Рабочая учебная программа дисциплины Физическая химия Направление подготовки icon

Рабочая учебная программа дисциплины Физическая химия Направление подготовки


Смотрите также:
Рабочая учебная программа дисциплины Физическая химия твердого тела Направление подготовки...
Рабочая учебная программа дисциплины Физическая и коллоидная химия Направление подготовки...
Рабочая программа дисциплины (модуля) «Уравнения математической физики»...
Рабочая программа дисциплины (модуля) «Линейная алгебра и аналитическая геометрия»...
Рабочая программа дисциплины «физическая химия»...
Рабочая учебная программа по дисциплине: Физическая химия и коллоидная химия Для направлений и...
Рабочая программа дисциплина «физическая химия» Специальность...
Рабочая учебная программа дисциплины Органическая химия Направление подготовки 020100 Химия...
Рабочая программа дисциплины «Физическая химия» для подготовки бакалавров и магистров по...
Рабочая программа дисциплина «физическая и коллоидная химия» Специальность: 280501 «Технология...
Рабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры неорганической химии " " 2009 г....
Рабочая учебная программа дисциплины «Общая и неорганическая химия» Направление подготовки...



Загрузка...
скачать


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждения

высшего профессионального образования

"Ивановский государственный химико-технологический университет"

Факультет неорганической химии и технологии

Кафедра физической и коллоидной химии


"УТВЕРЖДАЮ"

Проректор по учебной работе _______________ В.В. Рыбкин

" ___ " _____________ 201__ г.


Рабочая учебная программа дисциплины

Физическая химия

Направление подготовки 240100 Химическая технология

Профиль подготовки ^ Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники


Квалификация (степень) Бакалавр


Форма обучения очная


Иваново, 2010

1. Цели и задачи дисциплины:

– Изучение и объяснение основных закономерностей, определяющих различные состояния систем, направленность, скорость и оптимальные условия протекания физико-химических процессов.

– Ознакомление и освоение методик расчета термодинамических характеристик и кинетических параметров физико-химических процессов.

– Формирование навыков применения законов теоретической химии к решению практических вопросов химической технологии.

^ 2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина "Физическая химия" входит в состав базовой и вариативной частей Блока естественно-научных дисциплин, использует знания, полученные при изучении дисциплин естественно-научного цикла, в том числе математики, физики, общей химии, неорганической химии, органической химии, аналитической химии, информатики.

При приступлении к изучению дисциплины "Физическая химия" студент должен обладать

знаниями:

  • методов математического анализа, линейной алгебры;

  • теории интегрального и дифференциального исчисления;

  • базовых категорий теории статистики, виды статистических распределений;

  • законов механики и законов сохранения материи и энергии;

  • законы термодинамики, электростатики, электромагнетизма;

  • основ квантовой механики, строения атома и молекулы;

  • основ теории растворов электролитов;

  • основные положения общей химии, теории химической связи и строения веществ;

  • основ постановки химического эксперимента.

умениями:

  • обработки экспериментальных данных и их интерпретации;

  • использовать математические методы, знания основных физико-химических свойств некоторых наиболее распространенных веществ, положения теории растворов электролитов при решении практических задач,

  • оперировать основными общехимическими понятиями, положениями теории химической связи и строения веществ,

  • выполнять технически несложные химические эксперименты.

компетенциями:

  • способностью использования основных законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);

  • способностью использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы (ПК-2);

  • способностью 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 (ПК-3 );

  • владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-5);

  • способностью осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции (ПК-7);

  • способностью планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения (ПК-21);

  • способностью использовать знания свойств химических элементов, соединений и материалов на их основе для решения задач профессиональной деятельности (ПК-23);

^ 3. Требования к результатам освоения дисциплины:

    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование и развитие следующих компетенций:

  • способен использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы (ПК-2);

  • способен 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 (ПК-3 );

  • владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ПК-5);

  • способен планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения (ПК-21);

  • способен использовать знание свойств химических элементов, соединений и материалов на их основе для решения задач профессиональной деятельности (ПК-23);


В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

законы термодинамики и основные уравнения химической термодинамики;

методы термодинамического описания химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах;

термодинамику растворов электролитов и электрохимических систем;

уравнения формальной кинетики и теории кинетики сложных, цепных, гетерогенных и фотохимических реакций;

основные теории гомогенного, гетерогенного и ферментативного катализа;

Уметь:

определять по данным справочной литературы энергетические характеристики и геометрию молекул;

термодинамические характеристики химических реакций, оценивать влияние различных параметров на положение равновесия и количественные характеристики химических процессов;

экспериментально определять и рассчитывать величины рН растворов и характеристики диссоциации электролитов, производить расчеты концентрации растворов различных соединений;

проводить описание кинетических закономерностей различными методами и оценивать влияние различных факторов кинетику физико-химических процессов.

Владеть:

методами математического анализа экспериментальных данных;

основными методами работы с прикладными программными средствами, обеспечивающих наглядность представления экспериментальных данных;

различными физико-химическими методами анализа и контроля реакционных сред;

методами определения термодинамических свойств и кинетических параметров различных физико-химических процессов;

приемами определения структуры различных соединений на основе их физико-химических характеристик.


^ 4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц (396 часов).

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

4

5

^ Аудиторные занятия (всего)

170

85

85

В том числе:










Лекции

68

34

34

Практические занятия (ПЗ)







Семинары (С)







Лабораторные работы (ЛР)

102

51

51

^ Самостоятельная работа (всего)

226

95

131

В том числе:










Курсовой проект (работа)







Расчетно-графические работы

50

25

25

Реферат







^ Другие виды самостоятельной работы

76

30

46

Подготовка к контролю знаний

100

40

60

Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)




зачет,

экзамен

зачет,

экзамен

Общая трудоемкость: час

зач. ед.

396

180

216

11

5

6


^ 5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1

2

3

1.

I закон термодинамики и его приложения.

Основные положения и понятия химической термодинамики. Первый закон термодинамики, его приложение к химическим реакциям.

Понятия пробега реакции и теплового эффекта химической реакции. Закон Гесса. Термодинамические циклы. Методы расчета тепловых эффектов с использованием температурных рядов теплоемкостей и вы-

сокотемпературных составляющих энтальпии индивидуальных веществ. Особенности термохимических расчетов в растворах.

2.

II и III законы термодинамики и их приложения. Химическое равновесие.

Второй закон термодинамики. Энтропия, статистическое толкование. Расчет изменения энтропии в различных процессах. Постулат Планка, абсолютные значения энтропии.

Объединенное уравнение I и II законов термодинамики. Термодинамические потенциалы как критерии направленности и равновесия в закрытых системах.

Общая характеристика растворов. Парциальные мольные величины. Уравнения Гиббса-Дюгема, их практическая значимость в расчете ПМВ. Химический потенциал. Термодинамика идеальных растворов.

Условия химического равновесия. Термодинамическое обоснование закона действующих масс. Константа равновесия для газофазных реакций. Уравнение изотермы, нормальное химическое сродство.

Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары химической реакции. Расчет константы равновесия по методу Темкина-Шварцмана и с помощью функций приведенной энергии Гиббса. Расчет состава равновесной смеси.

Химическое равновесие в реальных растворах. Особенности расчетов. Понятия фугитивности, активности, коэффициента активности. Системы стандартных состояний.

3.

Равновесие в гетерогенных системах

Условия фазового равновесия в гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса. Равновесие в однокомпонентных системах. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса и анализ. Давление насыщенного пара. Диаграмма состояния воды.

1

2

3







Двухкомпонентные системы. Равновесие жидкость-пар в идеальных и неидеальных двухкомпонентных системах. Закон Рауля. Причины отклонения от закона Рауля. Диаграммы кипения идеальных и неидеальных двухкомпонентных систем. Теоретические основы процесса ректификации. Равновесие жидкость-жидкость. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы фенол-вода.

Равновесие жидкость–твердое. Уравнение Шредера. Диаграммы состояния. Виды физико-химического анализа. Сущность термического метода анализа.

Трехкомпонентные системы их графическое изображение. Экстракция.

4.

Термодинамика электрохимических цепей

Растворы электролитов. Средние ионные активности и коэффициенты активности. Элементы теории Дебая-Хюккеля.

Возникновение скачка потенциала на границе металл-раствор. Термодинамика обратимых электрохимических систем. Уравнение Нернста. Классификация обратимых электродов.

Электрохимические цепи, их классификация. Применение теории электрохимических систем к изучению равновесия в растворах электролитов. Потенциометрия как физико-химический метод исследования и контроля технологических процессов.

5.

Молекулярная спектроскопия

Происхождение молекулярных спектров. Вероятность энергетических переходов, правила отбора. Краткие сведения о технике эксперимента.

Особенности спектров многоатомных молекул. Резонансная спектроскопия. Принципы методов ЭПР и ЯМР. Спектры КР. Применение спектроскопии для определения молекулярных постоянных, идентификации веществ и исследования механизмов протекания химических реакций.

6.

Химическая кинетика и катализ

Основные понятия и определения. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Классификация химических реакций. Кинетический закон действующих масс. Принцип независимости. Методы определения порядка реакции. Сложные реакции. Обратимые, параллельные, последовательные реакции. Метод квазистационарных концентраций Боденштейна, границы его применимости. Понятия о лимитирующей стадии процесса и механизме реакции. Эле­мен­тарный химический акт. Переходное состояние. Ос-







новы теорий активных столкновений и абсолютных скоростей химических реакций.

Особенности кинетики гомогенных реакций в растворах. Влияние среды на константу скорости реакции. Кинетика ионных реакций в растворах. Уравнение Бренстеда-Бьеррума. Первичный и вторичный солевые эффекты. Цепные реакции. Фотохимические реакции.

Особенности каталитических процессов и их виды. Гомогенно–каталитические реакции. Окислительно-восстановитель­ный, кислотно–основной, метало-комплексный катализ. Гетерогенно-каталитические реакции. Стадии гетерогенных процессов. Роль адсорбции. Истинная и кажущаяся энергии активации. Кинетика гетерогенно-каталитических реакций, направления в развитии теории каталитических процессов.


^ 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

7

8

1.

Общая химическая технология

+

+

+

+



+

2.

Аналитическая химия и физико-химические методы анализа

+



+

+

+

+

3.

Коллоидная химия

+

+

+



+

+

4.

Безопасность жизнедеятельности

+

+

+



+

+

5.

Физико-химические основы нанотехнологий



+

+



+

+

6.

Процессы и аппараты химической технологии

+

+

+

+



+

7.

Системы управления ХТП

+

+

+

+



+

8.

Моделирование химико-технологичес­ких процессов

+

+

+

+



+




1

2

3

4

5

6

7

8

9.

Физическая химия твердого тела

+

+

+

+

+

+

10.

Основы технологии электронной компонентной базы

+

+

+



+

+

11.

Вакуумно-плазменные процессы и технологии

+

+

+

+

+

+

12.

Технология материалов электронной техники

+

+

+

+



+

13.

Технология тонких пленок и покрытий

+

+

+

+



+


^ 5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела

дисциплины

Лекц.

Практ.

зан.

Лаб.

зан.

Семин

СРС

Всего

час.

1.

I закон термодинамики и его приложение

8



12



22

42

2.

II и III законы термодинамики и их приложения. Химическое равновесие.

11



16



26

53

3.

Равновесие в гетерогенных системах

8



16



25

49

4.

Термодинамика электрохимических цепей

7



7



22

36

5.

Молекулярная спектроскопия

15



23



55

93

6.

Химическая кинетика и катализ

19



28



76

123


^ 6. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудоем­кость (час.)

1

2

3

4

1.

1

Определение теплоты растворения хорошо растворимой соли

15

2.

1

Определение теплоты гидратообразования солей металлов

3.

1

Определение теплоты нейтрализации

4.

2

Определение константы равновесия реакции дегидрирования спирта

12

5.

2

Определение константы диссоциации слабых электролитов методом электропроводимости

6.

3

Определение давления насыщенного пара над раствором

15

7.

3

Исследование зависимости давления насыщенного пара от температуры в однокомпонентных системах.

8.

3

Построение и анализ диаграмм кипения для бинарных систем

9.

3

Построение и анализ диаграммы расслоения фенол-вода

10.

3

Построение и анализ диаграмм плавкости двухкомпонентных систем методом термического анализа




1

2

3

4

11.

4

Измерение ЭДС гальванических элементов.



9

12.

4

Определение потенциала отдельного электрода

13.

4

Потенциометрическое определение произведения растворимости тру­д­норастворимого соединения

14.

4

Измерение температурного коэффициента ЭДС гальванического элемента.

15.

4

Исследование концентрационных элементов с переносом

16.

4

Потенциометрическое определение рН раствора с водородным, хингид­ронным и стеклянным электродами

17.

5

Определение собственных частот колебаний многоатомных молекул из КР-спектров

27

18.

5

Расчет теплоемкости по данным КР-спектров газообразных молекул

19.

5

Определение энергий диссоциации молекул галогенов в основном и возбужденном состояниях

20.

6

Изучение кинетики разложения мурексида в кислой среде


24


21.

6

Изучение кинетики гетерогенно-каталитического разложения пероксида водорода

22.

6

Изучение кинетики щелочного омыления этилацетата


^ 7. Практические занятия (семинары).

Проведение практических занятий не предусмотрено.


8. Примерная тематика курсовых проектов (работ).


Выполнение курсовых проектов (работ) не предусмотрено.


^ 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. Физическая химия. Учебник под ред. Краснова К.С. Т. I, II. - М. : ВШ. -2001.

2. А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко. Физическая химия. М. : ВШ. - 1988. – 496c.

3. П.Эткинс. Физическая химия. Т. I, II.- М.: Мир.- 1980. (20 экз.)

4. И.В.Кудряшов, Г.С.Каретников. Сборник примеров и задач по физической химии. - М. : ВШ. -1991. - 527с. (574 экз.)

5. Практикум по физической химии. Под ред.Буданова В.В., Воробьева Н.К.- М. : Химия. - 1986. – 352с. (1119 экз.)

6.Краткий справочник физико–химических величин. Под ред. Равделя А.А., Пономаревой Л.М. - СПб. : Иван Федоров. - 2003. – 238с. (195 экз.)

б) дополнительная литература

  1. Ф.Даниэльс, Р.Олберти. Физическая химия. - М.: Мир.- 1978–647 с.

  2. Б.П.Никольский. Физичес­кая химия. - Л.: Химия.- 1987.–880 с.

  3. Г.М.Панченков, .Г.Лебедев. Химическая кинетика и катализ.- М.: Химия.-1985.–592 с.

  4. К.Бэнуэлл. Основы моле­ку­лярной спектроскопии. - М.: Мир.- 1985. –384 с.

  5. Л.А.Николаев. Физическая хи­мия.- М.:ВШ,1979.-376 с.

  6. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М. Наука. 2003. 645 с.

  7. Гостикин В.П. "Кинетика и механизмы ферментативных реакций". Учебное пособие / Гостикин В.П., Немцева М.П.- Иваново. Изд. ИГХТУ.-2001.-83 с.

  8. Гостикин В.П. "Молекулярная и фотоэлектронная спектроскопия". Учебное пособие. / Гостикин В.П., Александрова А.Н., Трунов А.А.- Иваново. Изд. ИГХТУ.-2002.-144 с.

  9. Барбов А.В. «Термохимия. Калориметрия». Учебное пособие к практическим занятиям / Барбов А.В., Улитин М.В. – Иваново.– ИГХТУ.–2003.– 88 с.

  10. Нем­цева М.П. Учебное пособие "Основные понятия, определения и законы курса физической и коллоидной химии" / Нем­цева М.П., Кротов А.Г., Лефедова О.В.- Иваново. Изд. ИГХТУ.-2005.- 48 с.

  11. Поленов, Ю.В. Кинетика химических реакций: учеб. пособие / Ю.В. Поленов, Е.В. Егорова; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2010.- 68 с.

  12. Буданов В. В. Ключевые вопросы курса физической химии. / В.В. Буданов; Иван. гос. хим. – технол. ун-т: учеб.-метод. пособие. - Иваново, 2007. – 48с.


в) программное обеспечение


Обработка и визуализация экспериментальных данных, полученных студентами в ходе выполнения лабораторного практикума, может быть выполнена с использованием программного обеспечения, находящегося в свободном доступе на кафедре физической и коллоидной химии.


г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы


1. Учебные материалы кафедры физической и коллоидной химии на сайте ИГХТУ

http://www.isuct.ru/e-lib/taxonomy/term/35


2. Сайт Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

http://www.chem.msu.ru/rus/


3. Интернет-ресурсы МГУ им. М.В. Ломоносова

http://www.msu.ru/resources/msu-ws.html

Интернет-ресурсы РХТУ им. Д.И. Менделеева

http://www.muctr.ru/infres/inetres/


^ 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:


Для выполнения лабораторного практикума курса "Физическая химия" имеют возможность одновременно выполнять:

– лабораторные работы по разделу "I закон термодинамики и его приложения" на 5 установках;

– лабораторные работы по разделу "II и III законы термодинамики и их приложения. Химическое равновесие" на 4 установках;

– лабораторные работы по разделу "Равновесие в гетерогенных системах" на 7 установках;

– лабораторные работы по разделу "Термодинамика электрохимических цепей" на 5 установках;

– лабораторные работы по разделу "Молекулярная спектроскопия" – изучение спектров комбинационного рассеяния и инфракрасных спектров не менее 20 веществ;

– лабораторные работы по разделу "Химическая кинетика и катализ " на 8 установках.

Конструкции лабораторных установок разработаны сотрудниками кафедры. Приборная база лабораторного практикума: фотоэлектрокалориметр типа ЛМФ–72М, КФК–2 (5 шт.), мост переменного тока и кондуктометр различных типов (5 шт.), цифровыми вольтметрами типа Щ–300 (10 шт.), монохроматор типа УМ-2 (2 шт.), иономеры типа ЭВ–74 (8 шт.), рефрактометр УРЛ (4 шт.), весы марок ВЛР–200, ВЛКТ–500 (6 шт.), генератор водорода (1 шт.), жидкостными термостатами различных марок: UT–2/77, 2/82, IM–8 (16 шт.) и другим вспомогательным электроизмерительным оборудованием.


^ 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:


Чтение лекций по курсу "Физическая химия" может реализовываться как в "классическом" варианте (с помощью доски и мела), так и с использованием мультимедийной техники. В последнем случае должны быть использованы лекции-презентации, представляющие собой достаточно подробный конспект лекционного материала и требующие незначительных пояснений при чтении лекции. Лекции-презентации должны находиться в свободном доступе, что позволит студентам проводить самостоятельную подготовку в удобных условиях.

Выполнение лабораторного практикума необходимо построить таким образом, чтобы студенты могли выполнять работы с наименьшей помощью лаборанта.

Поскольку в программе курса "Физическая химия" не предусмотрены практические занятия, то преподавателю следует уделить не менее трети академического времени, отведенного на выполнение лабораторных работ, решению типовых заданий.

Структура занятия может выглядеть следующим образом:

  1. Проведение текущего контроля знаний студентов (готовность к текущему занятию): проводится тестирование по изучаемому разделу дисциплины, собеседование как итоговый контроль по разделу дисциплины, или оценка оформления задания на лабораторную работу.

  2. Решение типовых заданий по изучаемому разделу дисциплины или выполнение лабораторной работы.

  3. Самостоятельное решение заданий или предварительное оформление результатов выполненной лабораторной работы.

  4. Выполнение работы над ошибками, возникающими при выполнении заданий и лабораторной работы.

  5. Выдача задания на дом: подготовиться к следующей лабораторной работе, окончательное оформление результатов выполненной лабораторной работы или подготовиться к контролю знаний по изучаемому разделу дисциплины.

Готовность к выполнению лабораторной достигается путем основательного изучения необходимого теоретического материала, методики проведения эксперимента и инструментального обеспечения лабораторной работы.

По окончании изучения по раздела дисциплины (после выполненных лабораторных работ и решения типовых заданий) необходимо провести контроль знаний студентов в виде коллоквиумов (собеседований). Реализация коллоквиума может быть выполнена в виде закрытого тестирования (оценивается минимальный объем знаний студента) и открытого тестирования (оценивается глубокое знание студента раздела дисциплины; проводится при наличии желания студента иметь более высокий балл по дисциплине).

^ Самостоятельная работа студента состоит в подготовке письменного отчета по лабораторной работе (до и после выполнения работы). Отчет должен содержать наименование работы, обозначить цель и задачи лабораторной работы, основные теоретические положения изучаемого вопроса, ход выполнения работы, таблицы с экспериментальными и расчетными данными, расчетные уравнения и примеры выполненных расчетов величин с анализом погрешностей экспериментальных данных, графические зависимости полученных в эксперименте зависимостей с их анализом, выводы по работе. При подготовке отчета по лабораторной работе и выполнении необходимых расчетов студент должен использовать компьютерную технику и программное обеспечение, позволяющее проводить обработки экспериментальных данных на высоком уровне.

Для закрепления полученных теоретических знаний и навыков выполнения конкретных практических расчетов в самостоя­тельную работу студентов необходимо включать расчетные задания (выдаются на дом) по каждому разделу дисциплины.

В качестве рекомендуемых предлагаются следующие задания:


тема: “Химическая термодинамика. Равновесие в газовой фазе”

1. Рассчитать тепловые эффекты rH(298) и rU(298) для химической реакции:






2. Записать реакцию, тепловой эффект которой равен стандартной теплоте образования вещества А2.

3. Используя температурные зависимости теплоемкостей веществ, вычислить тепловые эффекты реакции (1) в интервале температур Т1Т2 (не менее 6 значений) при давлении в системе 1,0133105 Па.

4. Рассчитать rСp(Т) при температуре Т3. Построить график зависимости теплового эффекта реакции (1) от температуры на основании результатов расчета по пункту 3 и определить rСp(Т3) графически. Проанализировать полученные результаты.

5. Определить rG(298), rS(298) и К при температуре 298 К. Указать направление протекания реакции при стандартных условиях, пояснить знак rS(298). Рассчитать абсолютное значение энтропии вещества А2 при температуре Т3.

6. Рассчитать стандартную константу равновесия реакции (1) в интервале температур Т1Т2 (не менее 6 значений) с использованием метода Темкина-Шварцмана.

7. На основании расчетных данных пункта 6 построить графические зависимости в координатах lnК=f(T) и lnК=f(1/T). Дать анализ полученных зависимостей. Определить графически rH(Т3) и сравнить с результатами расчета из пункта 3.

8. Рассчитать константы равновесия Кх, Кр, и Кс реакции (1) при температуре Т3 и давлении в системе 1,0133105 Па.

9. Вычислить равновесный состав реакционной смеси (в мольных долях), выход продукта реакции и степень превращения вещества А1 при температуре Т3 и давлении Р в системе, если исходные вещества А1 и А2 были смешаны в стехиометрическом соотношении.

10. Объяснить, как повлияет увеличение температуры и давления в системе на величины К, Кх, Кр, и Кс, на равновесный состав реакционной смеси, выход продукта реакции и степень превращения вещества А1. Примените для объяснения результаты расчетов по пунктам 3, 4 и 7.

11. Определить при температуре Т1 направление протекания реакции (1), если смешаны 1 молей вещества А1, 2 молей вещества А2, 3 молей вещества А3 и 4 молей вещества А4. Общее давление в системе Р̃=1.

Для выполнения описанных пунктов задания предлагается некоторая химическая реакция (необходимо уравнять) и условия:


Реакция

Условия

CH4 + 2CO = HCOOH + C2H2

= 1000 T1 = 2500 K

T2 = 3000 K T3 = 2850 K


тема: “Равновесие в гетерогенных системах”


  1. Построить диаграмму кипения бинарной системы на основании предложенных данных по температурам кипения систем различного состава и соответствующих каждой из этих систем составов паровой фазы. Провести фазовый анализ диаграммы, для различных точек диаграммы определить вариантность системы, состав системы, с использованием правила рычага количество равновесных фаз и составы равновесных фаз, содержание каждого из компонентов в равновесных фазах при указанных составе системы и температуре, провести расчет с изменением состава системы.

  2. Построить диаграмму плавления бинарной системы на основании предложенных данных по температурам начала кристаллизации систем различного состава. Провести фазовый анализ диаграммы, для различных точек диаграммы определить вариантность системы, состав системы, с использованием правила рычага количество равновесных фаз и составы равновесных фаз, характер и формулу образующихся химических соединений, построить характерные кривые охлаждения для данной диаграммы состояния.


тема: "Термодинамика электрохимических цепей"


  1. Провести расчет термодинамических характеристик химического процесса, протекающего в гальваническом элементе, с использованием известной зависимости электродвижущей силы гальванического элемента от температуры.

  2. Провести расчет электродвижущей силы гальванического элемента при заданных концентрациях растворов электролитов с учетом неидеальности растворов, произведения растворимости заданного трудно-растворимого соединения по известному значению электродвижущей силы концентрационной цепи.


тема: "Молекулярная спектроскопия"


  1. Расчет поляризации и рефракции вещества, дипольного момента молекулы по известной зависимости поляризации вещества от температуры.

  2. Расчет вращательной постоянной и энергии вращательного движения молекулы по известным константам двухатомной молекулы. Расчет момента инерции и межъядерного расстояния двухатомной молекулы при наличии вращательного спектра этого вещества.

  3. Расчет энергии колебательного движения двухатомной молекулы как ангармонического осциллятора по известным константам молекулы. Расчет собственной частоты колебаний, ангармоничности, максимального колебательного квантового числа и энергии диссоциации двухатомной молекулы при наличии колебательно-вращательного спектра.


тема: "Молекулярная спектроскопия"



  1. Определение кинетических параметров некоторой химической реакции при наличии кинетической зависимости процесса. Расчет скорости реакции при различных температурах.

  2. Составление системы дифференциальных уравнений для некоторой сложной реакции, использование метода квазистационарных концентраций для описания кинетики сложной реакции.

Варианты расчетных заданий могут быть составлены преподавателем либо взяты из учебно-методической литературы дисциплины.


^ Примеры оценочных средств для промежуточной аттестации

студентов по разделам дисциплины


Текущий контроль знаний студентов проводится с использованием закрытого тестирования. Тестовые задания составлены для каждого раздела дисциплины и включают 15 вариантов по 10 заданий в каждом.

^ I закон термодинамики и его приложения

1. К функциям состояния термодинамической системы относятся:

А. Работа и мольный объем.

Б. Энтальпия и внутренняя энергия.

В. Количество тепла и мольный объем.

Г. Внутренняя энергия и работа.

2. Термодинамическая система может перейти из состояния А в состояние В обратимым и необратимым путем. Изменение внутренней энергии при обратимом протекании составит Uобр, а при необратимом ­- Uнеобр. Каково соотношение между этими двумя величинами?

А. Uобр  Uнеобр.

Б. Uобр  Uнеобр.

В. Uобр = Uнеобр.

Г. В зависимости от свойств системы возможны все указанные соотношения.

3. Термодинамическую систему из смеси идеальных газов подвергли изотермическому расширению. Каково соотношение между сообщенной системе теплотой (QT) и работой расширения(WT) в изотермическом процессе?

А. QT  WT. Б. QT = WT.

В. QT  WT. Г. QT = –WT.

4. Укажите химическую реакцию, тепловой эффект которой следует рассматривать как теплоту сгорания вещества С2H6S.

А. С2H6S + 2,5О2 = 2С + 3H2О(г) + SО3.

Б. С2H6S + 3,5О2 = 2СО + 3H2О(г) + SО2.

В. С2H6S + 3,5О2 = 2СО2 + 3H2О(ж) + 0,5S2.

Г. С2H6S + 4,5О2 = 2СО2 + 3H2О(ж) + SО2.

5. Выберите реакцию, для которой тепловые эффекты в изобарических и изохорических условиях равны друг другу.

А. С6Н6(ж) = С6Н6(г).

Б. СаО(т) + СО2(г) = СаСО3(т).

В. СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж).

Г. СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г).

6. Для расчета теплоты образования CuSO4 можно воспользоваться законом Гесса. Тепловые эффекты каких процессов из перечисленных ниже достаточны для этого?

1.Cu(т) + 0,5O2 = CuO

3. Sромб + O2 = SO2

2. Cu(т) + O = CuO.

4. Sромб + 2O = SO2

5. O2 = 2O

6. SO2 + O = SO3

7. SO2 + 0,5O2 = SO3

8. CuO + SO3 = CuSO4

А. Первого, второго, четвёртого, пятого.

Б. Первого, четвёртого, шестого, восьмого.

В. Первого, третьего, седьмого, восьмого.

Г. Второго, третьего, шестого, восьмого.


7. Изменения теплоемкости веществ в ходе реакции SO2(г) + 1/2О2(г) = SO3(г) составляют: rCP(298) = 4,67 Дж/моль К; rCP(500) = –6,98 Дж/моль К. Как меняется тепловой эффект этой реакции в интервале 298÷500 К?




8. Для реакции изомеризации н-С5Н12 = изо-С5Н12 изобарный тепловой эффект rH0(298) = –2,09 кДж/моль. Рассчитайте температуру, при которой тепловой эффект реакции будет равен нулю, если изменение теплоемкости в ходе реакции rCP = 10,45 Дж/(моль·K) и практически не зависит от температуры.

А. Т = 0 К.

Б. Т = 498 К.

В. Т = 1000 К.

Г. Тепловой эффект реакции при любой температуре отличен от нуля.

9. Рассчитайте тепловой эффект реакции 2CОCl2+ СH4 = CCl4 + С2H4O2 при Т=600 К, если известны следующие справочные данные:



Вещество

fH0(0) кДж/моль

[H0(600) - H0(0)] кДж/моль

COCl2

–217,81

32,65

CH4

–66,89

23,25

CCl4

–98,24

45,64

C2H4О2

–420,84

40,12



А. –19,36 кДж/моль.

Б. 204,52 кДж/моль.

В. 19,36 кДж/моль.

Г. –204,52 кДж/моль.

10. Температурная зависимость теплового эффекта реакции выражается уравнением: rH = –10393 – 4,63·Т + 15,90·10–3·Т2 – 18,49·10–6·Т3. Выведите уравнение зависимости rCP = f(Т).

А. rCP = –10393 – 4,63·Т.

Б. rCP = – 4,63·Т + 15,90·10–3·Т2 – 18,49·10–6·Т3.

В. rCP = – 4,63 + 31,80·10–3·Т – 55,47·10–6·Т2.

Г. rCP = – 4,63 + 7,95·10–3·Т – 6,16·10–6·Т2.


^ II и III законы термодинамики и их приложения. Химическое равновесие


1. В изолированной системе самопроизвольно протекает химическая реакция. Как изменяется энтропия в такой системе?

А. Энтропия системы не изменяется, т.к. система изолирована.

Б. Энтропия системы возрастает.

В. Энтропия системы уменьшается.

Г. Для определения знака S надо знать величину и знак теплового эффекта протекающей реакции.


2. Какое выражение можно использовать для расчета изменения энтропии при изотермическом смешении двух идеальных газов?

А. .

Б. .

В. .

Г. .

3. Укажите направление реакции C2Н2(г) + 2Н2(г) = С2Н6(г) при стандартных условиях, если известны стандартные теплоты сгорания и энтропии веществ.

Вещество

сН0(298) кДж/моль

S0(298) Дж/(моль·К)

С2Н2 (г)

–1299,63

200,8

Н2 (г)

–285,84

69,96

С2Н6 (г)

–1559,88

229,5

А. Данных для решения вопроса о направлении процесса недостаточно.

Б. Систем находится в состоянии химического равновесия.

В. Реакция будет протекать в прямом направлении.

Г. Реакция может протекать лишь в обратном направлении.

4. На основании значений изменения энергии Гиббса при различных температурах для реакции С2Н2 (г) + 2Н2 (г) = С2Н6 (г), приведенных ниже, сделайте заключение о факторах, способствующих увеличению содержания этана в равновесной смеси. rG0(298) = –278 кДж/моль, rG0(800) = –223 кДж/моль.

А. Повышение давления и снижение температуры.

Б. Снижение давления и температуры.

В. Увеличение давления и температуры.

Г. Снижение давления и рост температуры.

5. В гальваническом элементе при Т = const и V = const квазистатически протекает химическая реакция. Изменению какой термодинамической функции равна максимальная полезная работа W'?

А. W' = –rG.

Б. W' = –r А.

В. W' = –rH.

Г. W' = –rU.

6. Какова связь между константами равновесия реакций Н2 + 0,5О2 = Н2О (К01) и 2Н2 + О2 = 2Н2О (К02)?

А. К10 = К02. Б. 2 К10 = К02.

В. К10 = (К20 )1/2. Г. К10 = (К20 )2.


7. При Т = 1000 К и Р = 1 атм протекают две реакции:

1. FeO(тв) + СО(г) = Fе(тв) + СО2 (г)

2. Fe3O4(тв) + СО (г) = 3FеО(тв) + СО2 (г)

Константа равновесия первой реакции К01 = 0,678. Можно ли на основании этих данных рассчитать константу равновесия второй реакции К02? Почему?

А. К01 = К02, т.к. выражение закона действующих масс для обеих реакций одинаково.

Б. Нельзя, т.к. К0 определяется значениями стандартных химических потенциалов всех участников реакции, а для Fe3O4(тв) и Fе(тв) стандартные химические потенциалы отличаются.

В. Можно, т.к. стандартные химические потенциалы твердых веществ одинаковы. Но при расчете необходимо учитывать стехиометрические коэффициенты участников реакции.

Г. Нельзя, т.к. Р(Fe3O4) ≠ Р(Fе).

8. Тепловые эффекты для двух реакций соответственно равны:

^ 1. СО2 + Н2 = СО + Н2О rH0(1) = 41,2 кДж/моль

2. СО + О2 = 2 СО2 rH0(2) = –566 кДж/моль

Как будут меняться константы равновесия этих реакций К01 и К02 при увеличении температуры?

А. К01 и К02 увеличатся, т.к повышение температуры всегда способствует росту констант равновесия.

Б. Только по значению rH0 невозможно сделать вывод о влиянии температуры на константу равновесия.

В. К10 увеличится, К20 уменьшится.

Г. К10 уменьшится, К20 увеличится.

9. Имеется смесь газов Н2, N2, NH3 с известными парциальными давлениями компонентов в начальный момент времени. По какому уравнению можно оценить направление процесса синтеза аммиака при заданной температуре Т в этом случае?

А. rG0 = –RT lnK0 + RTln.

Б. Для ответа на вопрос недостаточно данных.

В. rG0 = –RTln.

Г. .

10. По какому из приведенных уравнений можно рассчитать степень превращения  С2Н6 в реакции С2Н6(г) = С2Н2(г) + 2 Н2(г)?

А. . Б. .

В. . Г. .


Примеры оценочных средств для итоговой аттестации


Вопросы к экзамену по "Физической химии" (I семестр)

  1. Основные положения и понятия химической термодинамики: система, фаза, параметры и функции состояния, свойства системы (экстенсивные, интенсивные), процессы, энергия теплота, работа.

  2. Внутренняя энергия. Первый закон термодинамики, его формулировки. Энтальпия. Частные случаи первого закона термодинамики для идеального газа: изотермический, изобарный, изохорный, адиабатический процессы.

  3. Понятие пробега реакции. Тепловой эффект химической реакции. Связь тепловых эффектов при постоянном давлении и постоянном объеме. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса и расчет тепловых эффектов химических реакций.

  4. Закон Гесса. Термодинамические циклы.

  5. Теплоемкость веществ. Зависимость теплоемкости веществ от температуры. Связь средней и истинной теплоемкостей.

  6. Методы расчета тепловых эффектов при температурах, отличных от 298 К: по средним теплоемкостям, по температурным рядам теплоемкостей и по высокотемпературным составляющим энтальпии.

  7. Закон Кирхгофа. Его вывод и анализ. Расчет изменения теплоемкости в химической реакции.

  8. Второй закон термодинамики и его формулировки. Энтропия и ее статистическое толкование.

  9. Расчет изменения энтропии в различных процессах: при фазовых переходах, при нагревании системы, при нагревании идеального газа, при смешении идеальных газов, в химической реакции.

  10. Объединенное выражение I и II законов термодинамики. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Характеристические функции, их свойства. Термодинамические потенциалы, их взаимосвязь.

  11. III закон термодинамики. Постулат Планка. Расчет абсолютного значения энтропии.

  12. Энтропия как критерий равновесия и направленности процессов в изолированных системах.

  13. Признаки равновесия. Термодинамические потенциалы как критерии направленности и равновесия процессов в закрытых системах с постоянным составом.

  14. Критерии направленности процессов в закрытых системах.

  15. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Их содержание, анализ и практическая значимость. Уравнение Темкина–Шварцмана.

  16. Химический потенциал. Термодинамика идеальных растворов.

  17. Критерии направленности протекания процесса и равновесия в системе с переменным составом.

  18. Условия химического равновесия. Термодинамическое обоснование закона действующих масс. Стандартная константа равновесия для газофазных реакций.

  19. Практические константы равновесия: КС, КР, КХ, их связь со стандартной константой К.

  20. Влияние давления на химическое равновесие.

  21. Уравнение изотермы химической реакции. Его вывод и анализ. Влияние состава исходной смеси на химическое равновесие.

  22. Уравнение нормального сродства. Его практическая значимость.

  23. Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары химической реакции (вывод и анализ).

  24. Приближенное интегрирование уравнения изобары. Расчет теплового эффекта реакции по температурной зависимости константы равновесия.

  25. Расчет константы равновесия по методу Темкина-Шварцмана и с помощью функций приведенной энергии Гиббса.

  26. Расчет равновесной степени превращения и равновесного состава для стехиометрических и нестехиометрических смесей.

  27. Принцип Ле-Шателье. Влияние различных факторов на смещение равновесия.

  28. Химическое равновесие в реальных растворах. Понятия фугитивности, активности, коэффициента активности. Системы стандартных состояний.

  29. Гомогенные и гетерогенные системы. Понятия: фаза, составляющие вещества системы, компонент, степень свободы (вариантность). Условия фазового равновесия в гетерогенных системах. Правило фаз Гиббса.

  30. Равновесие в однокомпонентных системах. Уравнение Клапейрона–Клаузиуса и его анализ. Его применение к процессу плавления.

  31. Растворы и их классификация. Сольватация. Теплоты растворения и разбавления, методы определения.

  32. Равновесие жидкость–пар в идеальных и неидеальных двухкомпонентных системах. Закон Рауля. Отклонения от закона Рауля и их причины.

  33. Диаграммы кипения идеальных и неидеальных двухкомпонентных систем.

  34. Зависимости: Р=f (состав), Т=f (состав) и (состав пара)=f (состав жидкости) для идеальных растворов. Анализ диаграмм кипения идеальных растворов. Первый закон Гиббса–Коновалова.

  35. Зависимости: Р=f (состав), Т=f (состав) и (состав пара)=f (состав жидкости) для неидеальных растворов с положительным и отрицательным отклонениями от закона Рауля. Анализ диаграмм кипения неидеальных растворов с положительным отклонением и отрицательным отклонением от закона Рауля. Второй закон Гиббса–Коновалова.

  36. Теоретические основы ректификации бинарных жидких смесей.

  37. Равновесие жидкость–жидкость. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы фенол–вода.

  38. Равновесие кристаллы–жидкий раствор в двухкомпонентных системах. Уравнение Шредера в дифференциальной и интегральной формах. Его анализ.

  39. Анализ диаграмм состояния гетерогенных систем. Принцип непрерывности и принцип геометрического соответствия. Правило соединительной прямой, правило рычага.

  40. Применение термического метода анализа для изучения равновесия кристаллы–расплав.

  41. Анализ диаграмм плавления двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и нерастворимостью в твердом без образования химических соединений.

  42. Анализ диаграмм плавления двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и нерастворимостью в твердом состоянии с образованием устойчивого химического соединения.

  43. Анализ диаграмм плавления двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью в жидком состоянии и нерастворимостью в твердом состоянии с образованием неустойчивого химического соединения.

  44. Анализ диаграмм плавления двухкомпонентной системы с образованием твердых растворов с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях.

  45. Анализ диаграмм плавления двухкомпонентной системы с образованием твердых растворов с неограниченной растворимостью в жидком и с ограниченной растворимостью в твердом состоянии.

  46. Основные понятия электрохимии: проводники I и II рода, электролиты, электроды, гальванические элементы.

  47. Растворы электролитов. Средние ионные активности, коэффициенты активности моляльность. Их взаимосвязь. Ионная сила растворов.

  48. Основы теории растворов сильных электролитов Дебая и Хюккеля. Предельный закон Дебая. Уравнение Дэвис.

  49. Возникновение скачка потенциала на границе металл/раствор электролита.

  50. Электродный потенциал. Водородная шкала потенциалов. Уравнение Нернста для электродов. Классификация обратимых электродов.

Вопросы к экзамену по "Физической химии" (II семестр)

  1. Материя: вещество и поле.

  2. Электрические свойства молекул.

  3. Молекулярные спектры испускания, поглощения и комбинационного рассеяния.

  4. Вращательный спектр двухатомной молекулы.

  5. Колебательно-вращательный спектр двухатомной молекулы: модель гармонического осциллятора.

  6. Колебательно-вращательный спектр двухатомной молекулы: модель ангармонического осциллятора.

  7. Вращательная структура колебательно-вращательного спектра.

  8. Электронные спектры. Определение энергии диссоциации двухатомной молекулы.

  9. Спектроскопия комбинационного рассеяния.

  10. Резонансная спектроскопия. Спектроскопия ЭПР.

  11. Резонансная спектроскопия. Спектроскопия ЯМР.

  12. Колебательный спектр и строение многоатомной молекулы.

  13. Основные понятия и определения кинетики. Факторы, влияющие на скорость химических реакций.

  14. Классификация химических реакций.

  15. Кинетический закон действующих масс. Принцип независимости протекания реакций.

  16. Кинетика химических реакций в открытых системах.

  17. Односторонние реакции n-го порядка.

  18. Методы определения порядка реакции.

  19. Сложные реакции. Понятие о лимитирующей стадии процесса и механизме реакции.

  20. Кинетика двусторонних реакций первого порядка.

  21. Кинетика параллельных реакций первого порядка.

  22. Кинетика односторонних последовательных реакций первого порядка.

  23. Метод квазистационарных концентраций Боденштейна, границы его применимости.

  24. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса.

  25. Эле­мен­тарный химический акт. Теория активных соударений химических реакций.

  26. Эле­мен­тарный химический акт. Теория активированного комплекса химических реакций.

  27. Особенности кинетики гомогенных реакций в растворах. Влияние среды на константу скорости реакции.

  28. Кинетика ионных реакций в растворах. Уравнение Бренстеда-Бьеррума. Первичный и вторичный солевые эффекты.

  29. Особенности каталитических процессов и их виды.

  30. Энергия активации каталитического процесса.

  31. Гомогенно-каталитические реакции. Кислотно-основной катализ.

  32. Гетерогенно-каталитические реакции. Стадии гетерогенных процессов.

  33. Адсорбционный механизм Лэнгмюра-Хиншельвуда.

  34. Ударный механизм Ридила-Или.

  35. Макрокинетика гетерогенно-каталитических процессов.



Разработчики:

ГОУ ВПО "ИГХТУ" доцент Н.Ю. Шаронов _

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)


ГОУ ВПО "ИГХТУ" доцент ___М.П. Немцева________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)


Эксперты:

______________ ________________ ____________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)


_____________ ________________ ____________________

(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)





Скачать 413.33 Kb.
оставить комментарий
Дата23.01.2012
Размер413.33 Kb.
ТипРабочая учебная программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх