+МУ ФКХ 240134 4П - Салаватский индустриальный колледж

Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Салаватский индустриальный колледж»
ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Методические указания и задания
для выполнения контрольных работ для студентов,
обучающихся по заочной форме специальности
240134 Переработка нефти и газа
2012 г.
Рассмотрено
на заседании цикловой комиссии
механико-технологических дисциплин
протокол № ____от __________2012 года
Методические указания составлены в соответствии
с требованиями Федерального государственного
образовательного стандарта по специальности
среднего профессионального образования 240134
Переработка нефти и газа
Утверждаю
Заместитель директора по
учебной работе
_________ Г.А. Бикташева
«____» ___________
Председатель цикловой комиссии
____________
М.В.Хрипунова
Автор: Рудкевич М.В., преподаватель высшей категории ГБОУ СПО
«Салаватский индустриальный колледж»
Рецензент:
Агибалова Н.Н., преподаватель высшей категории ГБОУ СПО «Салаватский
индустриальный колледж»
2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1.
1. Введение
4
2. Рабочая программа учебной дисциплины
6
3. Методические указания по изучению учебного
материала
17
4. Задания для выполнения контрольной работы
37
5. Список вопросов к экзамену
44
3
1 Введение
Методические указания и контрольные задания составлены в соответствии
с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта по
специальности среднего профессионального образования 240134 Переработка
нефти и газа.
Учебная дисциплина «Физическая и коллоидная химия» входит в
профессиональный цикл, устанавливающий базовые знания для освоения
специальных дисциплин.
Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» предусматривает изучение
теоретических основ физической и коллоидной химии, закономерностей
протекания химических и физико-химических процессов, имеющих научное и
практическое значение.
В результате освоения учебной дисциплины студент должен
уметь:
 выполнять расчеты электродных потенциалов, э.д.с. гальванических
элементов;
 находить в справочной литературе показатели физико-химических свойств
веществ и их соединений;
 определять концентрацию реагирующих веществ и скорость реакций;
 строить фазовые диаграммы;
 производить расчеты: параметров газовых смесей, кинетических
параметров химических реакций, химического равновесия;
 рассчитывать тепловые эффекты и скорость химических реакций;
 определять параметры каталитических реакций.
В результате освоения учебной дисциплины студент должен
знать:
 закономерности протекания химических и физико-химических процессов;
 законы идеальных газов;
 основные законы;
 механизм действия катализаторов;
 механизмы гомогенных и гетерогенных реакций;
 основы физической и коллоидной химии, химической кинетики,
электрохимии, химической термодинамики и термохимии;
 основные методы интенсификации физико-химических процессов;
 свойства агрегатных состояний веществ;
 сущность и механизм катализа;
 схемы реакций замещения и присоединения;
 условия химического равновесия;
 физико-химические методы анализа веществ, применяемые приборы;
 физико-химические свойства сырьевых материалов и продуктов.
Программа рассчитана на 158 часов для базового уровня среднего
профессионального образования.
Усвоение программного материала дисциплины складывается из
4
а) самостоятельного изучения учебного материала по рекомендуемой
литературе;
б) выполнения одной домашней контрольной работы;
в) выполнения лабораторных работ и практических занятий.
Основным методом изучения программного материала является
самостоятельная работа студента – заочника по рекомендуемой литературе в
соответствии с методическими указаниями.
Установочные занятия проводятся перед началом изучения дисциплины с
целью ознакомления студентов с его содержанием и методикой изучения.
Обзорные лекции и лабораторно-практические работы проводятся в период
лабораторно – экзаменационной сессии с целью систематизировать, расширить и
закрепить полученные знания и ответить на возникшие у студентов вопросы.
По дисциплине «Физическая и коллоидная химия» выполняется одна
домашняя контрольная работа, а в период сессии проводятся лабораторнопрактические работы с последующей сдачей экзамена.
5
2 Рабочая программа учебной дисциплины
2.1 ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Физическая и коллоидная химия
2.1.1 Область применения рабочей программы
Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной
профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по
специальности СПО 240134 Переработка нефти и газа.
Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в
дополнительном профессиональном образовании (в программах повышения
квалификации и переподготовки) и профессиональной подготовке по рабочим
профессиям.
2.1.2 Место учебной дисциплины в структуре основной профессиональной
образовательной программы: дисциплина входит в профессиональный цикл.
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
математика, физика, химия, общая и неорганическая химия.
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем
при изучении следующих дисциплин: теоретические основы химической
технологии, процессы и аппараты, основы технологии нефтехимического синтеза,
прикладная химия нефти и газа.
2.1.3 Цели и задачи учебной дисциплины – требования к результатам
освоения учебной дисциплины:
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен
уметь:
 выполнять расчеты электродных потенциалов, э.д.с. гальванических
элементов;
 находить в справочной литературе показатели физико-химических свойств
веществ и их соединений;
 определять концентрацию реагирующих веществ и скорость реакций;
 строить фазовые диаграммы;
 производить расчеты: параметров газовых смесей, кинетических
параметров химических реакций, химического равновесия;
 рассчитывать тепловые эффекты и скорость химических реакций;
 определять параметры каталитических реакций.
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен
знать:
 закономерности протекания химических и физико-химических процессов;
 законы идеальных газов;
 основные законы;
 механизм действия катализаторов;
 механизмы гомогенных и гетерогенных реакций;
6
 основы физической и коллоидной химии, химической кинетики,
электрохимии, химической термодинамики и термохимии;
 основные методы интенсификации физико-химических процессов;
 свойства агрегатных состояний веществ;
 сущность и механизм катализа;
 схемы реакций замещения и присоединения;
 условия химического равновесия;
 физико-химические методы анализа веществ, применяемые приборы;
 физико-химические свойства сырьевых материалов и продуктов.
2.1.4 Рекомендуемое количество часов на освоение рабочей программы
учебной дисциплины: Физическая и коллоидная химия
максимальной учебной нагрузки студента 158 часов, в том числе:
обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 105 часов;
лабораторно-практические занятия 30 часов
самостоятельной работы обучающегося 53 часа.
7
2.2 СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.2.1 Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Максимальная учебная нагрузка (всего)
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)
в том числе:
лабораторные работы
практические занятия
Самостоятельная работа студента (всего)
в том числе:
самоподготовка (самостоятельное изучение тем учебников,
учебных пособий)
реферат, доклад
решение задач
оформление отчётов по результатам лабораторных работ и
подготовка к их защите
Итоговая промежуточная аттестация в форме
Объем
часов
158
105
24
6
53
8
6
24
15
экзамена
8
2.2.2 Тематический план и содержание учебной дисциплины _____Физическая и коллоидная химия_______
Наименование
разделов и тем
1
Введение
Раздел 1
Тема 1.1
Молекулярнокинетическая теория
агрегатных состояний
вещества
Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная
работа обучающихся
2
Значение и содержание дисциплины «Физическая и коллоидная химия», связь ее с другими
дисциплинами.
Исторические этапы развития физической химии.
Роль физической химии в развитии важнейших отраслей промышленности, в мероприятиях по
охране окружающей среды. Значение физической и коллоидной химии в решении задач по
рациональному использованию сырья, оптимизации ведения технологических процессов
нефтепереработки и нефтехимии, внедрению малоотходных и безотходных производств.
Физическая химия
1 Сравнение агрегатных состояний с точки зрения кинетической энергии частиц и
потенциальной энергии их взаимодействия.
Газообразное состояние. Газ как рабочее тело, его параметры состоя ния. Идеальный газ.
Газовые законы, их математическое и графическое выражение. Следствия газовых законов.
Универсальное уравнение состояния идеального газа - уравнение Клапейрона- Менделеева .
Универсальная газовая постоянная и ее физический смысл и размерность.
Реальные газы. Давление и вакуум. Причины отклонений свойств реальных газов от
идеальных газовых законов.
Критическое состояние. Коэффициенты сжимаемости.
Газовые смеси, параметры их состояния, способы выражения состава смесей. Парциальные
давления газов в смеси. Закон Дальтона. Правило аддитивности.
2 Общая характеристика жидкого состояния. Современные взгляды на структуру
жидкостей. Ассоциация. Свободная энергия поверхности (СЭП) жидкости. Поверхностное
натяжение. Явление смачивания.
Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества, их практическое значение.
Вязкость. Ее физическая сущность, зависимость от различных факторов. Формула Ньютона.
Виды вязкости. Текучесть. Способы определения. Роль вязкости жидкостей и газов в
химической технологии.
3 Твердое состояние. Тела кристаллические и аморфные. Общая характеристика
кристаллического состояния. Плавление и отвердевание (кристаллизация). Кривые охлаждения.
Основные виды кристаллических решеток.
Лабораторная работа 1. Определение поверхностного натяжения раствора ПАВ и ПНАВ. Определение
вязкости раствора ПАВ и ПНАВ
Практическая работа 1. Решение задач с использованием газовых законов, расчет параметров
газовой смеси по заданным условиям.
Самостоятельная работа студента. Работа с информационными источниками по темам: «Плазма – общая
характеристика»; «Процессы парообразования и испарения. Киломольная теплота испарения.
Правило Трутона».
Выполнение домашних заданий по теме 1.1
Объем часов
3
2
Уровень
освоения
4
1
136
6
2
2
2
2
1
4
2
8
9
Тема 1.2
Основы химической
термодинамики
Тема 1.3
Химическая кинетика
Тема 1.4
Катализ
Предмет термодинамики, ее основные понятия и определения. Химическая термодинамика и
ее роль в изучении химических процессов. Закон сохранения энергии и первый закон
термодинамики, его содержание, формулировки, аналитическое выражение. Энтальпия.
Теплоемкость: ее общая характеристика. Виды теплоемкости, их взаимосвязь, зависимость от
различных факторов.
Теплоемкость газов. Формула Мейера. Коэффициент Пуассона. Теплоемкость как аддитивная
величина.
Работа расширения в термодинамических процессах. Связь работы расширения и первого
закона термодинамики. Понятие о политропном процессе.
Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. Термохимические уравнения.
Основной закон термохимии - закон Гесса. Теплоты образования (разложения), сгорания.
Следствия закона Гесса, их практическое применение.
Теплота растворения. Теплота нейтрализации.
2 Недостаточность первого закона термодинамики. Качественная неэквивалентность теплоты и
работы. Основные группы процессов. Обратимые и необратимые процессы. Условия
термодинамической обратимости.
Содержание и формулировки второго закона термодинамики, его физическая сущность.
Факторы интенсивности и экстенсивности.
Основной термодинамический цикл - цикл Карно, его КПД.
Энтропия: физический смысл, значение, характеристика. Энтропия как фактор экстенсивности
тепловых процессов. Энтропийный член уравнения как мера связанной эне ргии системы.
Свободная энергия системы. Изобарно-изотермический и изохорно-изотермический
потенциалы (энергии Гиббса и Гельмгольца).
Приложение второго закона термодинамики к химическим процессам. Принцип минимума
свободной энергии. Пределы протекания самопроизвольных процессов в изолированных
системах.
3 Характеристика влажного, сухого насыщенного и перегретого паров, параметры их состояния и
способы расчета этих параметров. I- S диаграмма. Понятие о «скелетных» таблицах.
Лабораторная работа 2. Определение теплоты растворения соли
Практическая работа 2. Расчет тепловых эффектов реакций различными методами
Самостоятельная работа студента. Выполнение домашних заданий по теме 1.2
1 Учение о скорости химической реакции Основной закон химической кинетики - закон действия
масс. Константа скорости реакции, ее физический смысл. Факторы, влияющие на скорость
реакции. Правило Вант-Гоффа. Классификация реакций по молекулярности и порядку реакции.
Кинетические уравнения реакций 1 и 2 порядка. Период полураспада. Активные молекулы.
Потенциальный барьер. Энергия активации. Уравнение Аррениуса, его практическое применение.
Лабораторная работа 3. Определение зависимости скорости реакции от концентрации и температуры.
Самостоятельная работа студента. Работа с информационными источниками по теме: «Цепные реакции,
их особенности, характеристика. Работы Н.Н. Семенова, его школы в области изучения цепных
реакций»
Выполнение домашних заданий по теме 1.3
1 Поверхностные явления и адсорбция. Адсорбция на поверхности твердого тела. Изотерма
адсорбции. Уравнение Фрейндлиха и Ленгмюра.
2 Катализ. Гомогенный и гетерогенный катализ. Автокатализ. Значение каталитических процессов в
1
8
2
8
2
2
1
4
2
8
6
3
4
6
2
1
2
2
10
Тема 1.5
Химическое
равновесие
Тема 1.6
Фазовое равновесие
Тема 1.7
Растворы
химической технологии
Самостоятельная работа студента. Работа с информационными источниками по темам: «Ионообменная
адсорбция. Понятие о хроматографии»; «Катализ и экология»
1 Обратимость химических реакций. Прямая и обратная реакции. Закон действующих масс. Условия
истинного химического равновесия в гомогенных системах.
Константа равновесия реакции. Способы выражения констант равновесия, взаимосвязь между
константами равновесия, выраженными через концентрации и парциальные давления.
Зависимость константы равновесия от различных факторов.
Факторы, влияющие на положение равновесия. Принцип Ле Шателье, его практическое
применение.
2 Реакционная способность системы. Химическое сродство. Уравнение изотермы химической
реакции. Его практическое применение. Стандартная энергия Гиббса и Гельмгольца.
Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Определение оптимальных условий ведения
химических реакций.
Самостоятельная работа студента. Выполнение домашних заданий по теме 1.5
1 Определение фазового равновесия. Правило фаз Гиббса. Диаграммы состояния. Физико-химический
анализ. Уравнение Клапейрона – Клаузиса. Водно-солевые системы.
Лабораторная работа 4. Построение диаграммы состояния двухкомпонентной системы
Самостоятельная работа студента. Выполнение домашних заданий по теме 1.6
1
Общая характеристика и классификация растворов. Растворы как физико-химические системы.
Процесс растворения и применения к нему принципа минимума свободной энергии. Современные
представления о растворах. Факторы, влияющие на растворение. Сольватная (гидратная) теория
растворов Д. И. Менделеева. Общая характеристика растворов твердых тел в жидкостях.
Коллигативные свойства растворов. Явление осмоса. Осмотическое давление в растворах
электролитов и неэлектролитов. Закон Вант-Гоффа. Изотонический коэффициент.
Равновесие в системе «Раствор-пар». Понижение упругости пара над раствором. Первый закон
Рауля.
Условия кипения и замерзания жидкостей. Изменение температуры агрегатных переходов
растворов по сравнению с чистым растворителем. Молярное изменение температур агрегатных
переходов растворов;
Второй закон Рауля. Криоскопическая и эбулиоскопическая постоянные, их физический смысл.
Криоскопия, эбулиоскопия, их практическое применение
2 Взаимная растворимость жидкостей в связи с характером межмолекулярного взаимодействия.
Идеальные смеси. Закон Рауля-Дальтона для системы из двух летучих компонентов. Диаграммы
«Упругость пара - состав» и «Температура кипения - состав» для идеальных систем.
Перегонка. Физические основы и сущность процесса. Первый закон Коновалова. Виды
перегонки. Фракционная перегонка. Схемы и диаграмма «Температура кипения - состав» для
процессов простой и фракционной перегонки.
Системы с отклонениями от закона Рауля . Причины отклонений. Азеотропные смеси. Второй закон
Коновалова. Диаграммы «Упругость пара- состав» и «Т кипения- состав» для положительных и
отрицательных отклонений от закона Рауля. Методы разделения азеотропных смесей.
Системы «жидкость-жидкость, нерастворимые друг в друге». Перегонка с водяным паром.
Равновесное распределение третьего компонента между двумя несмешивающимися жидкостями.
Закон распределения Нернста-Шилова. Экстракция.
4
4
3
2
2
6
4
2
4
4
4
3
4
2
11
Растворы газов в жидкостях.
Растворимость газов. Коэффициенты растворимости и абсорбции. Закон Генри.
Растворимость смеси газов. Закон Генри-Дальтона.
Факторы, влияющие на растворимость газов. Адсорбция газов жидкостями, ее значение для
промышленности и экологии. Методы выделения газов из жидкостей.
Лабораторная работа 5. Определение молекулярной массы вещества криоскопическим методом.
Практическая работа 3. Расчеты по теме: "Растворы"
Самостоятельная работа. Работа с информационными источниками по теме: «Ректификация: физическая
сущность и теоретические основы процесса. Условия работы и принципиальное устройство
ректификационной колонны»
Выполнение домашних заданий по теме 1.7
1 Электрохимия, ее значение в науке и технике.
Электрическая проводимость растворов. Измерение электропроводности растворов.
Слабые, сильные электролиты.
Теория сильных электролитов.
2 Электродные процессы. Скачок потенциала на границе металл - раствор. Общие особенности
электрохимических элементов. Электродный потенциал. Формула Нернста.
Электрохимический ряд напряжений. ЭДС и принцип работы гальванического элемента. Электроды
сравнения. Потенциометрия.
Самостоятельная работа. Работа с информационными источниками по теме: «Кондуктометрия»
Выполнение домашних заданий по теме 1.8
Основы коллоидной химии
1
Коллоидная химия.
Основные признаки дисперсных систем, их классификация. Получение, очистка и
концентрирование дисперсных систем. Кинетические и оптические свойства дисперсных
систем.
Электрокинетические явления в коллоидных системах.
Строение и устойчивость дисперсных систем.
2
Грубодисперсные системы: эмульсии, пены, аэрозоли, суспензии.
Лабораторная работа 6. Получение ультрамикрогетерогенных систем. Определение порога коагуляции.
Самостоятельная работа. Работа с информационными источниками по теме: «Уравнение Гиббса и его
использование в химико-технологических процессах».
Выполнение домашних заданий по теме 2.1
1
Общая характеристика растворов полимеров и их особенности. Растворение полимеров,
термодинамические свойства. Пластификация. Вязкость растворов полимеров. Желатинирование.
Определение молярной массы полимеров.
3
Тема 1.8
Электрохимия
Раздел 2
Тема 2.1 Дисперсные
системы
Тема 2.2
Растворы
высокомолекулярных
соединений (ВМС)
Всего:
2
1
4
2
6
2
2
4
3
5
17
4
2
2
4
6
1
3
1
158-105 - 30 - 53
Для характеристики уровня освоения учебного материала используются следующие обозначения:
1 - ознакомительный (узнавание ранее изученных объектов, свойств);
2 - репродуктивный (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);
3 – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач).
12
2.3 УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.3.1 Требования к минимальному материально-техническому обеспечению
Реализация учебной дисциплины требует наличия учебного кабинета химических
дисциплин; лаборатории физической и коллоидной химии.
Оборудование учебного кабинета: посадочные места по количеству
обучающихся, рабочее место преподавателя; комплект моделей кристаллических
решеток; коллекция «Нефть и важнейшие продукты ее переработки»; образцы
различных дисперсных систем: эмульсий, суспензий, аэрозолей, гелей и золей; прибор
для опытов с электрическим током, устройство интерфейсное многоканальное
Unipractic.
Технические средства обучения: интерактивная доска Interwrite board,
мультимедиа-проектор, ноутбук, колонки, набор ЦОР по дисциплине (презентации к
лекциям, видеоопыты, анимационные схемы и модели работы машин и установок,
модели физико-химических процессов)
Оборудование лаборатории и рабочих мест лаборатории: вытяжной шкаф,
муфельная печь, столы лабораторные, штативы для пробирок, набор вспомогательных
принадлежностей для хозяйственной деятельности и техники безопасности . Приборы:
аппарат для дистилляции воды, весы аналитические, плитка электрическая с закрытой
спиралью, шкаф сушильный, нагреватель лабораторный электрический, весы
электронные, лабораторное многоканальное устройство Unipractic с набором датчиков
физико-химических величин и программным обеспечением, спектрофотометр,
термометры спиртовые, вискозиметр, сталагмометр, секундомер, прибор для
определения температуры кипения жидких смесей. Комплекты: металлических
изделий для лабораторных опытов; химической посуды.
2.3.2 Информационное обеспечение обучения
Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной
литературы
Основные источники:
1. Белик. В.В., Киенская К.И. Физическая и коллоидная химия: Учебник для
СПО.-М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 288 с.
2. Хмельницкий Р.А. Физическая и коллоидная химия: учебное пособие. - М.:
Альянс, 2009. – 320 с.
Дополнительные источники:
1. В. И. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии: Учебник для
ВУЗов. – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010.- 408 с.
2. Еремин В.В., Каргов С.И. и др. Основы физической химии. Теория и задачи. М.: Экзамен, 2005. - 480 с.
3. Зимон А.Д. Популярная физическая химия. – М.: Научный мир, 2005.- 176 с.
4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и
дисперсные системы. - М.: Альянс, 2009. – 464 с.
13
5. Краткий справочник физико-химических величин. Издание десятое, испр. и
дополн./Под ред. Равделя Ю.Я. и А.М. Пономаревой – СПб.: Иван Федоров,
2003.
Интернет-ресурсы:
1.
2.
3.
4.
Портал фундаментального химического образования http://www.chemnet.ru
Каталог образовательных Интернет-ресурсов http://www.edu.ru
Мир химии http://chem.km.ru
Электронная библиотека по химии и технике http://rushim.ru
14
2.4 КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ
Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины осуществляется
преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных
работ, тестирования, а также выполнения обучающимися индивидуальных
заданий, проектов, исследований.
Результаты обучения
(освоенные умения, усвоенные знания)







Умение:
выполнять расчеты электродных
потенциалов, э.д.с.
гальванических элементов;
находить в справочной
литературе показатели физикохимических свойств веществ и
их соединений;
определять концентрацию
реагирующих веществ и
скорость реакций;
строить фазовые диаграммы;
производить расчеты:
параметров газовых смесей,
кинетических параметров
химических реакций,
химического равновесия;
рассчитывать тепловые эффекты
и скорость химических реакций;
определять параметры
каталитических реакций.
Знание:
 закономерностей протекания
химических и физикохимических процессов;
 законов идеальных газов;
 основных законов;
 механизма действия
катализаторов;
 сущности и механизма катализа;
 механизма гомогенных и
гетерогенных реакций;
 основ физической и коллоидной
химии, химической кинетики,
электрохимии, химической
термодинамики и термохимии;
Формы и методы контроля и оценки результатов
обучения
Письменная проверочная работа
При выполнении письменных
проверочных работ
Письменная проверочная работа
Выполнение и защита лабораторной
работы
Письменная проверочная работа
Письменная проверочная работа
Письменная проверочная работа
Устный опрос, тестовый контроль
Письменная проверочная работа
Тестовый контроль
Устный опрос
Письменная проверочная работа
Тестовый контроль
15
 основных методов
интенсификации физикохимических процессов;
 свойств агрегатных состояний
веществ;
 схем реакций замещения и
присоединения;
 условий химического
равновесия;
 физико-химических методов
анализа веществ, применяемых
приборов;
 физико-химических свойств
сырьевых материалов и
продуктов
Устный опрос
Тестовый контроль
Письменная проверочная работа
Устный опрос
Выполнение
работ
и
защита
лабораторных
Устный опрос
16
3 Методические указания по изучению учебного материала
по теме Введение
При изучении данной темы необходимо сформировать представления о
содержании, значимости и роли данной дисциплины в развитии важнейших отраслей
промышленности, обратить внимание на экологические проблемы химических и
нефтехимических производств.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
Что является предметом изучения физической химии?
Какие разделы включает физическая химия?
Что является предметом изучения коллоидной химии?
Кто является основоположником физической химии?
Назовите области применения физико-химических методов исследования.
Литература: [1], с.6-8
Методические указания по теме 1.1 Молекулярно-кинетическая теория
агрегатных состояний вещества
При изучении этой темы следует обратить внимание на отличие реального газа
от идеального и на то, как они связываются в написании уравнения состояния. Какие
поправки введены в уравнение состояния реального газа и что они учитывают, когда
можно при расчетах пользоваться уравнением идеального газа, а когда надо
использовать уравнение состояния реального газа.
При изучении жидкого состояния вещества надо обратить внимание на
особенности жидкостей, физический смысл поверхностного натяжения, вязкости, а
также на методы их определения.
При изучении твердого состояния вещества надо уяснить отличие
кристаллических веществ от аморфных и как это отражается на графике tохл. – время.
Пример 1. Газ под давлением 1,2 . 105 Па занимает объём 4,5л. Каково будет
давление, если не изменяя температуры, увеличить объём до 0,0055м3?
Решение: При решении задач условие следует записывать в сокращённом виде, как
показано в примере 1. В дальнейшем сокращённая запись условия не приводится.
Дано:
Р1 = 1,2 . 105 Па
V1 = 4,5 л. = 4,5 . 10-3 м3
Используем формулу закона Бойля – Мариотта.
P1 V2

P2 V1
Р2 - ?
P2 
V2 = 0,0055 м3P1V1
, откуда P1 
V2
1,2 105  4,5 103
 9,8 104 Па
0,0055
Пример 2 При 37С объём газа равен 0,5 м3. Какой объём займет газ при 100С, если
давление останется постоянным?
Решение. Определяем объём газа, применяя закон Гей – Люссака:
17
V2 
V1T2
.
T1
В градусах термодинамической шкалы температура равна:
Т1 = 37 + 273 = 310 К
Т2 = 100 + 273 = 373 К
V2 
0,5  373
 0,60 м 3
310
Пример 3 При 22С и 95940 Па объём кислорода равен 20 л. Рассчитать объём газа
при н.у. Какова плотность кислорода при заданных условиях?
PV P0V0

определяем объём кислорода при н.у.
T
T0
PVT0
95940  20  273
V0 

 17,5 л.
P0T
101325  (273  22)
M
32
Плотность кислорода при н.у. согласно уравнения  0  02
0 
 1,428кг / м 3 .
22,4
22,4
РТ
95940 237

 1,252кг / м 3 .
Используя 1   0 0 0 для н.у. и заданных условий:   1,428 
101325 295
Р1Т 1
Решение. Из уравнения
Пример 4 При 27С и 106600 Па масса 380 см3 газа равна 0,4550 г. Определить
молекулярную массу (кг) газа и его плотность при 50С и том же давлении.
Решение. Выразим все величины в системе СИ:
m = 0,4550 г = 0,455.10-3 кг;
V = 380 см3 = 380.10-6 м3;
Т1 = 273 + 27 = 300 К
Т2 = 273 + 50 = 323 К
m
RT определяем
M
mRT
0,455 10 3  8,314 103300
M
;М 
 28,00кг
PV
106600  380 10 6
Из уравнения PV 
М
28,00
; 0 
 1,250кг / м 3 .
22,4
22,4

T
T
Плотность газа при 50С рассчитываем по формуле 1  2 ;  2  1 1
T2
 2 T1
1,250  273
2 
 1,057 кг / м 3 .
323
Плотность газа при н.у. согласно  0 
Пример 5 Колошниковый газ имеет примерный состав (об. доли):СО – 0,28; Н2 - 0,03;
СО2 – 0,1; N2 - 0,59. Вычислить парциальные давления составляющих смесь газов,
если общее давление газовой смеси 106400 Па.
Решение. Парциальные давления отдельных газов в смеси можно вычислить,
используя соотношения.
PiVобщ.  Vi Pобщ. и i 
PCO 
VCO Pобщ.
Vобщ.
Vi
Vобщ.
и СО 
VCO
Vобщ.
Тогда PCO = Pобщ. общ.
18
PCO = 106400 . 0,28 = 29792 Па
PH2 = 106400 . 0,03 = 3192 Па
PCO2 = 106400 . 0,1 = 10640 Па
PN2 = 106400 . 0,59 = 62776 Па
Пример 6 В сосуде объёмом 2000 м3 смешиваются 1 кг азота и 2 кг кислорода, и 3 кг
водорода. Вычислить парциальные объёмы и давления соответствующих газов,
составляющих смесь, а также общее давление газовой смеси при17С.
Решение. Вычисляем числа киломолей газов по уравнению ni 
mi
Mi
1
 0,03569; nO2  0,0625; nH 2  1,485
28,02
 n  0,03569  0,0625 1,485
nN 2 
Т = 273 + 17 = 290 К
Из уравнения Pобщ.Vобщ.   nRT определяем общее давление смеси газов Робщ.:
Pобщ. 
 nRT ; P
общ. 
Vобщ.
1,583  8,314 103  290
 1908Па
2000
По уравнению
смеси: PN 
2
PO2 
nN2
n
Pобщ. 
Pi 
ni
n
Pобщ. рассчитываем парциальные давления газов в
0,03569
1908  42,93 Па
1,583
0,0625
1908  75,18 Па
1,583
1,485
1908  1789,89 Па.
1,583
PV
По уравнению Vi  i общ. определяем парциальные объёмы газов:
Робщ.
PH 2 
42,93  2000
 45,11м 3
1908
75,18  2000

 78,79 м 3
1908
1789,89  2000

 1876,1м 3
1908
VN 2 
VO2
VH 2
Вопросы для самоконтроля
1
2
3
4
5
Вывести основное уравнение молекулярно- кинетической теории газов.
Вывести уравнение идеального газа.
Физический смысл универсальной газовой постоянной, ее численные значения и
размерность.
Закон Дальтона.
Написать уравнение Ван-дер-Ваальса.
19
6
7
8
9
10
11
12
Отличия реальных газов от идеальных.
Особенности жидкого состояния вещества.
Что называется поверхностным натяжением? Методы его определения.
Вязкость, ее определение с помощью вискозиметра Оствальда.
Что такое кристаллическая решетка?
Что такое полиморфизм, аллотропия, изоморфизм, анизотропия?
Какие вещества называются аморфными?
Литература: [1], с.9-26; [2], с.13-67; [3], с.14-38; [4], с.4-23
Методические указания по теме 1.2 Основы химической термодинамики
При изучении данной темы необходимо уяснить понятие теплоемкости и
взаимосвязь между изобарной и изохорной теплоемкостью газов. Обратить внимание
на закон Гесса и применение его для расчета тепловых эффектов различных реакций.
Рассмотреть приложение первого закона термодинамики к химическим процессам.
Уяснить уравнение, связывающее Qp и Qv, вычислять теплоты образования
неорганических веществ и теплоты сгорания органических веществ по формуле Д.П.
Коновалова и с использованием справочной литературы.
При изучении второго закона термодинамики необходимо обратить внимание,
что закон устанавливает: возможен или невозможен при данных условиях тот или
иной процесс; до какого предела он может протекать и какая наибольшая полезная
работа совершается при этом. Обратите внимание, что на основании второго закона
термодинамики
U = F + TS ,
где F – свободная энергия системы, т.е. часть внутренней энергии, которая
способна преобразовываться в полезную работу при постоянной температуре; TS –
связанная энергия, часть внутренней энергии не способной превращаться в работу.
Обратите внимание, что применительно к химическим процессам второй закон
термодинамики можно сформулировать: всякое химическое взаимодействие, при
неизменных давлении или объеме и постоянстве температуры, протекает в
направлении уменьшения свободной энергии системы.
Необходимо уяснить, что пределом протекания химических реакций (т.е.
условием равновесия) является достижение некоторого минимального для данных
условий значения свободной энергии системы G или F.
Значения термодинамических функций при стандартных условиях t=250C и Р =
=101325 Па приводятся в справочных таблицах .
Пример 1 Определить теплоту сгорания этилена
С2Н4 + 3О2  2СО2 + 2Н2О + Q
Исходя из следующих данных:
2Cгр + 2Н2 = С2Н4 – 62,01 кДж/моль (а)
Cгр + 2О2 = СО2 + 393,9 кДж/моль (б)
Н2 + ½О2 = Н2О + 284,9 кДж/моль (в)
Решение. В данном случае можно воспользоваться двумя методами.
20
1-й метод. Комбинируя заданные термохимические уравнения, исключим
водород и углерод, которые не участвуют в реакции горения. Для этого уравнение (б)
умножаем на 2 и вычитаем из него уравнение (а):
2Сгр + 2О2 = 2СО2 + 787,8
2Сгр + 2О2 = С2Н4 – 62,01
2О2 – 2Н2 = 2СО2 - С2Н4 +849,81
Полученный результат складываем по численно с уравнением (в), предварительно
умножив его на 2:
2О2 + 2Н2 = 2СО2 – С2Н4 + 849,8
2Н2 + 2О2 = 2Н2О(ж) + 569,80
3О2 = 2СО2 – 2Н2О(ж) + С2Н4 + 1419,61
или С2Н4 + 3О2 = 2СО2 + 2Н2О(ж) + 1419,61 кДж/моль
Qc2н4 = 1419,61 кДж/моль
2-й метод. Применяем 1-е следствие закона Гесса, поскольку все приведённые в
условии задачи тепловые эффекты являются теплотами образования соответственно
этилена, диоксида углерода и жидкой воды из простых веществ (теплоты образования
простых веществ применяются равными нулю):
обр.
Q  Q
пр. р и .
Q
обр
 Q
исх.в в.
 2  393,9  2  284,9  (62,01)  1419,61кДж / моль
Пример 2 Определить разность между Q р и Qv при 25С для следующих
реакций.
1. N2 + 3H2 = 2NH3
2. 2Cгр. + О2 = 2СО
3. 3С2Н2  С6Н6.
Решение: Применяем формулу взаимосвязи изобарного и изохорного теплового
эффекта.
Q  Q  nRT
Q  Q  nRT
р
р.
v
v
1. Находим n  n2  n1 , где
n1- число молей газообразных исходных вещевств;
n2-число молей газообразных конечных веществ.
n  2  4  2
Q р.  Qv  2  8.314  10 3  298  4954548 Дж / кмоль
2.
n  2  1  1
Q Q
р
v
 1 8.314 10 3  298  2477274 Дж / кмоль
Пример 3 Теплота образования Qр. Аммиака равна 46,26кДж/кмоль при 25С.
Определить теплоту образования Qv. Аммиака при этой же температуре.
Решение. Согласно условию можно записать:
21
1/2N2 + 3/2H2 = NH3 + 46,26 кДж/моль (или 46260 кДж/кмоль)
Находим изменение числа молей газа
n  1  2  1
Из соотношения Q р.  Qv  nRT находим Qv.
Q Q
v
p
 nRT  46260  1 8,314  289  43782,7кДж / кмоль
Вопросы для самоконтроля
1 Что называется теплоемкостью вещества?
2 Теплоемкость газов. Взаимосвязь между Сv и С р.
3 Что называется внутренней энергией? От чего она зависит?
4 Что называется тепловым эффектом реакции?
5 Вывести взаимосвязь между изобарным и изохорным тепловым эффектом.
6 Закон Гесса. Следствия из закона Гесса.
7 Что называется теплотой образования?
8 Как рассчитывается тепловой эффект неорганических реакций?
9 Что называется теплотой сгорания?
10 Как рассчитывается тепловой эффект органических реакций?
11 Как рассчитывается теплота образования органических веществ?
12 Что называется внутренней энергией? От чего она зависит?
13 Что называется тепловым эффектом реакции?
14 Что такое необратимые и обратимые процессы?
15 Что такое «связанная» и «свободная» энергия?
16 Закон Кирхгофа.
17 Каким способом можно получить перегретый пар?
18 Какой пар называют влажным, сухим насыщенным и перегретым?
19 Как можно определить параметры паров?
20 Что является основными параметрами водяного пара?
Литература: [1], с.27-54, с.57-70; [2], с.71-107; [3], с.43-61, с.68-85; [4], с.27-54,
с.77-85
Методические указания по теме 1.3 Химическая кинетика
При изучении данной темы необходимо уяснить, что основной закон
химической кинетики – закон действия масс. Четко знать и определять
зависимость факторов, влияющих на скорость химической реакции. Уметь
определять константы скоростей реакций первого, второго и третьего порядков, а
также знать зависимость константы скорости реакции от периода полураспада.
Особое
внимание уделите теории активации
Аррениуса и
ее
практическому применению.
При изучении данной темы обратить внимание на цепные реакции, их
особенности, характеристику и механизм этих реакций, а также применение
радиационно-химических процессов в химической промышленности.
Пример 1 Как изменятся скорости прямой и обратной реакций N2 + O2 ↔ 2NO;
22
протекающих в закрытом сосуде при высокой температуре, если увеличить
давление в 3 раза?
Решение. При увеличении давления в 3 раза объём газовой смеси уменьшится в 3
раза, а мольные концентрации веществ во столько же раз увеличатся.
Согласно закону действия масс можно написать:


пр.
 k1  C N2  CCO2
обр.
2
 k 2  C NO
При увеличении давления в 3 раза концентрации станут равными
3C ;3С ;3С
N2
Поэтому
О2
NO
.
 пр.  k1  3CN 2  3CCO2  9k1  CN 2 CO2
2
 обр.  k2  (3CNO )  9k2CNO
Находим отклонения:
.
 пр
 9 раз, т.е. скорость прямой реакции увечиться в 9 раз.
 пр.
 .
 обр
 9 раз, т.е. скорость обратной реакции увеличится в 9 раз.
 обр.
Пример 2 Реакция разложения перекиси водорода в водном растворе протекает
как реакция первого рода. Период половины превращения Н2О2 при заданных
условиях равен 15,86 мин. Определить, какое время потребуется для разложения (при
тех же условиях) 99% Н2О2.
Решение. По периоду половины превращения, используя k  
2,303
1
lg 2, вычисляем
2
2,303
константу скорости разложения водорода: k  
 0,3010  0,0437 мин 1
15,86
2,303
a
lg 2
из формулы k  
определяем время, за которое разложится 99%

ax
перекиси водорода: а = 100% а – х = 100 – 99 = 1%

2,303
a
2,303
lg 2

 2  105,4мин(1ч45,4мин)
k
a  x 0,0437
Пример 3 Тростниковый сахар в присутствии ионов водорода подвергается
гидролизу с образованием глюкозы и фруктозы (реакция тростникового сахара):
H 
C12 H 22O11  H 2O 
 C6 H12O6  C6 H12O6

Определить количество сахара (масс. доли, %), вступающего в реакцию через 5ч
2,303
a ;
a
от
начала
опыта:
0,005047 
lg
lg
 0.6575;
300 a  x
ax
3
.
544
a
a
 0.7796a
 4.544 ; а = 4,544а – 4,544х; 4,544х = 3,544а x 
4.544
ax
Следовательно, за 300 мин прореагирует 77,96% первоначально взятого
количества сахара.
23
Пример 4 Используя приближенное правило Вант – Гоффа, вычислить, на
сколько нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз?
Температурный коэффициент скорости принять равным 3.
Решение. Используя уравнение k t 2 t 2  t1
;
lg

lg 
k t1
10
t t
lg 80  2 1 lg 3  (t2  t1 )  0.04771;
10
lg 80
1,9031
t2  t1 

 39,89 º
0,04771 0,04771
Таким образом, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз, необходимо повысить
температуру примерно на 40ºС.
Пример 5 Для одной из реакций были определены две константы скорости при
443ºС 0,0067 и при 497ºС 0,06857. Определить константу скорости этой же реакции
при 508ºС.
Решение. По двум значениям констант скорости реакции, используя
k
E
1 1
2,303lg T  AKT  (  ) определить величину энергии активации реакции
kT
R
T 1 T2
2
1
E AKT 
2,303RT1  T2 lg(
kT
2
kT
2
T2  T1
)
;Т1 =716 К; Т2 = 770 К.
2,303  8,314  716  770 lg(0,06857
)
0,0067
 197400 Дж/моль
770  716
Рассчитывается константа скорости реакции при t = 508ºС. Используется в
k
расчетах константа скорости при 497ºС и уравнение 2,303 lg T  E AKT  ( 1  1 ) ;
kT
R T 2 T3
E AKT 
3
2
Т3 = 781 К; Т2 = 770 К. lg kT3 
lg kT3 
1
2
3
4
5
6
7
T  T2
E AKT
( 3
)  lg kT2
2,303 R T 2T3
197400
781  770
(
)  lg 0,006857  1,0247; kT3  0,1059
2,303  8,314 781  770
Вопросы для самоконтроля
Что такое скорость реакции?
Сформулировать закон действия масс.
Что такое молекулярность реакций и как классифицируются реакции по этому
признаку?
Вывести кинетическое уравнение реакции 1- го порядка.
Написать кинетическое уравнение реакции 2-го порядка.
Уравнение Аррениуса и его значение.
Что называется энергией активации? Сделать рисунок для экзотермической и
эндотермической реакций и пояснить. Формула для расчета энергии активации.
24
Методы активации.
Что такое цепная реакция? Каковы стадии цепной реакции? Написать механизм
какой-либо цепной реакции по стадиям.
10 Что называется цепной разветвленной реакцией?
11 Что называется цепной неразветвленной реакцией? Написать ее механизм на
каком-нибудь примере.
8
9
Литература: [1], с.173-180, 184-198; [2], с.101-124,135-143; [3], с.112-120, 131-135; [4],
с.105-112
Методические указания по теме 1.4 Катализ
В этой теме надо
усвоить такие вопросы, как: закон действия масс,
молекулярность и порядок реакций, зависимость скорости реакции от температуры.
Особое внимание надо обратить на энергию активации, и её физический смысл. Четко
знать определения гомогенного и гетерогенного катализа, современные представления
о механизме и теориях гетерогенного катализа. Знать принцип минимума свободной
энергии в применении к каталитическим процессам. При изучении процесса катализа
обратите внимание на механизм этого процесса и значение катализа для
промышленности и в решении ряда экологических вопросов.
Вопросы для самоконтроля
1 Что такое катализ и автокатализ?
2 Механизм гомогенного катализа (дать в общем виде и на конкретном примере).
3 Теории гетерогенного катализа.
Литература: [1], с.204-213; [2], с.129-132, 143-150; [3], с.124-127
Методические указания по теме 1.5 Химическое равновесие
Изучая данную тему, обратите внимание на то, что при расчете константы
равновесия в числителе пишут концентрации или парциальные давления конечных
веществ, а в знаменателе – исходных (с учетом стехиометрических коэффициентов).
Если же реакция гетерогенная, то при расчете константы равновесия Кр учитываются
только газообразные вещества. Уделите больше внимания принципу Ле Шателье,
который говорит о направлении смещения химического равновесия при изменении
внешних условий.
Самое главное при изучении уравнений изотермы, изохоры и изобары – это их
применение.
Особое внимание заслуживает вопрос об истинном химическом равновесии, так
как истинным (или устойчивым) равновесием называется такое состояние системы,
которое не изменяется с течением времени при неизменных внешних условиях,
причем эта неизменяемость не обусловлена протеканием какого-либо внешнего
процесса. Если внешние условия изменяются, то состояние равновесия нарушается, но
через некоторое время наступает новое состояние равновесия.
25
Пример 1 При нагревании водорода и йода в закрытом сосуде до 444ºС обратимо
протекает реакция по уравнению Н2 + I2  2НI. Равновесная смесь при этой
температуре содержит 5,64 моль НI; 0,12 моль I2 и 5,28 моль Н2. Вычислить константу
равновесия указанной реакции и исходные концентрации водорода и йода.
CCn  CDn
C HY2
Решение. Согласно K C  n
для данной реакции K C 
C H  CY
C A  CBn
3
4
1
2
2
2
Так как данная реакция протекает без изменения объёма, то значение константы
будет одинаково при всех способах выражения равновесных концентраций веществ.
Вместо концентраций СНI ; СН2; СI2 можно подставить числа молей этих веществ:
5,64 2
K
 50,19
0,12  5,28
Определяем исходные концентрации йода и водорода. Согласно уравнению
реакции для образования 2 моль НI расходуется по 1 моль Н2 и I2. К моменту
достижения равновесия в смеси образовалось 5,64/2 моль Н2 и I2. Учитывая
равновесные концентрации Н2 и I2, рассчитываем исходные концентрации этих
5,64
веществ суммированием: C H 2  5,64  5,28  8,1 моль C H 
 0,12  2,94 моль
2
2
Пример 2 Константа равновесия реакции
СН3СООН + С2Н5СОН  СН3СООС2Н5 + Н2О
при некоторой температуре равна 4. Определить состав реакционной смеси при
равновесии, если в реакцию введены 1 моль кислоты и 2 моль спирта.
2
CCn  CDn
Решение. Используем формулу K C  n
. Обозначим число молей эфира,
C A  CBn
3
4
1
2
образующего в равновесной смеси, через х. Такое же количество (х молей) выделится
и воды. Количество кислоты к моменту равновесия останется (1 - х) моль, а спирта (2х) моль. Тогда K C  K N 
C  C H 2o
Ccn  C K

xx
 4 откуда х2 = 4(1- х)( 2 (1  x)  (2  x)
х)
3х2 - 12х + 8 = 0.
Решая это квадратное уравнение, получим х1 = 3,154 и х2 = 0,845. Первый корень
отбрасывается как не удовлетворяющий условию задачи. Таким образом, в момент
установившегося равновесия состав реакционной смеси (моль): эфир 0,845; вода
0,845; уксусная кислота 0,155; спирт 1,155.
Пример 3 Константа равновесия КР реакции синтеза аммиака
N2 + 3H2  2NH4
0
-13
при 350 С равна 2,3210 . Вычислить КС для этого процесса при этой же температуре.
Решение. Используем формулу
n
K P  K C RT  .
Определим n = 2 – 1 = – 2.
Следовательно,
26
KC 
KP
RT 
n

KP
RT 
2
 K P RT 
2
Т = 350 + 273 = 623 К;
КС = 2,3210-13(8,314103623)2 = 6,224.
Пример 4 В какую сторону сместятся равновесия реакций:
1.
2СО + О2  2СО2 + 566,9 кДж;
2.
2Н2S  2H2 + S2 – 41,9 кДж,
а) при повышении температуры;
б) при повышении давления?
Каким изменением концентраций можно добиться смещения равновесий
приведенных реакций вправо?
Решение. Исходя из принципа Ле Шателье, можно сказать, что
а) при повышении температуры равновесие первой реакции сдвинется влево, т.к.
реакция экзотермическая, а равновесие второй реакции сдвинется вправо, т.к.
реакция эндотермическая.
б) при повышении давления равновесие первой реакции сдвинется в сторону прямой
реакции, а равновесие второй реакции сдвинется в сторону обратной реакции, т.е.
всегда в сторону меньшего объема.
Чтобы сдвинуть равновесие этих реакций вправо путем изменения концентраций,
надо увеличить концентрации исходных веществ или уменьшить концентрации
конечных веществ.
Пример 5 Константа равновесия КР реакции
I2  2I
при t1 = 6770C равна 1,149102, а при t2 = 7770C – 7,413102. Вычислить константу
равновесия данной реакции при 7270С.
Решение. Используя уравнение
KP
QP  1 1 
  ,
lg 2 
K P1 2,303R  T2 T1 
по двум приведенным величинам КР вычисляем среднее значение теплового эффекта
реакции термического разложения йода в интервале 677 – 777 0С:
K P T2  T
Q P  2,303R lg 2 
;
K P1 T1  T2
Т1 = 950 К, Т2 = 1050 К.
741,3 1050  950
Q P  2,303  8,314  lg

 154600 Дж/моль
114,9
 100
Т3 = 1000 К;
Определим КР3:
K
Q  1
1
2,303 lg P3  P     ;
K P1
R  T3 T1 
lg K P 3 
T  T3
QP
 1
 lg K P1 ;
2,303 R T1T3
27
lg K P3 
 154600 

 50
2,303  8,314 950 1000
 lg 1,149 10 2  0,4250  2,0603  2,4853 ;
КР3 = 3,057102.
Вопросы для самоконтроля
1 Что такое истинное равновесие?
2 Каковы признаки истинного равновесия?
3 Вывести константы равновесия Кс и Кр и их взаимосвязь. От чего зависят и от чего
не зависят эти константы равновесия?
4 Сформулировать принцип Ле Шателье.
5 Как влияют температура, давление, концентрация на смещение равновесия?
6 Для чего и как применяются уравнения изохоры и изобары?
Литература: [1], с.71-82; [2], с.152-172
Методические указания по теме 1.6 Фазовое равновесие
Прежде всего, при изучении этой темы нужно четко уяснить: что такое фаза и
компонент и не путать эти понятия друг с другом. Особое внимание обратите на
понятие «число степеней свободы».
Обратите внимание на то, как строится диаграмма плавкости, почему правило
фаз для однокомпонентных систем пишем в виде С = К – Ф + 2, а для
двухкомпонентных конденсированных систем в виде С = К – Ф + 1
1
2
3
4
5
6
7
Вопросы для самоконтроля
Что такое фаза, компонент и число степеней свободы?
Записать правило фаз Гиббса в общем виде и прочитать его.
Написать правило фаз Гиббса для однокомпонентных систем. Что означает «2» в
этом уравнении?
Написать правило фаз Гиббса для двухкомпонентных конденсированных систем.
Что означает «I» в этом уравнении? Почему надо писать «I», a не «2» ?
Начертить диаграмму состояния воды и разобрать ее по правилу фаз. Что такое
тройная точка?
Начертить диаграмму состояния серы и разобрать ее по правилу фаз. Сколько здесь
тройных точек?
Как строится кривая плавкости (показать на примере системы Cd - Bi)?
Литература: [1], с.85-96; [2], с.176-196; [3], с.139-144; [4], с.65-74
Методические указания по теме 1.7 Растворы
При изучении этой темы необходимо уделить особое внимание выражению и
перерасчету концентраций растворов. Уделить внимание изучению условий
кипения и замерзания растворов.
Обратить внимание на процессы перегонки растворов, а так же на
28
закономерности этих процессов их практическое применение. Особое внимание
уделить процессу ректификации: физической сущности и теоретическим основам
процесса, условиям работы и принципиальному устройству ректификационной
колонны, а также методам разделения азеотропных смесей.
Изучая законы Рауля, запомнить, что он применим только для идеальных
растворов. При изучении криоскопии и эбулиоскопии усвоить методику
определения молекулярной массы вещества с помощью криоскопии (или
эбулиоскопии). Законы Коновалова и перегонку жидких смесей надо разбирать с
помощью диаграмм: t0кип. – состав. При рассмотрении второго закона Коновалова
особое внимание обратить на то, что такое азеотроп и как его разделить.
Изучая растворы газов в жидкостях обратить внимание на абсорбцию газов
жидкостями и на практическое применение этого процесса.
Пример 1 Осмотическое давление раствора не электролита при 170С равно ,82105
Па. Определить осмотическое давление этого раствора при 570С.
Решение. Используем закон Вант - Гоффа для не электролитов П = СRT
Сначала найдем концентрацию раствора
П
C  1 ; Т1 = 290 К
RT1
4,82  10 5
C
 0,2 кмоль/м3
8,314  10 3  290
Находим осмотическое давление раствора при 570С
Т2 = 330 К
П2 = 0,28,314103330 = 5,487105 Па.
Пример 2 Определить осмотическое давление 0,01н. раствора К2SO4 при 180С,
если степень диссоциации соли в растворе равна 87%.
Решение. Находим величину изотонического коэффициента
i = 1 + (K – 1);
К2SO4  2K+ + SO4-2
K = 3;I = 1 + 0,87(3 – 1) = 2,74.
По закону Вант – Гоффа для электролитов находим величину осмотического
давления данного раствора при данной температуре П = iCRT, где Т = 290 К, С –
концентрация, которая дана в г-экв/л, а ее надо выразить в кмоль/м3.
М(К2SO4) = 174,2
Э(К2SO4) = 174,2/2 = 87,1
Найдем число молей К2SO4
n= m/M
0,01н. = 0,01 г-экв/л, т.к. 1 г-экв равен 87,1 г, то 0,01 г-экв К2SO4 будет равен 0,871 г
n = 0,871/174,2 = 0,005 моль К2SO4
Следовательно, С = 0,005 моль/л = 0,005 кмоль/м3
П = 2,74·0,005·8,314·103·291 = 9,3·104 Па.
Пример 3 Определить давление пара раствора 6,4 г нафталина в 90 г бензола при
200С, если давление пара бензола при данной температуре равно 9953,82 Па.
Решение. Давление пара раствора можно определить из закона Рауля
29
nb
PA0  PA

 Nb
na  nb
PA0
mC10 H 8 
m бензол
; na 
М бензол
M C10 H 8 
n(C6H6) = 0,09/78 = 1,15*10-3 кмоль
n(C10H8) = 0,0064/128 = 5*10-5 кмоль
1,15  10 3
Nb 
 0,96
1,15  10 3  5  10 5
Рассчитываем давление паров бензола над раствором
PA  PA0  PA0  N b
nb 
PA  9953,82  9953,82  0,96  398,15 Па
Пример 4 Давление пара чистого ацетона при 200С 23940 Па. Давление пара
раствора камфоры в ацетоне, содержащего 5 г камфоры на 200 г ацетона при той
же температуре, равно 23710 Па. Определить молекулярную массу камфоры,
растворенной в ацетоне.
Решение. Раствор разбавленный, поэтому можно воспользоваться упрощенной
формулой
0
PA  PA n b

na
PA0
Из этой формулы рассчитываем число молей комфоры:
PA0  PA
nb  na
,
PA0
М( СО(СН3)2 ) = 58; na = 200/58 = 3,45
n b  3,45 
Но n b 
23940  23710
 0,03313 .
23940
m камф
М камф
.
m камф
5
 151 .
nb
0,03313
Пример 5 При какой примерно температуре будет замерзать водный раствор
этилового спирта концентрации 0,4 (40%) масс. доли С2Н5ОН.
Решение. Используем формулу
Е  m1  1000
TЗ  З
m2M
1,86  40  1000
T3 
 26,95
60  46
T3  T3. р  ля  T
Откуда М камф 

T3 р  ра  Т 3 р  ля  Т
Т 3 р  ра  0  26,95  26,95 .
Раствор замерзает примерно при – 270С.
30
Пример 6. Раствор, содержащий 1,70 г хлорида цинка в 250 г воды, замерзает при
– 0,230С. Определить кажущуюся степень диссоциации ZnCl2 в растворе.
Решение. Вычисляем ТЗ данного раствора:
T3  0   0,23  0,23
М(ZnCl2) = 136.
Из формулы
Е  m  1000
TЗ  i З 1
,
m2M
находим изотонический коэффициент:
T3  m 2  M
i
E 3  m1  1000
0,23  250  136
i
 2,473
1,86  1,70  1000
Используя формулу i = 1 + (K – 1) , вычисляем  соли в растворе (К = 3):
i 1

;
K 1
2,473  1

 0,7365 (73,65 %) .
3 1
Пример 7 В 1 л водного раствора содержится 0,15 г йода. Какова будет степень
извлечения йода из данного раствора 40 см3 ССl4:
а) при однократном извлечении всем количеством растворителя;
б) при четырехкратном извлечении порциями по 10 см3? Коэффициент
распределения йода между Н2О и ССl4 0,0117.
Решение. Используем формулу
 KV1
g n  g 0 
 KV1  V2



n
а) количество йода, оставшееся после однократного извлечения
n=1
0,0117  1000
g 1  0,15
 0,03394 г.
0,0117  1000  40
Это составляет
0,03394  100
 22,6 % .
0,15
Следовательно, в слой ССl4 перейдет
100 – 22,6 = 77,4 % йода;
б) количество йода, оставшееся после четырехкратного извлечения (n = 4)
4
 0,0117  1000 
g 4  0,15
  0,01268 г,
 0,0117  1000  10 
0,01268  100
 8,45% .
или
0,15
В слой ССl4 перейдет 100 – 8,45 = 91,55%.
31
Вопросы для самоконтроля
1 В чем суть гидратной теории Менделеева? Какое из 2-х веществ КС1 и
СН3СООН будет в воде диссоциировать, а какое не будет диссоциировать и
почему?
2 Что такое осмос? Когда он наблюдается?
3 Закон Вант-Гоффа для неэлектролитов и разбавленных растворов слабых
электролитов. Для чего в уравнение для определения осмотического давления
вводится изотонический коэффициент?
4 Закон Рауля и отклонения от него.
5 1-й закон Коновалова, его графическое изображение. Как идет процесс перегонки
жидких смесей, подчиняющихся этому закону? 1-й закон Коновалова, его
графическое изображение с положительным и отрицательным отклонением. Как
идет процесс перегонки жидких смесей, подчиняющихся этому закону? Что такое
азеотроп? Как его разделить?
6 Что такое криоскопия? Написать формулу для определения молекулярного веса
вещества этим методом, когда растворенное вещество является неэлектролитом и
электролитом. В какую из этих формул и почему вводится изотонический
коэффициент? Как устроен криоскоп, что определяют с его помощью и как
определяют?
7 Что такое эбулиоскопия? Написать формулу для определения молекулярной массы
вещества этим методом, когда растворенное вещество является не электролитом и
электролитом.
8 Две несмешивающиеся между собой жидкости. Вид диаграмм: давление - состав и t
- состав. Объяснить, почему температура кипения смеси понижается?
9 На чем основана перегонка с водяным паром? Когда она применяется? Что такое
расходный коэффициент пара?
10На каком законе основана экстракция из растворов? Написать формулу для
определения количества экстрагированного вещества.
11Закон распределения.
Литература: [1], с.109-139; [2], с.203-249; [3], с.144-156; [4], с.77-101
Методические указания по теме 1.8 Электрохимия
При изучении темы «Электрохимия» необходимо ознакомиться с понятиями
электропроводности удельной и эквивалентной. Знать формулу взаимосвязи между
удельной и эквивалентной электропроводностью, усвоить электрическую схему для
практического определения удельной электропроводности растворов электролитов,
а также методику этого определения.
Знакомясь с элементом Якоби, обратите внимание на принцип его работы и
химическую реакцию, лежащую в основе работы этого гальванического элемента.
Изучая электроды сравнения, разберитесь в принципе их действия и практическом
применении. Запомните электрическую схему для определения ЭДС элемента,
изучите методику этого определения, а также устройство элемента Вестона и ту
32
химическую реакцию, которая идет при его работе.
Переходя к разделу о потенциометрии, уделите побольше времени
следующим вопросам: когда применяется потенциометрический метод, для чего он
применяется и как применяется?
Одним из важных вопросов, рассматриваемых в этой теме, является вопрос об
«активности электролита». Нужно уяснить, что означает термин «активность
электролита» и для каких электролитов он вводится.
Пример 1 При рафинировании меди ток в 50 А выделяется за 4 ч 224 г меди.
Определить выход по току.
Решение. По объединенному закону Фарадея рассчитываем количество меди,
которое должно было выделиться за 4 ч.
m
M
I
nF
 = 4 ч = 14400 с
F = 96500 Кл
63,54
m
50  14400  273 г.
2  96500
Выход по току определяется
m
 %  пр.  100
mтеор.
224
 100  94,5 % .
237,1
Пример 2 Вычислить, при какой концентрации раствора уксусной кислоты
степень электролитической диссоциации равна 2,5 %. Какова при этом
концентрация ионов водорода, если константа диссоциации равна 1,7610-5.
Решение. Так как уксусная кислота является слабым электролитом, то она
подчиняется закону разбавления Оствальда:
 2C
K
1
Отсюда находим, что
K 1   
C к  ты 
2
% 
Cк  ты
1,76  10 5 1  0,025

 0,0275 кг-экв/м3
2
0,025
Концентрация ионов водорода будет равна
C H     C к ты
C H   0,025  0,0275  6,9  10 4 кг-ион/м3.
Пример 3 При 180С потенциал медного электрода, погруженного в 0,05 м
раствора Сu(NO3)2 , равен 0,266 В. Определить нормальный электродный
потенциал меди по отношению к нормальному водородному электроду, если
степень диссоциации Сu(NO3)2 в данном растворе равна 1.
33
Решение. ЭДС гальванического элемента вычисляется по формуле:
E  E 1  E 2  E Cu
 E 0H 2
Cu 2 
E 0H 2
H
0 B
H
E  E Cu
Cu 2 
 0,266 B
0,058
lg C Cu 2
2
Cu 2 
Найдем концентрацию ионов меди
М (Сu(NO3)2) = 187,54.
1 кмоль Сu(NO3)2 – 187,54 кг
0,005 кмоль Сu(NO3)2 – Х кг
Х = 0,94 кг Сu(NO3)2 содержится в 1 м3 раствора.
МCu = 63,54
ЭCu = 63,54/2 = 31,77
В 187,54 кг Сu(NO3)2 содержится 63,54 кг Cu
В 0,94 кг Сu(NO3)2 ---------------- Х кг Cu
Х = 0,319 кг
1 кг-ион Сu2+ составляет 31,77 кг
Х кг-ион Сu2+ ------------ 0,319 кг
Х = 0,01 кг-ион/м3
Определим нормальный потенциал меди.
E 0  E Cu
 0,029 lg 0,01  0,323 B
При 180С E Cu
 E0 
Cu 2 
Вопросы для самоконтроля
1 Что называется удельной и эквивалентной электропроводностью? В каких единицах
они измеряются? Какая между ними существует взаимосвязь? Что такое
разбавление и что оно показывает?
2 Что такое слабый электролит? Закон разбавления Оствальда? Для каких
электролитов он применим?
3 Что называется гальваническим элементом? Как устроен гальванический элемент
Якоби? На какой химической реакции основана работа этого элемента? Как условно
записывается элемент Якоби?
4 Что такое нормальный водородный электрод? Как он устроен? Как условно
записать его? Какая реакция идет при работе этого электрода? Как рассчитать
потенциал водородного электрода? Чему равен потенциал нормального
водородного электрода?
5 Как устроен каломельный электрод? Как условно его записать? На какой реакции
основана работа каломельного электрода? Чему равны потенциалы каломельных
электродов? От чего это зависит? По отношению к какому электроду определены
потенциалы каломельных электродов?
6 Начертить электрическую схему для определения ЭДС элемента методом
компенсации. Как определяют практически ЭДС элемента с помощью этой схемы?
Какая применяется формула для расчета ЭДС элемента этим методом? Для чего
используется элемент Вестона? Почему рассчитывают ЭДС элемента через ЭДС
34
элемента Вестона, а не через ЭДС аккумулятора?
7 Как устроен элемент Вестона? Как условно записать его? Какая реакция идет при
работе этого элемента? Почему элемент Вестона можно использовать в качестве
эталона для определения ЭДС других элементов?
8 Что такое концентрационный элемент? На чем основана его работа? По какой
формуле рассчитывают ЭДС такого элемента?
Литература: [1], с.142-169; [2], с.255-325; [3], с.186-205; [4], с.134-177
Методические указания по теме 2. 1 Дисперсные системы
Приступая к изучению коллоидной химии, необходимо усвоить, что такое
коллоид и что такое кристаллоид. Подробно изучить методы получения
коллоидных растворов и строение коллоидных мицелл.
Приступая к изучения процесса адсорбции, сначала надо усвоить: что такое
адсорбция и не путать с понятиями, «абсорбция» и «сорбция». Усвоить, что
процессы адсорбции и хемосорбции имеют очень большое значение, так как
широко применяется в нефтяной промышленности при очистке нефтепродуктов.
Пример 1 Золь йодистого серебра получен в результате постепенного добавления к
20 мл 0,01 н. раствора КI, 5 мл 0,12 н. раствора АgNO3. Написать формулу
мицеллы получившегося золя и определить направление движения его частиц в
электрическом поле.
Решение. Определяем какой из растворов взят в избытке:
число мг-экв КI 200,01 = 0,2 мг-экв
число мг-экв АgNO3 50,12 = 0,6 мг-экв.
В растворе имеется избыток AgNO3.
KI + AgNO3  AgI + KNO3
Ядром коллоидных частиц золя AgI будут адсорбироваться преимущественно ионы
Ag+ и частично ионы NO3 - . Формула мицеллы золя йодистого серебра
AgI 


m n Ag ( n  x ) NO 3

x
x NO 3
Заряд частиц определяется по потенциалобразующему иону. В данном случае она
заряжена положительно (мицелла электронейтральна), и поэтому в электрическом
поле частица будет двигаться к отрицательному полюсу (катоду).
Вопросы для самоконтроля
1
2
3
4
5
Что такое коллоид и кристаллоид?
Что такое дисперсная фаза и дисперсионная среда?
Дисперсионные методы получения коллоидных растворов?
Конденсационные методы получения коллоидных растворов?
Как построена мицелла? Имеет ли она заряд? Имеет ли заряд частица? Написать
формулу мицеллы и определять знак заряда частицы, если коллоидный раствор
AgCl получен реакцией двойного обмена:
а) между избытком AgNO3 и KCl;
35
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
б) между AgNO3 и избытком КС1;
Кинетические свойства дисперсных систем.
Оптические свойства дисперсных систем.
Электрокинетические явления.
Что такое коагуляция и каковы ее причины?
Что такое адсорбция? На поверхности раздела каких фаз она происходит? Каково
значение поверхностно-активных веществ?
Практическое применение адсорбции.
Что такое называется эмульсией?
Какие типы эмульсий Вы знаете?
Что такое эмульгатор, для чего он вводится и какова его роль? Механизм действия
эмульгатора. Каким должен быть эмульгатор для эмульсий типа В/М и М/В?
Что такое обращение фаз эмульсий?
Процессы деэмульгирования и их значение для промышленности (например,
нефтяной).
Значение эмульсий.
Пены и их значение.
Литература: [1], с.214-216, с.230-259, с. 263-271; [2], с.329-373; [3], с.209-214; [4],
с.165-170
Методические указания по теме 2.2 Растворы высокомолекулярных
соединений
При изучении этой темы обратить внимание на особенности растворов ВМС,
т.е. на зависимость свойств полимеров от вязкости и молекулярной массы ВМС.
Усвоить классификацию полимеров, а также уметь определять молекулярную массу
этих растворов. Усвоить защитные свойства растворов ВМС и их практическое
использование. Научиться определять «золотое число» растворов ВМС.
Вопросы для самоконтроля
1 Что такое высокомолекулярное соединение?
2 Перечислите особенности высокомолекулярные соединений. Агрегатные состояния
высокополимеров.
3 Перечислите особенности растворов ВМС
4 Что такое набухание?
Литература: [1], с.274-281; [2], с.376-395; [3], с.218-222
36
4 Задания для выполнения контрольной работы
Указание по выбору варианта и определение вопросов и заданий для
контрольной работы
Выбор вопросов и заданий к контрольной работе определяется по фамилии, имени
и отчеству студента, которые записываются в виде таблички, где номер буквы в ФИО
определяет номер задачи, а буква, по нижеприведенной таблице, номер вопроса.
Если фамилии студентов одинаковые, то отсчёт номеров вопросов у одного из
них, того кто имеет больший порядковый номер в журнале, производится в обратном
порядке.
Например:
С
1
9
И
2
19
Д
3
33
О
4
52
Р
5
68
О
6
2
В
Таблица выбора вариантов для контрольной работы №1
ФИО
А,Б
В,Г
Д,Е,Ё
Ж,З,И
Й,К
Л,М
Н,О
П,Р
С,Т
У,Ф
Х,Ц
Ч,Ш
Щ,Ы
Ь,Ъ,Э
Ю,Я
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Номера вопросов
2
3
4
5
16
31
46
61
17
32
47
62
18
33
48
63
19
34
49
64
20
35
50
65
21
36
51
66
22
37
52
67
23
38
53
68
24
39
54
69
30
40
55
70
25
41
56
71
26
42
57
72
27
43
58
73
28
44
59
74
29
45
60
75
6
76
77
78
79
80
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вопросы для контрольной работы №1
1. Уравнение состояния идеального газа. Универсальная газовая постоянная, ее
физический смысл, численное значение и размерность.
Определить массу паров свинца в камере объемом 12 м3 при 1640° С. Давление паров
свинца при этой температуре 8941 Па.
2. Выведите основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.
3. Что называется приведением газа к нормальным условиям?
При н.у. объем газа равен 82 м 3. Какой объем займет этот же количество газа при -15
37
о
С и 99280 Па?
4. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Основные допущения.
Законы идеального газа, их математическое и графическое изображение.
Газ при нормальных условиях занимает объем 100 л. Определить, как изменится его
давление, если этот газ нагреть до 20° С, не изменяя объема.
5. Отклонения реальных газов от идеальных. Причины этих отклонений.
Уравнение состояния реальных газов. Для чего вводятся поправки?
По уравнению Ван-дер-Ваальса вычислить температуру, при которой объем 1 кмоль
сероводорода под давлением 6,66 . 10 6 Па станет равным 500 л.
6. Закон Дальтона.
Смесь состоит из 95 г водорода и 80 г метана. Определить парциальные давления
каждого из газов и общее давление смеси, если газы находятся сосуде, емкость
которого равна 60 л, а температура смеси равна 27 0С.
7. Сжижение газов.
Какой объем аммиака может быть получен при разложении 1 кг нитрида кальция?
Условия нормальные.
8. Особенности жидкостей. Современные взгляды на структуру жидкости.
Определить поверхностное натяжение толуола при 50° С, если при медленном его
выпускании из сталогмометра масса 38 капель равна 1,4864 г, а при выпускании из
того же сталогмометра воды при той же температуре масса 25 капель ее оказалась
равной 2,6570 г. Величина поверхностного натяжения воды при 50°С равна 67,91103
Н/м.
9. Вязкость жидкостей и ее зависимость от внешних условий. Измерение вязкости
жидкостей с помощью вискозиметра.
Плотность гептана при 20°С равна 684 кг/м3, а плотность воды 998 кг/м3. Некоторое
количество гептана протекает через вискозиметр за 83,9 с, а для того же объема воды
при тех же условиях требуется 142,1 с. Определить абсолютную вязкость гептана при
20°С, если вязкость воды при этой же температуре равна 1,00510-3 Пас.
10. Поверхностное натяжение жидкостей. Измерение поверхностного натяжения
жидкостей с помощью сталагмометра.
Из сталагмометра при 40° С выпускали последовательно воду и бензол в воде. При
этом общая масса выпущенных жидкостей соответственно была равна 2,6352 и 1,4572,
а число капель — 23 и 40. Вычислить поверхностное натяжение бензола.
(Поверхностное натяжение воды равно 72,75∙10-3 Н/м).
11. Особые свойства кристаллических веществ. Что называется кристаллической
решеткой? Виды кристаллических решеток.
12. Плазма. Общая характеристика.
Сжатый воздух в баллоне имеет температуру 15о С. Во время пожара температура
воздуха в баллоне поднялась до 450о С. Взорвется ли баллон, если при этой
температуре он может выдержать давление не более 9,8·106 Па? Начальное давление
4,8·10 6 Па.
13. Закон сохранения энергии и первый закон термодинамики, его содержание,
формулировки. Аналитическое выражение первого закона термодинамики, в том
числе для изобарных и изохорных процессов.
38
Какое количество теплоты выделится при изотермическом сжатии 10 л идеального
газа, взятого при 27° С и нормальном атмосферном давлении, если объем его
уменьшится в 10 раз?
14. Что называется теплоемкостью вещества?
Температурная зависимость истинной молярной теплоемкости воздуха выражается
уравнением Ср = 27,2 + 0,0042 Т . Вычислить истинную молярную и массовую
теплоемкости воздуха при постоянных давлении и объеме при 400 о С, если
соотношение Ср / Сv для воздуха равно 1,4.
15. Теплоемкость газов. Взаимосвязь между Сv и Ср. Уравнение Майера.
Коэффициент Пуассона.
Средняя массовая теплоемкость паров бензола в пределах температур 85 – 115 о С (
при нормальном атмосферном давлении ) равна 1,257 кДж / кг·К. Вычислить средние
теплоемкости бензола при постоянных давлении и объеме, и их соотношение Ср / С v.
16. Что такое тепловой эффект реакции? Изохорный и изобарный тепловой эффект.
 F2 O3
Определить тепловой эффект реакции: 2 Fe  3 2 O2 
при постоянном объеме и 180С, если изобарный термохимический тепловой эффект
этой реакции при той же температуре равен 823,З кДж/моль.
17. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгофа.
18. Закон Гесса и следствия из него. Значение закона Гесса.
Определить тепловой эффект реакции этерификации между этиловым спиртом и
уксусной кислотой, если теплота сгорания спирта равна 1374 кДж/молъ, уксусной
кислоты 871,6 кДж/моль и полученного эфира 2256 кДж/моль.
19. Что называется теплотой образования? Как определяется теплота образования
неорганических веществ?
Определить теплоту сгорания фосфористого водорода, используя следующие данные:
2Р + 3Н2  2 РН3 – 48,69 кДж/моль
2Р + 5/2 О2  Р2О5 + 1508,4 кДж/моль
Н2 + ½ О2  Н2О + 285,0 кДж/моль
20. Как рассчитывается теплота образования органических веществ? Что такое
стандартные условия?
Определить теплоту сгорания этилового спирта, используя следующие данные:
С + О2  СО2 + 391,0 кДж/моль
Н2 + ½ О2  Н2О + 285,0 кДж/моль
2С + 3Н2 + ½ О2 С2 Н5 ОН + 278,2 кДж/моль
Что называется теплотой сгорания? Как определяется теплота сгорания веществ и при
каких условиях?
21. Определить теплоту образования нафталина, при постоянном давлении и 18 0С
используя следующие данные:
С10Н8 (тв.) + 12 О2  10 СО2 + 4 Н2О + 5162 кДж/моль
С + О2  СО2 + 391,0 кДж/моль
Н2 + ½ О2  Н2О + 285,0 кДж/моль
22. Содержание и формулировки второго закона термодинамики, его физическая
сущность.
39
23. Основной термодинамический цикл - цикл Карно, его КПД.
Рассчитать к. п. д. идеальной машины Карно, получающей пар при 240° С и
выпускающей его при 205° С.
24. Энтропия: физический смысл, значение, характеристика.
Определить разность энтропии 1 г воды при 0 и 100°С (давление нормальное), считая
теплоемкость воды постоянной и равной 4,19 дж/г-град.
25. Свободная энергия системы. Изобарно-изотермический и изохорноизотермический потенциалы (энергии Гиббса и Гельмгольца).
Определить возможность протекания реакции: 2H2S(г) + 302 = 2Н2О + 2S02 (г) в
стандартных условиях и при температуре 500 К. Для расчета воспользоваться
табличными значениями ∆Н° и S°.
26. Термодинамика пара. Стадии получения и применение перегретого водяного
пара.
27. Что называется цепной реакцией? Каковы ее стадии? Механизм цепной реакции.
28. Роль цепных реакций в органической химии и нефтехимии. Взрывные
процессы.
29. Что называется скоростью химической реакции? Графическая зависимость
скорости реакции от времени для обратимой и необратимой реакций (график
пояснить).
Во сколько раз увеличится скорость реакции: 2 NO+ О2= 2 NО2 ,
протекающей в закрытом сосуде, если увеличить концентрацию оксида азота (II) в три
раза без изменения температуры?
30. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса и его
практическое применение.
Константа скорости реакции инверсии тростникового сахара при 25°С равна 9,6710 3
,а при 40°С – 73,410 –3 мин -1. Определить константу скорости этой реакции при
35°С.
31. Температурный коэффициент скорости химической реакции и его практическое
применение.
Во сколько раз увеличится время, необходимое для завершения реакции, если
понизить температуру на 45°C? Температурный коэффициент принять равным 3.
32. Молекулярность и порядок реакций. Вывести кинетическое уравнение реакций
1-го порядка.
Период полураспада радиоактивного изотопа азота равен 9,93 мин. Определить,
сколько процентов и какая часть азота разложится в течение 50 мин.
33. Энергия активации и ее физический смысл (привести рисунок и пояснить). Что
такое активация? Методы активации молекул.
Константа скорости реакции инверсии тростникового сахара при 25 0С равна 9,6710 –3,
а при 400С – 7,3410 –2. Определить энергию активации.
34. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции. Закон действия
масс. Сформулировать принцип Ле Шателье и пояснить его на конкретных примерах.
Даны реакции:
2 SO2 + O2  2 SO3 + 176,8 кДж
CO2 + С  2 СО – 160,5 кДж
Какими факторами можно сдвинуть равновесие этих реакций вправо?
40
35. Вывести константу равновесия КС и КР для гомогенной реакции. Вывести
взаимосвязь между константами равновесия КС и КР.
36. Константа равновесия Кс реакции: SO2 +Сl2  SO2Сl2
при 92° С равна 15,43. Определить значение Кр при данной температуре.
37. Химическое сродство. Уравнение изотермы химической реакции и его
практическое применение для определения направления процесса.
Вычислить константу равновесия реакции: СО2 + Н2 ↔ СО + Н2О(г)
при 25° С и нормальном атмосферном давлении, используя табличные значения
термодинамических функций при стандартных условиях. В каком направлении может
протекать реакция при заданных условиях?
38. Уравнение изохоры и его практическое применение для определения смещения
равновесия при изменении внешних условий.
Найти соотношение констант равновесия при Т1=500 К и Т2= 600 К для реакции:
2 СО+ O2  2 CO2 ,
если изохорный тепловой эффект этой реакции составляет 16,8 кДж.
39. Уравнение изобары и его практическое применение для определения смещения
равновесия при изменении внешних условий.
Константа равновесия Кр при 700 К равна 5,4∙ 10-12 для системы:
N2 + ЗН2 ↔ 2NH3 + 92,51 кДж.
Определить Кр при 850 К.
40. Катализ и автокатализ. Особенности каталитических реакций. Положительный и
отрицательный катализ. Роль каталитических процессов в нефтепереработке и
нефтехимии.
41. Гомогенный и гетерогенный катализ. Специфичность каталитических реакций.
42. Фаза, компонент, число степеней свободы.Правило фаз Гиббса.
Определить число степеней свободы в системе, содержащей насыщенный водный
раствор глюкозы, кристаллы глюкозы и насыщенный водяной пар при постоянном
давлении.
43. Термический анализ / построение диаграммы плавкости по кривым охлаждения/.
44. Привести диаграмму состояния воды и разобрать ее с точки зрения правила
фаз.
45. Привести диаграмму состояния серы и разобрать ее с точки, зрения правила фаз.
46. Привести диаграмму состояния 2-х компонентной конденсированной системы
и разобрать ее с точки зрения правила фаз.
47. Гидратная теория растворов Менделеева.
Какова концентрация в масс. долях 4,05 н. раствора НС1, плотность которого 1,08
г/см3?
48. Осмос.
Найти молекулярную массу мочевины, если водный раствор, содержащий 0,368г
мочевины в 2ОО см3 имеет осмотическое давление 74630 Н/м2
49. Закон Вант-Гоффа для не электролитов и электролитов. Для чего вводится
изотонический коэффициент в уравнение Вант - Гоффа?
Найти осмотическое давление раствора сахарозы при 0С, если при 20С
осмотическое давление этого же раствора равно 1,066 105 Па.
50. Закон Рауля.
41
Сколько г глицерина необходимо растворить в 90 г воды при 30С, чтобы понизить
давление пара на 266,5 Н/м2?
51. Первый закон Коновалова, его графическое изображение. Перегонка жидких
смесей, подчиняющихся этому закону.
52. Криоскопия.
При какой температуре будет замерзать 45%-ный раствор метилового спирта в воде?
53. Эбулиоскопия.
Сколько г глюкозы нужно добавить к 100 г воды, чтобы раствор закипел при 102,5 ° С?
54. Второй закон Коновалова, его графическое изображение. Перегонка жидких
смесей, подчиняющихся этому закону.
55. Перегонка с водяным паром.
При 95°С давление пара нафталина равно 2066 Па. Какое количество дистиллята
необходимо собрать, перегоняя нафталин с водяным паром, чтобы получить 20 г
чистого нафталина, если давление паров воды при указанной температуре равно
84512,9 Па .
56. Две несмешивающиеся жидкости. Закон распределения.
Коэффициент распределения нормальной масляной кислоты между хлороформом и
водой равен 0,52 при температуре 25°С . Сколько масляной кислоты можно извлечь из
100 см 3 0,5М раствора масляной кислоты в хлороформе при встряхивании его
однократно со 100 см 3 и при четырехкратном встряхивании, используя каждый раз по 25
см 3 воды?
57. Экстракция из растворов/ привести формулу и пояснить/.
58. Удельная и эквивалентная электропроводности. Их взаимосвязь.
Удельная электрическая проводимость 0,509 н КСl при 18°С 4,54 См/м. Вычислить
кажущуюся степень диссоциации KCl в данном растворе.
59. Опытное определение удельной электропроводности электролитов.
60. Сопротивление раствора сульфата натрия в электролитическом сосуде 26,86 Ом.
Вычислить удельную электрическую проводимость раствора, если площадь электродов
5,38 см2, а расстояние между ними 0,82 см.
61. Что такое гальванический элемент? Принцип работы элемента Якоби.
При 25°С потенциал медного электрода, погруженного в раствор с активностью ионов
меди 0,0202 равен 0,29 В. Вычислить нормальный электродный потенциал меди по
отношению к нормальному водородному электроду.
62. Принцип работы концентрационной и окислительно-восстановительной цепи.
63. Водородный электрод. Каломельный электрод.
Определить ЭДС гальванического элемента при 25 С
(- ) Са  Са SО 4  Zn SО 4  Zn (+)
0,1 М
0,2 М
64. Определение ЭДС элемента и электродного потенциала.
0пределить ЭДС гальванического элемента при 25°:
(+) Аg  Аg NО 3  Рв ( N О 3) 2  Р в (-)
0 ,1 М
0,005 М
Кажущаяся степень диссоциации Рв(NО3)2 равна 75 % , а для АgNО 3 – 81%.
65. Электролиз. Законы Фарадея.
Сколько меди выделиться при электролизе раствора медного купороса, если
пропускать ток в 0,2 А в течение 1 часа 25 мин .и при выходе по току в 90%?
42
66. Слабые электролиты. Закон разбавления Оствальда и условия его применения.
Эквивалентная электрическая проводимость для раствора уксусной кислоты при 18°С
и разведении 32 М /кг-экв равна 0.82 Смм 2 кг-экв –1 . Вычислить константу
диссоциации КСl .
67. Коррозия металлов и методы защиты от коррозии.
68. Поверхностные явления и адсорбция. Количественная характеристика
адсорбции, её виды.
69. Адсорбция на поверхности твердого тела. Изотерма адсорбции. Уравнение
Фрейндлиха и Ленгмюра.
70. Построение изотермы адсорбции по экспериментальным данным
71. Хроматография.
72. Дисперсные системы. Основные признаки дисперсных систем, их классификация.
73. Методы получения коллоидных растворов
74. Строение коллоидных мицелл.
Золь бромида серебра получен смешиванием 25см3 0,008 н КВг и 18см3 0,0096н
AgNO3.
Определить знак заряда частиц и составить формулу мицеллы золя.
75. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция.
76. Оптические свойства коллоидных растворов.
Золь серы был получен путем добавления 5 мл раствора серы в спирте к 10 мл
дистиллированной воды. Каким методом получен данный золь? Какую окраску имеет
данный золь в проходящем и отраженном свете и чем объясняется разная окраска?
77. Кинетические и электрокинетические свойства коллоидных растворов.
78. Эмульсии. Получение эмульсий, их типы. Обращение фаз эмульсий.
Деэмульгирование.
79. Пены, аэрозоли, суспензии.
80. Общая характеристика растворов ВМС. Определение молекулярной массы ВМС.
43
5 Список вопросов к экзамену
1. Предмет физическая химия. Общеприкладное значение физической и коллоидной
химии.
2. Газообразное состояние. Газ как рабочее тело, его параметры состояния.
Идеальный газ.Газовые законы, их математическое и графическое выражение.
3. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона - Менделеева).
Универсальная газовая постоянная, её физический смысл, численное значение и
размерность
4. Отклонения реальных газов от идеальных. Причины этих отклонений. Уравнение
состояния реальных газов.
5. Газовые смеси, способы выражения состава смесей. Закон Дальтона. Правило
аддитивности.
6. Общая характеристика жидкого состояния. Современные взгляды на структуру
жидкостей. Ассоциация.
7. Вязкость. Ее физическая сущность, зависимость от различных факторов.
Формула Ньютона. Роль вязкости в химической технологии
8. Измерение вязкости жидкостей с помощью вискозиметра.
9. Поверхностное натяжение жидкостей. Измерение поверхностного натяжения
жидкостей с помощью сталагмометра.
10. Твердое состояние. Тела кристаллические и аморфные. Общая характеристика
кристаллического состояния. Что называется кристаллической решеткой? Виды
кристаллических решеток.
11. Плазма: общая характеристика.
12. Закон сохранения энергии и первый закон термодинамики, его содержание,
формулировки. Аналитическое выражение первого закона термодинамики, в том
числе для изобарных и изохорных процессов.
13. Теплоемкость: ее общая характеристика. Виды теплоемкости, их взаимосвязь,
зависимость от различных факторов.
14. Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. Изохорный и изобарный
тепловой эффект. Взаимосвязь между ними.
15. Термохимические уравнения. Теплоты образования (разложения), сгорания.
Закон Гесса и следствия из него. Значение закона Гесса
16. Определение теплоты растворения соли.
17. Содержание и формулировки второго закона термодинамики, его физическая
сущность.
18. Основной термодинамический цикл - цикл Карно, его КПД.
19. Энтропия: физический смысл, значение, характеристика.
20. Свободная энергия системы. Изобарно-изотермический и изохорноизотермический потенциалы (энергии Гиббса и Гельмгольца).
21. Характеристика влажного, сухого насыщенного и перегретого паров
22. Скорость химической реакции. Графическая зависимость скорости реакции от
времени. Основной закон химической кинетики - закон действия масс. Константа
скорости реакции, ее физический смысл.
23. Факторы, влияющие на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа.
24. Классификация реакций по молекулярности и порядку реакции. Период
полураспада. Кинетическое уравнение реакции 1 порядка.
44
25. Что такое активация? Методы активации молекул. Энергия активации и её
физический смысл (привести рисунок и пояснить).
26. Уравнение Аррениуса и его практическое применение.
27. Цепные реакции, их особенности, характеристика. Механизм цепной
неразветвленной реакции.
28. Поверхностные явления и адсорбция. Количественная характеристик а
адсорбции, её виды.
29. Адсорбция на поверхности твердого тела. Изотерма адсорбции. Уравнение
Фрейндлиха и Ленгмюра.
30. Катализ и автокатализ. Положительный и отрицательный катализ.
31. Гомогенный и гетерогенный катализ. Специфичность каталитических реакций.
32. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции. Закон действующих
масс.
33. Вывести константу равновесия Кс и Кр для гомогенной реакции.
34. Сформулировать принцип Ле Шателье и пояснить его на конкретных примерах.
35. Химическое сродство. Уравнение изотермы химической реакции и его
практическое применение для определения направления процесса.
36. Уравнение изохоры, изобары и его практическое применение для определения
смещения равновесия при изменении внешних условий.
37. Фаза, компонент, число степеней свободы. Правило фаз Гиббса.
38. Термический анализ, построение диаграммы плавкости по кривым охлаждения.
39. Привести диаграмму состояния воды и разобрать её с точки зрения правила фаз.
40. Общая характеристика и классификация растворов. Способы выражения состава
растворов.
41. Гидратная теория растворов Менделеева.
42. Осмос. Закон Вант-Гоффа для неэлектролитов и электролитов.
43. Равновесие в системе "раствор-пар". Первый закон Рауля.
44. Условия кипения и замерзания растворов. Второй закон Рауля.
45. Определение молекулярной массы вещества криоскопичечским методом
46. Взаимная растворимость жидкостей. Идеальные смеси. Закон Рауля-Дальтона.
Диаграмма «Давление насыщенного пара – состав жидкости»
47. Первый закон Коновалова, его графическое изображение. Перегонка жидких
смесей, подчиняющихся этому закону.
48. Второй закон Коновалова, его графическое изображение. Перегонка жидких
смесей, подчиняющихся этому закону.
49. Закон распределения. Экстракция из растворов /привести формулу и пояснить/.
50. Взаимные превращения электрической и химической энергий. Электрическая
проводимость растворов. Измерение электропроводности растворов.
51. Удельная и эквивалентная электропроводности. Их взаимосвязь.
52. Водородный электрод. Электрохимический ряд напряжений. ЭДС и принцип
работы гальванического элемента.
53. Определение ЭДС элемента компенсационным методом
54. Дисперсные системы. Основные признаки дисперсных систем, их классификация.
55. Методы получения коллоидных растворов.Строение коллоидных мицелл.
56. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция.
57. Оптические, кинетические и электрокинетические свойства коллоидных растворов
45
58. Эмульсии. Получение эмульсий, их типы. Обращение фаз эмульсий.
Деэмульгирование.
59. Пены, аэрозоли, суспензии.
60. Общая характеристика растворов ВМС. Определение молекулярной массы ВМС.
46