МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образ...
25 downloads
150 Views
246KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра химии и охраны окружающей среды
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Факультет технологии веществ и материалов Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 651700 – материаловедение, технологии материалов и покрытий 120800 – материаловедение в машиностроении Направление подготовки бакалавра 551600 – материаловедение и технология новых материалов
Санкт-Петербург 2004
Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 541.1 Физическая химия: Рабочая программа. – СПб: СЗТУ, 2004. – 19 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлениям подготовки дипломированного специалиста 651700 – «Материаловедение, технологии материалов и покрытий» (специальность 120800 – «Материаловедение в машиностроении») и направлению подготовки бакалавра 551600 – «Материаловедение и технология новых материалов». Рабочая программа предназначена для студентов 2 курса очно-заочной и заочной форм обучения и охватывает два основных раздела дисциплины: химическая термодинамика и фазовые равновесия.
Рассмотрено на заседании кафедры химии и охраны окружающей среды 21 июня 2004 г.; одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов июня 2004 г.
Рецензенты: Л. Р. Пальтиель, канд. хим. наук, доц. кафедры химии и охраны окружающей среды СЗТУ; С. Г. Изотова, канд. хим. наук, доц. кафедры физической химии СПбТИ (ТУ).
Составители: Г. С. Зенин, д-р техн. наук, проф.; В. Е. Коган, д-р хим. наук, проф.; Н. В. Пенкина, д-р хим. наук, проф.
© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004
2
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Физическая химия — наука, использующая теоретические и экспериментальные методы физики при исследовании химических явлений. В процессе изучения дисциплины студент знакомится с научной терминологией и основными понятиями предмета и приобретает знания о фундаментальных законах природы, которые находят практическое применение в различных отраслях науки и техники. Дисциплина «Физическая химия» позволяет теоретически определить возможность протекания и направление, а также количественные характеристики химических процессов. Конечной целью изучения дисциплины является понимание основных закономерностей, которые образуют основу теории технологических процессов, и приобретение опыта практических расчетов, необходимого для решения производственных задач в области химической технологии. Студент, освоивший раздел дисциплины «Химическая термодинамика», должен: - понимать сущность и знать формулировки и аналитические выражения первого и второго начал термодинамики, законов Гесса и Кирхгофа, уравнения состояния идеального газа и таких основных понятий, как летучесть, активность, термодинамический потенциал, химический потенциал; - знать определения идеального газа, теплот образования и сгорания, энтропии; - уметь рассчитывать теплоемкость системы, тепловой эффект реакции, изменения энтропии и энергии Гиббса в результате протекания реакции; -уметь определять константу равновесия гомогенной и гетерогенной реакции и состав равновесной смеси, а также на основе анализа уравнений изотермы и изобары направление смещения равновесия реакции при изменении внешних параметров; 3
- иметь представление о квантовой теории теплоемкости, статистическом толковании энтропии, тепловой теореме Нернста, постулате Планка. Студент, освоивший раздел дисциплины «Фазовые равновесия и учение о растворах», должен: - понимать сущность и знать формулировки и аналитические выражения правила фаз Гиббса, законов Дальтона, Рауля, Генри, Гиббса – Коновалова, уравнений Клапейрона, Клапейрона–Клаузиуса, Шредера – Ле Шателье, Нернста–Шилова; - уметь строить (на основании кривых охлаждения) диаграммы состояния одно- и двухкомпонентных систем, анализировать их, определять по ним состав и количество сопряженных фаз; уметь определять состав трехкомпонентных систем с помощью треугольников Гиббса и Розебома; - знать различные способы выражения состава растворов и уметь пересчитывать состав из одной размерности в другую; - иметь представление о коллигативных свойствах растворов и об экстракции.
4
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС Начала химической термодинамики, параметры и функции состояния закрытых и открытых , химический потенциал и общие условия равновесия систем, химическое равновесие; термодинамические свойства газов и газовых смесей; фазовые равновесия и состояния одно- и многокомпонентных систем; термодинамические свойства растворов, водные и неводные, идеальные и реальные растворы, равновесия в растворах электролитов; термодинамическая теория Э.Д.С.; направленность химических процессов, элементы термодинамики неравновесных процессов и химической кинетики, формальная кинетика, теории химической кинетики, кинетика сложных гомогенных, фотохимических, цепных и гетерогенных реакций; гомогенный и ферментативный катализ, адсорбция и гетерогенный катализ; основы химии поверхностей раздела фаз: термодинамическое описание границ раздела фаз и их свойств, свободные поверхности жидких и твердых фаз, границы раздела жидкость-пар (газ) и твердое тело-жидкость, внутрифазовые границы, основные параметры и явления. Химический практикум. 1.2.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
(объем дисциплины 100 ч)
Введение [1], с. 16 … 31; [2], с. 6 … 8; [3], с. 3 Предмет и содержание курса физической химии, его основные разделы. Исторические этапы развития физической химии, ее философские основы. Методы физической химии: термодинамический, статистический и квантово - механический. Значение предмета для технологии. 5
1.2.1. Химическая термодинамика [1], с. 237 …322, 427 … 488; [2], 186 … 364; [3], с. 4 … 73 Первое начало термодинамики Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа. Смесь идеальных газов и парциальное давление. Неидеальный газ. Уравнение состояния неидеального газа (уравнение Ван–дер–Ваальса). Сжижение газов. Критические параметры. Приведенные параметры. Первое начало термодинамики, его основные формулировки и аналитическое выражение. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Работа расширения идеального газа при различных условиях проведения процесса. Тепловые эффекты при постоянном объеме и постоянном давлении, соотношение между ними. Закон Гесса, его применение для расчета теплового эффекта химической реакции. Теплоты агрегатного и полиморфного превращений, сгорания, растворения. Теплота образования. Стандартное состояние. Стандартные теплоты образования; использование их для вычисления теплового эффекта реакций. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры; уравнение Кирхгофа. Теплоемкость: изохорная, изобарная, истинная, средняя; связь между ними. Классическая теория теплоемкости газов. Понятие о квантовой теории теплоемкости газов и твёрдых веществ. Эмпирические правила и уравнения для вычисления теплоемкости веществ. Второе начало термодинамики Направленность процессов в природе. Обратимые и необратимые процессы. Второе начало термодинамики, его основные формулировки и аналитическое выражение. Энтропия, ее физический смысл, ее изменение при агрегатных превращениях, статистическое толкование. Изменение энтропии для обратимых 6
и необратимых процессов. Изменение энтропии как фактор возможности и критерий направленности процесса в изолированной системе. Учение о химическом равновесии Применение первого и второго начал термодинамики к химическим процессам. Термодинамические потенциалы: внутренняя энергия, энтальпия, энергия Гельмгольца, энергия Гиббса. Характеристические функции. Изменение термодинамического потенциала как фактор возможности и критерий направленности процесса. Уравнения Гиббса – Гельмгольца. Химический потенциал. Химический потенциал идеального газа, идеального газа в смеси, неидеального газа, компонента в растворе. Активность и летучесть (фугитивность). Определение коэффициента летучести. Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье – Брауна. Константа равновесия. Соотношение между константами, выраженными через парциальные давления, концентрации, летучести, активности и молярные доли реактантов. Реакции, протекающие при высоком давлении, и их константа равновесия. Гетерогенные реакции и их константа равновесия. Энтропийный способ вычисления константы равновесия. Определение степени превращения и состава равновесной смеси. Изотерма реакции (уравнение Вант–Гоффа). Зависимость константы равновесия от температуры; уравнения изобары и изохоры. Тепловая теорема Нернста и ее следствия. Постулат Планка. Энтропия кристаллического вещества. Абсолютная энтропия. Основы статистической термодинамики Статистическая сумма состояний. Статистический вес. Вычисление поступательной, вращательной и колебательной сумм состояний и выражения соответствующих долей теплоемкости, энтропии и энергии Гиббса. Вычисление константы равновесия с применением сумм состояний. 7
Вопросы для самопроверки 1. Теплоемкость каких из этих газов: Cl2, Ar, CH4, NO, Ne, N2 – не зависит от температуры? 2. Какой из перечисленных газов: Cl2, Ar, CH4, NO, Ne, N2 – имеет, согласно классической теории, наибольшую теплоемкость? 3. Какая из двух реакций, протекающих при одинаковой температуре, имеет меньшую константу равновесия, если значение ∆ G 0 первой реакции T
больше, чем второй?
4. Какова степень превращения исходных веществ в продукты реакции, если значение ∆ G 0 реакции при 1000К составляет 383 кДж/моль? T
5. В каком направлении самопроизвольно протекает реакция N2+O2=2NO (∆H>0), если текущие парциальные давления реагентов равны 8 и 5 бар, продукта реакции – 7 бар, а константа равновесия K P =3 ? 6. Каким будет равновесное парциальное давление SO2, образующегося в результате протекания реакции 2PbS(кр)+3O2(г) R 2PbO(кр)+2SO2(г) (∆H