МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ (ИПЭЭф)
___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140100 – Теплоэнергетика и теплотехника

Профиль(и) подготовки: Автономные энергетические системы

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ"

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

вариативная

№ дисциплины по учебному плану:

ИПЭЭф; Б2.5.1

Часов (всего) по учебному плану:

144

Трудоемкость в зачетных единицах:

4

3 семестр

Лекции

36 часов

3 семестр

Практические занятия

не предусмотрены

Лабораторные работы

18 часов

3 семестр

Расчетные задания, рефераты

6 часов самостоят. работы

3 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

90 часа

Экзамены

3 семестр

Курсовые проекты (работы)

не предусмотрены

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основ физической химии автономных энергетических установок. По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

· демонстрировать базовые знания в области естественнонаучных дисциплин и готовностью использовать основные законы физической химии в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

· применять навыки полученной физико-химической информации при проектировании элементов автономных энергетических систем (ПК-6).

· использовать специализированные знания фундаментальных разделов физической химии для освоения проблем в области водородной энергетики и технологии электролизеров, топливных элементов, аккумуляторов, электрохимических энергоустановок, электрохимической энергетики (ПСК-2);

· использовать компьютер на уровне пользователя, использовать информационные технологии для решения задач водородной и электрохимической энергетики (ПСК-3);

· использовать современное электрохимическое технологическое и лабораторное оборудование и приборы (ПСК-4);

· к проведению измерений и наблюдений в области водородной энергетики и технологии, топливных элементов, электрохимических энергоустановок, составлению описания проводимых исследований, подготовке данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций (ПК-13);

Задачами дисциплины являются

· изучить физико-химические основы функционирования автономных энергетических систем

· охарактеризовать материалы, используемые в автономных энергетических системах, с точки зрения их физико-химических свойств.

· научить проводить расчеты, анализировать физико-химические процессы и производить выбор оптимальных параметров работы автономных энергетических систем.

· научить принимать и обосновывать конкретные технические решения по подбору материалов, их синтезу и обработке, а также защите элементов, узлов и агрегатов автономных энергетических систем от процессов деградации при их проектировании и эксплуатации.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.2.5.1 (дисциплина по выбору) основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Автономные энергетические системы" направления 140100 Теплоэнергетика и теплотехника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Химия», «Физика», «Математика», «Материаловедение».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Знать:

· основные источники научно-технической информации по физической химии автономных энергетических систем (ОК-7, ПК-6);

· основы физико-химической технологии применение конструкционных материалов в автономных источниках энергии (ПК-10);

· терминологию в области физической химии (ОК-2);

· основные методы защиты производственного персонала и населения от последствий возможных аварий, катастроф, стихийных бедствий (ПК-5)

Уметь:

· использовать программы обработки экспериментальных данных полученных на современном лабораторном оборудовании для оценки, прогнозирования и оптимизация физико-химических процессов в автономных источниках энергии (ПК-1);

· осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию, выбирать необходимые материалы в соответствии с их физико-химическими характеристиками (ПК-6);

· выбирать оптимальные конструкционные материалы для изготовления основных и вспомогательных элементов электрохимических установок, топливных элементов, установок водородной энергетики и технологии (ПК-10);

· практически использовать современное электрохимическое, технологическое и лабораторное оборудование и приборы (ПСК-4)

Владеть:

· навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

· навыками поиска информации о свойствах сталей, сплавов, физико-химических сред, способах минимизации коррозионного разрушения оборудования автономных энергетических систем с физико-химической точки зрения (ПК-6);

· готовностью выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);

· способностью использовать компьютер на уровне пользователя, использовать информационные технологии для решения задач водородной и электрохимической энергетики (ПСК-3)

· готовностью к планированию и участию в проведении плановых испытаний технологического оборудования для водородной энергетики и технологии, топливных элементов, электрохимических энергоустановок (ПК-7)

· готовностью к контролю соблюдения экологической безопасности на производстве, к участию в разработке и осуществлению экозащитных мероприятий и мероприятий по энерго - и ресурсосбережению на производстве (ПК-10)

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Основные понятия химической термодинамики. Тепловые эффекты реакции.

8

3

2

6

Устный опрос.

2

Самопроизвольные процессы и состояния равновесия.

9

3

6

3

Расчетное задание.

3

Характеристические функции. Максимальная работа.

10

3

4

6

Тест.

4

Смещение равновесия. Термодинамические расчеты.

14

3

4

4

6

Выполнение и защита лабораторных работ.

5

Основные понятия химической кинетики.

5

3

2

3

Расчетное задание.

6

Сложные реакции. Фотохимические и цепные реакции.

16

3

6

4

6

Выполнение и защита лабораторных работ.

7

Теория активированного комплекса.

10

3

4

6

Тест.

8

Катализ. Адсорбция в гетерогенном катализе.

14

3

4

4

6

Выполнение и защита лабораторных работ.

9

Фазовое равновесие. Химический потенциал.

16

3

4

6

6

Выполнение и защита лабораторных работ.

Зачет

6

3

6

Защита лабораторных работ и расчетных заданий.

Экзамен

36

3

36

Письменный

Итого:

144

36

18

90

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Основные понятия химической термодинамики.

Изолированные, закрытые, открытые системы. Параметры состояния и функции состояния. Первый закон термодинамики. Тепловые эффекты реакции.

2. Самопроизвольные процессы и состояние равновесия

Энтропия. Второй закон термодинамики.

3. Критерии равновесия и самопроизвольные протекания реакции.

Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Уравнения Гиббса-Гельмгольца.

4. Температурная зависимость термодинамических функций.

Уравнения Кирхгофа. Теплоемкость. Температурные ряды.

5. Характеристические функции.

Основные понятия. Взаимосвязь. Анализ уравнений при изменение температуры и давления.

6. Максимальная работа..

Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики. Взаимосвязь с характеристическими функциями.

7. Смещение химического равновесия.

Константы равновесия. Уравнение изотермы и изобары Вант-Гоффа. Принцип Лешателье-Брауна.

8. Термодинамические расчеты.

Термическое и барическое зависимость термодинамических функций. Расчеты химических равновесий.

9. Химическая кинетика.

Основные понятия химической кинетики. Скорость и механизм реакции. Молекулярность и порядок реакции. Влияние температуры на скорость реакции. Низкотемпературный предел.

10. Сложные реакции.

Принципы рассмотрения сложных реакций. Лимитирующая стадия.

11. Сложные реакции..

Обратимые, параллельные, последовательные реакции. Метод Боденштейна.

12. Фотохимические и цепные реакции.

Законы фотохимии. Уравнения Эйнштейна-Штарка. Квантовый выход.

13. Механизмы химических реакций.

Теория активированного комплекса. Энергетический барьер. Переходное состояние.

14. Механизмы химических реакций.

Энтальпия и энтропия активации. Взаимосвязь термодинамических параметров активированного комплекса и кинетических параметров реакции.

15.Катализ.

Основные положения процесса катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль. Процессы катализа.

16. Адсорбция.

Физическая и химическая адсорбция. Изотермы адсорбции. Адсорбция в гетерогенном катализе.

17. Химический потенциал.

Открытые системы. Фазовое равновесие. Правило фаз Гиббса. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовая диаграмма.

18.Обзорная лекция.

Роль физической химии в подготовке специалистов по профилю «Автономные энергетические системы»

4.2.2. Практические занятия: практические занятия учебным планом не предусмотрены

4.3. Лабораторные работы:

№1 Исследование термодинамических параметров электрохимических реакций.

№2 Изучение скорости разложения пероксида водорода газометрическим методом.

№3 Изучение адсорбции метилоранжа из водного раствора.

№4 Кинетика гетерогенных процессов. Определение константы скорости растворения, малорастворимых веществ методом электропроводности.

4.4. Расчетные задания:

№1 Рассчитать термодинамические параметры химического процесса. Рассмотреть влияние внешних факторов на параметры равновесной системы.

№2 Рассчитать кинетические параметры сложной химической реакции. Рассмотреть влияние температуры, концентрации, катализаторов на скорость реакции.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы: курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов.

Лабораторные занятия проводятся на современном оборудовании ЦКП “Водородная энергетика и электрохимические технологии” с использованием современных методов физико-химического анализа.

Самостоятельная работа включает подготовку к защите лабораторных работ, выполнение расчетных заданий, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются расчетные задания, защиты лабораторных работ, устные опросы.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется оценкой за экзамен.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Краснов химия – М: Высшая школа, 2-е изд. с.: ил.

2. , , Цирлина : Учебник для вузов. – М.: Химия, 2001.-624с.: ил.

б) дополнительная литература:

1.Краткий справочник физико-химических величин/ под ред. – Л.: Химия, с.: ил.

2. , Кулешов реакции – М.: МЭИ, 1993-22с.: ил.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www. *****/, http://www. *****, http://www. *****/.

б) другие: нет

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и учебной лаборатории располагающей оборудованием для современного физико-химического анализа.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140100 “Теплоэнергетика и теплотехника” и профилю “Автономные энергетические системы”.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. х.н., доцент

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Химии и электрохимической энергетики

д. т.н., профессор