Физическая и коллоидная химия (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЭНЕРГЕТИКЕ

ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ

ХИМИЯ

Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников

Образовательных учреждений среднего профессионального образования

по специальности 240404

«Переработка нефти и газа»

г. Салават

2007

Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» по специальности 240404

«Переработка нефти и газа»

Заместитель директора по учебной работе

______________________

дата, подпись

РАССМОТРЕНО

на заседании предметно-цикловой комиссии

Протокол №________200 г

Председатель комиссии

____________ .

Составитель:

преподаватель

Салаватского индустриального колледжа ____________

Ответственный за выпуск:

методист заочного отделения Салаватского

индустриального колледжа _____________

Рецензент:

преподаватель

Салаватского индустриального колледжа _____________

Содержание

1  Введение 4

2  Примерная программа учебной дисциплины 6

3  Задания для контрольных работ 28

4  Примерный перечень лабораторных и практических работ 58

5  Перечень рекомендуемой литературы 59

1 Введение

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников составлены на основе ГОС СПО по специальности 240404 "Переработка нефти и газа" (per. №_____________от_________г.) и примерной программы по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» базового уровня СПО.

Программа дисциплины «Физическая и коллоидная химия» предусматривает изучение студентами средних специальных учебных заведений основных законов данной науки, их применение в областях химической науки и промышленности, основных процессов химической технологии в области переработки нефти и газа и производства основных продуктов нефтехимического синтеза. Это позволит сознательно усвоить теоретические основы важнейших технологических процессов, грамотно управлять ими в производственных условиях.

Дисциплина является базовой для последующего изучения дисциплин «Процессы и аппараты», «Основы технологии нефтехимического синтеза», «Химическая технология нефти и газа» и ряда специальных дисциплин. В свою очередь, изучение курса «Физическая и коллоидная химия» базируется на знаниях, умениях и навыков, приобретенных студентами при изучении математики, физики, неорганической химии, аналитической химии, обществознания.

Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» предусматривает изучение студентами основных термодинамических и физико-химических закономерностей, применение их в технологических процессах нефтегазопереработки и производстве продуктов нефтехимического синтеза.

В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление:

-  о теории термодинамической вероятности;

-  об основах электрохимии;

знать и уметь использовать:

-  физические свойства газов и жидкостей;

-  законы идеальных газов;

-  законы термодинамики;

-  термодинамические свойства пара;

-  законы химической кинетики, величины энергии связи различных органических соединений;

-  механизм действия катализаторов;

-  химическое равновесие;

-  теорию растворов, коллоидных систем;

-  дисперсные системы и поверхностные явления;

-  поверхностно-активные вещества;

-  нормативно-справочную и техническую литературу;

владеть навыками:

-  работы с приборами и лабораторным оборудованием при проведении физико-химических экспериментов;

-  анализа и обработки данных, построения графиков по результатам лабо-раторных исследований;

-  использования электронно-вычислительной техники в расчетах экспериментальных данных.

При изучении дисциплины студент должен выполнить 6 лабораторных работ и 3 контрольные работы.

Примерная программа рассчитана на 182 часа (в том числе 40 часов лабораторных работ и практических занятий) для базового уровня средне профессионального образования.

2 Примерная программа учебной дисциплины

Примерный тематический план

Содержание раздела и тем	Максимальная учебная нагрузка студента, час.	Количество часов	Самостоятельная работа студента
Всего	Лабораторные работы	Практические занятия
1	2	3	4	5	6
Введение	2	2
Раздел 1 Физическая химия	158	124	30	6	34
Тема 1.1 Молекулярно-кинетическая теория агрегатных состояний вещества	21	19	4	2	2
Тема 1.2 Основы химической термодинамики	41	31	4	2	10
Тема 1.2.1 Первый закон термодинамики	19	15	4	2	4
Тема 1.2.2 Второй закон термодинамики	14	10			4
Тема 1.2.3 Элементы термодинамики пара	8	6			2
Тема 1.3 Химическая кинетика	16	12	4		4
Тема 1.4 Катализ	12	8	4		4
Тема 1.5 Химическое равновесие	14	8			6
Тема 1.6 Фазовое равновесие	10	10	4
Тема 1.7 Растворы	26	22	8	2	4
Тема 1.8 Электрохимия	18	14	2		4
Раздел 2 Основы коллоидной химии.	22	14	4		8
Тема 2.1 Дисперсные системы	18	12	4		6
Тема 2.2 Растворы высокомолекулярных соединений	4	2			2
Всего по дисциплине:	182	140	34	6	42

Содержание учебной дисциплины и методические указания

Введение

Студент должен иметь представление о:

- содержании дисциплины;

- связи с другими дисциплинами;

-  новейших достижениях и перспективах развития в области физической и коллоидной химии.

Значение и содержание дисциплины «Физическая и коллоидная химия», связь ее с другими дисциплинами.

Исторические этапы развития физической химии.

Роль физической химии в развитии важнейших отраслей промышленности. Использование физической и коллоидной химии в мероприятиях по охране окружающей среды. Значение физической и коллоидной химии в решении задач по рациональному использованию сырья, оптимизации ведения технологических процессов нефтепереработки и нефтехимии, внедрению малоотходных и безотходных производств.

Выражение физических величин, используемых в физической химии, в Международной системе единиц (СИ).

Методические указания

Данная тема является вводной и должна дать понятие о содержании, значимости и роли данной дисциплины в развитии важнейших отраслей промышленности.

Вопросы для самоконтроля:

1  Что является предметом изучения физической химии?

2  Какие разделы включает физическая химия?

3  Что является предметом изучения коллоидной химии?

4  Кто является основоположником физической химии?

5  Назовите области применения физико-химических методов исследования.

Литература: [1],с.5-8; [2],с.4-12

Раздел 1 ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Тема 1.1 Молекулярно-кинетическая теория агрегатных

состояний вещества

Студент должен:

иметь представление о:

-  строении жидкости и свободной поверхностной энергии, поверхностном натяжении, поверхностно – активных веществах (ПАВ), поверхностно – неактивных веществах (ПНАВ), их практическое применение;

-  процессах парообразования и кипения, теплоте испарения;

-  жидкокристаллическом состоянии вещества и различиях между кристаллическими и аморфными веществами;

-  типах связей в кристаллических решетках;

-  плавлении и отвердевании веществ;

-  плазмохимии, ее значении, перспективах использования в технологии нефтегазопереработки и нефтехимии.

Знать:

-  физические свойства газов и жидкостей;

-  характерные свойства вещества в каждом его физическом состоянии;

-  отличие газов от других агрегатных состояний веществ;

-  понятие «идеальный» газ и условия при которых он существует;

-  законы идеальных газов, их математическое и графическое выражение;

-  физический смысл и область применения уравнения состояния идеального газа;

-  причины отличия свойств реальных газов от идеальных;

-  физический смысл и область применения уравнения Ван – дер – Ваальса;

-  смысл уравнения Дальтона;

-  сущность вязкости жидкостей, роль вязкости и текучести в химической технологии;

-  устройство вискозиметра Оствальда;

-  характеристику плазменного состояния вещества и использование плазмы в химической технологии.

Уметь:

-  выполнять расчеты по свойствам газов и газовых смесей;

-  выполнять расчеты состава газовой смеси и производить перерасчет состава смесей, выраженных различными способами.

-  проводить наблюдения за экспериментом, используя приборы и лабора­торное оборудование;

-  определять вязкость в лабораторных условиях капиллярным мето­дом.

Сравнение агрегатных состояний с точки зрения кинетической энергии частиц и потенциальной энергии их взаимодействия.

Газообразное состояние. Газ как рабочее тело, его параметры состоя­ния. Идеальный газ. Газовые законы, их математическое и графическое выра­жение. Следствия газовых законов.

Универсальное уравнение состояния идеального газа - уравнение Кла­пейрона - Менделеева. Универсальная газовая постоянная и ее физический смысл и размерность.

Реальные газы. Давление и вакуум. Причины отклонений свойств реаль­ных газов от идеальных газовых законов.

Критическое состояние. Коэффициенты сжимаемости.

Газовые смеси, параметры их состояния, способы выражения состава смесей. Парциальные давления газов в смеси. Закон Дальтона. Правило адди­тивности.

Общая характеристика жидкого состояния. Современные взгляды на структуру жидкостей. Ассоциация. Свободная энергия поверхности (СЭП) жидкости. Поверхностное натяжение. Явление смачивания.

Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества, их прак­тическое значение.

Вязкость. Ее физическая сущность, зависимость от различных факторов. Формула Ньютона. Виды вязкости. Текучесть. Способы определения. Роль вяз­кости жидкостей и газов в химической технологии. Процессы парообразования и испарения. Киломольная теплота испарения. Правило Трутона.

Твердое состояние. Тела кристаллические и аморфные. Общая характе­ристика кристаллического состояния. Плавление и отвердевание (кристаллиза­ция). Кривые охлаждения. Основные виды кристаллических решеток.

Плазма: общая характеристика.

Методические указания

При изучении этой темы следует обратить внимание на отличие реального газа от идеального и на то, как они связываются в написании уравнения состояния. Какие поправки введены в уравнение состояния реального газа и что они учитывают, когда можно при расчетах пользоваться уравнением идеального газа, а когда надо использовать уравнение состояния реального газа.

При изучении жидкого состояния вещества надо обратить внимание на особенности жидкостей, физический смысл поверхностного натяжения, вязкости, а также на методы их определения.

При изучении твердого состояния вещества надо уяснить отличие кристаллических веществ от аморфных и как это отражается на графике tохл. – время.

Лабораторная работа 1

Практическое занятие 1

Вопросы для самоконтроля

1  Вывести основное уравнение молекулярно - кинетической теории газов.

2  Вывести уравнение идеального газа.

3  Физический смысл универсальной газовой постоянной, ее численные значения и размерность.

4  Закон Дальтона.

5  Написать уравнение Ван-дер-Ваальса.

6  Отличия реальных газов от идеальных.

7  Особенности жидкого состояния вещества.

8  Что называется поверхностным натяжением? Методы его определения.

9  Вязкость, ее определение с помощью вискозиметра Оствальда. Опреде­ление вязкости методом падающего шарика.

10  Что такое кристаллическая решетка?

11  Что такое полиморфизм, аллотропия, изоморфизм, анизотропия?

12  Какие вещества называются аморфными?

13  График зависимости: t – время для кристаллических и аморфных веществ.