Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
им.
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета АД
(подпись) (фамилия, и. о.)
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
(наименование дисциплины)
для направления 140400 ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
(номер и наименование специальности или направления)
Кафедра физики
Распределение часов
Форма обучения | очная | очно-заочная | заочная |
Лекции | 18 | ||
Практические занятия | 18 | ||
Лабораторные занятия | - | ||
Индивидуальные занятия | 2 | ||
Самостоятельная работа в т. ч. курсовая работа | 44 | ||
Всего часов | 80 | ||
Форма контроля (зач., экз.) | Экз. |
Программу составили _
(подписи) (фамилии, и. о.)
Рабочая программа рассмотрена на __заседании кафедры__________________
(заседании кафедры, методическом семинаре,
____________________________________________________________________
заседании методической комиссии)
«_4___»_октября____________2005 г.
Заведующий кафедрой А.
(подпись) (фамилия, и. о.)
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
им.
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета АД
(подпись) (фамилия, и. о.)
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
По дисциплине ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
(наименование дисциплины)
специальность 140402 ТЕПЛОФИЗИКА
(номер и наименование специальности или направления)
Кафедра физики
Распределение часов
Форма обучения | очная | очно-заочная | заочная |
Лекции | 18 | ||
Практические занятия | 18 | ||
Лабораторные занятия | - | ||
Индивидуальные занятия | 2 | ||
Самостоятельная работа в т. ч. курсовая работа | 44 | ||
Всего часов | 80 | ||
Форма контроля (зач., экз.) | Экз. |
Программу составили _
(подписи) (фамилии, и. о.)
Рабочая программа рассмотрена на _заседании кафедры_____________________________________
«__4__»___октября___________2005 г.
Заведующий кафедрой А.
(подпись) (фамилия, и. о.)
Настоящая программа составлена в соответствии с решением Ученого Совета РГАТА им. согласно учебному плану по направлению 140400 Техническая физика и по специальности 140402 ТЕПЛОФИЗИКА, данный курс относится к общим математическим и естественно-научным дисциплинам.
Цель и задачи изучения дисциплины.
В технической термодинамике при изучении процесса превращения теплоты в механическую работу принимают, что рабочее тело, с помощью которого оно осуществляется, не претерпевает каких-либо химических превращений. В современной теплотехнике большое место занимают вопросы, связанные с изучением процессов, сопровождающихся химическими реакциями (горением, диссоциацией, ионизацией и т. д.) В связи с этим углубление знаний студентов в области химической термодинамики имеет большое значение.
Формирование логически обоснованного массива теоретических знаний с учетом фактора единства теории и практики, а также фактора взаимосвязи с другими учебными дисциплинами.
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекция 1-2. Введение. Предмет и метод химической термодинамики. Основные понятия и определения. Первый закон термодинамики и его применение к химическим процессам. Тепловые эффекты химических реакций при V= const и p=const. Связь между ними. Закон Гесса. Теплоты образования и сгорания. Стандартная теплота. Примеры. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгофа. Примеры. Уравнение вида Q=f(T).
Лекция 3. Характеристические функции и термодинамические потенциалы (внутрення энергия, энтальная, энергия Гольмгольца, энергия Гиббса). Максимальная полезная работа. Уравнения Гиббса- Гельмгольца.
Лекция 4. Химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема. Зависимость химического потенциала от давления и температуры. Фугитивность и активность. Направление протекания самопроизвольных процессов и критерии равновесия системы.
Лекция 5. Фазовые равновесия. Условие равновесия фаз. Правило фаз Гиббса. Устойчивость фаз. Принцип смещения равновесия или принцип Ле-Шателье Брауна. Фазовые диафрагмы. Фазовые переходы I рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовые переходы II рода. Уравнения Эренфеста.
Лекция 6. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константы равновесия. Химическое равновесие в гетерогенных реакциях. Определение констант равновесия сложных химических реакций. Примеры.
Настоящая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и Учебным планом подготовки специалиста (инженера) по специальности 070700 ТЕПЛОФИЗИКА
Цель и задачи изучения дисциплины.
В технической термодинамике при изучении процесса превращения теплоты в механическую работу принимают, что рабочее тело, с помощью которого оно осуществляется, не претерпевает каких-либо химических превращений. В современной теплотехнике большое место занимают вопросы, связанные с изучением процессов, сопровождающихся химическими реакциями (горением, диссоциацией, ионизацией и т. д.) В связи с этим углубление знаний студентов в области химической термодинамики имеет большое значение.
Формирование логически обоснованного массива теоретических знаний с учетом фактора единства теории и практики, а также фактора взаимосвязи с другими учебными дисциплинами.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекция 1-2. Введение. Предмет и метод химической термодинамики. Основные понятия и определения. Первый закон термодинамики и его применение к химическим процессам. Тепловые эффекты химических реакций при V= const и p=const. Связь между ними. Закон Гесса. Теплоты образования и сгорания. Стандартная теплота. Примеры. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгофа. Примеры. Уравнение вида Q=f(T).
Лекция 3. Характеристические функции и термодинамические потенциалы (внутрення энергия, энтальная, энергия Гольмгольца, энергия Гиббса). Максимальная полезная работа. Уравнения Гиббса- Гельмгольца.
Лекция 4. Химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема. Зависимость химического потенциала от давления и температуры. Фугитивность и активность. Направление протекания самопроизвольных процессов и критерии равновесия системы.
Лекция 5. Фазовые равновесия. Условие равновесия фаз. Правило фаз Гиббса. Устойчивость фаз. Принцип смещения равновесия или принцип Ле-Шателье Брауна. Фазовые диафрагмы. Фазовые переходы I рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Фазовые переходы II рода. Уравнения Эренфеста.
Лекция 6. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константы равновесия. Химическое равновесие в гетерогенных реакциях. Определение констант равновесия сложных химических реакций. Примеры.
Лекция 7. Степень завершенности реакции и состав равновесной смеси. Мера реакции, степень превращения, степень диссоциации. Химическое сродство. Уравнение изотермы химической реакции. (Уравнение Вант-Гоффа). Направление реакции и мера химического сродства.
Лекция 8. Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары-изохоры. Зависимость константы равновесия и максимальной полезной работы реакции от температуры.
Лекция 9. Тепловая теорема Нернста и ее следствия. Постулат Планка. Третий закон термодинамики. Применение тепловой теоремы Нернста к газовым системам. Определение констант интегрирования в уравнениях газовых реакций. Приближенные расчетные уравнения для определения констант равновесия газовых реакций. Вырождение идеального газа. Формула Эйнштейна для теплоемкости.
3. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
(Лабораторных работ, семинарских занятий)
2.1. Применение первого начала термодинамики к химическим процессам. Закон Гесса. Расчет тепловых эффектов химических реакций по стандартным теплотам образования или сгорания химических соединений.
2.2. Закон Кирхгофа.
2.3. Вычисление изменения энтропии, энергий Гиббса и Гельмгольца в различных процессах.
2.4. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессам фазового перехода I рода.
2.5. Вычисление констант равновесия и состава равновесной смеси газов.
2.6. Вычисление констант равновесия в смеси реальных газов.
2.7. Определение направление процесса по уравнению изотермы химической реакции.
2.8. Расчет по уравнениям изобары и изохоры.
2.9. Контрольная работа.
4. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
(Курсового проекта, расчетно-графической работы)
3.1. Определение теплового эффекта реакции на основе закона Гесса.
3.2. Химическое равновесие.
5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ПЕРЕЧЕНЬ ПРОГАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Основной
4.1. Исаев химической термодинамики. - М.: Химия,197с.
4.2.Лушпа химической термодинамики и кинетики химических реакций.-М.: Машиностроение, 19с.
4.3. , , Картушинская задач по химической термодинамике. - М.: Высшая школа, 1985.-192.
4.4. Краткий справочник физико-химических величин./ Под ред. и -Л.: Химия, 1983.-232с.
Дополнительный
4.5. Карапетьянц термодинамика. М.:Химия, 1975, 584 с.
4.6. Физическая химия. В 2 кн./ Строение вещества. Термодинамика: Учебн. для вузов // , , и др.; Под ред. – 3-е изд.,испр. – М.: Высш. шк., 2001. – 512 с.
6. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ИЗУЧЕНИЮ
ДИСЦИПЛИНЫ
Курс “Химическая термодинамика” является логическим продолжением одного из основополагающих курсов современного естествознания “Термодинамика”.
В настоящем курсе на основе общих законов термодинамики изучается взаимное превращение химической энергии, теплоты и работы при протекании различных физико-химических процессов. Термодинамические исследования в области химической термодинамики в основном проведены методом характеристических функций (или методом термодинамических потенциалов). Содержание курса включает в себя изучение методов определения тепловых эффектов химических реакций (этот раздел химической термодинамики называется термохимией). Условий протекания химических реакций и способов, предотвращающих нежелательный ход химического процесса, а также методов определения условий химического и фазового равновесия системы и влияния на равновесие внешних условий. На основе третьего закона термодинамики дается представление о методе вычисления термодинамических функций.
Настоящая программа составлена с учетом реального объема учебного времени (36 аудиторных часов) в строгом соответствии с действующими нормативными документами Министерства образования Российской Федерации.
Курс опирается на высшую математику, экспериментальную, теоретическую и математическую физику, механику жидкости и газа.
Курс читается в 6 семестре.
В процессе освоения материала курса студентами выполняются два домашних расчетно-графических задания:
Задание 1. “Определение теплового эффекта реакции на основе закона Гесса”.
Дата выдачи - 3 неделя
Дата приема - 6 неделя
Задание 2. “Химическое равновесие”.
Дата выдачи - 8 неделя
Дата приема - 11 неделя
7. СПИСОК ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ (ЗАЧЕТНЫХ) ВОПРОСОВ
1.Первый закон термодинамики и его применение к химическим процессам. 2.Тепловые эффекты химических реакций при V= const и p=const. Связь между ними.
3.Закон Гесса. Теплоты образования и сгорания. Стандартная теплота. 4.Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгофа. Уравнение вида Q=f(T).
5.Характеристические функции и термодинамические потенциалы (внутрення энергия, энтальная, энергия Гольмгольца, энергия Гиббса). Максимальная полезная работа. Уравнения Гиббса- Гельмгольца.
6.Химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема. Зависимость химического потенциала от давления и температуры.
7.Фугитивность и активность.
8.Направление протекания самопроизвольных процессов и критерии равновесия системы.
9.Фазовые равновесия. Условие равновесия фаз. Правило фаз Гиббса. 10.Устойчивость фаз. Принцип смещения равновесия или принцип Ле-Шателье Брауна.
11.Фазовые переходы I рода. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
12.Фазовые переходы II рода. Уравнения Эренфеста.
13. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константы равновесия. Химическое равновесие в гетерогенных реакциях. Определение констант равновесия сложных химических реакций.
14. Степень завершенности реакции и состав равновесной смеси. Мера реакции, степень превращения, степень диссоциации.
15.Химическое сродство.
16.Уравнение изотермы химической реакции. (Уравнение Вант-Гоффа). Направление реакции и мера химического сродства.
17.Влияние температуры на химическое равновесие. Уравнение изобары-изохоры. Зависимость константы равновесия и максимальной полезной работы реакции от температуры.
18.Тепловая теорема Нернста и ее следствия. Постулат Планка. Третий закон термодинамики.
19. Применение тепловой теоремы Нернста к газовым системам.
20. Определение констант интегрирования в уравнениях газовых реакций. 21.Приближенные расчетные уравнения для определения констант равновесия газовых реакций.
22.Вырождение идеального газа. Формула Эйнштейна для теплоемкости.
8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ (ЗАДАЧИ ИЛИ ТЕСТЫ САМОПРОВЕРКИ)
1. Что называется внутренней энергией?
2. Что называется теплотой и в каких единицах она измеряется? Когда теплота считается положительной?
3. Что называется вечным двигателем I рода?
4. Какими величинами может выражаться состав термодинамической системы?
5. Как выражается количество теплоты в T-S-диаграмме состояния?
6. Какие из величин U, Q, A, T, p являются функциями состояния, а какие зависят от характера процесса?
7. Какой термодинамический процесс называется обратимым?
8. Сформулировать I закон термодинамики применительно к химическим процессам.
9. Что называется теплоёмкостью и является ли она функцией состояния? Объяснить.
10. Какая термодинамическая система называется открытой?
11. Что называется вечным двигателем II рода?
12. Написать обобщённое уравнение 1го и 2го законов термодинамики для системы с химическими превращениями.
13. Что называется характеристической функцией?
14. При каких независимых переменных свободная энтальпия является характеристической функцией?
15. Каково значение дифференциальных соотношений Максвелла?
16. В чём состоит общее условие равновесия системы с химическими превращениями при условии постоянства T и P?
17. Как выражается химический потенциал через характеристическую функцию F=ƒ(T, V,n1,n2)
18. Что называется летучестью? Активностью?
19. Какие величины определяются с помощью дифференциальных уравнений термодинамики?
20. Что называется компонентом?
21. Могут ли системы, содержащие одни и те же химические вещества, иметь разное число компонентов? Объяснить почему.
22. Что является условием фазового равновесия?
23. Сколько параметров равновесной двухфазной однокомпонентной системы можно одновременно и независимо изменить, не меняя её фазового состава?
24. Перечислить особенности фазовых переходов второго рода.
25. Что называется критическим состоянием вещества?
26. Что называется тройной точкой вещества?
27. Какая кривая, испарения или сублимации, имеет в тройной точке фазовой P-T-диаграммы больший наклон? Объяснить почему.
28. Что называется тепловым эффектом реакции?
29. Какой тепловой эффект считается положительным?
30. Какие реакции называются экзотермическими?
31. Зависит ли тепловой эффект реакции при условии T, P=const от пути протекания реакции? Объяснить.
32. Какой из тепловых эффектов Qp или Qv больше, если реакция сопровождается расширением?
33. Как изменяется тепловой эффект реакции с увеличением температуры, если теплоёмкость системы при реакции увеличивается?
34. Что является условием химического равновесия?
35. Связано ли значение константы равновесия с формой записи стехиометрического уравнения равновесия?
36. Какая из констант равновесия Kp или Kn больше для реакции, сопровождающейся расширением?
37. Размерной или безразмерной величиной является константа равновесия?
38. Какая из констант Kp или Kс численно больше для реакции сгорания водорода: 2H2+O2=2H2O2?
39. Что называется степенью диссоциации?
40. Зависит ли степень диссоциации CO2 от давления?
41. Что называется равновесной температурой сгорания?
42. Что является мерой химического сродства?
43. Почему тепловой эффект реакции не может являться мерой химического сродства?
44. Можно ли изменением концентрации реагирующих веществ в смеси изменить направление течения реакции в смеси?
45. Можно ли изменением температуры изменить направление течения реакции в смеси реагирующих веществ?
46. Как определить направление протекания реакции в смеси реагирующих веществ?
47. Могут ли при температурах, близких к абсолютному нулю, протекать эндотермические реакции?
48. Что называется нормальным химическим сродством?
49. Как нужно изменить температуру, чтобы увеличить выход продуктов эндотермической реакции?
50. Как изменится константа равновесия эндотермической реакции при увеличении температуры?
51. В какую сторону сместится равновесие реакции, протекающей вблизи абсолютного нуля при повышении температуры?
52. Что утверждает третий закон термодинамики?
53. В чём состоит смысл вырождения газа при низких температурах?
54. Что называется химической константой?
