Экспериментальные методы - Белорусский государственный

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан химического факультета
________________ Д. В. Свиридов
(подпись)
(И.О.Фамилия)
____________________ 2011 г.
(дата утверждения)
Регистрационный № УД-______/р.**
«Экспериментальные методы физической химии.
Ч. 1. Методы химической термодинамики»
Учебная программа для специальности
1-31 05 01 Химия
Направления специальности:
1-31 05 01-01 научно-производственная деятельность
Факультет
химический
(название факультета)
Кафедра
физической химии
(название кафедры)
Курс (курсы)
Семестр
Лекции
четвертый
седьмой
Экзамен
34
7
(количество часов)
(семестр)
Практические (семинарские)
занятия
6
Зачет
(количество часов)
Лабораторные
занятия
нет
(семестр)
Курсовой проект (работа)
18
(количество часов)
нет
(семестр)
Всего аудиторных
часов по дисциплине
58
(количество часов)
Всего часов
по дисциплине
Форма получения
высшего образования очная
68
(количество часов)
Составил(а) А.В. Блохин, доктор химических наук, Е.В, Павлечко, кандидат химических наук, М. П. Шевелева. кандидат химических наук
2011 г.
Рассмотрена и рекомендована к утверждению кафедрой
физической химии
(название кафедры)
____________________
(дата, номер протокола)
Заведующий кафедрой
________________ В.В. Паньков
(подпись)
Одобрена и рекомендована к утверждению методической комиссией химического факультета Белорусского государственного университета
____________________
(дата, номер протокола)
Председатель
________________ Е.И. Василевская
(подпись)
2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Специальный курс «Экспериментальные методы физической химии. Ч. 1. Методы
химической термодинамики» предназначен для студентов 4-го курса химического факультета по специальности 1-31 05 01-01 «Химия (научно-производственная деятельность)» специализации «Физическая химия» и «Химия твердого тела и полупроводников».
Цель курса: изучение основ современных методов и средств измерения температуры и проведения термохимического эксперимента; изучение принципов построения
калориметрической аппаратуры, использования различных термометров и калориметров для решения научных и практических задач, методики проведения калориметрических опытов и обработки их результатов.
Специальный курс включает в себя не только обзор современных экспериментальных методов термометрических и калориметрических измерений, ведущихся в мире, но и рассматривает различные области применения термохимических данных в области химической технологии, физико-химии органических веществ, минералов, неорганических веществ и полимеров.
Семинарские занятия включают в себя решение практических задач: перевод температуры в Международную температурную шкалу, обработку экспериментальных
данных калориметрии, вычисление погрешностей экспериментальных величин, расчеты термодинамических свойств веществ на основании калориметрических измерений.
Целью семинарских занятий является выработка у студентов навыков обработки экспериментальных данных, полученных с использованием современных прецизионных калориметров.
На лабораторных занятиях студенты овладевают навыками работы с современным термометрическим и калориметрическим оборудованием.
Специальный курс «Экспериментальные методы физической химии. Методы химической термодинамики» непосредственно связан с общим курсом «Физическая химия» и другими специальными курсами специализации «Физическая химия», необходим студентам 4-го и 5-го курсов для качественного проведения научных исследований
при выполнении курсовых и дипломных работ.
3
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
№ п/п
Наименование разделов, тем
Количество часов
Аудиторные
лекции
1
5
6
12
15
Понятие о температуре. Термометрические параметры. Температурные шкалы
Основные типы термометров
Классификация калориметров
Градуировка и проведения опытов в калориметрах различного
типа
Обработка результатов калориметрических измерений. Расчет
термодинамических функций веществ
Итого
практич, семинары
Лаб. занятия
Самост.
работа
КСР
8
8
6
6
6
6
0,5
0,5
3
6
6
3
3
34
6
18
10
4
0
2
3
4
3
4
2
6
0,25
2
2
0,25
5
Форма контроля знаний
Литература
2
Введение. Задачи современной термохимии и
основные направления ее развития. Понятие
о температуре. Термометрические параметры.
Температурные шкалы. Условные температуры. Шкалы Цельсия, Фаренгейта, БойляРеомюра. Термодинамическая температура.
Сравнение абсолютной и логарифмической
температурных шкал Кельвина. Реализация
термодинамической температурной шкалы.
Газовые термометры: принципиальное устройство, введение поправок к их показаниям.
Международная температурная шкала.
МТШ-90: реперные точки, деление на интервалы, вторичные термометры.
Основные требования, предъявляемые к калориметрическим термометрам. Термическая
инертность термометра. Ртутные термометры, расчет поправок к их показаниям.
Термометры сопротивления. Устройство платиновых термометров сопротивления. Другие
термометры сопротивления (железородиевые, медные, никелевые, германиевые).
КСР
1
1
Количество аудиторных часов
практические(семина
рские) занялаб. занятия
Название раздела, темы; перечень
изучаемых вопросов
лекции
Номер
раздела
Материальное
обеспечение
занятия (наглядные пособия и т.д.)
Учебно-методическая карта дисциплины «Экспериментальные методы физической химии. Ч. 1. Методы химической термодинамики»
Иллюстративный материал.
Осн. 1-3
7
Опрос. Экзамен
Иллюстративный материал.
Осн 1-4
Опрос. Экзамен
Иллюстративный материал, ртутные термометры.
Осн 1-4
Опрос. Экзамен
Иллюстративный материал, термометры
сопротивления.
Осн 1-4, доп. 10
Коллоквиум. Экзамен
5
6
7
8
9
3
4
Форма контроля знаний
Литература
Материальное
обеспечение
занятия (наглядные пособия и т.д.)
2
Термисторы. Измерение сопротивления термометра: потенциометрический и мостовой
методы, их сравнение.
Термопары. Термоэлектрические явления.
Выбор термоэлектродов, изготовление термопар. Характеристика наиболее распространенных и стандартизированных термопар.
Дифференциальные термопары. Кварцевый
термометр. Использование термометров различных типов в калориметрических исследованиях.
Общие сведения о калориметрах. Классификация калориметров по режиму и методу измерения, конструкции прибора. Изотермические калориметры.
Калориметры, основанные на измерении разности температур. Жидкостные и массивные
калориметры. Проточные калориметры. Калориметры теплового потока. Теплопередача
в калориметрических системах.
Режимы калориметрических измерений.
Принципиальное устройство адиабатических
калориметров, бомбового калориметра сгорания, калориметра растворения. Дифференциальные сканирующие калориметры.
Градуировка жидкостных и массивных калориметров с изотермической оболочкой, калориметров-контейнеров. Расчет поправки на
теплообмен и особенности проведения опы-
КСР
1
Количество аудиторных часов
практические(семина
рские) занялаб. занятия
Название раздела, темы; перечень
изучаемых вопросов
лекции
Номер
раздела
7
4
Иллюстративный материал, термопары.
Осн 1-4. доп. 10
Коллоквиум. Экзамен
2
Иллюстративный материал.
Осн 1-3, доп. 5-6
Опрос. Экзамен
2
0,25
Иллюстративный материал.
Осн 1-3, доп. 5-6
Опрос. Экзамен
2
0,25
Иллюстративный материал, эксперимент.
установки.
Осн 1-3, доп. 5-6
Коллоквиум. Экзамен
Иллюстративный материал.
Осн 1-3, доп. 5-6
Опрос. Экзамен
2
6
1
10
9
10
11
11
12
13
2
тов в адиабатических и изопериболических
калориметрах. Температура, к которой следует относить измеренный тепловой эффект.
Калориметры теплового потока. Калоримет- 4
ры Тиана, Кальве. Проведение опыта в дифференциальных сканирующих калориметрах
и обработка полученных данных.
Измерение и расчет тепловых эффектов раз- 2
личных процессов, теплоемкости веществ;
расчет термодинамических функций на основе данных по теплоемкости. Расчет химических равновесий.
Калориметрические исследования фазовых
2
превращений органических веществ. Современные методы и области термохимических
исследований минералов и неорганических
материалов.
Экспериментальные методы исследования
2
термодинамических свойств полимеров и
особенности полимеров как объектов калориметрических исследований.
Калибровка термопары и температурного
датчика по образцовому платиновому термометру сопротивления
Определение энергии сгорания органических
веществ методом бомбовой калориметрии
Измерение теплоемкости и энтальпий фазо-
3
4
2
7
Иллюстр. материал,
эксперимент. установка.
Осн 1-3, доп. 5-6, 9
2
1
Иллюстративный материал, примеры расчетов.
Осн 1-3, доп. 5-6
2
1
Иллюстративный материал.
Осн 1-3, доп. 5-7
Иллюстративный материал.
Осн 1-3, доп. 5-8
Лабораторное оборудование
Осн 1-4. доп. 10
Лабораторное оборудование
Лабораторное обо-
Осн 1-3, доп. 5-6
6
3
3
3
3
7
Форма контроля знаний
Литература
Материальное
обеспечение
занятия (наглядные пособия и т.д.)
КСР
Количество аудиторных часов
практические(семина
рские) занялаб. занятия
Название раздела, темы; перечень
изучаемых вопросов
лекции
Номер
раздела
Осн 1-3, доп. 5-6
Контр. работа.
Коллоквиум
14
3
4
рудование
6
Лабораторное оборудование
8
Форма контроля знаний
Литература
Материальное
обеспечение
занятия (наглядные пособия и т.д.)
2
вых переходов веществ методами дифференциальной сканирующей и адиабатической
калориметрии
Калориметрическое определение теплоты
растворения веществ
КСР
1
Количество аудиторных часов
практические(семина
рские) занялаб. занятия
Название раздела, темы; перечень
изучаемых вопросов
лекции
Номер
раздела
7
Осн 1-3, доп. 5-6
Коллоквиум
ИНФОРМАЦИОННАЯ ЧАСТЬ
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ (СЕМИНАРЫ) ЗАНЯТИЙ:
1. Обработка результатов экспериментальных исследований теплоемкости веществ методами дифференциальной сканирующей и адиабатической калориметрии.
2. Обработка результатов калориметрического определения теплот растворения и сгорания веществ.
3. Использование результатов термохимических исследований в технологических расчетах. Расчет термодинамических функций веществ, констант равновесия химических реакций.
ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ:
1. Калибровка термопары и температурного датчика по образцовому платиновому термометру сопротивления.
2. Определение энергии сгорания органических веществ методом бомбовой калориметрии.
3. Измерение теплоемкости и энтальпий фазовых переходов веществ методами дифференциальной сканирующей и адиабатической калориметрии.
4. Калориметрическое определение теплоты растворения веществ.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Колесов В. П. Основы термохимии. М. – 1996.
2. Скуратов С. М., Колесов В. П., Воробьев А. Ф.. Термохимия, ч. 1 и 2. М. – 1966.
3. Куинн Т. Температура. М. – 1985.
4. В. Г. Лисиенко, Е. М. Шлеймович, М. Г. Ладыгичев и др. Температура: теория, практика,
эксперимент. В 3 т. Т.1. Кн.1. Методы контроля температуры. М.: Теплотехник – 2007
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
5. Хеммингер В., Хене Г. Калориметрия. Теория и практика. М. – 1989.
6. Попов М. М. Термометрия и калориметрия. 2-е изд. М. – 1954.
7. Киселева И.А., Огородова Л.П. Термохимия минералов и неорганических материалов. М.:
Научный мир – 1997.
8. Лебедев Б.В. Термодинамика полимеров. Учебное пособие. Горький: ГГУ – 1989.
9. Берштейн В.А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии
полимеров. Л.: Химия – 1990.
10. В. Г. Лисиенко, Е. М. Шлеймович, М. Г. Ладыгичев и др. Температура: Теория, практика,
эксперимент. В 3 т. Т.1. Кн. 2. Методы контроля температуры : справочное издание. М.: Теплотехник – 2007.
9
ПРОТОКОЛ
СОГЛОСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ
ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Название дисциплины, с которой требуется согласование
Название кафедры
Физическая химия
(Химическая термодинамика,
кинетика и катализ.)
кафедра физической
химии
Теория эксперимента
кафедра физической
химии
кафедра физической
химии
Методы расчета физикохимических свойств
Предложения об изменениях в содержании
учебной программы по
изучаемой учебной дисциплине
отсутствуют
Решение, принятое кафедрой, разработавшей
учебную программу (с
указанием даты и номера
протокола)
программа одобрена
отсутствуют
программа одобрена
отсутствуют
программа одобрена
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ
К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЕ
НА __________ / ___________ УЧЕБНЫЙ ГОД
№ п/п
Дополнения и изменения
Основание
Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры
физической химии (протокол №
от
г.)
(название кафедры)
Заведующий кафедрой физической химии
Д.х.н., профессор
____________________
(подпись)
В. В. Паньков
(И. О. Фамилия)
УТВЕРЖДАЮ
Декан химического факультета
Д.х.н., профессор
____________________
Д. В. Свиридов
(подпись)
(И. О. Фамилия)
10