Реферат: Программа дисциплины по кафедре «Химия» физическая химия

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Тихоокеанский государственный университет






УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

________________С. В. Шалобанов

«______»_____________200__г.


ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

по кафедре «Химия»

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ


Утверждена научно-методическим советом университета для направлений подготовки (специальностей) в области химической технологии и биотехнологии Специальности 240403.65 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» (ХТПЭ) 240406.65 «Технология химической переработки древесины» (ХПД)


Хабаровск 2007 г.

Программа разработана в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных стандартов профессионального образования с учетом особенностей региона и условий организации учебного процесса Тихоокеанского государственного университета


Программу составила

Яргаева В. А., к.х.н., доцент кафедры химии


Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры химии

протокол № ____ от «_____»__________200_ г

Завкафедрой _________________ «______»_________2007 г. Панасюк Т. Б.


Программа рассмотрена и утверждена на заседании УМК и рекомендована к изданию протокол № ____ от «_____»__________200_ г
Председатель УМКС_________________ ______2007г Александров А. В.
Подпись дата Ф.И.О.


Директор института _________________ _________2007г Син А. З.
Подпись дата Ф.И.О.
(декан факультета)


^ Цели и задачи дисциплины


Цель и задачи изучаемого курса направлены на реализацию требований к уровню подготовки специалистов в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования для студентов, обучающихся по специальностям 240406.65 и 240403.65.

1.1. Целью изучения физической химии являются приобретение студентами целостных представлений и знаний о химических и физико–химических процессах и явлениях, протекающих в окружающей природе и технологиях переработки природных энергоносителей, углеродных материалов и древесины. Главное внимание уделяется исследованию законов протекания химических и физико-химических процессов, состояния фазового и химического равновесий, основам электрохимии и кинетики. Овладение данными закономерностями обеспечит научно обоснованный подход к протеканию любого химико-технологического процесса, даст возможность предсказывать его направление, пределы протекания, а следовательно, возможность управлять им, т.е. обеспечить оптимальное его проведение.


1.2. Задачи изучения дисциплины:

- Освоение фундаментальных законов и понятий физической химии.

- Привитие навыков проведения термодинамических и кинетических расчетов различных химико-технологических процессов.

- Освоение основных принципов прогнозирования направления и пределов самопроизвольного протекания любого химико-технологического процесса в зависимости от условий системы.

- Выработка умения на основе фундаментальных теоретических знаний обоснованно выбирать соответствующий метод исследования для решения конкретной практической задачи, грамотно использовать оборудование, приборы, самостоятельно спланировать и точно провести эксперимент, математически обработать и обобщить результаты исследований.

Привитие навыков работы с литературой, справочниками и другими информационными источниками.



Объем дисциплины и виды учебной работы


Наименование
По учебным планам основной траектории обучения

С максимальной трудоемкостью

С минимальной трудоемкостью
Общая трудоемкость дисциплины
По ГОС

По УП


340

357


340

340

Изучается в семестрах

5,6

5,6
Виды итогового контроля по семестрам
Зачет

Экзамен

Курсовой проект (КП)

Курсовая работа (КР)

^ Виды итогового контроля самостоятельной работы без отчетностей

Расчетно-графические работы (РГР)

Реферат (РФ)

Домашние задания (ДЗ)


5,6

5


5,6


5.6

5


5.6

^ Аудиторные занятия:

Всего

В том числе: лекции (Л)

Лабораторные работы (ЛР)

Практические занятия (ПЗ)


187

102

85


187

102

85
Самостоятельная работа
Общий объем часов (С2)

В том числе: на подготовку к лекциям

на подготовку к ЛР

на подготовку к ПЗ

на выполнение КП

на выполнение КР

на выполнение РГР

на написание РФ

на выполнение ДЗ

на экзаменационную сессию


170

85

51


34


153

85

34


34


^ Содержание дисциплины


Введение. Предмет и содержание физической химии. Основные разделы курса. Значение физической химии для химической технологии. Исторические этапы развития физической химии. Теоретические методы физической химии: термодинамический, квантово-механический, квантово-статистический, молекулярно-кинетический. Экспериментальные методы физической химии. Основные понятия и определения; система (изолированная, открытая, гомогенная, гетерогенная); фаза; компонент; состояние системы; параметры (интенсивные, экстенсивные); процесс (круговой, изобарный, изохорный, изотермический, адиабатический, обратимый, необратимый); стандартное состояние; функции состояния.
Первое начало (закон) термодинамики. Закон сохранения и превращения энергии. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Функции процесса. Основные формулировки первого начала термодинамики. Взаимосвязь теплоты, работы и изменения внутренней энергии процесса. Вывод уравнений для расчета работы, изменения энтальпии и внутренней энергии в изотермическом, изобарическом, изохорическом и адиабатическом процессах изменения состояния идеального газа. Приложения первого начала термодинамики. Связь тепловых эффектов при постоянном объеме и при постоянном давлении. Термодинамическое обоснование закона Гесса и его применении для расчетов тепловых эффектов. Стандартные состояния веществ. Таблицы теплот образования из простых веществ и сгорания соединений в стандартных условиях. Их применение для вычисления тепловых эффектов химических реакций. Применение первого начала термодинамики для установления взаимных связей тепловых эффектов промежуточных стадий сложных процессов. Зависимость тепловых эффектов химических реакций, теплот растворения от температуры. Вывод и анализ уравнения Кирхгофа. Интегрирование уравнения Кирхгофа. Расчеты (аналитический и графический методы) тепловых эффектов химических реакций при различных температурах, теплот агрегатных превращений, теплот растворения и разбавления. Калориметрические методы измерения тепловых эффектов.

^ Второе начало (закон) термодинамики. Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа и теплота обратимого процесса. Принцип Каратеодори. Энтропия. Аналитическое выражение второго начала термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Применение энтропии как критерия равновесия и направления самопроизвольных процессов в изолированных системах. Вывод уравнений, выражающих зависимость энтропии твердых, жидких и газообразных веществ от температуры, давления, объема. Изменение энтропии при фазовых переходах. Вычисление изменения энтропии при охлаждении (нагревании) веществ и при фазовых переходах. Применение таблиц стандартных величин для расчетов изменения энтропии в ходе химических реакций при различных температурах и концентрациях. Энергия Гиббса (свободная энтальпия). Энергия Гельмгольца (свободная энергия). Химический потенциал. Физический смысл этих величин. Уравнения Гиббса-Гельмгольца для отдельных веществ и химических реакций. Применение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца в качестве критериев направления самопроизвольных процессов и равновесий в изотермических системах. Влияние температуры и давления на энергию Гиббса и энергию Гельмгольца, на химический потенциал веществ. Расчеты энергии Гиббса и энергии Гельмгольца с применением таблиц стандартных величин, а также сравнительными методами.

^ Третье начало (закон) термодинамики. Тепловая теорема Нернста. Формулировка теоремы. Следствия. Постулат Планка. Вычисления абсолютных стандартных величин энтропии веществ из термохимических данных.Термодинамическая вероятность состояния системы. Статистическая формулировка второго начала термодинамики. Вывод уравнений, связывающих энтропию и термодинамическую вероятность (соотношение Больцмана-Планка).

^ Химическое равновесие. Динамическая и термодинамическая характеристики химического равновесия. Подвижность и регулируемость химических равновесий. Обратимость химических реакций. Закон действующих масс, различные формы его выражения. Термодинамический вывод равновесного выражения закона действующих масс. Константа химического равновесия, способы ее выражения для гомогенных и гетерогенных реакций, идеальных и неидеальных систем, Kp, Kc, Kf, Ka, Kх, соотношения между ними. Особенности химических равновесий в растворах (идеальных и реальных). Экспериментальные методы изучения химических равновесий. Термодинамическое и практическое значение учения о химическом равновесии.

Взаимосвязь изменения энергии Гиббса в ходе реакции и химического сродства. Вывод и анализ уравнения Вант-Гоффа изотермы химической реакции. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца химической реакции. Зависимость химического равновесия от температуры. Вывод уравнения изобары и изохоры химической реакции (изобары и изохоры Вант-Гоффа).

Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье-Брауна. Методы расчета констант химического равновесия с использованием таблиц стандартных величин термодинамических функций. Метод Темкина-Шварцмана.

Экспериментальные методы определения констант химического равновесия и химического сродства для идеальных и реальных, гомогенных и гетерогенных систем. Определение тепловых эффектов, изменения энергии Гиббса, энтропии химических реакций из опытных данных для химических равновесий при различных температурах (графические и аналитические)

Вычисление состава равновесных смесей, равновесного выхода продуктов реакции, степени превращения исходных веществ, степени диссоциации; учет изменения объема для реакций, протекающих в газовой фазе. Влияние начальных давлений (концентраций), соотношения реагентов, добавок индифферентных веществ (инертных газов), величины поверхности реагентов на состояние равновесия и полноту протекания реакции. Выбор оптимальных условий проведения обратимых реакций. Особенности термодинамической теории химических равновесий и химического сродства для гетерогенных систем.


^ Фазовые равновесия. Однокомпонентные системы. Основные понятия: фаза, компонент, степень свободы (вариантность). Основной закон фазового равновесия. Вывод и анализ правила фаз Гиббса. Фазовые переходы первого и второго рода. Термодинамическое условие равновесия гетерогенной однокомпонентной системы при постоянной температуре. Вывод, интегрирование и анализ уравнения Клапейрона-Клаузиса. Применение его для нахождения теплот фазовых переходов и для анализа состояний однокомпонентных систем. Общий принцип построения диаграмм. Диаграмма состояния воды и других веществ.


^ Двухкомпонентные системы. Растворы Общие особенности равновесий в двухкомпонентных системах. Общая характеристика растворов. Термодинамическое условие образования растворов. Взгляды Д. И. Менделеева на природу растворов. Роль физических и химических факторов в процессах образования растворов. Термодинамическая классификация растворов. Идеальные и неидеальные растворы. Активность, коэффициенты активности растворенного вещества и растворителя, формы их выражения. Зависимость термодинамических характеристик раствора от состава. Парциальные мольные величины и методы их определения. Относительные парциальные мольные величины. Уравнения Гиббса-Дюгема. Химический потенциал компонента в идеальных и неидеальных растворах. Зависимость этой величины от температуры и концентрации. Взаимосвязь химических потенциалов растворителя и растворенного вещества. Термодинамическая теория растворимости. Уравнения, выражающие влияние температуры на растворимость. Особенности равновесия в системах насыщенный пар – жидкий раствор малолетучего вещества. Закон Рауля. Его термодинамическое обоснование. Отступления от закона Рауля. Термодинамическое описание идеальных и реальных растворов. Стандартные состояния растворителя и растворенного вещества.

Криоскопия. Эбуллиоскопия. Термодинамическое обоснование уравнений, связывающих понижение температуры кристаллизации растворителя из раствора и повышение температуры кипения с концентрацией. Связь эбуллиоскопической и криоскопической постоянных со свойствами растворителя. Применение криоскопических и эбуллиоскопических измерений для определения молекулярных масс, коэффициентов активности, степени диссоциации и ассоциации. Осмос. Его роль в природе и технике. Понятие об обратном осмосе. Зависимость осмотического давления от концентрации и температуры. Термодинамическое обоснование этой зависимости. Методы измерения осмотического давления. Осмометрия. Практические приложения этих измерений.
^ Двухкомпонентные жидкие системы в равновесии с насыщенным паром. Особенности равновесий в системах пар – непрерывные растворы летучих жидкостей. Термодинамическая классификация этих растворов. Зависимость химических потенциалов, активностей, парциальных давлений и общего давления пара от состава раствора. Законы Коновалова и их термодинамическое обоснование. Азеотропные смеси. Взаимосвязь диаграмм: общее давление – состав и температура кипения – состав для растворов. Диаграмма состав раствора – состав пара. Методы разделения бинарных систем. Перегонка. Ректификация. Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Влияние температуры на взаимную растворимость. Критические температуры растворения. Зависимость давления насыщенного пара от состава в жидких системах с ограниченной растворимостью. Применение диаграмм состояния для вычисления химических потенциалов, энтропии и в физико-химическом анализе. Давление пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Теоретические основы перегонки с водяным паром.

^ Двухкомпонентные твердые системы в равновесии с расплавом. Особенности равновесий в системах кристаллы – жидкость и кристаллы – пар. Особенности термодинамической теории растворимости твердых веществ в жидкостях. Уравнение Шредера. Изоморфизм. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. Работы Н.С. Курнакова и его школы. Физико-химический анализ. Его научное и практическое значение. Термический анализ, кривые охлаждения. Системы с неограниченной взаимной растворимостью в твердом состоянии, с простой эвтектикой, с ограниченной растворимостью в твердом состоянии, с образованием устойчивых и неустойчивых химических соединений. Природа эвтектики. Правило рычага.

^ Многокомпонентные системы. Особенности равновесий в трехкомпонентных системах. Графическое выражение состава с помощью равностороннего треугольника. Диаграмма плавкости трехкомпонентной системы неизоморфно кристаллизующихся веществ. Ее проекция на плоскость. Применение этой диаграммы для описания гетерогенных равновесий в различных условиях. Закон распределения растворенного вещества между двумя несмешивающимися растворителями (закон Бертело-Нернста-Шилова). Его термодинамическое обоснование. Коэффициент распределения. Экстракция. Основные количественные характеристики экстракции. Применение экстракции в химической технологии переработки древесины и технологии природных энергоносителей и углеродных материалов.


^ Растворы и расплавы электролитов. Сильные и слабые электролиты. Термодинамика электролитической диссоциации. Средние ионные активности и коэффициенты активности. Зависимость степени электролитической диссоциации от концентрации, природы растворителя, температуры, посторонних электролитов.

Особенности оптических, термодинамических свойств сильных электролитов. Зависимость коэффициентов активности и химических потенциалов от концентрации. Ионная сила. Основные положения теории сильных электролитов Дебая и Хюккеля. Ионная атмосфера (реальная и условная). Радиус ионной атмосферы. Потенциал ионной атмосферы. Зависимость этих величин от ионной силы раствора, природы растворителя и температуры. Вывод и анализ уравнения, связывающего коэффициент активности ионов электролитов с ионной силой раствора. Расчеты коэффициентов активности, активности и химических потенциалов для растворов средних и высоких концентраций.


^ Электрическая проводимость растворов Электропроводность расплавов и растворов. Удельная, эквивалентная, молярная электропроводность. Зависимость электропроводности слабых и сильных электролитов от концентрации, температуры и давления. Предельная эквивалентная электропроводность. Подвижность ионов, их зависимость от температуры и природы ионов. Числа переноса. Закон независимого движения ионов. Методы измерения электропроводности растворов электролитов. Закон разбавления Оствальда. Основы теории электрической проводимости Онзагера. Электрофоретический и релаксационный эффекты торможения ионов в электрическом поле. Подвижность и числа переноса. Применение измерений электропроводности для определения констант диссоциации и гидролиза, энтальпии и энтропии электролитической диссоциации, для аналитических целей (кондуктометрическое титрование).

^ Электродвижущие силы и электродные потенциалы. Современные представления о механизме возникновения электродных потенциалов и двойного электрического слоя. Роль сольватации в возникновении электродного потенциала на границе металл - раствор. Обратимые и необратимые электроды. Водородный электрод. Электродные потенциалы по водородной шкале. Термодинамический вывод уравнения, выражающего зависимость ЭДС гальванического элемента от активностей (уравнения Нернста). Зависимость ЭДС от температуры. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Классификация электродов. Электроды первого, второго рода, третьего рода, окислительно-восстановительные, газовые, мембранные (ионообменные). Вывод и анализ уравнений, выражающих зависимость электродных потенциалов от активностей компонентов электродных реакций для электродов различных типов. Стандартные потенциалы. Типы гальванических элементов: химические, концентрационные. Диффузионный потенциал, механизм его возникновения и зависимость от активности и от природы электролитов. Методы устранения диффузионных потенциалов. Цепи без переноса и с переносом. Методы измерения ЭДС гальванических элементов и электродных потенциалов. Электроды сравнения. Определение коэффициентов активности на основании измерений ЭДС. Применение измерений ЭДС для определения изменений термодинамических функций при электродных реакциях, констант равновесия, произведения растворимости малорастворимых электролитов, активности электролитов и др.. Применение измерений ЭДС для определения рН растворов. Прямая потенциометрия. Потенциометрическое титрование.


^ Кинетика гомогенных реакций в газовой фазе и растворах. Элементарные реакции. Основные понятия формальной кинетики: скорость реакции, ее молекулярность, порядок. Основной постулат формальной химической кинетики. Зависимость скорости реакции от концентрации. Константа скорости. Кинетическая классификация необратимых гомогенных химических реакций. Реакции первого, второго, третьего, дробного и нулевого порядков. Кинетические уравнения для этих реакций. Вывод и анализ уравнений, выражающих зависимость концентрации от продолжительности этих реакций. Период полупревращений. Экспериментальные методы определения порядка реакции и константы скорости. Сложные реакции: двусторонние (обратимые), параллельные, последовательные, сопряженные (консекутивные). Стадии протекания сложных реакций. Лимитирующая стадия. Расчеты скоростей реакций, констант скоростей, концентраций через различные промежутки времени от начала реакции для реакций различных порядков. Зависимость скорости и константы скорости химической реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Методы определения энергии активации, предъэкспоненциального множителя из опытных кинетических данных: графический и аналитический.


^ Теории химической кинетики. Современные представления о механизме элементарного акта химической реакции. Теория активных соударений (столкновений). Истолкование энергии активации в рамках этой теории. Стерический (энтропийный) фактор. Принцип стационарных состояний и его применение для объяснения механизма мономолекулярных реакций.

Теория переходного состояния. Активированный комплекс. Вывод уравнения, выражающего зависимость скорости реакции от концентрации и температуры. Энтропия активации и ее связь со стерическим фактором для бимолекулярных и мономолекулярных реакций. Сопоставление теории активных соударений и теории переходного состояния с опытными данными по кинетике реакций в газовой фазе. Вычисление скоростей химической реакции в рамках теории переходного состояния по методу активных соударений. Вычисление кинетических параметров с помощью этих теорий.


^ Кинетика гетерогенных процессов. Классификация и кинетические особенности гетерогенных химических реакций. Роль диффузии в гетерогенных реакциях. Особенности диффузии в газах, жидкостях и твердых телах. Движущая сила диффузии. Уравнение диффузии, вытекающие из термодинамики необратимых процессов. Законы Фика. Коэффициент диффузии и его зависимость от температуры, природы вещества, агрегатного состояния. Формула Смолуховского-Эйнштейна-Стокса. Диффузионный слой. Скорость химической реакции и скорость диффузии в нестационарном процессе.

Стационарное состояние в гетерогенных процессах. Вывод кинетического уравнения гетерогенной реакции первого порядка, сопровождаемой диффузией реагирующего вещества к зоне реакции. Дифференциальная и интегральная формы этого уравнения. Зависимость опытно наблюдаемой константы скорости гетерогенной реакции от температуры, природы реакции. Графическое и аналитическое определение константы скорости гетерогенной реакции. Скорость гетерогенных реакций в предельных случаях (диффузионная и кинетическая области) и в смешанном режиме. Влияние температуры на кинетику гетерогенных реакций, содержащих диффузионную стадию. Кинетика растворения и кристаллизации. Уравнение Щукарева для процесса растворения. Кинетика топохимических реакций.


^ Кинетика фотохимических и цепных реакций. Основные законы фотохимии. Общая характеристика фотохимических реакций. Квантовый выход. Кинетические уравнения фотохимических реакций. Природа цепных и сенсибилизированных реакции. Работы Боденштейна, Н. Н. Семенова и его школы, Хиншельвуда. Разветвленные цепные реакции. Механизм возникновения, развития и обрыва цепи. Роль радикалов и колебательно возбужденных молекул в цепных реакциях. Кинетические уравнения неразветвленных и разветвленных реакций. Тепловой и цепной механизмы воспламенения и взрыва. Влияние концентрации, давления и температуры на скорость цепных реакций. Экспериментальные методы изучения кинетики цепных реакций.

^ Кинетика электрохимических реакций. Электролиз. Кинетика электрохимических реакций. Особенности влияния потенциала, температуры, концентрации, материала электрода на скорость электрохимических реакций. Концентрационная и химическая поляризация. Вывод уравнения, выражающего зависимость концентрационной поляризации от силы тока. Понятие о полярографии. Кинетическое уравнение медленной электрохимической реакции. Термодинамическое условие электролиза. Законы электролиза Фарадея. Напряжение разложения. Значение электролиза в технике.

^ Катализ. Общие направления. Теории. Классификация каталитических реакций. Положительный и отрицательный катализ. Общие особенности каталитических реакций. Катализ и химическое равновесие. Активность и селективность катализаторов. Влияние катализаторов на энергию активации катализируемой реакции. Зависимость скорости каталитической реакции от концентрации катализатора и реагентов. Практическое значение катализа. Классификация гомогенно-каталитических реакций, их механизм. Роль промежуточных продуктов. Вывод кинетических уравнений с использованием принципа стационарных концентраций. Анализ этих уравнений, их предельные случаи и лимитирующие стадии реакции. Общий и специфический кислотно-основной катализ. Гомогенный катализ комплексами переходных металлов и ферментативный катализ, их особенности. Автокатализ и ингибирование в гомогенном катализе. Классификация гетерогенно-каталитических реакций и катализаторов. Способы приготовления катализаторов, их основные характеристики. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Вывод кинетического уравнения для стационарных систем. Каталитические, реакции в потоке, кипящем слое. Зависимость скорости каталитической реакции от температуры. Диффузионная и кинетическая лимитирующие стадии процесса. Отравление и промотирование катализаторов. Механизм гетерогенных каталитических реакций. Основные теории гетерогенного катализа и представления о промежуточных формах активных частиц. Мультиплетная теория А. А. Баландина, принцип геометрического и энергетического соответствия в катализе, границы применимости мультиплетной теории. Теория активных ансамблей Н. И. Кобозева. Электронная теория Волькенштейна. Современные теории катализа. Предвидение каталитической активности.

^ Введение в теорию самоорганизации материи. Элементы синергетики. Самоорганизация материи. Нелинейная термодинамика неравновесных процессов, нелинейная динамика и явления самоорганизации материи. Бифуркация в химической реакции. Колебательная реакция Белоусова – Жаботинского – реакция БЖ. Модель брюсселятора. Понятие о фракталах. Фрактальные объекты и системы, встречающиеся в природе. Значение фрактального подхода для практики.


^ Разделы дисциплины и виды занятий и работ



№
^ Раздел дисциплины
Л

ЛР

ПЗ

РГР

ДЗ

1

Введение

*













2

Первое начало (закон) термодинамики

*

*




*




3

Второе начало (закон) термодинамики

*

*




*




4

Третье начало (закон) термодинамики

*

*




*




5

Химическое равновесие

*

*




*




6

Фазовые равновесия. Однокомпонентные системы

*







*




7

Двухкомпонентные системы. Растворы

*

*




*




8

Двухкомпонентные жидкие системы в равновесии с насыщенным паром

*







*




9

Двухкомпонентные твердые системы в равновесии с расплавом

*

*




*




10

Многокомпонентные системы

*

*










11

Растворы и расплавы электролитов

*







*




12

Электрическая проводимость растворов

*

*




*




13

Электродвижущие силы и электродные потенциалы

*

*




*




14

Кинетика гомогенных реакций в газовой среде и растворах

*

*




*




15

Теории химической кинетики

*







*




16

Кинетика гетерогенных процессов

*

*




*




17

Кинетика фотохимических и цепных реакций

*







*




18

Кинетика электрохимических реакций. Электролиз

*

*




*




19

Катализ. Общие направления. Теории

*







*




20

Введение в теорию самоорганизации материи. Элементы синергетики

*















^ Лабораторный практикум

Правила работы в лаборатории физической химии. Приборы и оборудование. Правила оформления лабораторных работ.

Инструктаж по технике безопасности. Изучение правил работы в лаборатории физической химии и особенностей работы с приборами, установками, оборудованием. Освоение графических методов в физической химии. Знакомство с ошибками измерений и обработкой экспериментальных данных

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Определение теплового эффекта процесса растворения твердого вещества.

Определение теплового эффекта процесса растворения твердого вещества электролита методом калориметрии и сравнение с тепловым эффектом, рассчитанным по справочным величинам.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Определение теплового эффекта процесса нейтрализации.

Экспериментальное определение теплового эффекта процесса нейтрализации сильной кислоты сильным основанием методом калориметрии и сравнение с тепловым эффектом этого же процесса, рассчитанного по справочным значениям как сумма тепловых эффектов стадий: разбавление кислоты основанием, разбавление основания кислотой и собственно реакции нейтрализации.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Термодинамическая характеристика процесса.

Расчеты термодинамических функций ∆Η, ΔЅ, ΔG для любого физико-химического процесса или химической реакции по справочным данным и термодинамические характеристика исследуемого процесса.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Изучение равновесия гомогенной реакции в растворе.

Определение константы равновесия гомогенной реакции в растворе при различных температурах методом титриметрии и расчет теплового эффекта по экспериментальным и справочным значениям.

Время выполнения работы – 4 часа.

^ Определение констант равновесия.

Расчет константы равновесия химической реакции при любой температуре методом Темкина – Шварцмана. Вычисление состава равновесных смесей, равновесного выхода продуктов реакции, степени превращения веществ.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Изучение свойств веществ криоскопическим методом.

Определение молярной массы вещества неэлектролита или изотонического коэффициента вещества электролита криоскопическим методом.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Фазовые равновесия. Коллигативные свойства растворов.

Расчет числа степеней свободы различных систем при заданных параметрах. Определение различных свойств веществ и растворов методами криоскопии, эбуллископии и осмометрии.

Время выполнения работы – 6 часов.


^ Изучение равновесия жидкость – пар в двойных жидких системах.

Изучение равновесия между жидкостью и паром методом рефрактометрии и построение диаграммы кипения: состав – температура кипения двойной жидкой системы.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Построение диаграммы плавкости двухкомпонентной системы.

Проведение термического анализа: снятие кривых охлаждения чистых компонентов и бинарных смесей различного состава; на основании кривых охлаждения построение диаграммы плавкости и её анализ.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Определение коэффициента распределения.

Определение коэффициента распределения уксусной кислоты между органическим растворителем и водой методом титриметрии, оценка возможности диссоциации или ассоциации уксусной кислоты в этих растворителях; выбор лучшего экстрагента для уксусной кислоты.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Измерение электрической проводимости электролита и определение его физико-химических характеристик.

Изучение зависимости удельной и молярной электрических проводимостей электролита от его концентрации в водном растворе и определение основных физико-химических характеристик электролита.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Определение растворимости малорастворимого электролита методом кондуктометрии.

Определение растворимости и произведение растворимости малорастворимой соли при двух температурах; расчет изменения термодинамических функций процесса растворения.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Измерение ЭДС элемента Якоби – Даниэля.

Измерение ЭДС элемента Якоби – Даниэля при различных концентрациях сульфата меди и сульфата цинка. Сравнение экспериментальных значений ЭДС с рассчитанными по уравнению Нернста.

Время выполнения работы – 4 часа


^ Определение потенциала окислительно-восстановительного электрода.

Измерение ЭДС электрохимического элемента, составленного из окислительно-восстановительного электрода и электрода сравнения, компенсационным методом; расчет экспериментального значения потенциала окислительно-восстановительного электрода и сравнение с потенциалом, рассчитанным по уравнению Нернста.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Определение pH раствора электролита потенциометрическим методом.

Определение pH растворов электролитов со стеклянным и хингидронным электродами потенциометрическим методом и сравнение с величинами pH, рассчитанными по концентрации электролита.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Изучение кинетики разложения пероксида водорода газометрическим методом.

Изучение кинетики разложения пероксида водорода с участием катализатора по измерению объёмов выделенного кислорода, определение порядка и константы скорости реакции различными способами.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Изучение кинетики реакции омыления сложного эфира титриметрическим методом.

Определение константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира при различных температурах методом титриметрии и расчет энергии активации.

Время выполнения работы – 4 часа.


^ Изучение кинетики растворения малорастворимых веществ методом кондуктометрии.

Определение константы скорости растворения малорастворимого вещества электролита при заданной температуре, поверхности образца, объема раствора, скорости перемешивания раствора.

Время выполнения работы – 4 часа.

Лабораторный практикум и его взаимосвязь с содержанием лекционного курса



№ п/п

№ раздела по варианту содержания
^ Наименование лабораторных работ
1




Правила работы в лаборатории физической химии. Приборы и оборудование. Правила оформления лабораторных работ

2

2

Определение теплового эффекта процесса растворения твердого вещества

3

2,3

Определение теплового эффекта процесса нейтрализации

4

2,3,4

Термодинамическая характеристика процесса

5

5

Изучение равновесия гомогенной реакции в растворе

6

5

Определение константы равновесия

7

6,7

Изучение свойств веществ криоскопическим методом

8

6,7

Фазовые равновесия. Коллигативные свойства растворов

9

8

Изучение равновесия жидкость – пар в двойных жидких системах

10

9

Построение диаграммы плавкости двухкомпонентной системы

11