Расчеты химических равновесий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА
ГОРОДА СЕМЕЙ
Документ СМК 3
УМКД
УМКД 042-16-13.1.51
уровня
/01-2013
УМКД
Редакция № 1
программа дисциплины
от .09.2013 г.
«Расчеты химических
равновесий»
для преподавателя
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Расчеты химических равновесий»
для специальности 5В060600 – «Химия»
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
Семей
2013
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 2 из 12
Предисловие
I РАЗРАБОТАНО
Составитель __________ «________» ______________2013 г. Касымова Ж.С.,
к.б.н., доцент кафедры «Химия»
2 ОБСУЖДЕНО
2.1 На заседании кафедры «Химия»
Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____ .
Заведующий кафедрой __________
На заседании учебно-методического бюро инженерно-технологического
факультета
Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____ .
Председатель __________ С.С. Толеубекова
3 УТВЕРЖДЕНО
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического
совета университета
Протокол от «________» ______________2013 г., №_ ____ .
Председатель УМС __________ Г.К. Искакова
4 ВВЕДЕНО ВПЕРВЫЕ
2
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 3 из 12
Содержание
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Область применения
Нормативные ссылки
Общие положения
Содержание учебной дисциплины (модуля)
Перечень тем для самостоятельной работы студентов
Учебно-методическая карта по дисциплине
Карта обеспеченности учебно-методической литературой
Литература
3
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 4 из 12
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Программа дисциплины для преподавателя, входящая в состав учебнометодического комплекса, по дисциплине «Расчеты химических
равновесий», предназначена для студентов специальности «5В060600» –
«Химия».
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
Настоящая программа дисциплины для преподавателя устанавливает
порядок организации учебного процесса по дисциплине «Расчеты
химических равновесий» в соответствии с требованиями и рекомендациями
следующих документов:
- Государственный общеобязательный стандарт высшего образования
РК, постановление № 1082 от 23 августа 2012 года;
- Типовой учебный план специальности «5В060600» – «Химия», приказ
№ 158 от « 10 » апреля 2012 года;
- СТУ 042-ГУ-4-2013 Стандарт университета «Общие требования к
разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»;
- ДП 042-1.01-2013 Документированная процедура «Структура и содержание
учебно-методических комплексов дисциплин».
3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
3.1 Краткое содержание дисциплины:
Дисциплина «Расчеты химических равновесий» является одной из
основных, входящих в цикл общих базовых дисциплин, формирующим
специальную подготовку будущих специалистов.
Гомогенное равновесие, его признаки и условия. Вывод уравнения
изотермы химической реакции для различных типов гомогенных систем.
Гетерогенное равновесие. Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах.
Растворы. Законы идеальных растворов.
3.2 Цель изучения дисциплины: изучение теоретических основ равновесных
систем, основ термодинамики и учения о растворах.
3.3 Основная задача изучения дисциплины:
- ознакомление студентов с основными методами исследования фазовых
переходов, расчета констант равновесий, термодинамических параметров.
3.4 Результаты обучения:
В результате изучения дисциплины студент должен:
 знать теоретические основы химической термодинамики, методы
расчета равновесных параметров систем;
 владеть теоретическими основами расчетов химических равновесий и
основным понятийным аппаратом;
4
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 5 из 12
 усвоить технику химических расчетов равновесных параметров
системы;
 уметь производить расчеты равновесных систем и кинетических
констант с учетом термодинамических факторов;
 понимать основные понятия и определения, законы химической
термодинамики;
 иметь комплекс знаний о равновесных химических процессах,
необходимого для успешного изучения последующих дисциплин;
 приобрести навыки прогнозирования поведения равновесных систем
в зависимости от термодинамических характеристик.
3.5 Пререквизиты курса:
 Неорганическая химия
 Органическая химия
 Физика
 Высшая математика.
3.6 Постреквизиты курса:
 Оборудование и основы проектирования,
 Охрана труда в химической промышленности,
 Физическая химия и др.дисциплины специализации.
3.7 Выписка из рабочего учебного плана:
Таблица 1
Курс Семестр Креди
ЛК
СПЗ
ЛБ
СРСП СРС Все
Форма
ты
час.
час.
час.
час.
час.
го
итогового
час. контроля
3
5
4
30
30
30
90
180 экзамен
4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
Таблица 2
Наименование тем и их содержание
Количество
часов
1
2
МИКРОМОДУЛЬ 1 «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА»
Лекционные занятия
Начало термодинамики. Термохимия.
2
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
Теплоемкость. Теплоемкость истинная и средняя, мольная,
2
5
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 6 из 12
атомная и удельная при постоянном объеме и постоянном
давлении, связь между ними. Зависимость теплоемкости и
теплового эффекта химической реакции от температуры,
уравнения Киргхгоффа.
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.
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.
Практические занятия
Начало термодинамики. Термохимия.
Теплоемкость.
Второе начало термодинамики.
Химический потенциал.
МИКРОМОДУЛЬ 2 «ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ»
Химическое равновесие. Фундаментальные уравнения и
условия равновесия в закрытых системах. Уравнения
изотермы химической реакции для различных типов
гомогенных систем. Уравнение изотермы химической
реакции и направление процесса. Закон действующих масс и
константа равновесия химической реакции.
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.
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.
Гетерогенное равновесие. Диаграммы состояния
однокомпонентных систем. Понятие «фаза», «компонент»,
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
6
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 7 из 12
«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.
Двухкомпонентные системы.
Диаграмма плавкости двухкомпонентных систем с одной
эвтетикой и химическим взаимодействием компонентов.
Твердые растворы. Первое и второе правила ГиббсаРозенбома. Расслаивание твердых растворов. Диаграммы
плавкости твердых растворов с расслаиванием. Ноды, правило
рычага. Применение диаграмм плавкости в практике.
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, ШиловаЛепинь. Экстаркция, области ее практического применения.
Растворы.
Основные направления в теории растворов.
Термодинамически условия образования растворов.
Парциально-мольные величины. Первое и второе уравнения
Гиббса-Дюгема.
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.
Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.
Влияние температуры на на взаимную растворимость.
Диаграммы температура кипения (давление пара)- состав (t,Рx). первый закон Гиббса-Коновалова. Азеотропные растворы.
Второй закон Гиббса-Коновалова. Фракционная перегонка.
Гетероазеотропия
Эбулиоскопия. Криометрия. Осмос. Определение
молекулярной массы и молекулярной состояния (ассоциация,
диссоциация) растворенного вещества на основе крио-, крио, эбулио- и осмометрии. Изотонический коэффициент ВантГоффа.
Растворимость твердых веществ в жидкостях.
Основные положения. Уравнение Шредера-Ле-Шателье.
Коллигативные свойства, их оссобенности и роль в изучении
2
2
2
2
2
2
2
7
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 8 из 12
свойств растворов.
Практические занятия
Химическое равновесие в гомогенных системах.
Химическое равновесие в гетерогенных системах.
Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье-Брауна.
Гетерогенное равновесие в однокомпонентных системах.
Гетерогенное равновесие в двухкомпонентных системах.
Гетерогенное равновесие в жидкофазных системах.
Растворы.
Законы идеальных растворов.
Ограниченная взаимная растворимость жидкостей.
Эбулиоскопия. Криометрия. Осмос.
Растворимость твердых веществ в жидкостях.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
5 ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
5.1. Внутреняя энергия, энтальпия, теплота и работа.
Основные
формулировки первого начала термодинамики, его аналитическое
выражение. Решение задач.
5.2. Теплоемкость идеального газа. Зависимость
теплоемкости от
температуры. Вывод и анализ уравнения Киргхофа. Решение задач.
5.3. Работа и теплота необратимого процесса. Формулировки второго
закона термодинамики. Энтропия. Решение задач.
5.4. Уравнение изохоры и изобары. Влияние температуры и давления на
смещение равновесия. Решение задач.
5.5. Термодинамическое обоснование и анализ уравнений, выражающих
условия равновесия в многокомпонентных, двухкомпонентных и
однокомпонентных
гомогенных
системах
при постоянной
температуре. Решение задач.
5.6. Гомогенные системы: экстенсивные и интенсивные
свойства
растворов. Парциальные мольные величины и методы их определения.
Решение задач.
5.7. Давление пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей.
Физико-химические основы перегонки растворов. Решение задач.
5.8. Зависимость электропроводности слабых и сильных электролитов от
концентрации и температуры. Решение задач.
5.9. Применение измерения электропроводности для определения степени
и констант диссоциации, произведения растворимости. Решение задач.
5.10. Физический смысл энергии активации и предэкспоненциального
множителя согласно переходного состояния с опытными данными.
Решение задач.
5.11. Законы Рауля. Решение задач.
5.12. Диаграммы плавкости двухкомпонентных систем. Решение задач.
8
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 9 из 12
5.13. Отличия в поведении растворов электролитов и неэлектролитов.
Решение задач.
5.14. Изотонический коэффициент и его связь со степенью диссоциации.
Решение задач.
5.15. Диаграммы твердых растворов с расслаиванием. Решение задач.
6 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Тема
Лекцион-ного
занятия
Практического
занятия
Начало
Начало
термодинамики термодинамики.
. Термохимия. Термохимия.
Наглядные
пособия,
ТСО,
плакаты,
стенды
Вопросы для
самостоятельного
изучения
Внутреняя энергия,
энтальпия, теплота
и работа. Основные
формулировки
Схемы,
первого
начала
рисунки
термодинамики, его
аналитическое
выражение.
Решение задач.
Теплоемкость. Теплоемкость.
Схемы,
Теплоемкость
таблицы идеального
газа.
Зависимость
теплоемкости
от
температуры.
Вывод и анализ
уравнения
Киргхофа. Решение
задач.
Второе начало Второе
начало Рисунки, Работа и теплота
термодинамики термодинамики.
таблицы, необратимого
.
диаграммы, процесса.
схемы,
Формулировки
графики
второго
закона
термодинамики.
Энтропия. Решение
задач.
Химический
Химический
Таблицы, Уравнение изохоры
потенциал.
потенциал.
плакаты
и изобары. Влияние
температуры
и
давления
на
Таблица 3
Форма
контро
ля
Текущий
контроль
Текущий
контроль
Текущий
контроль
Текущий
контроль
9
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 10 из 12
смещение
равновесия.
Решение задач.
Химическое
равновесие.
Гетерогенные
химические
системы.
Принцип
подвижного
равновесия ЛеШательеБрауна.
Химическое
равновесие в
гомогенных
системах.
Химическое
равновесие в
гетерогенных
системах.
Принцип
подвижного
равновесия ЛеШателье-Брауна.
Схемы,
плакаты
Таблица
Рисунки,
таблицы
Термодинамическое
обоснование
и
анализ уравнений,
выражающих
условия равновесия
в
многокомпонентны
х,
двухкомпонентных
и
однокомпонентных
гомогенных
системах
при
постоянной
температуре.
Решение задач.
Гомогенные
системы:
экстенсивные
и
интенсивные
свойства растворов.
Парциальные
мольные величины
и
методы
их
определения.
Решение задач.
Давление пара над
смесью
взаимно
нерастворимых
жидкостей. Физикохимические основы
перегонки
растворов. Решение
задач.
Текущий
контроль
Текущий
контроль
Текущий
контроль
10
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 11 из 12
Гетерогенное
равновесие.
Диаграммы
состояния
однокомпонент
ных систем.
Понятие
«фаза»,
«компонент»,
«степень
свободы».
Двухкомпонент
ные системы.
Гетерогенное
равновесие в
однокомпонентных
системах.
Схемы,
рисунки
Зависимость
электропроводности
слабых и сильных
электролитов
от
концентрации
и
температуры.
Решение задач.
Текущий
контроль
Гетерогенное
равновесие в
двухкомпонентных
системах.
Рисунки,
схемы
Текущий
контроль
Гетерогенное
равновесие в
жидкофазных
системах.
Гетерогенное
равновесие
жидкофазных
системах.
Рисунки,
схемы
Растворы.
Растворы.
Рисунки,
схемы
Применение
измерения
электропроводности
для
определения
степени и констант
диссоциации,
произведения
растворимости.
Решение задач.
Физический смысл
энергии активации
и
предэкспоненциаль
ного
множителя
согласно
переходного
состояния
с
опытными
данными. Решение
задач.
Законы
Рауля.
Решение задач.
Законы
идеальных
растворов.
Законы идеальных
растворов.
Рисунки,
схемы
Ограниченная
взаимная
растворимость
Ограниченная
взаимная
растворимость
Рисунки,
схемы
в
Диаграммы
плавкости
двухкомпонентных
систем.
Решение
задач.
Отличия
в
поведении
растворов
Текущий
контроль
Текущий
контроль
Текущий
контроль
Текущий
конт11
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 12 из 12
жидкостей.
жидкостей.
Эбулиоскопия.
Криометрия.
Осмос.
Эбулиоскопия.
Криометрия.
Осмос.
Рисунки,
схемы
Растворимость
твердых
веществ в
жидкостях.
Растворимость
твердых веществ в
жидкостях.
Рисунки,
схемы
7 КАРТА
ОБЕСПЕЧЕННОСТИ
ЛИТЕРАТУРОЙ
электролитов
и
неэлектролитов.
Решение задач.
Изотонический
коэффициент и его
связь со степенью
диссоциации.
Решение задач.
Диаграммы твердых
растворов
с
расслаиванием.
Решение задач.
роль
Текущий
контроль
Текущий
контроль
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ
Наименование учебников, учебнометодических пособий
Количество экземпляров
Задачи по химической
термодинамике./Под ред. Хаскина А.А.:
Новосибирск, 2009. – 107 с.
Бажин Н. Б., Иванченко В. А., Пармон В.
Н. Термодинамика для химиков. 2-е изд.,
М.: Колосс, 2004.
Пармон В. Н. Лекции по химической
термодинамике. - Новосибирск: НГУ,
2004.
Музыкантов В. С., Бажин Н. М.,
Пармон В. Н., Булгаков Н. Н.,
Иванченко В. А. Задачи по химической
термодинамике. - М.: Химия, 2001.
Киреев В.А. Курс физической химии. М.:Химия, 1975.-725 с.
Кудряшов Н.В. Сборник примеров и задач
по физической химии. - М.: Высшая
школа, 1991.-527 с.
Стронберг А.Г. Физическая химия. М.:Высшая школа, 1982.-687с.
Физическая химия. /Под.ред проф.
Краснова К.М., М.:Высшая школа, 1982.-
1
Таблица 4
КоличеПроство
цент
студен- обеспетов
ченности
3
33
1
3
33
1
3
33
1
3
33
5
3
100
5
3
100
5
3
100
1
3
33
12
УМКД 042-16-13.1.51/012013
Редакция № 1
от .09.2013 г.
стр. 13 из 12
687 с.
Краткий справочник физико-химических
1
3
33
величин/С.-П.: «Иван Федоров», 2003.
Карапетьянц М.Х. Химическая
1
3
33
термодинамика 3-е изд. –М.,1975.-584 с.
8 ЛИТЕРАТУРА
8.1 Основная литература
8.1.1. Задачи по химической термодинамике./Под ред. Хаскина А.А.:
Новосибирск, 2009. – 107 с.
8.1.2. Бажин Н. Б., Иванченко В. А., Пармон В. Н. Термодинамика для
химиков. 2-е изд., М.: Колосс, 2004.
8.1.3. Пармон В. Н. Лекции по химической термодинамике. Новосибирск:
НГУ, 2004.
8.1.4. Музыкантов В. С., Бажин Н. М., Пармон В. Н., Булгаков Н. Н.,
Иванченко В. А. Задачи по химической термодинамике. М.: Химия,
2001.
8.1.5. Киреев В.А. Курс физической химии. М.:Химия, 1975. - 725с.
8.1.6. Кудряшов Н.В. Сборник примеров и задач по физической химии. М.:
Высшая школа, 1991.-527 с.
7.2 Дополнительная литература
8.2.1. Стронберг А.Г. Физическая химия.М.:Высшая школа, 1982. - 687с.
8.2.2. Физическая химия. /Под.ред проф. Краснова К.М., М.:Высшая школа,
1982.-687 с.
8.2.3. Краткий справочник физико-химических величин./Под.ред. Равделя
А.А. Л.:Химия,1983.-232 с.
8.2.4. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика 3-е изд. –М.1975.-584 с.
13