Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Ивановский государственный химико-технологический университет»
Кафедра физической и коллоидной химии
УТВЕРЖДЕН
на заседании кафедры
___________ 2015 года
Протокол № ________
Заведующий кафедрой
Шлыков С.А.
ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Физическая химия
Уровень подготовки кадров высшей квалификации по направлению
04.06.01 – Химические науки
Иваново 2015
Паспорт фонда оценочных средств
по дисциплине «Физическая химия» (04.06.01-Химические науки)
Оценочные средства
№ Контролируемые
п/п
модули
1.
Химическая
термодинамика
Контролируемые
компетенции
ПК-1, ПК-2
Вид
Диспуты
по
оценке
значимости
термодинамики
для
понимания
современной научной картины мира.
1.
Обсуждение
и
развернутые
комментарии, касающиеся основных
термодинамических понятий на основе
текста монографии Пригожина И. и
Стенгерса И. «Время, хаос, квант. К
решению парадокса времени»
2.
Обсуждение
и
развернутые
комментарии, касающиеся основных
законов термодинамики на основе текста
монографии Пригожина И. «Порядок из
хаоса: новый диалог человека с
природой»
Количество
тестов или
заданий
1
1
Проверка знаний по основным разделам
курса:
«Химическая термодинамика»
Контрольные вопросы и упражнения
15
Реферативная работа, связанная с
тематикой диссертаций, включающих
элементы термодинамики
3
Темы рефератов:
1. «Назначение химической термодинамики для понимания целостной
картины мира»
2. «Энтропия: от термодинамики к теории информации»
3. «Хаос как основание для возникновения порядка»
Решение кейс-задач:
1. Подобрать и систематизировать возможные формулировки фундаментальных
законов термодинамики (I и II законы).
Провести их анализ и доказать их
непротиворечивость как друг другу, так и
закону сохранения материи. Обобщить все
найденные формулировки в виде общей
схемы, базирующейся на едином законе
сохранения материи
2. Примеры парадоксов, кризисных ситуаций и пр., касающихся различных разделов термодинамики
2
2.
Спектроскопия
ОПК-1, ПК-1,
ПК-2, ПК-3,
ПК-5
Проверка знаний по основным разделам
курса:
«Спектроскопия»
Контрольные вопросы и упражнения
Реферативная работа, связанная с
тематикой диссертаций, включающих
спектральные методы исследования
15
4
Темы рефератов:
1.
Симметрия и асимметрия как факторы развития
2.
Проблема объекта в науке: на примере квантовой механики
3.
Структурный анализ и его методологическая роль
4.
Структурная химия и ее особенности
Кейс-задачи:
3.
Статистическая
термодинамика
УК-3, ПК-4
1.
Достижения науки в области
структурной химии и современной спектроскопии.
2.
Спектроскопия как ключ к раскрытию причин протекания химических
реакций. Взаимосвязь «структура –
свойство – реакционная способность»
Проверка знаний по основным разделам
курса:
«Статистическая термодинамика»
Контрольные вопросы и упражнения
2
10
Реферативная работа, связанная с тематикой диссертаций, включающих
элементы статистической термодинамики
Тема реферата:
1.
Структурный анализ, его методологическая роль и назначение для расчета термодинамических величин с использованием аппарата статистической
термодинамики
1
4.
Кинетика и
катализ
УК-1, УК-3,
ПК-1, ПК-2,
ПК-3, ПК-4,
ПК-5,
ОПК-1, ОПК-2
Проверка знаний по основным разделам
курса:
1
«Химическая кинетика и катализ»
Контрольные вопросы и упражнения
15
Темы рефератов:
1.
2.
3.
4.
Катализ как междисциплинарная наука
Роль катализа в эволюции
Катализ в периодических изданиях
Катализ наука или искусство?
Диспуты
по
оценке
значимости
химической кинетики для понимания
современной научной картины мира с
последующим ее обсуждением для
развития навыков ведения дискуссии
4
2
1.
«Научное знание как развивающаяся система. Трехуровневая система
научного знания (по работе Лебедева С.А.
«Уровни научного знания»)
2.
«Что есть наука и очарование познания» (по работе Бучаченко А.Л. «Очарование науки»
ВСЕГО
76
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Темы к диспуту по оценке современной научной картины мира
3.
«Что есть наука и очарование познания» (на основе текста статьи «Очарование
науки» А.Л. Бучаченко // А.Л. Бучаченко "Очарование науки", опубликованной в журнале
"Новый мир". № 9. 2007 г.
4.
«Современный катализ. Проблемы, решения, перспективы (на основе монографии
О.В. Крылова «Гетерогенный катализ» // Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М.:
Академкнига. 2004.
5.
Научное знание как развивающаяся система. Трехуровневая система научного
знания (по работе Лебедева С.А. «Уровни научного знания»)
6.
Пригожин И, Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени / Пер.
с англ. Изд. 6-е. – М.: Едиториал УРСС, 2013. 240 с.
7.
Пригожин И. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой / И. Пригожин, И.
Стенгерс. М. 2011. 236 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Задание для решения кейс-задачи
1.
Примеры парадоксов, кризисных ситуаций и пр. в развитии физической химии (на
базе определенного раздела).
2.
Подобрать и систематизировать возможные формулировки фундаментальных
законов термодинамики (I и II законы). Провести их анализ и доказать их
непротиворечивость как друг другу, так и закону сохранения материи. Обобщить все
найденные формулировки в виде общей схемы, базирующейся на едином законе
сохранения материи.
3.
Спектроскопия как ключ к раскрытию причин протекания химических реакций.
Взаимосвязь «структура – свойство – реакционная способность»
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Темы рефератов (варианты)
1. Назначение химической термодинамики для понимания целостной картины мира
2. Энтропия: от термодинамики – к теории информации
3. Хаос как основание для возникновения порядка
4. Симметрия и асимметрия как факторы развития
5. Проблема объекта в науке: на примере квантовой механики
6. Структурный анализ и его методологическая роль
7. Структурная химия и ее особенности
8. Специфика химических процессов в различных системах и их взаимосвязь
9. Общие проблемы интеграции наук (научных методов)
10. История электрохимии как интеграционной дисциплины
11. Биохимия как пример интеграции наук: физика, химия, биология
12. Катализ как междисциплинарная наука
13. Роль катализа в эволюции
14. Катализ в периодических изданиях
15. Катализ наука или искусство?
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Список монографий для собеседования
1. Вебер М. Наука как призвание и профессия. // Вебер М. Избр. произведения. М.,
1990.
2. Канке В. А Основные философские направления и концепции науки. Итоги XX
столетия. — М.: Логос, 2000. — 320 с.
3. Койре А. От замкнутого мира к бесконечной вселенной. М., 2001.
4. Ильин В.А История физики. М., 2003.
5. Гейзенберг В. Часть и целое (беседы вокруг атомной физики): Пер. с нем. / Примеч.
и коммент. Б.А. Старостина. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 232 с.
6. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М.: Академкнига, 2004.
7. Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени. М., 2012.
8. Пригожин И. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой / И. Пригожин,
И. Стенгерс. М., 2011.
9. Чоркендорф , И. Современный катализ и химическая кинетика / И. Чоркендорф,
Наймантсверайт // ИД : Интеллект.- Долгопрудный. – 2011. – 504 с.
10. Пригожин И, Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени / Пер.
с англ. Изд. 6-е. – М.: Едиториал УРСС, 2013. – 240 с.
11. Кук, Д. Квантовая теория молекулярных систем. СПб. : М. : Краснодар. – ИД.
«Лань». – 2012. 235 с.
12. Леенсон, И.А. Как и почему происходят химические реакции. Элементы
химической термодинамики и кинетики. СПб. : М. : Краснодар. – ИД. «Лань». –
2011. 220 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Перечень вопросов к экзамену
1. I закон термодинамики. Теплота и работа, внутренняя энергия и энтальпия. Уравнения
состояния и термодинамические функции идеальных газов. Теплоемкость. Зависимость
теплоемкости от температуры
2. II закон термодинамики. Энтропия. Термодинамическое толкование энтропии.
Зависимость энтропии веществ от температуры и давления. Стандартные значения
энтропии
3. Объединенное уравнение I и II законов термодинамики. Критерии равновесия и направленности физико-химических процессов. Фундаментальные уравнения химической термодинамики. Условия термодинамического равновесия.
4. Постулат Планка. Тепловая теорема Нернста, III закон термодинамики. Следствия из
тепловой теоремы Нернста, их применение для расчета термодинамических функций.
5. Общие понятия термодинамики растворов. Особенности расчетов термодинамических
характеристик растворов. Парциальные мольные величины. Химический потенциал.
Уравнения Гиббса-Дюгема.
6. Неидеальные растворы. Активность компонентов в жидких и твердых и летучесть
компонентов в газовых растворах. Коэффициент активности (летучести) компонентов.
7. Стандартные состояния компонентов, системы стандартных состояний. Методы
определения летучести и активности компонентов в газовых и жидких растворах.
Термодинамический смысл коэффициента активности.
8. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Закон Кирхгофа. Методы расчета
тепловых эффектов при различных. Особенности термохимических расчетов процессов
в растворах.
9. Химическое равновесие. Термодинамическое обоснование закона действующих масс
для различных физико-химических систем и процессов. Выражения стандартных
констант равновесия в различных химических реакциях.
10.
Уравнение изотермы химической реакции. Уравнение нормального химического
сродства. Способы расчета констант равновесия и состава реакционной смеси.
11.
Термодинамика фазовых равновесий. Правило фаз Гиббса. Фазовые равновесия в
многокомпонентных системах.
12.
Диаграммы кипения. Теоретическое построение диаграмм кипения для идеальных
двухкомпонентных систем. Закон Рауля. Законы Коновалова. Азеотропные смеси.
Анализ диаграмм кипения. Теоретические основы фракционной перегонки.
13.
Уравнение Шредера, вывод и анализ. Использование для построения диаграмм «ЖТ». Примеры диаграмм, включающих различные области. Кривые охлаждения.
Основные правила, используемые при анализе диаграмм «Ж-Т» и проведении
количественных расчетов.
14.
Термодинамика растворов электролитов. Межчастичные взаимодействия и
электролитическая диссоциация в растворах электролитов. Слабые и сильные электролиты. Теории Аррениуса, Бренстеда и Льюиса.
15.
Термодинамика растворов электролитов. Среднеионная активность электролита.
Выражение термодинамических функций компонентов раствора через среднеионную
активность электролита. Уравнение Дебая-Хюккеля. Расчет коэффициентов активности
электролитов.
16.
Электрохимические системы, электродвижущая сила. Уравнение Нернста.
Электродный потенциал. Причины и механизм возникновения скачка потенциала на
границе металл-раствор.
17.
Электрохимическая кинетика. Термодинамика гальванического элемента. Типы
гальванических элементов. Потенциометрия.
18.
МО двухатомных гомо- и гетеронуклеарных молекул. -, - и -связь. Химическая
связь. Основные положения теории квантово-химических методов расчета молекул.
Прямая и обратная задачи в квантовой химии.
19.
Основы молекулярной спектроскопии. Виды спектров. Энергетические уровни и
происхождение молекулярных спектров. Вероятность переходов и правила отбора.
Определение молекулярных постоянных из спектров.
20.
Применение спектроскопии для идентификации и установления структуры веществ, исследования механизмов физико-химических процессов. Значение
спектральных методов в химии.
21.
Основные
понятия
и
постулаты
статистической
термодинамики.
Термодинамическая вероятность. Квантовая статистика Больцмана, Бозе-Эйнштейна и
Ферми-Дирака. Сумма по состояниям молекулы и сумма по состояниям системы.
22.
Расчет
поступательной,
вращательной,
колебательной
и
электронной
составляющей суммы по состояниям. Статистический вес.
23.
Расчет термодинамических функций идеальных газов методами статистической
термодинамики. Выражение для константы равновесия химической реакции через
сумму по состояниям.
24.
Квантовая теория теплоемкости. Значение статистической термодинамики для
термодинамических расчетов.
25.
Основные понятия формальной кинетики. Стационарный и квазистационарный
режимы протекания сложной реакции в закрытых системах. Метод квазистационарных
концентраций Боденштейна и его использование в кинетике.
26.
Особенности описания кинетики реакций в потоке. Стационарный режим и
лимитирующая стадия. Прямая и обратная задачи химической кинетики.
27.
Влияние температуры на скорость реакции. Энергия активации химической
реакции, ее квантово-химическая интерпретация. Источники активации. Запрет
реакций по симметрии и спину. Принцип Вудворда-Хоффмана.
28.
Основы теорий элементарного химического акта. Теория Аррениуса, основы
теории ТАС. Вывод основного уравнения и его анализ. Стерический фактор.
29.
Теория переходного состояния. Активированный комплекс. Механизм
элементарного акта в теории переходного состояния. Поверхность потенциальной
энергии и координата реакции. Интерпретация энергии активации в теории
переходного состояния. Статистический аспект теории переходного состояния.
30.
Термодинамический аспект теории переходного состояния. Определение энергии и
энтропии активации из опытных данных. Стерический фактор и энтропия активации.
31. Кинетика гомогенных реакций. Сравнительные характеристики реакций, протекающих
в газах и растворах. Простые и сложные реакции реакции. Подходы к описанию кинетики
одно- и многостадийных реакций.
32. . Жидкофазные реакции. Влияние ионной силы на скорость реакции, первичный и
вторичный солевой эффекты. Основность, кислотность, нуклеофильность и
электрофильность как кинетические характеристики реакций кислотно-основного
взаимодействия.
33. Определение катализа. Типы катализа. Гомогенный катализ. Связь основности, нуклеофильности и поляризуемости реагирующих веществ. Корреляционное уравнение
Эдвардса.
34. Окислительно-восстановительный катализ, уравнение Михаэлиса-Ментен.
35. Металлокомплексный катализ. Зависимость скорости реакции от концентрации и
природы катализатора. Ассоциативный и дисоциативный механизмы гомогеннокаталитических реакций.
36. Гетерогенный катализ. Активационный процесс в гетерогенном катализе. Катализ и
адсорбция. Компенсационный эффект. Общие подходы к описанию каталитических
реакций.
37. Кинетика гетерогенно-каталитических реакций. Механизм и основные стадии
гетерогенно-каталитических реакций. Подходы к описанию кинетики гетерогеннокаталитических реакций, протекающих во внешне- и внутридиффузионной областях.
38. Обзор теорий гетерогенного катализа и их назначение для объяснения влияния
катализатора на скорость и константу скорости каталитической реакции.