери гумуса вследствие сельскохозяйственной и промышленной деятельности человека. Добыча полезных ископаемых открытым способом. Исчерпаемые и неисчерпаемые природные ресурсы. Перспективы их использования.

Проработка учебного материала по учебной и научной литературе, работа с вопросами для самопроверки.

Обсуждение проблемных вопросов с преподавателями в рамках индивидуальных консультаций. Выполнение тестов и заданий, размещенных в системе КОСМОС для самопроверки.

^ 5. Раздел «Миграция загрязнителей атмосферы, гидросферы и литосферы. Биотический перенос загрязнителей»


Круговорот соединений азота и фосфора в техносфере. Опустынивание земель. Эрозия.

Восстановление серы анаэробными сульфатредуцирующими бактериями. Накопление серы в почве из атмосферы.

Проработка учебного материала по учебной и научной литературе, работа с вопросами для самопроверки.

Обсуждение проблемных вопросов с преподавателями в рамках индивидуальных консультаций.

Выполнение тестов и заданий, размещенных в системе КОСМОС для самопроверки.


Результаты самостоятельной работы контролируются при аттестации студента при защите контрольной работы.


    1. ^ Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература:

  1. Зубрев Н.И. Теория и практика защиты окружающей среды/ Н.И. Зубрев, Т.М. Байгулова, Н.П. Зубрева //учебное пособие под редакцией Зубрев Н.И.- М.: Желдориздат, 2004.- 392с.

  2. Зубрев Н.И. Инженерная химия на железнодорожном транспорте. М. : Желдорпресс.- 2002 г.

  3. Хаханина Т.И. Химия окружающей среды./ Учебное пособие для вузов.
    М.:Издательство Юрайт. – 2010.-129 с.- Гриф УМО. http://ibooks.ru/



Дополнительная

  1. Ф е л л е н б е р г Г. Загрязнение природной среды. – М.: Мир, 1997.

  2. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник в 2-х частях. / Под ред. Калверта С., Инглунда Г. – М.: Металлургия, 1988.

  3. М о л д а в а н о в О.Н., М а з у р И.И, Ш и ш о в В.Н. Инженерная экология. Справочник в 2-х томах. – М.: Высшая школа, 1996.

  4. Т и н с л и И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. – М.: Мир, 1982.

  5. И з р а э л ь Ю.А., Н а з а р о в И.М., П р е с с м а н Л.Я. Кислотные дожди. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

  6. К л и м е н к о В.В. Энергия, природа и климат. – М.: Изд-во МЭИ, 1997.

  7. Ф а т к у л и н М.Н. Физика ионосферы. – М.: ВИНИТИ, 1982.

  8. Химия морей и океанов. /Институт океанологии им. П.П. Ширшова. – М.: Наука, 1995.

  9. Океан – атмосфера. Энциклопедия. – Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

  10. Экогеохимия городских ландшафтов /Под ред. Касимова Н.С. – М.: МГУ, 1995.


^ 1. 9 Материально-техническое и информационное обеспечение дисциплины


В учебном процессе для освоения дисциплины используются следующие технические средства:

    • химическая лаборатория, химические реактивы;

    • компьютерное и мультимедийное оборудование (на лекциях, для самоконтроля знаний студентов, для обеспечения студентов методическими рекомендациями в электронной форме);

    • приборы и оборудование учебного назначения (при выполнении лабораторных работ);

    • пакет прикладных обучающих программ (для самоподготовки и самотестирования);

    • видео- аудиовизуальные средства обучения (интерактивные доски, видеопроекторы);

    • электронная библиотека курса (в системе КОСМОС- электронные лекции, тесты для самопроверки, тесты для сдачи зачёта).


^ 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ


В помощь студентам для выполнения контрольной работы предложена краткая теория по тематике задачи и примеры решения подобных задач. Ниже представлен пример из темы «Загрязнения биосферы химическими веществами»


Количество вещества вычисляют по формуле:

n = m/M,

где n – количество вещества, моль;

m – масса вещества;

М – молярная масса вещества.

Число молекул вещества определяется по формуле:

N = n · NA,

где N – число молекул вещества;

n – количество вещества;

NA – постоянная Авогадро.


Способы выражения состава растворов:

а) массовая доля растворенного вещества:

ω = m р.в./ m р-ра · 100%,

где ω – массовая растворенного вещества;

m р.в. – масса растворенного вещества;

m р-ра – масса раствора.

б) молярная концентрация:

См = n / V,

где См – молярная концентрация;

n – количество вещества;

V – объем раствора.


Теплота образования (энтальпия) ΔHх.р определяется по формуле:

ΔHх.р = Σ ΔHпрод. – Σ ΔHисх.,

где ΔHх.р – энтальпия химической реакции;

Σ ΔHпрод – сумма энтальпий продуктов реакции;

Σ ΔHисх – сумма энтальпий исходных веществ.

^ Контрольные вопросы:

21. Установлено, что молекулы пиридина - C5H5N адсорбируются на поверхности некоторых оксидов металлов. Измерения показали, что образец тонко измельченного оксида цинка ZnO массой 5,0 г адсорбирует 0,068 г пиридина. Сколько молекул и какое количество вещества пиридина адсорбируется на данном образце оксида цинка?

22. Допустимая концентрация винилхлорида C2H3Cl в воздухе химического предприятия равна 2,05· 10-6 г/л. Сколько молекул и сколько моль винилхлорида содержится в 1 л воздуха при такой концентрации?

23. Анализ нескольких сигарет определенного сорта показал, что в них содержится в среднем 2,25· 10-5 г Ni. Было определено, что после выкуривания этих сигарет содержание никеля в пепле и окурках составляет 1,67· 10-5 г. Если предположить, что остальной никель при курении превратился в газообразный карбонил никеля Ni(CO)4, то сколько грамм карбонила никеля образовалось при выкуривании этих сигарет?

24. Анализ нескольких сигарет определенного сорта показал, что в них содержится в среднем 8,0 ·10-6 г Fe. Было определено, что после выкуривания этих сигарет содержание железа в пепле и окурках составляет 5,92 ·10-6 г. Если предположить, что остальное железо при курении превратилось в газообразный карбонил железа Fe(CO)5, то сколько грамм карбонила железа образовалось при выкуривании этих сигарет?

25. Производство цинка с США (на 1980 г.) составляло 600000 тонн в год. Если предположить, что весь цинк получают обжигом ZnS, вычислите объем образующегося за год SO2.

26. В процессе выплавки меди используют руду, содержащую 95% Cu2S, при обжиге которой выделяется SO2. Если предположить, что таким способом в США получают 1,6 млн. тонн меди в год, то какой объем SO2 выделяется при этом?

27. Для нейтрализации 10,0 мл раствора электролита из автомобильного аккумулятора потребовалось 640 мл 1,06 М раствора NaOH. Определить молярную концентрацию раствора серной кислоты в электролите.

28. Пользуясь таблицей, вычислите ΔHх.р. для следующих химических реакций:

NO + O3 = NO2 + O2

NO2 + O = O2 + NO

29. Пользуясь таблицей, вычислите ΔHх.р. для следующих химических реакций:

SO2 + O3 = SO3 + O2

SO3 + O = SO2 + O2

30. Пользуясь таблицей, вычислите ΔHх.р. для следующих химических реакций:

С + Н2О = СО + Н2

СО + Н2О = СО2 + Н2


31. Расставьте коэффициенты и вычислите теплоты образования для следующих химических реакций, пользуясь таблицей:

Fe + O2 = Fe2O3

CaO + CO2 = CaCO3

32. Расставьте коэффициенты и вычислите теплоты образования для следующих химических реакций, пользуясь таблицей:

С2Н2 + О2 = СО2 + Н2О

С + О2 = СО2

33. Хлормицетин – антибиотик с молекулярной формулой С11Н12О5N2Cl2. Образец глазной мази, содержащий хлормицетин массой 1,03 г, подвергли химической обработке и привели весь содержащийся в нем хлор в хлорид-ионы Cl -. Эти ионы затем осадили в виде хлорида серебра AgCl, масса которого составила 0,0129 г. Вычислите относительное содержание (в %) хлормицетина в образце мази.

34. Мышьяк, содержащийся в средстве для борьбы с/х вредителями (пестициде) массой 1,22 г, путем соответствующей химической обработки превратили в AsO43-. Затем титровали раствором, содержащим Ag+, и получили осадок Ag3AsO4. Для достижения точки эквивалентности этого титрования понадобилось 25,0 мл раствора с концентрацией ионов серебра 0,102 моль/л. Каково содержание мышьяка (в %) в данном пестициде?

35. Аспирин – С9Н8О4 получают из салициловой кислоты – С7Н6О3 и уксусного ангидрида – С4Н6О3 по уравнению:

С7Н6О3 + С4Н6О3 = С9Н8О4 + С2Н4О2.

Какая масса салициловой кислоты требуется для получения 150 кг аспирина, если считать, что вся салициловая кислота превратилась в аспирин?

36. Какая масса 20 %-ного раствора гидроксида кальция потребуется для поглощения углекислого газа, образовавшегося при сгорании природного газа, содержащего 96 % метана.

37. При сгорании 1 тонны нефти образуется 160 л сернистого газа. Сколько карбоната кальция потребуется для его обезвреживания, если эффективность метода составляет 22%.

38. Вычислить массу аммиака и массу 78 %-ной серной кислоты необходимых для получения 1 тонны сульфата аммония?

39. Сколько килограммов плавикового шпата, содержащего 97,5 % CaF2, и сколько литров 98 %-ной серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3) потребуется для получения 1 кг HF?

40. Какой объем углекислого газа выделится при растворений 0,5 кг известняка в соляной кислоте?



  1. Зубрев Н.И. Техническая химия на железнодорожном транспорте. Ч. 1: Учеб. пос. – М.: РГОТУПС, 1998.

  2. Махнин А.А., Махнин А.А., Втулкин М.Ю., Хлесткова Н.В. Физико-химические процессы в техносфере. Учебное пособие для студентов железнодорожных ВУЗов. М: РГОТУПС, 2005.

  3. Зубрев Н.И. Инженерная защита биосферы от загрязнения тяжелыми металлами на транспорте. М: РГОТУПС, 2004.

  4. Зубрев Н.И. Бекасов В.И. Пути снижения загрязнения воздушной среды на железнодорожном транспорте. – М: ВЗИИТ, 1993.

  5. А.А. Махнин, М.Ю..Втулкин, Н.В.Хлесткова Физико-химические процессы в техносфере. Рабочая программа для студентов III курса специальности 280101 Безопасность жизнедеятельности в техносфере - М: РГОТУПС, 2004.

  6. А.А. Махнин, М.Ю..Втулкин, Н.В.Хлесткова Физико-химические процессы в техносфере. Задание на контрольную работус методическими рекомендациями для студентов 3 курса специальности 280101 Безопасность жизнедеятельности в техносфере - М: РГОТУПС, 2004.

  7. А.А. Махнин, М.Ю..Втулкин, Н.В.Хлесткова Физико-химические процессы в техносфере. Руководство к выполнению лабораторных работ для студентов 3 курса специальности 280101 Безопасность жизнедеятельности в техносфере - М: РГОТУПС, 2005.



^ 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ


  1. Изучив глубоко содержание учебной дисциплины, целесообразно разработать матрицу наиболее предпочтительных методов обучения и форм самостоятельной работы студентов, адекватных видам лекционных и семинарских занятий.

  2. Необходимо предусмотреть развитие форм самостоятельной работы, выводя студентов к завершению изучения учебной дисциплины на её высший уровень.

  3. Организуя самостоятельную работу, необходимо постоянно обучать студентов методам такой работы.

  4. Вузовская лекция – главное звено дидактического цикла обучения. Её цель – формирование у студентов ориентировочной основы для последующего усвоения материала методом самостоятельной работы. Содержание лекции должно отвечать следующим дидактическим требованиям:

  • изложение материала от простого к сложному, от известного к неизвестному;

  • логичность, четкость и ясность в изложении материала;

  • возможность проблемного изложения, дискуссии, диалога с целью активизации деятельности студентов;

  • опора смысловой части лекции на подлинные факты, события, явления, статистические данные;

  • тесная связь теоретических положений и выводов с практикой и будущей профессиональной деятельностью студентов.

Преподаватель, читающий лекционные курсы в вузе, должен знать существующие в педагогической науке и используемые на практике варианты лекций, их дидактические и воспитывающие возможности, а также их методическое место в структуре процесса обучения.

  1. При изложении материала важно помнить, что почти половина информации на лекции передается через интонацию. В профессиональном общении исходить из того, что восприятие лекций студентами заочной формы обучения существенно отличается по готовности и умению от восприятия студентами очной формы.

  2. При проведении аттестации студентов важно всегда помнить, что систематичность, объективность, аргументированность – главные принципы, на которых основаны контроль и оценка знаний студентов. Проверка, контроль и оценка знаний студента, требуют учета его индивидуального стиля в осуществлении учебной деятельности. Знание критериев оценки знаний обязательно для преподавателя и студента.



^ 4. МАТЕРИАЛЫ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ


По дисциплине «Физико-химические процессы в техносфере» предусмотрен промежуточный контроль в виде зачёта по лабораторным работам, экзамена по теоретическому материалу и текущий контроль в виде защиты одной контрольной работы. Порядок проведения текущего контроля и промежуточной аттестации строго соответствует Положению о проведении текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов в университете. Ниже приводятся примеры материалов, используемых для промежуточного контроля знаний по лабораторным работам.


4.1 ^ Материалы промежуточного контроля


Ниже приводится примеры материалов, используемых для промежуточного контроля знаний в рамках самостоятельной работы студентов по лабораторным работам (проводится после защиты всех лабораторных работ по вопросам, представленным в методических изданиях по лабораторным работам).


Вариант №1.

  1. Напишите уравнения реакции фотохимического окисления метана при попадании в атмосферу.

  2. Как математически оценивается интенсивность биологического поглощения элементов в почве для поглощения растениями. К какому классу поглощения относятся микроэлементы магний и кальций?


Вариант №2.

  1. Напишите уравнения реакции образования кислотных дождей.

  2. На сколько классов делятся природные воды по солесодержанию? Если преобладающее содержание именно ионов Cl- и Mg2+, то к какому классу относится природная вода и каково ее солесодержание?



^ 4.2 Материалы итогового контроля

Далее приводится материалы итогового контроля: примерный перечень вопросов к экзамену по изучаемому курсу химии.


^ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

1. Температурный режим системы “Земля-атмосфера”. Изменение температурного режима, “парниковый” эффект.

2. Просачивание аэрозолей в стратосферу и их влияние.

3. Сухое и влажное осаждение кислот. “Зимний” смог Лондонского типа.

4. Фотохимический или “летний” смог Лос-анжелесского типа.

5. Магнитосфера Земли. Геомагнитные “ловушки” космических частиц.

6. Ионосфера и термосфера Земли, естественный магнетизм.

7. Радиационные пояса Земли.

8. Эффекты электромагнитного излучения.

9. Антропогенное электромагнитное поле.

10. Возмущение ионосферы и термосферы электромагнитным излучением.

11. Возмущение ионосферы и термосферы при запусках ракетно-космической техники.

12. Излучение линий электропередач. Электромагнитные поля промышленной частоты (ЭМП ПЧ).

13. Влияние загрязнений на прозрачность атмосферы и цветопередачу.

14. Теория видимости в атмосфере. Видимость в чистом воздухе. Рассеяние на частицах.

15. Взаимодействие аэрозолей с объектами техносферы.

16. Химический состав природных вод. Пресная и соленая вода.

17. Подземные воды. Вода земной коры. Взаимодействие поверхностных и подземных вод.

18. Мировой океан, глобальное перемещение океанских вод.

19. Конвективные течения. Апвеллинг.

20. Загрязнение вод. Консервативные загрязнители: тяжелые металлы, гидрофобные соли, нерастворимые углеводороды, нефть, пестициды, ПАВ, радионуклиды.

21. Влияние ПАВ на состояние природных вод.

22. Влияние нефтепродуктов на экосистемы морей и океанов.

23. Водорастворимые загрязнители: минеральные соли, фосфаты, нитраты, растворимые углеводороды, детергенты (СМС), соли, применяемые при уборке снега.

24. Комплексообразование. Лигандный состав природных вод. Гидроксокомплексы.

25. Коллоидно-дисперсные формы комплексных соединений.

26. Сорбция. Активный ил. Сорбция пестицидов. Равновесие на границе раздела “вода - донный ил”.

27. Процессы, протекающие в водных объектах.

28. Закисление природных вод кислотными остатками. Буферная емкость естественных водоемов.

29. Соединения фосфора и азота как лимитирующий фактор водных экосистем.

30. Антропогенное эвтрофирование водоемов. Кислородное голодание. Изменение популяций водных организмов.

31. Типы почв. Климатическое зонирование почв.

32. Реакции тяжелых металлов. Преобразование оксидов металлов в растворимые формы гидроксидов, карбонатов, гидрокарбонатов и др.

33. Сорбция ионов металлов на катионообменных центрах почвенных частиц.

34. Принципы образования хелатных соединений. Хелатообразующие комплексы почв. Образование внутрикомплексных хелатов металлов.

35. Подкисление почв.

36. Восстановление серы анаэробными сульфатредуцирующими бактериями. Накопление серы, подщелачивание почв.

37. Радионуклиды. Цезий, йод, стронций, радий и уран в почвах. Сорбция радионуклидов частицами почвы. Образование комплексных соединений.

38. Пестициды. Галогенсодержащие углеводороды в почве.

39. Реакции с нитратами, свободными радикалами в почве. Образование микроколлоидных частиц.

40. Процессы деградации почв. Дефляция.

41. Образование техногенных геохимических аномалий элементов.

42. Зона отчуждения Чернобыльской АЭС.

43. Последствия аварии Чернобыльской АЭС.

44. Засоление почв.

45. Эрозия. Потери гумуса вследствие сельскохозяйственной и промышленной деятельности человека.

46. Опустынивание земель.

47. Добыча полезных ископаемых открытым способом.

48. Исчерпаемые и неисчерпаемые природные ресурсы. Перспективы их использования.

49. Круговорот соединений азота и фосфора в техносфере.

50. Радиационное загрязнение техносферы.

51. Что такое диоксины? Как они образуются и в чем проявляется их негативное воздействие на живые организмы?

52. Что влияет на миграцию тяжелых металлов в водных системах?

53. Почему алюминий является токсичным металлом?

54. Почему металлическая ртуть менее опасна, чем ее соединения?

55. Что такое почвенный поглощающий комплекс?

56. Какие виды почвенной кислотности вы знаете?

57. Какие процессы определяют поведение тяжелых металлов в почвах?

58. Какие процессы характеризуют поведение пестицидов в почвах?

59. Какие соединения попадают под понятие «ксенобиотики»?

60. В чем состоит опасность уничтожения отходов на мусоросжигающих заводах?


Сроки и форма проведения контроля должны соответствовать нормам, установленным требованиями Государственного образовательного стандарта, распоряжениями Министерства образования России, а также – соответствующими приказами по Московскому государственному университету путей сообщения (МИИТ).


Скачать 351.49 Kb.
Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты