ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано _____________________________ Руководитель ООП по направлению 150100 профессор | Утверждаю ___________________________ Зав. кафедрой общей и физической химии профессор |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Физическая Химия»
Направление подготовки 150100 «Материаловедение и технология»
Профиль подготовки: Материаловедение и технология новых материалов
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составители: профессор , доцент
Санкт-Петербург
2012
1. Цели и задачи дисциплины: целью преподавания дисциплины является приобретение студентами знаний в области физической химии, необходимых для последующего логического перехода к изучению иных дисциплин математического и естественнонаучного цикла, а также дисциплин профессионального цикла по направлению 150100 «Материаловедение и технологии материалов».
В соответствии со стандартными требованиями к образованности бакалавра в результате изучения теоретического курса и прохождения лабораторного практикума по физической химии задачей дисциплины является получение студентом необходимого объема знаний в области физической химии, а также навыков применения этих знаний для решения практических задач.
2. Место дисциплины в структуре ООП: дисциплина «Физическая химия» относится к дисциплинам математического и естественнонаучного цикла и входит в его базовую часть.
Для изучения дисциплины студент должен обладать знаниями по дисциплинам «Неорганическая химия», «Органическая химия», «Аналитическая химия» устанавливаемыми ФГОС ВПО по направления подготовки 150100 «Материаловедение и технология материалов» для профиля «Материаловедение и технология новых материалов».
Дисциплина является предшествующей для изучения последующих дисциплин цикла Б2 (математический и естественнонаучный цикл): Экология (5-й семестр), Методы исследования материалов и процессов (5-й семестр), Перенос энергии и массы, основы теплотехники и гидроаэродинамики (6-й семестр), Физико-химические основы нанотехнологий (7-й семестр), Коррозия и коррозионностойкие покрытия (7-й семестр); цикла Б3 (профессиональный цикл): Безопасность жизнедеятельности (5-й семестр), Теория и технология термической и химико-термической обработки (5, 6-й семестры), Технология материалов и покрытий (7-й семестр), Технологические основы производства порошковых материалов (7-й семестр), Технологические основы производства композиционных материалов (7-й семестр).
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
общекультурных компетенций:
культуры мышления, способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
умения логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
умением использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-5);
профессиональных компетенций:
владеть базовыми знаниями математических и естественнонаучных дисциплин и дисциплин общепрофессионального цикла в объеме, необходимом для использования в профессиональной деятельности основных законов соответствующих наук, разработанных в них подходов, методов и результатов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
владеть основами методов исследования, анализа, диагностики и моделирования свойств веществ (материалов), физических и химических процессов в них и в технологиях получения, обработки и модификации материалов, некоторыми навыками их использования в исследованиях и расчетах (ПК-3);
уметь использовать на практике современные представления наук о материалах, о влиянии микро - и нано - масштаба на свойства материалов, взаимодействии материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками частиц (ПК-7);
владеть навыками сбора данных, изучения, анализа и обобщения научно-технической информации по тематике исследования, разработки и использования технической документации, основных нормативных документов по вопросам интеллектуальной собственности, подготовки документов к патентованию, оформлению ноу-хау (ПК-8);
владеть навыками использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, свойств материалов и изделий из них (ПК-11);
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: фундаментальные разделы неорганической химии, органической и физической химии, их законы и методы.
Уметь: применять математические методы, физические и химические законы и вычислительную технику для решения типовых профессиональных задач; использовать основные понятия, законы и модели химических систем, химической идентификации; методы теоретического и экспериментального исследования в химии; расчеты ионного состава растворов электролитов; пользоваться таблицами и справочниками, выполнять расчеты в области химической термодинамики и кинетики.
Владеть: методами построения математических, физических и химических моделей при решении производственных задач; опытом планирования, постановки и обработки данных химического эксперимента; расчетов растворимости солей и гидроксидов при заданных условиях, прогнозирования свойств элементов и их соединений, практическими навыками планирования и проведения физико-химических лабораторных исследований, обработки и оформления их результатов
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
4 | |||||
Аудиторные занятия (всего) | 48 | 48 | |||
В том числе: | |||||
Лекции | 16 | 16 | |||
Практические занятия (ПЗ) | 16 | 16 | |||
Семинары (С) | |||||
Лабораторные работы (ЛР) | 16 | 16 | |||
Самостоятельная работа (всего) | 60 | 60 | |||
В том числе: | |||||
Курсовой проект (работа) | |||||
Расчетно-графические работы | |||||
Реферат | |||||
Другие виды самостоятельной работы | 60 | 60 | |||
Выполнение домашнего задания | 25 | 25 | |||
Выполнение лабораторных работ | 25 | 25 | |||
Подготовка к контрольной работе | 10 | 10 | |||
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | зачет | |||
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | 108 | |||
3 | 3 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Основы химической термодинамики | Предмет и задачи термодинамики, ее значение для экологов Первое начало. Тепловой эффект изохорного и изобарного процессов, понятие об энтальпии. Теплоемкость, ей использование для расчетов тепловых эффектов процессов. Расчет тепловых эффектов химических реакций. Закон Гесса. Стандартные энтальпии образования соединений. Тепловые эффекты реакций в растворах. Стандартные энтальпии образования ионов Зависимость теплового эффекта реакции от температуры, закон Кирхгофа. Второе начало термодинамики. Понятие об энтропии. Определение энтропии через термодинамическую вероятность. Закономерности изменения энтропии. Третье начало термодинамики. Вычисление энтропии. Энтропия ионов в растворах. Учение о химическом сродстве. Термодинамические потенциалы Гельмгольца и Гиббса, их вычисление. Определение направления протекания химических реакций. |
2. | Химическое равновесие | Парциальные молярные величины, их определение по экспериментальным данным и путем интегрирования уравнения Гиббса-Дюгема. Химический потенциал, его значение для компонента идеального газа, идеального раствора, предельно разбавленного раствора и для реальных систем. Понятие об активности и фугитивности. Уравнение изотермы реакции. Константа равновесия. Расчет равновесного состава реакционной смеси. Влияние внешних условий на равновесие. Принцип Ле-Шателье. Выбор оптимальных условий для проведения реакции. Вычисление константы равновесия при различных температурах по уравнению изобары реакции, по приведенным энергиям Гиббса и по методу Тёмкина-Шварцмана. |
3. | Фазовые равновесия и свойства растворов | Основные понятия: фаза, составляющее вещество и компонент системы, термодинамические степени свободы. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса, его использование для расчета фазовых равновесий а однокомпонентных системах. Фазовые диаграммы однокомпонентных систем. Свойства растворов. Закон Рауля для идеальных и предельно разбавленных растворов. Учет диссоциации растворенного вещества. Растворимость газов, законы Генри и Сивертса. Температуры замерзания и кипения растворов, криоскопия и эбуллиоскопия. Уравнение Шредера. Осмотическое давление растворов. Обратный осмос, его использование для очистки стоков. Экстракция, закон распределения Нернста. Диаграммы состояния двух - и трехкомпонентных систем. Водно-солевые системы. |
4. | Химическая кинетика | Формальная кинетика. Порядок реакции и способы его определения. Кинетика сложных гомогенных, фотохимических, цепных и гетерогенных реакций. Зависимость скорости реакции от температуры, энергия активации, её определение. Теории активных столкновений и переходного состояния (активированного комплекса). Механизм гомогенного и гетерогенного катализа. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | |||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
1. | Экология | + | + | + | + |
2. | Методы исследования материалов и процессов | + | + | + | + |
3. | Перенос энергии и массы, основы теплотехники и гидроаэродинамики | + | + | + | + |
4. | Физико-химические основы нанотехнологий | + | + | + | + |
5. | Коррозия и коррозионностойкие покрытия | + | + | + | + |
6. | Безопасность жизнедеятельности | + | + | + | + |
7. | Теория и технология термической и химико-термической обработки | + | + | + | + |
8. | Технология материалов и покрытий | + | + | + | + |
9. | Технологические основы производства порошковых материалов | + | + | + | + |
10. | Технологические основы производства композиционных материалов | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Основы химической термодинамики | 4 | 4 | 4 | 15 | 27 | |
2. | Химическое равновесие | 4 | 4 | 4 | 15 | 27 | |
3. | Фазовые равновесия и свойства растворов | 4 | 4 | 4 | 15 | 27 | |
4. | Химическая кинетика | 4 | 4 | 4 | 15 | 27 | |
Итого | 16 | 16 | 16 | 60 | 108 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1 | 1 | Определение интегральной теплоты растворения соли и теплоты гидратообразования | 2 |
2 | 1 | Определение энтальпии диссоциации слабой кислоты | 2 |
3 | 2 | Определение степени диссоциации слабого электролита кондуктометрическим методом | 2 |
4 | 2 | Определение константы нестойкости роданида железа фотометрическим методом | 2 |
5 | 3 | Экстракция цветных металлов карбоновой кислотой | 2 |
6 | 3 | Криометрия | 2 |
7 | 4 | Определение константы скорости реакции окисления иодида калия персульфатом аммония | 2 |
8 | 4 | Кинетика ионного обмена | 2 |
Итого | 16 |
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | Расчет тепловых эффектов химических реакций | 2 |
2. | 1 | Расчет направления протекания химической реакции | 2 |
3. | 2 | Расчет выхода реакции | 2 |
4. | 2 | Расчет равновесного состава реакционной смеси | 2 |
5. | 3 | Расшифровка диаграммы состояния двухкомпонентной системы | 2 |
6. | 3 | Построение диаграммы состояния двухкомпонентной системы | 2 |
7. | 4 | Расчет кинетических параметров химической реакции | 2 |
8. | 4 | Расчет кинетических параметров химической реакции | 2 |
Итого | 16 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)_______ не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой___________________________________
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Стромберг А. Г., Семченко химия. Издание 4. М.: Высшая школа, 2003.
2. , , Батраков химия. М.: Академия. 2005.
3. , , Успенская физической химии. Теория и задачи. М.: Экзамен. 2005.
4. , , Дубровская химия. Термодинамические свойства растворов. Сборник задач. СПб.: Изд-во СПГГИ, 2007.
5. Краткий справочник физико-химических величин. / Ред. Равдель А. А., Пономарева 10. СПб: Специальная литература, 2003.
6. , Ульянова химия. Химическая кинетика. Методуказания. СПб.: Изд-во СПГГИ, 2003.
7. Липин диаграммы. Сборник задач. СПб: Изд-во СПГГИ, 1999.
8. , , Иванов химия. Химическая термодинамика. Сборник задач. СПб. СПГГИ.: 2007.
9. Чиркст электролитов. Учебное пособие. СПб. СПГГИ. 2006.
10. , , Литвинова химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие. СПб. СПГГИ. 2010.
б) дополнительная литература
1. Стромберг А. Г., Лельчук Х. А., Картушинская задач по химической термодинамике. М.: Высшая школа, 1985.
2. Дибров и физическая химия. Часть 3. Химическая термодинамика. СПб: Изд-во СПГГИ, 1996.
3. , , Лихтенштейн кинетика. М.: Химия, 2000.
программа химических расчетов HSC производства компании Outotec
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
http://www. chem. msu. su/cgi-bin/tkv. pl
http://www.
http://www. *****/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Учебно-научная лаборатория теоретической и прикладной химии, компьютерные классы, специализированная аудитория 3532.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность теоретических представлений и практических навыков по каждой дидактический единице во взаимосвязи с последующими и смежными дисциплинами, целью которых является приобретение студентом компетенций, знаний и умений, установленных ФГОС ВПО для направления 150100 «Материаловедение и технологии материалов».
Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является совокупностью данных по успешности выполнения студентом требований ФГОС ВПО, учебного плана, примерной учебной программы (посещение лекций, практических и лабораторных занятий, своевременное выполнение лабораторного практикума, заданий по самостоятельной работе).
Разработчики:
кафедра ОФХ профессор
кафедра ОФХ доцент
