МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

государственный университет имени Шакарима

города Семей

Документ СМК 3 уровня

УМКД

УМКД 042-16-13.1.51

/01-2013

УМКД

программа дисциплины «Расчеты химических равновесий»

для преподавателя

Редакция № 1

от  .09.2013 г.

       

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ

«Расчеты химических равновесий»

для специальности 5В060600 – «Химия»

ПРОГРАММА  ДИСЦИПЛИНЫ

ДЛЯ преподавателя

Семей

2013

       Предисловие

I РАЗРАБОТАНО

Составитель __________ «________» ______________2013 г. , к. б.н., доцент кафедры «Химия»

2 ОБСУЖДЕНО

2.1 На заседании кафедры «Химия»

Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____  .

Заведующий кафедрой  __________

На заседании учебно-методического бюро инженерно-технологического факультета

Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____  .

Председатель  __________ 

3 УТВЕРЖДЕНО

Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического совета университета

Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____  .

Председатель УМС  __________ 

4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ

Содержание


Область применения Нормативные ссылки Общие положения Содержание учебной дисциплины (модуля) Перечень тем для самостоятельной работы студентов Учебно-методическая карта по дисциплине Карта обеспеченности учебно-методической литературой Литература

       

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Программа дисциплины для преподавателя, входящая в состав учебно-методического комплекса, по дисциплине «Расчеты химических равновесий», предназначена для студентов специальности  «5В060600» – «Химия».


НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

Настоящая программа дисциплины для преподавателя  устанавливает порядок организации учебного процесса по дисциплине «Расчеты химических равновесий» в соответствии с требованиями и рекомендациями следующих документов:

- Государственный общеобязательный стандарт высшего образования РК, постановление № 000 от 01.01.01 года;

- Типовой учебный план специальности «5В060600» – «Химия», приказ № 000 от « 10 » апреля 2012 года;

- СТУ 042-ГУ-4-2013 Стандарт университета «Общие требования к разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»;

- ДП  042-1.01-2013 Документированная процедура «Структура и содержание учебно-методических комплексов дисциплин».


ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  3.1 Краткое содержание дисциплины:

Дисциплина «Расчеты химических равновесий» является одной из основных, входящих в цикл  общих базовых дисциплин,  формирующим  специальную  подготовку  будущих  специалистов.

Гомогенное равновесие, его признаки и условия. Вывод уравнения изотермы химической реакции для различных типов гомогенных систем. Гетерогенное равновесие. Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах. Растворы. Законы идеальных растворов.

3.2  Цель изучения дисциплины: изучение  теоретических основ равновесных систем, основ термодинамики и учения о растворах.

3.3 Основная задача изучения дисциплины:

-  ознакомление студентов  с основными  методами  исследования фазовых переходов, расчета констант равновесий, термодинамических параметров.

3.4  Результаты обучения:

       В результате изучения дисциплины студент должен:

    знать теоретические основы химической термодинамики, методы расчета равновесных параметров систем; владеть теоретическими основами расчетов химических равновесий и основным понятийным аппаратом;
    усвоить технику химических расчетов равновесных параметров системы; уметь производить расчеты равновесных систем и кинетических констант с учетом термодинамических факторов; понимать основные понятия и определения, законы химической термодинамики; иметь комплекс знаний о равновесных химических процессах, необходимого для успешного изучения последующих дисциплин; приобрести навыки  прогнозирования поведения равновесных систем в зависимости от термодинамических характеристик.

3.5 Пререквизиты курса:

    Неорганическая  химия Органическая химия Физика Высшая математика.

3.6 Постреквизиты курса:

    Оборудование и основы проектирования, Охрана труда в химической промышленности, Физическая химия и др. дисциплины специализации.

3.7 Выписка из рабочего учебного плана:

Таблица 1

Курс

Семестр

Креди

ты

ЛК

час.

СПЗ

час.

ЛБ

час.

СРСП

час.

СРС

час.

Все

го

час.

Форма итогового контроля

3

5

4

30

30

-

30

90

180

экзамен

4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Таблица 2

Наименование тем и их содержание

Количество часов

1

2

МИКРОМОДУЛЬ 1 «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА»

Лекционные занятия

Начало термодинамики. Термохимия.

Основные  понятия и определения.  Нулевой и первый  закон термодинамики.  Внутренняя  энергия, теплота, работа, их физический и термодинамический смысл,  соотношения между ними. Следствия из 1 закона  термодинамики. Закон Гесса. Теплоты  образования и сгорания простых веществ и соединений

2

Теплоемкость. Теплоемкость истинная и средняя,  мольная, атомная и удельная при постоянном  объеме  и постоянном давлении, связь между ними. Зависимость теплоемкости  и теплового эффекта  химической  реакции от температуры,  уравнения Киргхгоффа.

2

Второе начало термодинамики.

Второй закон термодинамики, его формулировки. Принцип Карно и цикл. Карно. КПД идеальной машины. Энтропия равновесных и неравновесных процессов.  Постулат Планка.  Абсолютная энтропия вещества, ее зависимость  при различных температурах. Статистический характер  II  начала термодинамики.

2

Химический потенциал.  Химический потенциал идеального и реального газ, фугитивность, коэффициент  фугитивность.  Химический  потенциал  компонента в идеальных и реальных  растворах.  Активность, коэффициент активности. Симметричные и несимметричные стандартные состояния.

2

Практические занятия

Начало термодинамики. Термохимия.

2

Теплоемкость.

2

Второе начало термодинамики.

2

Химический потенциал.

2

МИКРОМОДУЛЬ 2 «ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ»

Химическое  равновесие.  Фундаментальные уравнения  и условия  равновесия  в закрытых  системах. Уравнения  изотермы  химической реакции  для различных типов гомогенных систем.  Уравнение изотермы  химической реакции и направление  процесса. Закон  действующих масс и константа  равновесия  химической реакции.

2

Гетерогенные  химические системы. Условия равновесия  в них. Константа  равновесия в гетерогенных  системах  различных типов.  Константа диссоциации, комплексообразования,  гидролиза, произведение растворимости и ионное произведение  воды  как  частные  случаи констант  равновесия.  Уравнение изобары и изохоры Вант-Гоффа.

2

Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна. Катализаторы,  особенности их влияния  на ход  химических  реакций. Расчет  константы  равновесия  с помощью абсолютных  энтропий (метод Темкина-Шварцмана) комбинированные  равновесий.  Приведенная  энергия Гиббса. Методы  определения  константы  равновесия.

2

Гетерогенное  равновесие.  Диаграммы  состояния  однокомпонентных  систем. Понятие «фаза», «компонент», «степень свободы». Вывод и анализ  правила фаз Гиббса.  Уравнение  Клайперона-Клаузиуса. Фазовые превращения  I и II рода, их особенности.  Диаграммы состояния  однокомпонентных систем, их  общая  характеристика и особенности.  Диаграмма состояния  воды и серы.

2

Двухкомпонентные системы.

Диаграмма  плавкости  двухкомпонентных систем с одной  эвтетикой и химическим  взаимодействием компонентов.  Твердые растворы.  Первое и второе  правила Гиббса-Розенбома. Расслаивание  твердых  растворов. Диаграммы плавкости твердых растворов с расслаиванием. Ноды, правило рычага.  Применение  диаграмм  плавкости в практике.

2

Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах.

Взаимная растворимость двух и  трех жидкостей. Методы изображения  состава  в  трехкомпонентных  системах. Распределение  третьего компонента  между  двумя  несмешивающимися  жидкостями.  Коэффициент и константа  распределения.  Уравнение Нернста-Шилова, Шилова-Лепинь. Экстаркция, области ее практического применения.

2

Растворы.

Основные направления  в теории  растворов. Термодинамически условия  образования  растворов.  Парциально-мольные  величины.  Первое и второе  уравнения Гиббса-Дюгема.

2

Законы идеальных растворов.

Термодинамические свойства  идеальных растворов. Реальные растворы, их классификация. Закон Рауля. Уравнение  связи  составов  жидкой и паровой  фаз  для идеальных  систем,  следствия из него. Отклонения  от закона Рауля и их причины.

2

Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.

Влияние температуры на  на  взаимную растворимость.  Диаграммы  температура кипения (давление пара)- состав (t, Р-x). первый закон Гиббса-Коновалова. Азеотропные растворы. Второй закон Гиббса-Коновалова. Фракционная перегонка.  Гетероазеотропия

2

Эбулиоскопия.  Криометрия. Осмос. Определение молекулярной  массы и молекулярной  состояния (ассоциация, диссоциация) растворенного  вещества на основе  крио-, крио-, эбулио - и осмометрии. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа.

2

Растворимость твердых веществ в жидкостях.

Основные положения. Уравнение Шредера-Ле-Шателье. Коллигативные свойства, их оссобенности и роль в изучении свойств  растворов.

2

Практические занятия

Химическое равновесие в гомогенных системах.

2

Химическое равновесие в гетерогенных системах.

2

Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна.

2

Гетерогенное равновесие в однокомпонентных системах.

2

Гетерогенное равновесие в двухкомпонентных системах.

2

Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах.

2

Растворы.

2

Законы идеальных растворов.

2

Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.

2

Эбулиоскопия.  Криометрия. Осмос.

2

Растворимость твердых веществ в жидкостях.

2

5 ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Внутреняя энергия, энтальпия, теплота и работа.  Основные формулировки  первого  начала термодинамики, его аналитическое выражение. Решение задач. Теплоемкость идеального газа. Зависимость  теплоемкости от температуры. Вывод и анализ уравнения Киргхофа. Решение задач. Работа и теплота  необратимого  процесса.  Формулировки  второго закона  термодинамики. Энтропия. Решение задач. Уравнение изохоры  и изобары. Влияние  температуры  и давления  на смещение  равновесия. Решение задач. Термодинамическое  обоснование  и анализ  уравнений, выражающих  условия  равновесия в многокомпонентных, двухкомпонентных и  однокомпонентных  гомогенных  системах  при постоянной  температуре. Решение задач. Гомогенные системы: экстенсивные и интенсивные  свойства растворов. Парциальные мольные  величины и методы их определения. Решение задач. Давление пара над смесью взаимно нерастворимых  жидкостей. Физико-химические основы перегонки растворов. Решение задач. Зависимость  электропроводности слабых и сильных  электролитов  от концентрации и температуры. Решение задач. Применение  измерения  электропроводности для определения  степени  и констант диссоциации, произведения растворимости. Решение задач. Физический  смысл  энергии активации и предэкспоненциального множителя  согласно  переходного  состояния  с опытными  данными. Решение задач. Законы Рауля. Решение задач. Диаграммы плавкости  двухкомпонентных систем. Решение задач. Отличия в  поведении растворов  электролитов  и неэлектролитов. Решение задач.  Изотонический коэффициент и его связь со степенью  диссоциации. Решение задач. Диаграммы твердых растворов  с расслаиванием. Решение задач.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

               Таблица 3        

Тема

Наглядные пособия, ТСО, плакаты, стенды

Вопросы для самостоятельного изучения

Форма контроля

Лекцион-ного занятия

Практического  занятия

Начало термодинамики. Термохимия.

Начало термодинамики. Термохимия.

Схемы, рисунки

Внутреняя энергия, энтальпия, теплота и работа.  Основные формулировки  первого  начала термодинамики, его аналитическое выражение. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Теплоемкость.

Теплоемкость.

Схемы, таблицы

Теплоемкость идеального газа. Зависимость  теплоемкости от температуры. Вывод и анализ уравнения Киргхофа. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Второе начало термодинамики.

Второе начало термодинамики.

Рисунки, таблицы,

диаграммы, схемы,

графики

Работа и теплота  необратимого  процесса.  Формулировки  второго закона  термодинамики. Энтропия. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Химический потенциал. 

Химический потенциал.

Таблицы, плакаты

Уравнение изохоры  и изобары. Влияние  температуры  и давления  на смещение  равновесия. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Химическое  равновесие. 

Химическое равновесие в гомогенных системах.

Схемы, плакаты

Термодинамическое  обоснование  и анализ  уравнений, выражающих  условия  равновесия в многокомпонентных, двухкомпонентных и  однокомпонентных  гомогенных  системах  при постоянной  температуре. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Гетерогенные  химические системы.

Химическое равновесие в гетерогенных системах.

Таблица

Гомогенные системы: экстенсивные и интенсивные  свойства растворов. Парциальные мольные  величины и методы их определения. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна.

Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна.

Рисунки, таблицы

Давление пара над смесью взаимно нерастворимых  жидкостей. Физико-химические основы перегонки растворов. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Гетерогенное  равновесие.  Диаграммы  состояния  однокомпонентных  систем. Понятие «фаза», «компонент», «степень свободы».

Гетерогенное равновесие в однокомпонентных системах.

Схемы, рисунки

Зависимость  электропроводности слабых и сильных  электролитов  от концентрации и температуры. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Двухкомпонентные системы.

Гетерогенное равновесие в двухкомпонентных системах.

Рисунки, схемы

Применение  измерения  электропроводности для определения  степени  и констант диссоциации, произведения растворимости. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах.

Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах.

Рисунки, схемы

Физический  смысл  энергии активации и предэкспоненциального множителя  согласно  переходного  состояния  с опытными  данными. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Растворы.

Растворы.

Рисунки, схемы

Законы Рауля. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Законы идеальных растворов.

Законы идеальных растворов.

Рисунки, схемы

Диаграммы плавкости  двухкомпонентных систем. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.

Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.

Рисунки, схемы

Отличия в  поведении растворов  электролитов  и неэлектролитов. Решение задач. 

Теку-щий конт-роль

Эбулиоскопия.  Криометрия. Осмос.

Эбулиоскопия.  Криометрия. Осмос.

Рисунки, схемы

Изотонический коэффициент и его связь со степенью  диссоциации. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

Растворимость твердых веществ в жидкостях.

Растворимость твердых веществ в жидкостях.

Рисунки, схемы

Диаграммы твердых растворов  с расслаиванием. Решение задач.

Теку-щий конт-роль

КАРТА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ

Таблица 4

Наименование учебников, учебно-методических пособий

Количест-во экземп-ляров

Количе-ство студен-

тов

Про-

цент обеспе-

ченно-сти

Задачи по химической термодинамике./Под ред. : Новосибирск, 2009. – 107 с.

1

3

33

, , Термодинамика для химиков. 2-е изд., М.: Колосс, 2004.

1

3

33

Лекции по химической термодинамике. - Новосибирск: НГУ, 2004.

1

3

33

Музыкантов  В.  С.,  Бажин  Н.  М.,  Пармон  В.  Н.,  Булгаков  Н.  Н., 

Иванченко  В.  А.  Задачи  по  химической  термодинамике.  - М.:  Химия, 2001.

1

3

33

Курс физической химии. - М.:Химия, 1975.-725 с.

5

3

100

Сборник примеров и задач по физической химии. - М.: Высшая школа, 1991.-527 с.

5

3

100

Физическая химия. - М.:Высшая школа, 1982.-687с.

5

3

100

Физическая химия. /Под. ред проф. , М.:Высшая школа, 1982.-687 с.

1

3

33

Краткий справочник физико-химических величин/С.-П.: «Иван Федоров», 2003.

1

3

33

Химическая  термодинамика 3-е изд. –М.,1975.-584 с.

1

3

33
ЛИТЕРАТУРА Основная литература

8.1.1. Задачи по химической термодинамике./Под ред. : Новосибирск, 2009. – 107 с.

8.1.2. , Термодинамика для химиков. 2-е изд., М.: Колосс, 2004.

8.1.3. Лекции по химической термодинамике. Новосибирск: НГУ, 2004.

8.1.4. Музыкантов  В.  С.,  Бажин  Н.  М.,  Пармон  В.  Н.,  Булгаков  Н.  Н., 

Иванченко  В.  А.  Задачи  по  химической  термодинамике.  М.:  Химия, 2001. 8.1.5. Курс физической химии. М.:Химия, 1975. - 725с.

8.1.6. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Высшая школа, 1991.-527 с.

7.2 Дополнительная литература

8.2.1. Физическая химия. М.:Высшая школа, 1982. - 687с.

8.2.2. Физическая химия. /Под. ред проф. , М.:Высшая школа, 1982.-687 с.

8.2.3. Краткий справочник физико-химических величин./Под. ред. Л.:Химия,1983.-232 с.

8.2.4. Химическая  термодинамика 3-е изд. –М.1975.-584 с.