Obecná a fyzikální chemie III (b) - MC280P83

• Anglický název: General and Physical Chemistry III (b)
• Český název: Obecná a fyzikální chemie III (b)
• Zajišťuje: Katedra učitelství a didaktiky chemie (31-280)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2024
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 2
• Způsob provedení zkoušky: zimní s.:kombinovaná
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Poznámka: povolen pro zápis po webu; při zápisu přednost, je-li ve stud. plánu
• Garant: doc. RNDr. Petr Šmejkal, Ph.D.; RNDr. Kateřina Ušelová, Ph.D.
• Vyučující: doc. RNDr. Petr Šmejkal, Ph.D.; RNDr. Kateřina Ušelová, Ph.D.
• Neslučitelnost : MC280P20, MC280P21B

Anotace

čeština

Předmět Obecná a fyzikální chemie III (b) je určen studentům učitelství v kombinaci s chemií či jednooborové chemie. Zaměřuje se na učivo obecné chemie probírané na gymnáziu a rozšiřuje jej o základní teoretické principy a jejich experimentální i teoretické zdůvodnění. Snaží se také reagovat na možné miskoncepce existující ve výuce některých témat obecné a fyzikální chemie a navrhovat některé možné didaktické přístupy k jejich řešení (nenahrazuje tím ovšem předmět Didaktika obecné chemie).
Kurz probíhá prezenčně, v případě nemožnosti navštěvovat fakultu či znemožnění prezenční výuky bude kurz probíhat v on-line prostředí ZOOM.
Do platformy ZOOM je nutné hlásit se fakultním/univerzitním e-mailem a fakultním/univerzitním loginem!

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (11.10.2020)

angličtina

The course General and Physical Chemistry III (b) is intended for students of teaching branches in combination with chemistry or single-subject chemistry. It focuses on the subject of general chemistry discussed at the secondary schools and expands it with basic theoretical principles and their experimental and theoretical rationale. It also tries to respond to possible misconceptions existing in the teaching of some topics of general and physical chemistry and to suggest some possible didactic approaches to their solution (however, this does not replace the subject Didactics of general chemistry).
The course takes place in person, in case of impossibility to attend the faculty or the impossibility of full-time teaching, the course will take place in the online environment ZOOM.
It is necessary to log in to the ZOOM platform with a faculty/university e-mail and a faculty/university login!

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (11.10.2020)

Literatura

čeština

J. Vacík: Obecná chemie, SPN 1986.

P.W.Atkins: General Chemistry, Oxford University Press 1996.

J.Sedláček a kol.: Příklady z obecné chemie, Karolinum 2010.

Zumdahl, Steven S., and Susan A. Zumdahl. Chemistry. Boston: Houghton Mifflin, 2000.

Chang, Raymond., and Kenneth A. Goldsby. General Chemistry: The Essential Concepts. Seventh Edition. New York: McGraw-Hill, 2014.

Autoři Gymnázium Botičská, Školní vzdělávací program, cit. 2019, dostupné z http://www.gybot.cz/data/h/Z/X/08-Chemie.pdf

Auroři MŠMT. Rámcový vzdělávací program pro gymnázia: RVP G. Praha: Výzkumný ústav pedagogický v Praze, c2007. ISBN 978-80-87000-11-3.

www.studiumchemie.cz

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (29.10.2019)

angličtina

J. Vacík: Obecná chemie, SPN 1986. (General chemistry)

P.W.Atkins: General Chemistry, Oxford University Press 1996.

J.Sedláček a kol.: Příklady z obecné chemie, Karolinum 2010. (Excersizes from general chemistry)

Zumdahl, Steven S., and Susan A. Zumdahl. Chemistry. Boston: Houghton Mifflin, 2000.

Chang, Raymond., and Kenneth A. Goldsby. General Chemistry: The Essential Concepts. Seventh Edition. New York: McGraw-Hill, 2014.

Autoři Gymnázium Botičská, Školní vzdělávací program, cit. 2019, dostupné z http://www.gybot.cz/data/h/Z/X/08-Chemie.pdf

Auroři MŠMT. Rámcový vzdělávací program pro gymnázia: RVP G. Praha: Výzkumný ústav pedagogický v Praze, c2007. ISBN 978-80-87000-11-3. (Framework educational programme)

www.studiumchemie.cz

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (29.10.2019)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Podmínkou získání zápočtu je účast na přednáškách i cvičeních min. 85 %. Alternativně lze zápočet získat prostřednictvím zisku min. 60 % bodů ze zápočtového testu obsahujícího teoretické otázky i praktické příklady (výpočty).

Zkouška je složena z písemné a ústní části. Písemná část je složena z teoretických otázek a příkladů (výpočtů). Ke složení zkoušky je nutný zisk min. 60 % bodů testu (dobře: více než 60 %; velmi dobře: více než 70 % bodů; výborně: více než 80 % bodů).

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (17.06.2019)

angličtina

Active participation in lectures and exercises min. 85%. Alternatively, the credit can be obtained through min. 60% points from the credit test containing theoretical questions and practical examples (calculations). The exam consists of a written and an oral part. The written part consists of theoretical questions and examples (calculations). Min. 60% of meximum test points (3: more than 60%; 2: more than 70%; excellent - 1: more than 80%).

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (29.10.2019)

Sylabus

čeština

Soustavy látek a jejich složení
- Základní pojmy, základní veličiny Ar, Mr, n.
- Dělení směsí, oddělování složek směsí (metody kvantitativní analytické chemie), základní výpočty c, w.

Názvosloví anorganických sloučenin
- Druhy názvů a vzorců, názvosloví (binárních sloučenin, oxidů, hydroxidů, bezkyslíkatých kyselin, kyslíkatých kyselin, izopolykyselin, solí kyselin, hydrogensolí, hydrátů solí), výpočty z chemického vzorce.

Stavba atomu
- Představy o stavbě atomu, jádro atomu.
- Jádro, radioaktivita, typy a vlastnosti radioaktivního záření.
- Model elektronového obalu, elektronová konfigurace.

Periodická soustava prvků
- Periodický zákon, periodická soustava prvků, periody, skupiny, trendy v periodické tabulce.

Chemická vazba a vlastnosti látek
- Chemická vazba, její typy a slabé nevazebné interakce.

Struktura a vlastnosti látek
- Prostorové tvary molekul, struktura a vlastnosti krystalů.

Chemické reakce a chemické rovnice
- Druhy reakcí, chemické rovnice a jejich vyčíslování.
- Výpočty z rovnic.

Chemická termodynamika
- Stavová veličina (funkce).
- Zavedení: U, W, Q, H, G, S.
- I., II., III. věta termodynamiky – matematická formulace.
- Fázové rovnováhy – Gibbsův zákon fází, fázové diagramy.

Tepelné změny při chemických reakcích – termochemie
- Standardní stav látky; standardní reakční teplo.
- Termochemické zákony (pro SŠ; pro VŠ objasnění jejich nadbytečnosti).
- Standardní slučovací a spalná tepla látek.
- Výpočet standardního reakčního tepla.
- Závislost reakčního tepla na teplotě.

Chemická rovnováha
- Pojem chemická rovnováha.
- Stupeň konverze, rozsah reakce.
- Chemická rovnováha a Gibbsova energie.
- Rovnovážná konstanta (termodynamická, zdánlivé – vzájemná souvislost).
- Vliv faktorů na rovnovážné složení.
- Princip akce a reakce.

Acidobazické reakce
- Silný – slabý elektrolyt.
- Ideální roztok (ideální kapalná směs) – reálný roztok, zavedení aktivity.
- Brönstedova teorie kyselin a zásad.
- Definice pH, klasifikace roztoků dle pH; iontový součin vody.
- Disociace slabých kyselin a zásad, konjugovaný pár, stupeň disociace, disociační konstanta.
- Výpočet pH slabých kyselin a zásad.

Elektrochemie
- Hydrolýza solí.
- Pufry.
- Acidobazické indikátory.
- Srážecí reakce, součin rozpustnosti, rozpustnost, ovlivnění rozpustnosti.

Oxidačně-redukční reakce
- Oxidace, redukce, oxidační – redukční činidlo.
- Katoda, anoda.
- Elektrochemická řada napětí kovů – oxidačně-redukční vlastnosti kovů.
- Elektrolýza a její využití v praxi; Faradayův zákon.
- Elektrochemický článek; elektrolytický - galvanický článek, akumulátory.
- Potenciometrické stanovení pH – skleněná elektroda.
- Elektrochemická koroze kovů.

Rychlost chemických reakcí – reakční kinetika
- Definice reakční rychlosti.
- Kinetická rovnice; rychlostní konstanta; řád reakce.
- Klasifikace reakcí z hlediska reakční kinetiky.
- Reakce 1. řádu, poločas reakce.
- Faktory ovlivňující rychlost reakce.
- Závislost rychlostní konstanty na teplotě; aktivační energie.
- Katalyzátor.

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (17.06.2019)

angličtina

Systems of substances and their composition
- Basic concepts, basic variables Ar, Mr, n.
- Separation of mixtures, separation of components of mixtures (methods of quantitative analytical chemistry), basic calculations c, w.

Nomenclature of inorganic compounds
- Types of names and formulas, nomenclature (binary compounds, oxides, hydroxides, oxygen-free acids, oxygen acids, isopolyacids, acid salts, hydrogensols, salt hydrates), calculations from the chemical formula.
Atom structure
- Atoms of atomic structure, nucleus of atom.
- Core, radioactivity, types and properties of radioactive radiation.
- Electron sheath model, electron configuration.

Periodic table of elements
- Periodic law, periodic system of elements, periods, groups, trends in the periodic table.

Chemical bonding and properties of substances
- Chemical bond, its types and weak non-bonding interactions.

Structure and properties of substances
- Spatial shapes of molecules, structure and properties of crystals.

Chemical reactions and chemical equations
- Types of reactions, chemical equations and their quantification.
- Calculations from equations.

Chemical thermodynamics
- Status variable (function).
- Introduction: U, W, Q, H, G, S.
- I., II., III. theorem of thermodynamics - mathematical formulation.
- Phase equilibria - Gibbs law of phases, phase diagrams.

Thermal changes in chemical reactions - thermochemistry
- Standard state of the substance; standard reaction heat.
- Thermochemical laws (for secondary schools; for universities to clarify their redundancy).
- Standard combining and combustion heat substances.
- Calculation of standard reaction heat.
- Dependence of reaction heat on temperature.

Chemical equilibrium
- The concept of chemical equilibrium.
- Degree of conversion, extent of reaction.
- Chemical equilibrium and Gibbs energy.
- Equilibrium constant (thermodynamic, apparent - mutual relationship).
- Influence of factors on equilibrium composition.
- The principle of action and reaction.

Acid-base reactions
- Strong - weak electrolyte.
- Ideal solution (ideal liquid mixture) - real solution, introduction of activity.
- Brönsted theory of acids and bases.
- Definition of pH, classification of solutions according to pH; ionic product of water.
- Dissociation of weak acids and bases, conjugated pair, degree of dissociation, dissociation constant.
- Calculation of pH of weak acids and bases.

Electrochemistry
- Hydrolysis of salts.
- Buffers.
- Acid-base indicators.
- Precipitation reaction, solubility product, solubility, solubility influence.

Oxidation-reduction reactions
- Oxidation, reduction, oxidizing - reducing agent.
- Cathode, anode.
- Electrochemical series of metal stresses - oxidation-reduction properties of metals.
- Electrolysis and its application in practice; Faraday's law.
- Electrochemical cell; electrolytic - galvanic cell, accumulators.
- Potentiometric determination of pH - glass electrode.
- Electrochemical corrosion of metals.

Rate of chemical reactions - reaction kinetics
- Definition of reaction rate.
- Kinetic equation; rate constant; order of reaction.
- Classification of reactions in terms of reaction kinetics.
- 1st order reaction, half-life.
- Factors influencing the rate of reaction.
- Dependence of rate constant on temperature; activation energy.
- Catalysts.

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (29.10.2019)

Výsledky učení

čeština

• Student chápe základní pojmy a veličiny jako atomová hmotnostní jednotka (Ar), relativní molekulová hmotnost (Mr) a látkové množství (n).
• Student popíše různé typy směsí.
• Student aplikuje metody oddělování složek směsí pomocí technik kvantitativní analytické chemie.
• Student provádí základní výpočty koncentrace (c) a hmotnostního zlomku (w) látek v roztocích.
• Student rozumí názvosloví anorganických sloučenin a umí identifikovat různé druhy názvů a vzorců.
• Student aplikuje pravidla názvosloví pro binární sloučeniny, oxidy, hydroxidy, kyseliny a soli.
• Student provádí výpočty z chemického vzorce, včetně hmotnostních zlomků, a výpočty z rovnic.
• Student popisuje stavbu atomu, zaměřuje se na obal atomu a jeho vlastnosti.
• Student vysvětluje typy radioaktivního záření a jejich vlastnosti.
• Student analyzuje model elektronového obalu a určuje elektronovou konfiguraci atomů.
• Student interpretuje periodický zákon a strukturu periodické tabulky prvků, včetně period a skupin.
• Student identifikuje trendy v periodické tabulce, jako jsou trendy v elektronegativitě a ionizační energii.
• Student klasifikuje chemické vazby podle jejich typů, včetně typů slabých nevazebných interakcí.
• Student hodnotí vlastnosti látek na základě typů chemické vazby.
• Student analyzuje prostorové tvary molekul a strukturu krystalů.
• Student hodnotí vztah mezi strukturou a vlastnostmi látek.
• Student rozpoznává různé druhy chemických reakcí a umí vyčíslit chemické rovnice.
• Student provádí výpočty z chemických rovnic, včetně stechiometrie.
• Student chápe základní pojmy chemické termodynamiky, jako jsou stavové veličiny (U, W, Q, H, G, S).
• Student aplikuje I. a II. větu termodynamiky v matematických formulacích.
• Student interpretuje fázové diagramy a Gibbsův zákon fází.
• Student analyzuje tepelné změny při chemických reakcích a standardní reakční teplo.
• Student provádí výpočty standardního reakčního tepla a jeho závislost na teplotě.
• Student rozumí pojmu chemická rovnováha a umí vypočítat rovnovážnou konstantu.
• Student hodnotí vliv faktorů na rovnovážné složení systému.
• Student identifikuje silné a slabé elektrolyty.
• Student aplikuje Brönstedovu teorii kyselin a zásad, rozumí a využívá definice pH roztoků.
• Student rozumí principům elektrochemie, včetně hydrolýzy solí a pufrů.
• Student analyzuje oxidačně-redukční reakce, včetně elektrochemických článků.
• Student klasifikuje rychlost chemických reakcí podle reakční kinetiky.
• Student určuje faktory ovlivňující rychlost reakce, jako je teplota a přítomnost katalyzátorů.

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (30.09.2024)

angličtina

The student understands basic concepts and quantities such as atomic mass unit (Ar), relative molecular weight (Mr), and mass (n).
The student will describe different types of mixtures.
The student applies methods of separating components of mixtures using quantitative analytical chemistry techniques.
The student performs basic calculations of concentration (c) and weight fraction (w) of substances in solutions.
The student understands the nomenclature of inorganic compounds and can identify different types of names and formulas.
The student applies nomenclature rules for binary compounds, oxides, hydroxides, acids, and salts.
The student performs calculations from chemical formulas, including weight fractions, and calculations from equations.
The student describes the structure of an atom, focusing on the shell of an atom and its properties.
The student explains the types of radioactive radiation and their properties.
The student analyzes the electron shell model and determines the electron configuration of atoms.
The student interprets the periodic law and the structure of the periodic table of the elements, including periods and groups.
The student identifies trends in the periodic table, such as trends in electronegativity and ionization energy.
The student classifies chemical bonds according to their types, including types of weak nonbonding interactions.
The student evaluates the properties of substances based on types of chemical bonding.
The student analyzes the spatial shapes of molecules and the structure of crystals.
The student evaluates the relationship between structure and properties of substances.
The student recognizes different types of chemical reactions and can calculate chemical equations.
The student performs calculations from chemical equations, including stoichiometry.
The student understands basic concepts of chemical thermodynamics, such as state variables (U, W, Q, H, G, S).
The student applies Theorems I and II of thermodynamics in mathematical formulations.
The student interprets phase diagrams and Gibbs' law of phases.
The student analyzes thermal changes in chemical reactions and standard reaction heat.
The student performs calculations of the standard heat of reaction and its dependence on temperature.
The student understands the concept of chemical equilibrium and can calculate the equilibrium constant.
The student evaluates the effect of factors on the equilibrium composition of a system.
The student identifies strong and weak electrolytes.
The student applies Brønsted's theory of acids and bases and understands and uses the definition of pH of solutions.
The student understands the principles of electrochemistry, including hydrolysis of salts and buffers.
The student analyzes oxidation-reduction reactions, including electrochemical cells.
The student classifies chemical reaction rates according to reaction kinetics.
The student identifies factors affecting reaction rates such as temperature and the presence of catalysts.

Poslední úprava: Šmejkal Petr, doc. RNDr., Ph.D. (30.09.2024)