ДПП.Ф.5 Физическая химия (новое окно)
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Специальность — 050101.65 «Химия с дополнительной специальностью 050102.65 Биология» Форма подготовки (очная) кафедра естественнонаучного образования курс 2, 3 семестр 4, 5 лекции 70 (час.) практические занятия - (час.) семинарские занятия - (час.) лабораторные работы 70 (час.) консультации всего часов аудиторной нагрузки 140 (час.) самостоятельная работа 130 (час.) реферативные работы 0 контрольные работы 4 зачет 4 семестр экзамен 5 семестр Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (номер государственной регистрации № 696 пед/сп (новый) от «31» января 2005 г.). Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 1 «14» сентября 2011 г. И.о. заведующего кафедрой: Литвинова Е.А. Составитель (ли): к.х.н., профессор Шамина Н.К. 2011 г. СОДЕРЖАНИЕ КОМПЛЕКСА 1.Аннотация…………….……………………………………………...…3 2. Выписка из ГОС ВПО……………………………………………….4 3.Рабочая учебная программа дисциплины (РУПД)……………...……5 4.Учебно-методическое обеспечение дисциплины………………...…31 2 1. Аннотация Физическая химия является теоретической основой всех химических дисциплин. Она дает математические уравнения, которые позволяют описать протекание как физических так и химических процессов, глубже понять и теоретически осмыслить широкий круг физических и химических явлений, законы природы. Физическая химия дает понятия и определения систем, используемых в химии, дает критерии, которые позволяют судить о направлении процессов и условий их наиболее оптимального протекания, дает глубокие понятия о способах разделения систем на составные части, что является важной основой практики. Курс физической химии также важен для овладения навыками работы с измерительными приборами, проведения химического эксперимента, способами обработки экспериментальных данных и их осмысления. В результате изучения физической химии студент должен знать термодинамические функции и их изменение при протекании химических процессов, особенности кинетики гомогенных, гетерогенных и электрохимических систем, фазовые равновесия, явления адсорбции и ее роль в химических и физических процессах, в природе, технике и быту. В результате изучения физической химии студент должен знать ее связь с другими научными дисциплинами: физикой, биологией, математикой, а также с другими химическими дисциплинами. В учебном плане образовательных программ дисциплина является обязательной. Цель курса: - изучить основы термодинамики, дать представление о термодинамических потенциалов и их использование для определения процесса в различных условиях. - дать представление о поверхностных явлениях их роли в различных физико-химических процессах. - дать основы химической кинетики особенности протекания гомогенных и гетерогенных процессах и роль катализа в протекании этих процессов. - дать основы электрохимии и электрохимическим процессам. Задачи курса: - научить студентов применять 1, 2 закон термодинамики изохорных, изобарных, изохорно-изотермических и изобарно изотермических условиях. - научить студентов использовать изотермы адсорбции у определенным условиям. - научить студентов определять порядок реакции, константу скорости реакции и величину энергии активации. - научить студентов определять электродный потенциал экспериментально и теоретически. В программу включены материалы, используемые студентами при самостоятельной работе. 3 2. Выписка из ГОС ВПО 4 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Специальность — 050101.65 «Химия с дополнительной специальностью 050102.65 Биология» Форма подготовки (очная) кафедра естественнонаучного образования курс 2, 3 семестр 4, 5 лекции 70 (час.) практические занятия - (час.) семинарские занятия - (час.) лабораторные работы 70 (час.) консультации всего часов аудиторной нагрузки 140 (час.) самостоятельная работа 130 (час.) реферативные работы 0 контрольные работы 4 зачет 4 семестр экзамен 5 семестр Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (номер государственной регистрации № 696 пед/сп (новый) от «31» января 2005 г.). Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол № 1 «14» сентября 2011 г. И.о. заведующего кафедрой: Литвинова Е.А. Составитель (ли): к.х.н., профессор Шамина Н.К. 5 2011 г. Оборотная сторона титульного листа РПУД I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______ И.о. заведующего кафедрой _______________________ _________________ (подпись) (И.О. Фамилия) II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры: Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______ И.о. заведующего кафедрой _______________________ _________________ (подпись) (И.О. Фамилия) 6 СОДЕРЖАНИЕ 3.1. Пояснительная записка………………………………….…..…….…..8 3.2. Тематический план дисциплины..……………………………...…….9 3.3. Содержание учебного материала…………………………………....11 3.4. Требования к знаниям и умениям студентов…………....................20 3.5. Формы контроля……………………………………………………...21 а) текущий контроль………………………………………………………21 б) итоговый контроль……………………………………………………..21 3.6. Список литературы …………………………………………….…...30 7 3.1.Пояснительная записка Физическая химия является теоретической основой всех химических дисциплин. Она дает математические уравнения, которые позволяют описать протекание как физических так и химических процессов, глубже понять и теоретически осмыслить широкий круг физических и химических явлений, законы природы. Физическая химия дает понятия и определения систем используемых в химии, дает критерии, которые позволяют судить о направлении процессов и условий их наиболее оптимального протекания, дает глубокие понятия о способах разделения систем на составные части, что является важной основой практики. Курс физической химии также важен для овладения навыками работы с измерительными приборами, проведения химического эксперимента, способами обработки экспериментальных данных и их осмысления. В результате изучения физической химии студент должен знать термодинамические функции и их изменение при протекании химических процессов, особенности кинетики гомогенных, гетерогенных и электрохимических систем, фазовые равновесия, явления адсорбции и ее роль в химических и физических процессах, в природе, технике и быту. В результате изучения физической химии студент должен знать ее связь с другими научными дисциплинами: физикой, биологией, математикой, а также с другими химическими дисциплинами. В учебном плане образовательных программ дисциплина является обязательной. Цель курса: - изучить основы термодинамики, дать представление о термодинамических потенциалов и их использование для определения процесса в различных условиях. - дать представление о поверхностных явлениях их роли в различных физико-химических процессах. - дать основы химической кинетики особенности протекания гомогенных и гетерогенных процессах и роль катализа в протекании этих процессов. - дать основы электрохимии и электрохимическим процессам. Задачи курса: - научить студентов применять 1, 2 закон термодинамики изохорных, изобарных, изохорно-изотермических и изобарно изотермических условиях. - научить студентов использовать изотермы адсорбции у определенным условиям. - научить студентов определять порядок реакции, константу скорости реакции и величину энергии активации. - научить студентов определять электродный потенциал экспериментально и теоретически. 8 3.2.Тематический план дисциплины физическая химия Наименование тем 1. Введение в физическую химию. Предмет и задачи курса как теоретических основ современной химии и химической технологии, основы химической термодинамики, растворы, фазовые равновесия, химическое равновесие, поверхностные явления, необратимые процессы, химическая кинетика, катализ, электрохимия, строение и свойства молекул, межмолекулярные взаимодействия, современная теория химического строения молекул, строение конденсированных фаз. 2. Химическая термодинамика 3. Фазовые равновесия. Физико-химич. анализ 4. Растворы Аудиторные занятия всего лек прак лабо ц т р 2 2 Самостоятель Трудоемкос ная работа ть (всего) студ. 2 4 32 18 14 34 66 20 6 14 14 34 16 10 6 14 30 9 Итого за 4 семестр 1. Поверхностные явления 2. Химическая кинетика 3. Электрохимия Итого за 5 семестр Итого по дисциплине 70 16 36 8 34 8 64 14 134 30 30 14 16 26 56 24 70 140 12 34 70 12 36 70 26 66 130 50 136 270 10 3.3. Содержание учебного материала по дисциплине «Физическая химия» (лекции, 70 часов) 1. Химическая термодинамика. Предмет и задачи курса как теоретических основ современной химии и химической технологии, основы химической термодинамики, растворы, фазовые равновесия, химическое равновесие, поверхностные явления, необратимые процессы, химическая кинетика, катализ, электрохимия, строение и свойства молекул, межмолекулярные взаимодействия, современная теория химического строения молекул, строение конденсированных фаз. Введение. Физическая химия – теоретическая основа химии. Основные разделы физической химии. Агрегатное состояние вещества. Идеальные газы. Законы идеальных газов. Уравнение состояния идеальных газов Менделеева – Клапейрона. Смесь газов. Закон Дальтона. Основное уравнение ки-нетической теории газов. Предмет химической термодинамики. Роль термодинамики в изучении химических наук. Основные понятия. Теплота и работа. Факторы интенсивности и экстенсивности. Термическое равновесие. Теплоемкость. Теплоемкость при постоянном объеме и давлении. Теория теплоемкости газов и твердых тел. Число степеней свободы. Зависимость теплоемкости от температуры Внутренняя энергия или изохорно-изоэнтропийный термодинамический потенциал. Первый закон термодинамики. Энтальпия или изобарно-изоэнтропийный потенциал. Аналитическое выражение первого начала термодинамики. Частные случаи первого начала термодинамики для разных процессов. Работа процессов изобарного, изохорного, изотермического, адиабатного. Приложение первого начала термодинамики к химии. Теплота реакции. Понятие о тепловом эффекте. Тепловые эффекты химических реакций при постоянном давлении и объеме. Термодинамические и термохимические обозначения. Теплота образования, растворения, сгорания. Расчет тепловых эффектов. Зависимость теплового эффекта от температуры. Уравнение Кирхгофа. Процессы равновесные и неравновесные. Понятие об обратимых и необратимых процессах. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Максимальная работа. Второй закон термодинамики. Цикл Карно и максимальный коэффициент полезного действия. Математическое выражение второго начала термодинамики. Энтропия как функция состояния. Понятие о термодинамической вероятности. Энтропия и термодинамическая вероятность. Формула Больцмана. Статистический характер 2 закона термодинамики. 11 Изменение энтропии при обратимых и необратимых процессах. Изменение энтропии при фазовых превращениях. Изменение энтропии в открытых системах. Энтропия и связанная энергия. Уравнение Гиббса – Гельмгольца. Основные термодинамические функции. Термодинамические потенциалы. Изохорно-изотермический потенциал, изобарно-изотермический потенциал. Молярные парциальные величины. Химический потенциал. Самостоятельная работа – 34 ч. Рекомендуемая основная литература – 1,5 Дополнительная – 1. 2.Фазовое равновесие Тепловая теорема Нернста. Постулат Планка. Равновесие в конденсированных системах. Основные понятия. Фазы, компоненты и степени свободы. Термодинамика растворов. Правило фаз. Диаграммы 1 комп. и 2 комп. систем. Самостоятельная работа – 14 ч. Рекомендуемая основная литература – 2,3. Дополнительная – 2. 3. Растворы Растворы неэлектролитов. Термодинамика растворов. Понятие раствор, способы выражения состава /концентрации/ растворов. Межмолекулярное взаимодействие в растворах, ассоциация молекул. Теория растворов Д.И.Менделеева. Уравнение Гиббса- Дюгема - Маргулеса. Давление насыщенного пара бинарных жидких растворов. Закон Рауля, идеальные растворы. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля, причина отклонений. Диаграмма равновесия «жидкость-пар» в бинарных системах. Законы Д.П. Коновалова. Азеотропные растворы. Теория перегонок. Фракционная перегонка, ректификационные колонны. Давление пара над смесью взаимно-нерастворимых жидкостей. Перегонка с водяным паром. Эбулиоскопия. Выделение твердого растворителя из раствора. Криоскопия. Термодинамический вывод криоскопической постоянной. Идеальная растворимость твердых веществ в жидкости. Уравнение Шредера. Отклонение от идеальной растворимости. Зависимость растворимости твердых веществ от температуры. Осмотическое давление. Роль осмотического давления в биологических процессах. Распределение третьего компонента между двумя несмешивающимися фазами. Самостоятельная работа – 14 ч. Рекомендуемая основная литература – 1,4. Дополнительная – 1, 2. 12 4. Поверхностные явления и адсорбция Адсорбция на границе жидкость-газ. Уравнение Гиббса. Поверхностная активность. Правило Траубе. Поверхностно-активные вещества. Свойства поверхностных пленок. Ориентация молекул на поверхности раздела фаз. Адсорбция на границе твердое тело- газ и твердое тело- жидкость. Динамический характер адсорбционного равновесия. Уравнение Фрейндлиха и Лангмюра. Пере-ход от уравнения Гиббса к уравнению Лен-гмюра. Адсорбция электролитов в почвах. Адсорбция на неоднородной поверхности. Природа адсорбционных сил. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Потенциальная теория адсорбции Поляни. Теория объемного заполнения Дубинина. Хемосорбция. Кинетика адсорбции. Хроматография. Основы метода. Виды хроматографического анализа. Самостоятельная работа – 14 ч. Рекомендуемая основная литература – 2,4. Дополнительная – 1, 2. 5. Химическая кинетика и катализ Предмет и метод химической кинетики, ее философское и познавательное значение, задачи: вскрытие механизма химических процессов. Соотношение термодинамики и кинетики. Классификация химических процессов. Закон действия масс, константа скорости. Молекулярность и порядок реакции. Определение порядка и константы скорости реакции. Сложные реакции 1 порядка: обратимые, параллельные, последовательные, автокаталитические. Кинетика реакций в проточных системах. Понятие о стационарном состоянии. Сопряженные реакции. Метод стационарных концентраций. Влияние температуры на скорость реакции. Активация молекул, энергия активации. Температурная оптимизация селективности сложных реакций. Тепловой взрыв. Теория бинарных соударений. Бимолекулярные и мономолекулярные реакции (схема Ландемана). «Нормальные», «быстрые» и «медленные» реакции, стерический фактор. Теория переходного состояния и метод абсолютных скоростей. Кинетика реакций в растворах. Уравнение БренстедаБьерума. Роль растворителя. Солевые эффекты. Катализ. Основные определения. Гомогенный катализ. Катализ в комплексах и растворах. Гетерогенный и ферментативный катализ. Теория А.А. Баландина Роль аморфной фазы (Н .А. Кобозев). Катализ на комплексных катализаторах. Кинетика гетерогенного катализа. Стадийность. Влияние внешней и внутренней диф-фузии, пористая структура катализатора. 13 Самостоятельная работа – 26 ч. Рекомендуемая основная литература – 3, 5. Дополнительная – 1. 6. Электрохимия Общая характеристика электрохимических процессов. Термодинамика электрохими-ческих процессов. Электродное равновесие. Возникновение электродного потенциала. Уравнение Нернста и его анализ. Электрохимический ряд напряжений. Электродвижущая сила как сумма отдельных скачков потенциалов. Нормальный элемент Вестона. Электроды сравнения. Электрохимическая кинетика. Законы Фарадея. Кинетика электрохимического выделения водорода и кислорода, перенапряжение. Электрокристаллизация металлов. Электрохимическая коррозия металлов. Методы защиты металлов от коррозии. Кислотные и щелочные аккумуляторы. Коррозия. Самостоятельная работа – 26 ч. Рекомендуемая основная литература – 1,4. Дополнительная – 1, 2. 14 Содержание учебного материала по дисциплине «физическая химия» (4 семестр, лабораторно-практические занятия) № Тема Содержание 1. 2. 1. Введение в физическую химию 3. Предмет и содержание физической химии как науки 2. Химическая термодинамика Предмет химической термодинамики. 1 начало термодинамики. Кол-во часов Ауд СР . С 4. 5. 2 2 8 2 10 Термохимия. Следствие из з. Гесса. II начало термодинамики. Расчеты энтропий различных процессов. Термодинамические потенциалы. Определение теплоты растворения. 3. Фазовые равновесия. Термодинамика химического 15 6 10 4 6 10 10 Самостоятельна я работа студентов 6. Подготовить сообщение по теме Решение задач по I закону т.д. в сборни-ке задач Климова и Филько. Решение задач на закон Гесса. Решение задач на оп-ределение энтропии Оборудование 7. Стенды по началу термодинамики I Справочник по стандартным величинам образования Справочник по стандартным Подготовиться к величинам лаб.работе энтропии Термометры, колбы, р-ры КСI, NaCI. Решить задачи к Диаграммы Физико-химический анализ. равновесия. Уравнение изотермы, изобары, изохоры химических реакций. Термический анализ. Получение диаграмм плавкости (дифениламин бензойная кислота) 4. Растворы разделу термодина-мика химического равновесия 4 4 2 2 4 4 4 4 Приготовление растворов Перегонка растворов из неграниченно смешивающихся жидкостей Определение Кд и α диссоциации методом электропроводности 16 плав-кости для неорга-нически смешивающихся систем и ограниченно растворимы Построить Плитки, диаграмм-мы для пробирки, систем неог- термометры, раниченной и дифениламин, огра-ниченной бензойная к-та. растворимости Подготовить Практикум по спосо-бы физической хиопределения мии С.А. растворов. Балезин Решение задач. Подготовить типы Перегонные диаграмм аппа-раты. Уксусная кислота. Подготовиться к Установка для лабораторному определения занятию электропровод ности. Сосуд для определения электропровод Применение метода электропроводности для определения растворимости труднорастворимых веществ. 4 4 ности уксусной кислоты. Подготовиться к Установка для лабораторному из-мерения занятию электропроводности, во-дяной термостат, р-р CuSO4 Содержание учебного материала по дисциплине «физическая химия» (5 семестр, лабораторно-практические занятия) № Тема 1. 2. 1. Поверхностные явления Содержание 3. Определение поверхностного натяжения методом П.А. Ребиндера Влияние различных факторов на поверхностное натяжение 17 Кол-во часов Ауд СР . С 4. 5. 2 4 2 6 Самостоятельна я работа студентов 6. Подготовиться к лаб.работе Подготовиться лаб.работе Оборудование 7. Прибор Ребинде-ра, растворы СМС, спиртов к Прибор Ребинде-ра, растворы СМС, термостат, Адсорбция Подготовиться лаб.работе 4 2. Химическая кинетика Определение константы скорости реакции Подготовиться лаб.работе 6 Определение константы скорости и энергии активации омыления этилацетата 3. Электрохимия 4 Каталитическое влияние ионов меди и железа на скорость окисления иодистово-дородной к-ты персульфатом аммония. Определение отдельных электродных потенциалов и ЭДС гальванического элемента 18 10 Подготовиться лаб.работе 6 4 10 6 Подготовиться лаб.работе Подготовиться лаб.работе 4 10 термометры, соли I гр. к Р-р уксусной кты активир.уголь, р-р гидроксида натрия, бюретки, воронки к Секундомеры, иодид калия, тиосульфат натрия, крахмал к Термостат, колбы пипетки, лед гидроксид натрия, этилацетат к к Потенциометр, гальванометр, элемент Вестона, растворы солей Электролиз 4 10 4 6 Коррозия и защита металлов 19 Подготовиться лаб.работе меди и цинка к Выпрямитель, электроды медные, секундомеры Пластинки из алюминия, оцинкованной и луженой жести. 3.4.Требования к знаниям и умениям студентов по предмету физическая химия 1. Знать основополагающие вопросы курса физической химии. 2. Овладеть техникой химического эксперимента. 3. Научиться решать задачи по основным разделам физической химии. 4. Научиться правильно оформлять экспериментальные данные по лабораторным работам. 5. Научиться использовать графический метод при оформлении лабораторных работ. 6. Научиться делать выводы по результатам экспериментальных данных и давать им теоретическое обоснование. 3.5.Формы контроля (4, 5 семестр) а) Текущий контроль Текущий контроль знаний студентов проводится в виде устного опроса на занятиях. б) Итоговый контроль В качестве итогового контроля по дисциплине «Физическая химия» предусмотрен экзамен в конце 5 семестра. К экзамену допускаются студенты, прошедшие курс обучения и успешно отчитавшиеся по промежуточному контролю. Вопросы к зачету по физической химии. 1. Свободная энергия поверхности. Поверхностное натяжение и природа ве-щества. Термодинамика поверхностных явлений. 2. Общая характеристика электрохимических процессов. Термодинамика электрохимических процессов. Связь между электродвижущей силой и тепловым эффектом, между электродвижущей силой и константой равновесия. Уравнение Гиббса-Гельмгольца в приложении к электрохимическим процессам. 3. Когезия и адгезия. Смачивание. Термодинамическая неравновесность дис-персных систем. Уравнение Томсона. Переконденсация и перекристаллизация. 1. Предмет и метод химической кинетики. Соотношение термодинамики и кинетики. Закон действующих масс. Молекулярность и порядок. 2. Адсорбция. Общие представления и закономерности. Тепловой эффект адсорбции, интегральная и дифференциальная теплота адсорбции. Адсорбенты. 3. Простые реакции. Определение порядка и константы скорости химической реакции. Сложные реакции: обратимые, параллельные, последовательные. Автокаталитические. 4. Адсорбция на границе жидкость-газ. Уравнение Гиббса. Поверхностная активность. Правило Траубе. Поверхностно-активные вещества. Поверх-ностно-жидкостные пленки. 5. Кинетика реакций в проточных системах. Понятие о стационарном состо-янии. Метод стационарных концентраций Боденштейна. 6. Адсорбция на границе твердое тело-газ. Уравнение Лангмюра. Природа адсорбционных сил. Уравнение Фрейндлиха. 7. Влияние температуры на скорость химической реакции. Уравнение Арре-ниуса. Определение энергии активации. 8. Теория полимолекулярной адсорбции Поляни. Теория БЭТ. Ионообменная адсорбция. 21 9. Теория бинарных соударений. «Нормальные», «быстрые» и «медленные» реакции, стерический фактор. 10. Хроматография. Основы метода. Виды хроматографического анализа. 11. Теория переходного состояния и метод абсолютных скоростей. 12. Фотохимические процессы. Законы фотохимии. Цепные процессы. Хеми-люминесценция, биолюминесценция. 13. Возникновение электродного потенциала. Уравнение Нернста, его анализ. Равновесный электродный потенциал. 14. Кинетика гетерогенных процессов. Стадийность, определяющая стадия, роль диффузии. Законы Фика. 15. Классификация электродов. Электроды первого и второго рода. 16. Диффузионная и кинетическая области реакции. Внутренняя диффузия. Особенности протекания процессов в диффузионной области. 17. Газовые электроды. Водородный, кислородный, хлорсеребряный электро-ды. Стандартный потенциал водородного электрода. 18. Топохимические процессы. Основные типы и закономерности топохими-ческих процессов. 19. Электрохимический ряд напряжений. 20. Катализ. Основные определения. Влияние на механизм, снижение энерге-тических барьеров. 21. Химические и концентрационные цепи. 22. Селективность. Важнейшие задачи, стоящие перед наукой о катализе, повышение скорости и селективности реакций. 23. Контактный потенциал на границе двух металлов. Электродвижущая сила. Электроды сравнения: водородный, хингидронный, стекляный и др. 24. Гомогенный катализ. Катализ в растворах. Кислотно-основной катализ. Микрогетерогенный катализ. 25. Законы Фарадея. Выход вещества по току. 26. Мультиплетная теория А.А. Баландина. 27. Изменение электродных потенциалов и электродвижущей силы под дей-ствием электрического тока. 28. Теория активных ансамблей Н.И. Кобозева. 29. Понятие об электродной поляризации. Концентрационная, химическая, электрохимическая поляризация. Образцы вариантов контрольных работ Вариант 1 1. Какой газ называется идеальным и каким законам он подчиняется. 2. Выведите уравнения состояния идеального газа. 3. Какой физический смысл имеет газовая постоянная. 22 Вариант 2 1. Вычертите кривую распределения молекул по скоростям и поясните ее. 2. Как зависит от температуры наиболее вероятная скорость движения молекул в газе. 3. Напишите уравнения молекулярно-кинетической теории. Вариант 3 1. Что называется теплотой образования? 2. Сформулируйте закон Я.И. Гесса. 3. Как находится тепловой эффект химической реакции. Вариант 1 1. Приведите несколько формулировок второго закона термодинамики и напи-шите его математическое выражение. 2. Какие реакции называются обратимыми? 3. Дайте понятия «фазы», «составная часть», «независимый компонент», «сте-пень свободы равновесной системы». 4. Как изменяется температура воды при ее переходе из твердого состояния в жидкое, из жидкого в парообразное (графически). 5. Определите максимальную работу, которую можно получить, если к воде при 1000С подводится 4000 Дж теплоты, а температура конденсата 200С. Вариант 2 1. Компенсация 1 рода. В чем ее сущность? 2. Что определяет константа химического равновесия. От каких факторов она зависит? 3. Напишите правило фаз Гиббса. 4. Напишите уравнение изменения энтропии для изотермического расширения идеального газа. 5. Сравните термодинамическую эффективность паровой машины и машины, работающей на ртутном паре, если котел первой имеет температуру 2000С, второй 4600С, а холодильник каждой из машин имеет температуру 300С. Вариант 3 1. В чем состоит смысл второго закона термодинамики? 2. В какую сторону сместится равновесие реакции CO2+C 2CO H =172,6 КДж при повышении температуры? Что произойдет в системе при увеличении давления? 3. Начертите диаграмму плавкости для однокомпонентной системы. 4. Что такое энтропия? 23 5. Определите изменение энтропии при плавлении меди массой 63,5 г, если теплота плавления меди равна 12980 Дж/моль, а температура плавления меди 10830С. Вариант 4 1. В чем состоит смысл изобарно-изотермического потенциалов? Напишите математическое выражение для них. 2. Напишите математическое выражение закона действующих масс применительно к обратимым однородным системам и реальным. 3. Начертите диаграмму плавкости для двухкомпонентной системы, когда компоненты А и В в жидком состоянии образуют растворы, а в твердом практически не смешиваются. 4. Покажите графически связь между термодинамическими функциями. 5. Вычислите изменение энтропии при плавлении свинца массой 100 г, если тем-пература плавления свинца 327,40С, а теплота плавления 5485 Дж/моль. Вариант 5 1. 2. 3. 4. 5. Статистический характер второго закона термодинамики. Как найти максимальную работу и КПД? Цикл Карно. Сформулируйте принцип смещения химического равновесия Ле Шателье. Константа равновесия реакции образования HCl при некоторой температуре равна единице. Определите состав (в молярных долях) равновесной реакционной смеси, полученной из водорода объемом 2 л и хлора объемом 3 л. Вариант 6 1. Как изменяются термодинамические функции, если процесс идет самопроизвольно? 2. Напишите изменение энтропии в изобарных и изохорных условиях. 3. Что такое свободная и связанная энергия? 4. Что такое эвтектика? 5. Найдите число степеней свободы, которыми обладает система, состоящая из смеси хлорида аммония, аммиака и хлороводорода: а) при температуре, когда все вещества находятся в твердом состоянии; б) при комнатной температуре. ТЕСТ – БИЛЕТ для проверки знаний по физической химии 24 ВАРИАНТ 1 Выберите правильный ответ 1. В любой изолированной системе общий запас энергии остается величиной постоянной. 1) Клаузиус 2) Гельмгольц 3) Томсон 2. Q U 1) изохорный 2) изобарный 3) изотермический 3. Отличие раствора от химического соединения 1) гомогенность 2) состав 1 d ln R dR1 xx (1 2 1 ) 4. dx2 dx2 x1 x2 Уравнение ? 5. 1) Рауля 2) Генри 3) Гиббса-Дюгема-Маргулеса d C - уравнение изотерм dC RT 1) Ленгмюра 2) Гиббса. 6. Какими законами описывается диффузия? 1) Фика 2) Вант-Гоффа. 7. Каким уравнением описывается температурный коэффициент? 1) К t 10 Kt 2) К К 0 l E RT 8. Физический смысл константы скорости реакции 1) коэффициент пропорциональности 2) коэффициент диффузии. ТЕСТ – БИЛЕТ для проверки знаний по физической химии ВАРИАНТ 2 Выберите правильный ответ 1. Что такое работа? 1) Энергия; 2) Форма передачи энергии. 25 2. Для каких условий применимо уравнение? Q U PV 1) изохрных; 2) изобарных; 3) изотермических; 4) адиабатных. 3. Какой способ выражения состава 1) молярность 2) объемная V1 V1 V2 ....V j 3) массовая доля 4. Для каких растворов применимо это уравнение 1) идеальных 2) реальных 5. Уравнение адсорбции Г Г 1) Шишковского 4) молярная доля P P0 i вр 1 вр 2) Ленгмюра? 6. Какой смысл имеет n в уравнении V K C h 1) стехеометрического коэффициента в уравнении реакции; 2) порядок реакции. 7. Что такое гальванический элемент? 1) Устройство в котором химическая энергия преобразуется в электрическую; 2) Устройство для проведения электролиза. 8. Чем отличаются гомогенные реакции от гетерогенных? 1) идут по всему объему; 2) идут на границе раздела фаз. ТЕСТ – БИЛЕТ для проверки знаний по физической химии ВАРИАНТ 3 Выберите правильный ответ 1. Какая это термодинамическая функция S 1) Потенциал Гиббса; Q ? T 2) Потенциал Гельмгольца; 3) Энтропия. 2. Когда затвердевают жидкости? 1) Когда давление пара над жидкостью равно атмосферному; 2) Когда давление пара над жидкостью равно давлению пара над её кристаллами. 26 3. Для каких растворов применимо это уравнение С ? 1) идеальных; 2) реальных. 4. Назовите автора теории полимолекулярной адсорбции. 1) Ленгмюр; 2) Поляни. E 5. Что показывает это уравнение Z P Z 0 l RT ? 1) Число общих столкновений; 2) Число эффективных столкновений. 6. Что такое поляризация? 1) Возникновение ЭДС, направленной против ЭДС основной цепи; 2) Возникновение скачка потенциала. 7. Какому закону Коновалова подчиняются растворы с максимумом или минимумом на диаграмме “давление-состав”? 1) первому; 2) второму; 3) первому и второму. 8. Каким законам подчиняется электролиз? 1) Фарадея; 2) Кольрауша. ТЕСТ – БИЛЕТ для проверки знаний по физической химии ВАРИАНТ 4 Выберите правильный ответ 1. Какая величина отражает работу одного моля при изменении температуры на один градус? 1) Константа Больцмана; 2) Универсальная газовая постоянная. 2. На какую величину отличаются эти теплоемкости? СV QV dT CP QP dT 1) на R- константу Больцмана; 2) на R – универсальную газовую постоянную. 3. Что отражает уравнение? Н Н про Нисх 1) как найти теплоту образования; 2) как найти тепловой эффект. 4. Кривая изотермы: 1) Гиббса; 2) Фрейндлиха; 27 3) Ленгмюра? 5. Что такое энергия активации? 1) Число молекул реагирующих в единицу времени; 2) Избыточная энергия над средой на один моль. 6. По какому уравнению рассчитывается электродный потенциал? 1) Нернста; 2) Гиббса. 7. Эффект Вина и эффект Фалькенгагена 1) доказывает наличие ионной атмосферы; 2) доказывает отсутствие ионной атмосферы. 8. Что значит реакция простая? 1) идет в одну стадию; 2) идет в несколько стадий. ТЕСТ – БИЛЕТ для проверки знаний по физической химии ВАРИАНТ 5 Выберите правильный ответ 1. Чья формулировка 2 начала термодинамики? Различные виды энергии стремятся перейти в теплоту, а теплота в свою очередь стремится рассеяться, т.е. распределиться между всеми телами наиболее равномерным образом. 1) Клаузиуса; 2) Джоуля. 2. Выражение 1 начала термодинамики W U в условиях: 3. 1) изохорных; 2) изотермических; 3) адиабатных. 4. Сколько следствий из закона Гесса? 5. 1) одно; 2) два; 3) три; 4) четыре. 6. Что отражает этот график? Рат. Т0 ТТ 1) зависимость изменения температуры замерзания раствора по 28 сравнению с растворителем; 2) изменение температуры закипания раствора с растворителем. 5. На что влияет катализатор? 1) На константу равновесия; 2) на константу скорости реакции; 3) энергию активации. 6. Сколько основных законов фотохимии? 1) один; 2) два; 3) три. 7. Для чего используются электроды сравнения? 1) для определения стандартного электродного потенциала; 2) для измерения ЭДС. 8. Что такое ряд напряжений? Электродные потенциалы: 1) с=1; t=250; 2)с=0,1; t=30. 29 3.6. Список литературы Основная литература: 1. Горшков, В.И. Основы физической химии: учебник / В.И. Горшков, И. А. Кузнецов. - 4-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. - 407 с 2. Агеев, Е.П. Практикум по физической химии: Термодинамика: учеб. пособие для вузов / Е.П. Агеев и др.; под ред. Е.П. Агеева, В.В. Лунина. — М.: Академия, 2010. — 224 c 3. Зимон, А.Д. Физическая химия: учеб. для вузов / А.Д. Зимон. — Изд. 3-е. — М.: АГАР, 2006. — 317 c. Дополнительная литература: 1. Белик, В.В. Физическая и коллоидная химия / В.В. Белик, К.И. Киенская. — 2-е изд., стер. — М.: Академия, 2006. — 288 c. 2. Ипполитов, Е.Г. Физическая химия / Е.Г. Ипполитов, А.В. Артемов, В.В. Батраков;под ред. Е.Г. Ипполитова. – М.: Академия, 2005. – 448 с. Электронные информационные образовательные ресурсы: 1.Гельфман, М. И Практикум по физической химии. /М.И. Гельфман. – 2-е издание. – «Лань» Издательство, 2004. – 256 с. // http://e.lanbook.com 2.Афанасьев, Б. Н, Акулова, Ю. П. Физическая химия. / Б.Н. Афанасьев, Ю.П. Акулова. – 1-е издание: «Лань» Издательство, 2012. – 416 с. // http://e.lanbook.com 3.Михеева, Е.В. Физическая и коллоидная химия: Учебное пособие для студентов ИГНД очного и заочного обучения / Е.В. Михеева, Н.П. Пикула. Томск: Изд-во ТПУ, 2009. - 267 с. [Электронный ресурс] (медиатека научной библиотеки ДВФУ). // ЭБС window.edu.ru НИЦ «ИНФРА-М» Режим доступа: http://window.edu.ru 4.Калинина, Т.А. Физическая химия: Практикум для студентов химического факультета. Часть 4. Кинетика и катализ / Т.А. Калинина, О.А. Реутова. - Омск: Изд-во ОмГУ, 2005. - 48 с. [Электронный ресурс] (медиатека научной библиотеки ДВФУ). // ЭБС window.edu.ru НИЦ «ИНФРА-М» Режим доступа: http://window.edu.ru 5.Зенин, Г.С. Физическая химия. Ч.3. Фазовые равновесия и учение о растворах: Учебное пособие / Г.С. Зенин, Н.В. Пенкина, В.Е. Коган. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2005. - 119 с. [Электронный ресурс] (медиатека научной библиотеки ДВФУ). // ЭБС window.edu.ru НИЦ «ИНФРА-М» Режим доступа: http://window.edu.ru 30 31 4.Учебно-методическое обеспечение дисциплины Методические указания для преподавателей и студентов. 1. Белик, В.В. Физическая и коллоидная химия / В.В. Белик, К.И. Киенская. — 2-е изд., стер. — М.: Академия, 2006. — 288 c. Карта обеспеченности литературой Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой или иными информационными ресурсами Наименование Количество Автор, место издания, издательство, год издания, вид и дисциплин, входящих экземпляров в характеристика иных информационных ресурсов в образовательную библиотеке программу Физическая химия Основная литература: 20 1. Байрамов, В.М. Основы электрохимии/ Под ред. Лунина В.В. (1-е изд.) учебное пособие / В.М. Байрамов. - М.: Академия – 2005 г. 20 2. Ипполитов, Е.Г. Физическая химия / Е.Г. Ипполитов. - М.: Академия – 2005 г. Дополнительная литература: 20 1. Ипполитов, Е.Г. Физическая химия / Е.Г. Ипполитов, А.В. Артемов, В.В. Батраков; под ред. Е.Г. Ипполитова. — М.: Академия, 2005. — 448 c. 20 2. Шамина, Н.К. Введение в теорию растворов / Н.К. Шамина, Н.Н. Карпенко. - Изд-во УГПИ, 2005 г. Учебное пособие, 140 с. 20 3. Шамина, Н.К. «Введение в теоретическую электрохимию» / Н.К. Шамина, Н.В. Максина. - Изд-во УГПИ, учебное пособие, 2007. 31 32 10 100 с. Балезин, С.А. Практикум по физической химии / С.А. Балезин. - М., 2006 г. 32
