Департамент образования города Москвы
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования города Москвы
«Московский городской педагогический университет»
Институт математики, информатики и естественных наук
Кафедра химии
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Учебной дисциплины
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Для направления подготовки 020100.62 ХИМИЯ
Профиля «ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ»
Квалификация (степень) выпускника бакалавр
Форма обучения очная
Москва
2014
Программа составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 020100.62 Химия
Разработчики:
ГБОУ ВПО МГПУ, ИМИЕН, профессор
ГБОУ ВПО МГПУ, ИМИЕН, доцент
Рецензент:
ГБОУ ВПО МГПУ, ИМИЕН, профессор
Программа утверждена на заседании кафедры химии
Протокол № 1 от «26» августа 2014 г.
Зав. кафедрой: профессор
© ГБОУ ВПО МГПУ, 2014
© Кафедра химии, 2014
Цели и задачи освоения дисциплины:ЦЕЛЬ КУРСА: Изложить основные положения химической термодинамики, гетерогенных и химических равновесий, свойств растворов, электрохимических процессов, химической кинетики и поверхностных процессов.
ЗАДАЧИ КУРСА:
- раскрыть смысл основных естественнонаучных законов, научить студента видеть области применения этих законов, четко представлять их принципиальные возможности при решении конкретных задач. сформировать физико-химическое мышление, навыки анализа и решения физико-химических задач, научить пользоваться справочными данными, воспитать ответственность за результат исследования или расчета. привить студентам навыки работы с использованием физико-химических методов исследования и закрепить навыки по решению расчетных химических задач.
2. Место дисциплины в структуре ОП:
Дисциплина “Физическая химия” относится к базовой части цикла профессиональных дисциплин (Б.3.4).
Физическая химия представляет собой теоретический фундамент современной химии. Физико-химические основы химических процессов используют для решения самого широкого круга современных научных и технических проблем.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
- способность в условиях развития науки и техники к критической переоценке накопленного опыта и творческому анализу своих возможностей (ОК-15);
- понимание сущности и социальной значимости профессии, основных перспектив и проблем, определяющих конкретную область деятельности (ПК-1);
- владение основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего неорганической, аналитической, органической, физической, химии высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов, химической технологии) (ПК-2);
- владение навыками химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций (ПК-4);
- представление основных химических, физических и технических аспектов химического промышленного производства с учетом сырьевых и энергетических затрат (ПК-5);
- владение навыками работы на современной учебно-научной аппаратуре при проведении химических экспериментов (ПК-6);
- умение работать на серийной аппаратуре, применяемой в аналитических и физико-химических исследованиях (ПК-7);
- владение методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов (ПК-8);
- владение методами безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств, способность проводить оценку возможных рисков (ПК-9).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: - основы современных теорий в области физической химии
- способы их применения для решения теоретических и практических задач в любых областях химии.
Уметь: - применять основные законы физической химии,
- самостоятельно ставить задачу физико-химического исследования
- выбирать оптимальные пути и методы решения экспериментальных и теоретических задач;
- обсуждать результаты физико-химических исследований,
- ориентироваться в современной литературе по физической химии.
Владеть:
- методикой выполнения физико-химических расчетов,
- методикой проведения стандартных физико-химических измерений,
- основными методами исследования химических веществ и реакций;
- навыками работы на учебной и научной аппаратуре при проведении химических экспериментов;
- методами регистрации и обработки результатов химических экспериментов.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Всего часов/ зачетных единиц | Семестры | |
Аудиторные занятия (всего) | 288/8 | 5 | 6 |
В том числе: | |||
Лекции | 72/2 | 36 | 36 |
Практические занятия (ПЗ) | 72/2 | 36 | 36 |
Семинары (С) | |||
Лабораторные работы (ЛР) | 144/4 | 72 | 72 |
Самостоятельная работа (всего) | 216/6 | 5 | 6 |
В том числе: | |||
Выполнение домашнего задания | 48/1,33 | 24 | 24 |
Подготовка к контрольным работам | 120/3,34 | 60 | 60 |
Оформление результатов лабораторных работ | 48/1,33 | 24 | 24 |
Вид промежуточной аттестации (экзамен) | 72/2 | 36 | 36 |
Общая трудоемкость часы зачетные единицы | 576 | 288 | 288 |
16 | 8 | 8 |
5. Структура и содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (элемента модуля | Лекции | Практические занятия | Лабораторные занятия | Семинары | СРС | Всего |
1 | Предмет, задачи, методы и этапы развития физической химии | 2 | 2 | 0 | 0 | 4 | |
2 | Химическая термодинамика | 14 | 14 | 24 | 32 | 84 | |
3 | Химическое равновесие | 4 | 4 | 24 | 44 | 76 | |
4 | Фазовые равновесия | 16 | 16 | 24 | 32 | 88 | |
5 | Электрохимия | 14 | 14 | 24 | 36 | 88 | |
6 | Поверхностные явления. Адсорбция. | 8 | 8 | 24 | 36 | 76 | |
7 | Химическая кинетика. Катализ. | 14 | 14 | 24 | 36 | 88 | |
Всего | 72 | 72 | 144 | 216 | 504 |
5.2. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (элемента модуля) | Содержание раздела |
1 | Предмет, задачи, методы и этапы развития физической химии | Предмет, задачи, методы и этапы развития физической химии |
2 | Химическая термодинамика | Термодинамические системы и их классификация, состояние системы. Уравнения состояния системы. Процесс - изменение состояния системы. Энергия, теплота, работа. Работа расширения идеального газа в различных процессах. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Теплоемкость. Связь теплоемкости с термодинамическими функциями. Зависимость теплоемкости от температуры. Термохимия. Теплоты образования и сгорания веществ. Стандартные тепловые эффекты. Калориметрия. Теплоты растворения и нейтрализации. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Второе начало термодинамики. Энтропия. Постулат Планка. Вычисления изменений энтропии в различных процессах. Абсолютная энтропия химических соединений. Термодинамические потенциалы. Термодинамические функции. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Критерии самопроизвольности процессов. Общие условия термодинамического равновесия. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Химический потенциал. Химический потенциал идеального и реального газа |
3 | Химическое равновесие | Общие условия химического равновесия. Уравнение Гиббса-Дюгема. Химическое равновесие в реакциях с участием идеальных газов. Константа химического равновесия и способы ее выражения. Константа равновесия и стандартная энергия Гиббса реакции. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Уравнение изотермы химической реакции. Уравнение изобары и изохоры химической реакции. Влияние температуры на химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье. Смещение равновесия. |
4 | Фазовые равновесия | Гомогенные и гетерогенные системы. Правило фаз Гиббса. Число степеней свободы Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Диаграммы состояния воды. Свойства предельно разбавленных растворов. Уравнения Рауля и Генри. Растворимость газов в жидкостях. Понижение температуры замерзания раствора. Криоскопия. Повышение температуры кипения раствора. Эбулиоскопия. Осмос. Изотонические растворы. Идеальные и неидеальные растворы. Фазовые превращения в бинарных системах. Равновесие бинарного жидкого раствора, состоящего из летучих веществ, с паром. Закон Рауля. Отклонения от закона Рауля. Азеотропные растворы. Законы Гиббса-Коновалова. Фракционная перегонка. Ректификация. Бинарные системы с ограниченной взаимной растворимостью жидкостей. Взаимно нерастворимые жидкости. Перегонка с водяным паром. Равновесие между твердой фазой и расплавом в бинарных системах. Термический анализ. Диаграммы состояния бинарных систем с эвтектикой. Твердые растворы с неограниченной растворимостью в твердом состоянии. Правило рычага. Системы с химическими соединениями, плавящимися конгруэнтно и инкогруэнтно. Диаграммы состояния трехкомпонентных систем. Диаграмма растворимости. Треугольник концентраций Гиббса-Розебома. |
5 | Электрохимия | Теория сильных электролитов. Термодинамика растворов. Электростатическая теория разбавленных растворов электролитов. Подвижности ионов и числа переноса. Электропроводность растворов электролитов. Удельная и молярная электропроводность. Зависимость электропроводности от концентрации электролита и разведения раствора. Определение степени и константы диссоциации слабого электролита кондуктометрическим методом. Кондуктометрическое титрование. Механизм возникновения электродных потенциалов на примере электродов 1-го рода. Элемент Даниэля-Якоби. Типы электродов и электродные потенциалы. Уравнение Нернста. Стандартный электродный потенциал. Диффузионный потенциал. Окислительно-восстановительный потенциал и его измерение. Электроды сравнения. Водородный электрод. Шкала стандартных потенциалов. Хлорсеребряный электрод. Ионоселективные электроды. Стеклянный электрод для измерения рН. Буферные системы и факторы, влияющие на рН буферных растворов. Буферная емкость. Электрохимические (гальванические) элементы и их электродвижущая сила (ЭДС). Схемы элементов. Концентрационный элемент. Расчет электродных потенциалов и ЭДС элемента. Потенциометрические методы. Термодинамика гальванического элемента. Химические источники тока. |
6 | Поверхностные явления. Адсорбция. | Поверхностная энергия и поверхностное натяжение жидкостей и растворов. Адсорбция на границе «раствор-воздух». Поверхностно-активные вещества. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Шишковского. Определение геометрических размеров адсорбата. Уравнения изотермы адсорбции Генри и Лэнгмюра. Факторы, влияющие на адсорбцию из растворов. Адсорбция ионов. Лиотропный ряд. Изотерма адсорбции с константой обмена. Адсорбция на твердых телах. Сорбенты. Иониты. Удельная поверхность сорбентов. Физическая адсорбция и хемосорбция. Хроматография. Сущность и классификации методов, основные характеристики. Качественный и количественный анализ. Поверхностные явления – адгезия, смачивание, растекание. |
7 | Химическая кинетика. Катализ. | Скорость химической реакции и методы её определения. Закон действующих масс для скорости реакции. Константа скорости реакции. Простые и сложные реакции. Молекулярность и порядок реакции. Уравнения кинетики односторонних реакций нулевого, первого и второго порядков. Период полупревращения. Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации реакции. Теория активных соударений и теория активированного комплекса. Последовательные, параллельные и сопряженные реакции. Цепные реакции. Лимитирующая стадия сложной реакции. Метод стационарных концентраций. Реакции в растворах. Фотохимические реакции. Каталитические реакции. Причины каталитического действия. Энергетические диаграммы. Слитный и раздельный механизмы. Гомогенный катализ. Кислотно-основной катализ, Ферментативный катализ. Уравнение Михаэлиса-Мэнтена. Гетерогенный катализ. Каталитическая активность и селективность. Важные каталитические процессы. |
5.3. Компетенции обучающегося, формируемые в процессе освоения дисциплины (дисциплинарного модуля)
Наименование дисциплинарного модуля | Количество часов/зачетных единиц | Формируемые компетенции | Общее количество компетенций | ||
Предмет, задачи, методы и этапы развития физической химии. Химическая термодинамика | 88/2.44 | ПК-1 | ПК-2 | ПК-7 | 3 |
Химическое равновесие | 76/2.11 | ПК-2 | ПК-5 | ОК-15 | 3 |
Фазовые равновесия | 88/2.44 | ПК-4 | ПК-7 | ПК-9 | 3 |
Электрохимия | 88/2.44 | ПК-1 | ПК-6 | ОК-15 | 3 |
Поверхностные явления. Адсорбция. | 76/2.11 | ПК-4 | ПК-8 | ПК-9 | 3 |
Химическая кинетика. Катализ. | 88/2.44 | ПК-5 | ПК-6 | ПК-8 | 3 |
.
6. Образовательные технологии
Вид занятия (лекционное, практическое, лабораторное) | Тема занятия | Образовательные технологии (в том числе интерактивные) | Объем, ауд. часов/в том числе в интерактивной форме |
лабораторное | Выполнение лабораторных работ | Для обработки результатов измерений и их графического представления, расширения коммуникационных возможностей обучающиеся имеют возможность работать в лаборатории физической химии, имеющей компьютеры с соответствующим программным обеспечением и выходом в Интернет. | 144/144 |
7. Методические рекомендации преподавателям по дисциплине (модулю)_ наиболее эффективными для освоения обучающимися учебной дисциплины «Физическая химия» представляется предоставление им возможности заниматься научной работой. Научно-исследовательская работа способствует формированию и закреплению профессиональных компетенций выпускников. Она включает обязательное участие обучающихся в научной работе кафедр в восьмом семестре, участие обучающихся в научной работе по линии научного студенческого общества на лабораторном оборудовании лаборатории физической химии и выполнение выпускной квалификационной работы по научной тематике кафедры.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (дисциплинарного модуля):
а) основная литература_
1 Артемов, химия. Учебник для учреждений высшего профессионального образования / . - М. : Изд. «Академия», 2013. -288 с.
2. Задачи по физической химии: учебное пособие / , , . - М. : Изд. «Экзамен». 2003. -320 с.
3. Стромберг, химия. Учебник для хим.-техн. Спец. Вузов. / , . Т.1. - М.: Высшая школа. 2001. -496 с, Т.2. - М. : Высшая школа. 2001. -527 с.
4. Михаленко, работы по физической химии. Ч.1 / , , . - М. : 2010. – 48 с., Ч.2 - М. : 2013. -52 с.
б) дополнительная литература
1. Байрамов, кинетика и катализ. Примеры и задачи с решениями / . - М. : Изд. «Академия». 2003. - 320 с.
2. Зимон, химия. Учебник для вузов / , . - М. : Химия. 2000. – 320 с.
3. Карякин, химической термодинамики / . - М. : Изд. «Химия». 2003. -464 с.
4. Ярославцев, физической химии / . - М. : Изд. «Научный мир». 2012. – 320 с.
в) перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса и программное обеспечение
Научные приборы, включая спектрофотометр Specord 50PC и автоматические лабораторные установки Эконикс-Эксперт с лицензионным программным обеспечением
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы_
http://www. mgpu. ru/materials/11/11944.pdf
http://www. mgpu. ru/materials/28/28901.pdf
http://www. chem. /rus/teaching/phys. html
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Мультимедийное оборудование для демонстрации презентаций по каждой из тем дисциплины. Методические пособия, оборудование и реактивы для проведения лабораторных работ в практикуме физической химии.
