МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН государственный университет имени Шакарима г. Семей | ||
Документ СМК 3 уровня | УМКД | УМКД 042-16-13.1.51 /02-2013 |
УМКД программа дисциплины «Расчеты химических равновесий» для студентов | Редакция № 1 от .09.2013 г. |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Расчеты химических равновесий»
для специальности 5В060600 – «Химия»
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ
Семей
2013
Предисловие
I РАЗРАБОТАНО
Составитель __________ «___28___» ______08_______2013 г. , к. б.н., доцент кафедры «Химия»
2 ОБСУЖДЕНО
2.1 На заседании кафедры «Химия»
Протокол от «___28____» ______08_______2013 г., №_ _1__ .
Заведующий кафедрой __________
2.2 На заседании учебно-методического бюро инженерно-технологического факультета
Протокол от «___12___» _____09_______2013 г., №_ 1_ .
Председатель __________
3 УТВЕРЖДЕНО
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического совета университета
Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____ .
Председатель УМС __________
4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ
Содержание
Общие положения Содержание дисциплины и распределение часов по видам занятий Методические рекомендации по изучению дисциплины Формат курса Политика курса Политика выставления оценок Литература
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Общие сведения о преподавателе и дисциплине
, кандидат биологических наук‚ доцент
Кафедра «Химия»
Контактная информация – , учебный корпус № 9,
Место проведения занятий – аудитория № 000
Количество кредитов - 4
1.2 Краткое описание содержания 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.
1.3 Цель изучения дисциплины: изучение теоретических основ равновесных систем, основ термодинамики и учения о растворах.
1.4 Основная задача изучения дисциплины:
- ознакомление студентов с основными методами исследования фазовых переходов, расчета констант равновесий, термодинамических параметров.
1.5 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.
Пререквизиты курса:
1.6.1 Неорганическая химия, Органическая химия, Физика, Высшая математика.
Постреквизиты курса:
1.7.1 Оборудование и основы проектирования, Охрана труда в химической промышленности, Физическая химия и др. дисциплины специализации.
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ВИДАМ ЗАНЯТИЙ
Таблица 1
№ п/п | Название темы | Часы | Литература | ||||
ЛК | ЛБ | СПЗ | СРСП | СРС | |||
1. | 1. Химическая термодинамика. 1.1.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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.4 С. 241-259 |
2. | 1.2.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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
3. | 1.3. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
4. | 1.4. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
5. | 2. Химическое равновесие. 2.1. 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. | 1 | - | 1 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
6. | 2.2. 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. | 1 | - | 1 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
7. | 2.3. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
8. | 2.4. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
9. | 2.5. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
10. | 2.6. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
11. | 2.7. Растворы. Основные направления в теории растворов. Термодинамически условия образования растворов. Парциально-мольные величины. Первое и второе уравнения Гиббса-Дюгема. | 2 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
12. | 2.8. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
13. | 2.9. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
14. | 2.10. 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 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
15. | 2.11. Растворимость твердых веществ в жидкостях. Основные положения. Уравнение Шредера-Ле-Шателье. Коллигативные свойства, их оссобенности и роль в изучении свойств растворов. | 2 | - | 2 | 2 | 6 | 7.1.1-7.1.6 |
ВСЕГО: | 30 | - | 30 | 30 | 90 |
3 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Теоретический курс закрепляется на практических занятиях.
Практические занятия проводятся после изучения на лекции той или иной темы. Безусловно, при такой организации занятий развивается умение мыслить, сопоставлять, анализировать. Формирование подобного мышления базируется на системе межпредметных связей на всех этапах обучения и во всех звеньях учебно-воспитательного процесса. Межпредметные связи необходимы для глубокого усвоения студентами основ наук и активизации познавательной деятельности. Они способствуют расширению кругозора, развитию познавательных интересов, повышению активности в самостоятельном приобретении новых знаний и их применению на практике.
4 ФОРМАТ КУРСА
Формы учебных занятий – лекции, практические занятия. 1 час лекции составляет 50 минут. 1 час практических занятий составляет 50 минут. Занятия проводятся по расписанию. Планируются также самостоятельная работа студентов в аудитории и вне аудитории. График самостоятельной работы студентов и отчет по ним проводится по расписанию кафедры. Контроль по выполнению самостоятельной работы осуществляется в форме устного собеседования, домашних заданий с решениями задач, контрольными работами, тестовыми заданиями.
5 Политика курса
Студент должен проявлять активность и самостоятельность в процессе изучения дисциплины, в случае опозданий, пропусков занятий по неуважительной причине, несвоевременного представления работ и пассивности в учебном процессе к студентам будет предъявляться штрафные санкции в виде снятия баллов.
6 ПОЛИТИКА ВЫСТАВЛЕНИЯ ОЦЕНОК
Контроль знаний студентов осуществляется в форме:
- текущего контроля (проводятся еженедельно);
- рубежного контроля (7 и 15 недели);
- итогового контроля – экзамена.
Текущий контроль – это систематическая проверка знаний студента на лекциях, практических занятиях и самостоятельной работы под руководством преподавателя. Предусматривается различные виды текущего контроля:
- устный опрос;
- контрольные работы;
- домашние работы;
- тесты.
В процессе изучения дисциплины каждый вид работы студента оценивается в баллах.
- выполнение и защита практической работы – 210 баллов (7 прак. работ – по 6 баллов, 16 практ. работ – по 7 баллов, 7 практ. работ – по 8 баллов);
- выполнение контрольной работы по графику выполнения СРСП – 60 баллов (11 СРСП – по 4 балла, 2 СРСП – по 3 балла, 2 СРСП – по 5 баллов);
- выполнение самостоятельной работы в виде СРС – 150 баллов (13 работ – по 10 баллов, 1 работа – 5 баллов, 1 работа – 15 баллов);
- рубежный контроль – 120 баллов (1 РК – 60 баллов, 2 РК – 60 баллов).
Всего по курсу – 540 баллов.
Распределение баллов по неделям и видам контроля представлено в таблице
Распределение баллов по дисциплине «Расчеты химических равновесий»
Таблица 2
Неделя | Вид контроля | Всего баллов | Примечание |
1-7 | Посещение и подготовка к аудиторным занятиям | 30 | Преподаватель отмечает только факт отсутствия обучающегося на занятиях |
Выполнение практических работ (отчет, защита) | |||
1 | Начало термодинамики. Термохимия. | 7+8 | На практическом занятии |
2 | Теплоемкость. | 7+8 | На практическом занятии |
3 | Второе начало термодинамики. | 7+8 | На практическом занятии |
4 | Химический потенциал. | 7+8 | На практическом занятии |
5 | Химическое равновесие в гомогенных системах. | 7+8 | На практическом занятии |
6 | Химическое равновесие в гетерогенных системах. | 7+8 | На практическом занятии |
7 | Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна. | 7+8 | На практическом занятии |
Самостоятельная работа студента | |||
1 | Основные формулировки первого начала термодинамики, его аналитическое выражение. | 10 | В соответствии с расписанием |
2 | Теплоемкость идеального газа. Зависимость теплоемкости от температуры. Вывод и анализ уравнения Киргхофа. | 10 | В соответствии с расписанием |
3 | Формулировки второго закона термодинамики. Энтропия. | 10 | В соответствии с расписанием |
4 | Влияние температуры и давления на смещение равновесия. | 10 | В соответствии с расписанием |
5 | Химическое равновесие в многокомпонентных, двухкомпонентных и однокомпонентных гомогенных системах. | 10 | В соответствии с расписанием |
6 | Гомогенные системы: экстенсивные и интенсивные свойства растворов. | 10 | В соответствии с расписанием |
7 | Давление пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Физико-химические основы перегонки растворов. | 15 | В соответствии с расписанием |
Самостоятельная работа студента с преподавателем | |||
1 | Внутреняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
2 | Теплоемкость идеального газа. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
3 | Работа и теплота необратимого процесса. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
4 | Уравнение изохоры и изобары. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
5 | Термодинамическое обоснование и анализ уравнений, выражающих условия равновесия в многокомпонентных, двухкомпонентных и однокомпонентных гомогенных системах при постоянной температуре. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
6 | Гомогенные системы. Парциальные мольные величины и методы их определения. Решение задач | 5 | В соответствии с расписанием |
7 | Давление пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Решение задач | 5 | В соответствии с расписанием |
7 | Рубежный контроль 1-комплексное тестирование по материалам лекций 1-7 недели | 60 б. | В соответствии с расписанием |
Итого баллов по результатам обучения с 1 по 7 неделю | 30+270 | ||
8-15 | Посещение и подготовка к аудиторным занятиям | 30 | Преподаватель отмечает только факт отсутствия обучающегося на занятиях |
Выполнение практических работ (отчет, защита) | |||
8 | Гетерогенное равновесие в однокомпонентных системах. | 6+7 | На практическом занятии |
9 | Гетерогенное равновесие в двухкомпонентных системах. | 6+7 | На практическом занятии |
10 | Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах. | 6+7 | На практическом занятии |
11 | Растворы. | 6+7 | На практическом занятии |
12 | Законы идеальных растворов. | 6+7 | На практическом занятии |
13 | Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. | 6+7 | практическом занятии |
14 | Эбулиоскопия. Криометрия. Осмос. | 6+7 | На практическом занятии |
15 | Растворимость твердых веществ в жидкостях. | 7+7 | На практическом занятии |
Самостоятельная работа студента | |||
8 | Зависимость электропроводности слабых и сильных электролитов от концентрации и температуры. | 9 | В соответствии с расписанием |
9 | Применение измерения электропроводности для определения степени и констант диссоциации, произведения растворимости. | 9 | В соответствии с расписанием |
10 | Физический смысл энергии активации и предэкспоненциального множителя согласно переходного состояния с опытными данными. | 9 | В соответствии с расписанием |
11 | Законы Рауля. | 9 | В соответствии с расписанием |
12 | Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. | 9 | В соответствии с расписанием |
13 | Отличия в поведении растворов электролитов и неэлектролитов. | 9 | В соответствии с расписанием |
14 | Изотонический коэффициент и его связь со степенью диссоциации. | 9 | В соответствии с расписанием |
15 | Диаграммы твердых растворов с расслаиванием. | 12 | В соответствии с расписанием |
Самостоятельная работа студента с преподавателем | |||
8 | Зависимость электропроводности слабых и сильных электролитов от концентрации и температуры. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
9 | Применение измерения электропроводности для определения степени и констант диссоциации, произведения растворимости. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
10 | Физический смысл энергии активации и предэкспоненциального множителя согласно переходного состояния с опытными данными. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
11 | Законы Рауля. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
12 | Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
13 | Отличия растворов электролитов и неэлектролитов. Решение задач | 4 | В соответствии с расписанием |
14 | Изотонический коэффициент и его связь со степенью диссоциации. Решение задач | 3 | В соответствии с расписанием |
15 | Диаграммы твердых растворов с расслаиванием. Решение задач | 3 | В соответствии с расписанием |
15 | Рубежный контроль 2-комплексное тестирование по материалам лекций 9-15 недели | 60 б. | В соответствии с расписанием |
Итого баллов по результатам обучения с 8 по 15 неделю | 30+270 | ||
Итого баллов за экзамен | 400 | ||
Итого баллов за академический период | 1000 |
Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по модулям, рубежным контролям и итоговой аттестации (60%), экзамену (40%), что составляет 100%.
Студент допускается к итоговому контролю по дисциплине, если за семестр его суммарный рейтинговый балл больше или равен 50 %.
Знание, умение и навыки студентов оцениваются по следующей системе:
Многобальная буквенная система оценок знаний
Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент баллов | Процентное содержание | Оценка по традиционной системе |
А | 4,0 | 95-100 | Отлично |
А- | 3,67 | 90-94 | - « - |
В+ | 3,33 | 85-89 | Хорошо |
В | 3.00 | 80-84 | - « - |
В- | 2,67 | 75-79 | - « - |
С+ | 2,33 | 70-74 | Удовлетворительно |
С | 2,00 | 65-69 | - « - |
С- | 1,67 | 60-64 | - « - |
Д+ | 1,33 | 55-59 | - « - |
Д | 1,00 | 50-54 | - « - |
F | 0,00 | 0-49 | Неудовлетворительно |
7 ЛИТЕРАТУРА
7.1 Основная литература
7.1.1. Задачи по химической термодинамике./Под ред. : Новосибирск, 2009. – 107 с.
7.1.2. , Термодинамика для химиков. 2-е изд., М.: Колосс, 2004.
7.1.3. Лекции по химической термодинамике. Новосибирск: НГУ, 2004.
7.1.4. Музыкантов В. С., Бажин Н. М., Пармон В. Н., Булгаков Н. Н.,
Иванченко В. А. Задачи по химической термодинамике. М.: Химия, 2001. 7.1.5. Курс физической химии. М.:Химия, 1975. - 725с.
7.1.6. Сборник примеров и задач по физической химии. М.: Высшая школа, 1991.-527 с.
7.2 Дополнительная литература
7.2.1. Физическая химия. М.:Высшая школа, 1982. - 687с.
7.2.2. Физическая химия. /Под. ред проф. , М.:Высшая школа, 1982.-687 с.
7.2.3. Краткий справочник физико-химических величин./Под. ред. Л.:Химия,1983.-232 с.
7.2.4. Химическая термодинамика 3-е изд. –М.1975.-584 с.
