240100.62-06 и 12 Физическая химия

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Учебный план № 3698, 4180, 3847
ХТИ.234.62.2013
Код ООП
Направление/
Специальность
18.03.2001-06-2011
18.03.2001-12-2011
Химическая технология
Профиль/ Программа
магистратуры/ Специализация
Код модуля по
ООП
Химическая технология
материалов и изделий
электроники и наноэлектроники
Химическая технология
тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов
Б.2.5
Рабочая программа составлена авторами:
№ п/п
ФИО
Ученая
Должность
степень,
ученое звание
1
Горбунова Мария
к.х.н.
доцент
Андреевна
Программа модуля одобрена на заседании кафедр:
№
Наименование кафедры
1
2
3
4
5
6
7
1
Кафедра-координатор модуля: кафедра
химической
технологии
керамики
и
огнеупоров
Кафедра-координатор модуля: кафедра
технологии
вяжущих
материалов
и
строительных изделий
Кафедра-координатор модуля: кафедра
технологии стекла
Читающая кафедра: кафедра
физической и коллоидной химии
Выпускающая
кафедра:
кафедра
химической
технологии
керамики
и
огнеупоров
Выпускающая кафедра: кафедра технологии
вяжущих материалов и строительных
изделий
Выпускающая кафедра: кафедра технологии
стекла
Дата
Кафедра
Б.2.5
Подпись
Кафедра
физической
и коллоидной
химии
ФИО заведующего
кафедрой
Кащеев
Иван
Дмитриевич
Доманская
Ирина
Кузьминична
Дерябин Владимир
Андреевич
Марков
Вячеслав
Филиппович
Кащеев
Иван
Дмитриевич
Доманская
Ирина
Кузьминична
Дерябин Владимир
Андреевич
Подпись
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Код
раздело
в и тем
Р1
Раздел,
тема
дисциплины
Раздел 1.
Введение
Р2
Раздел 2.
Основы
химической
термодинамики
Р3
Раздел 3.
Фазовые
равновесия и
свойства
растворов
Раздел 4.
Равновесие в
двухфазных
двухкомпонентн
ых системах
Р4
Р5
Раздел 5.
Химическое
равновесие
Р6
Раздел 6.
Изменение
экстенсивных
2
Содержание
Предмет, содержание курса и история развития физической химии.
Основные разделы физической химии. Теоретические методы физической
химии.
Основные понятия химической термодинамики. Термодинамическая
система, окружающая среда, фаза, компонент. Предмет и задачи
термодинамики. Виды систем. Интенсивные и экстенсивные свойства. Виды
взаимодействий между системой и окружающей средой. Классификация
состояний системы. Термодинамические процессы. Работа - общая мера
взаимодействия системы с окружающей средой. Первый закон
термодинамики. Внутренняя энергия. Приложение первого закона
термодинамики к некоторым простейшим процессам. Второй закон
термодинамики. Энтропия. Расчет изменения энтропии. Термодинамические
функции. Энтальпия, энергия Гельмгольца, энергия Гиббса. Теплоемкость.
Соотношение между изобарной и изохорной теплоемкостями. Уравнение
Гиббса – Гельмгольца. Химический потенциал, условия равновесия систем.
Критерии равновесия и самопроизвольного протекания процесса в
изолированных и неизолированных системах. Химическое сродство.
Гомогенные однокомпонентные системы. Идеальный газ. Понятие о
мольных значениях экстенсивных свойств. Выражение для химического
потенциала идеального газа. Зависимость энтальпии, внутренней энергии и
теплоемкости чистого идеального газа от различных факторов. Реальный
газ.
Равновесия в однокомпонентных системах. Условия равновесия фаз.
Правило равновесия фаз Гиббса. Равновесие фаз в однокомпонентной
системе. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Определение мольных теплот
испарения.
Равновесие жидкость – пар в двухкомпонентных системах. Закон Рауля.
Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля. Диаграммы
"давление-состав" для равновесия жидкость - пар в двухкомпонентной
системе. Правило рычага. Законы Коновалова. Изотермическая и
изобарическая диаграмма состояния. Равновесие жидкость – твердое в
двухкомпонентных системах. Равновесие «жидкий раствор - кристаллы
одного из компонентов». Уравнение Шредера. Закон повышения
температуры кипения и понижения температуры замерзания для идеальных
растворов. Методы определения активностей компонентов. Диаграммы
состояния для равновесия « жидкий раствор - кристаллы» в бинарных
системах. Диаграммы плавкости, их построение по кривым охлаждения.
Общее представление о диаграммах плавкости трехкомпонентных систем.
Условие химического равновесия. Константа химического равновесия.
Закон действующих масс. Термодинамическая теория химического сродства.
Уравнение изотермы химической реакции. Влияние температуры и давления
на химическое равновесие. Особенности химического равновесия в
гетерогенных системах. Смещение равновесия. Расчеты с помощью законов
химического равновесия (прямая и обратная задача). Расчет константы
равновесия реакции по справочным данным, через глубины химической
реакции.
Изменение энергии Гиббса и энтальпии в ходе химической реакции.
Стандартные мольные изменения этих свойств, их зависимость от
температуры и давления. Расчет стандартных мольных изменений энтропии,
Р7
свойств системы
в ходе
химической
реакции
Раздел 7.
Формальная
кинетика
Р8
Раздел 8.
Теоретические
основы
химической
кинетики.
Р9
Раздел 9.
Формальная
кинетика
сложных
гомогенных
реакций
Р10
Раздел 10.
Фотохимические
реакции
Раздел 11.
Цепные реакции
Раздел 12.
Кинетика
гетерогенных
реакций
Раздел 13.
Катализ
Р11
Р12
Р13
3
энтальпии и энергии Гиббса. Закон Гесса. Закон Кирхгофа.
Основной постулат химической кинетики. Кинетические кривые.
Скорость химической реакции. Элементарные реакции. Константа скорости
реакции. Зависимость константы скорости реакции от различных факторов.
Молекулярность и порядок реакции. Дифференциальные кинетические
уравнения для моно- и бимолекулярных необратимых реакции в закрытых
системах.
Дифференциальное кинетическое уравнение для мономолекулярной
необратимой реакции в закрытой системе. Решение уравнения.
Дифференциальное кинетическое уравнение для бимолекулярной
необратимой реакции. Частные случаи реакции второго порядка.
Интегральные кинетические уравнения реакции второго порядка (случай
равенства начальных концентраций исходных веществ, случай неравенства
начальных концентраций исходных веществ). Графические и
аналитические методы определения величин констант скоростей реакций.
Методы определения порядка реакции: интегральные (метод подстановки,
графический, метод времени полупревращения исходного вещества) и
дифференциальные. Зависимость константы скорости от температуры.
Уравнение Аррениуса. Энергия активации, предэкспоненциальный
множитель. Графический и аналитический способы определения величины
энергии активации.
Теория активных столкновений. Вывод уравнения скорости.
Стерический или энтропийный фактор. Достоинства и недостатки этой
теории. Теория активированного комплекса. Теория абсолютных скоростей
реакций. Поверхность потенциальной энергии. Путь реакции.
Потенциальный барьер. Константа скорости реакции как функция
термодинамических характеристик переходного состояния.
Мономолекулярные обратимые реакции. Вывод дифференциального
кинетического уравнения. Интегральное кинетическое уравнение
мономолекулярной обратимой реакции. Решение прямой и обратной задачи
кинетики для мономолекулярной обратимой реакции. Связь между
константой равновесия обратимой реакции и величинами констант
скоростей прямой и обратной реакции.
Мономолекулярные параллельные реакции. Вывод дифференциального
кинетического уравнения мономолекулярной параллельной реакци .
Интегральное кинетическое уравнение мономолекулярной параллельной
реакции. Методы определения величин констант скоростей отдельных
стадий.
Мономолекулярные последовательные реакции. Вывод
дифференциального кинетического уравнения мономолекулярной
последовательной реакции. Анализ расположения кинетических кривых.
Сопряженные реакции. Автокаталитические реакции.
Стационарное и квазистационарное протекание реакций.
Первый и второй законы фотохимии. Квантовый выход первичной
фотохимической реакции
Основные понятия кинетики цепных реакций. Теории кинетики цепных
реакций. Горение и взрыв. Цепной взрыв.
Гетерогенные процессы при нестационарной диффузии. Уравнение
Стокса – Эйнштейна. Виды диффузии. Уравнение Фика. Влияние
температуры на константу скорости гетерогенной реакции.
Гомогенный катализ, его виды. Причины каталитического действия.
Каталитическая активность и селективность. Дифференциальная и
Р14
Раздел 14.
Равновесия в
растворах
электролитов
Р15
Раздел 15.
Электрическая
проводимость
растворов
электролитов
Раздел 16.
Гальванические
элементы
Р16
интегральная селективность. Кислотно-основной катализ, ферментативный
катализ в закрытых системах. Уравнение Михаэлиса - Ментен. Гомогенный
катализ в газовой фазе. Гетерогенный катализ. Виды гетерогенных
катализаторов. Промоторы и ингибиторы. Энергетическая диаграмма
гетерогенного каталитического процесса.
Теории гетерогенного катализа.
Мультиплетная теория А.А.Баландина.
Сильные и слабые электролиты. Теория электролитической
диссоциации. Теория сильных электролитов. Средние ионные коэффициенты
активности. Основные понятия электростатической теории сильных
электролитов Дебая и Хюккеля. Кислотно-основные равновесия в растворах
кислот, оснований и солей. Гидролиз. Гетерогенные равновесия в растворах
электролитов. Растворимость и произведение растворимости
труднорастворимых соединений.
Перенос тока в растворах и расплавах электролитов. Электрическая
проводимость. Закон Кольрауша. Измерение электрической проводимости
растворов электролитов. Кондуктометрический метод анализа.
Термодинамическая теория ЭДС. Современные представления о
механизме возникновения двойного электрического слоя. Гальванический
элемент, процессы на электродах, суммарная реакция, протекающая в
элементе. Уравнение Нернста. Зависимость ЭДС от температуры. Уравнение
Гельмгольца. Классификация электродов. Электроды сравнения.
Водородный электрод. Классификация гальванических элементов.
Диффузионный потенциал. Метод измерения ЭДС.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
7.1. Рекомендуемая литература
7.1.1. Основная литература
1.Стромберг, А.Г. Физическая химия: учебник для хим. спец. вузов / А.Г. Стромберг, Д.П.
Семченко; [под ред. А.Г. Стромберга]. 6-е изд.,  М. Высшая школа, 2006.  527 с.: ил. Рек.
М-вом образования РФ. Библиогр. : с. 511-515. (а также ранние издания).
2.Основы физической химии /Горшков В.И., Кузнецов И.А. М.: БИНОМ. Лаборатория
знаний. 2006. – 407 с.
3.Михайлов В.А. Химическое равновесие: учебное пособие / В.А.Михайлов, О.В. Сорокина,
Е.В. Савинкова, М.Н.Давыдова; под ред. Академика РАН А.Ю. Цивадзе. − М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2010. − 197 с.
7.1.2. Дополнительная литература
1. Краткий справочник физико-химических величин. Издание десятое, испр. и дополн. / Под
ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой  СПб.: «Иван Федоров», 2003.  240 с. ил.
2. Еремин, В.В. Задачи по физической химии: учеб. Пособие для вузов / В.В. Еремин, С.И.
Каргов, И.А. Успенская, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин.  М.: Экзамен, 2005.  320 с.: ил.
3. Основы физической химии. Теория и задачи: Учеб. Пособие для вузов / В.В.Еремин,
С.И.Каргов, И.А.Успенская, Н.Е.Кузьменко, В.В.Лунин.-М.: Издательство «Экзамен»,
2005. -480 с
4. Основы физической химии / Горшков В.И., Кузнецов И.А. М.: БИНОМ. Лаборатория
знаний. 2006. − 407 с.
5. Байрамов В.М. Основы химической кинетики и катализа / под ред. В.В.Лунина. М.: изд.
центр «Академия», 2003. – 256 с.
6. Ипполитов Е.Г., Артемов А.В., Батраков В.В. Физическая химия. М.: изд. Центр
«Академия», 2005.  448 с.
7. Байрамов В.М. Основы электрохимии. М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 240
с.
4
8. Физическая химия. Кн. 2, Электрохимия. Химическая кинетика и катализ : Учеб. Пособие
для вузов: В 2-х кн. / Ред. К.С. Краснов.  3-е изд., испр.  М. : Высшая школа, 2001. 
319 с. : ил.  Рек. М-вом образования РФ.
1.
2.
3.
4.
7.1.3.Методические разработки
Расчет ионных равновесий: Учебное пособие/ Степановских Е.И., Больщикова Т.П.,
Урицкая А.А. Екатеринбург: УГТУ−УПИ, 2007. −65 с.
Кинетика сложных реакций: учебное пособие / Макурин Ю.Н., Степановских Е.И.,
Брусницына Л.А. Екатеринбург: УГТУ−УПИ, 2008. −51 с.
Определение параметров кинетических уравнений: учебное пособие/ Степановских Е.И.,
Макурин Ю.Н., Маскаева Л.Н., Морозова И.М. Екатеринбург: УГТУ−УПИ, 2008. −73 с.
Физическая химия неравновесных процессов: Учебное пособие по курсу «Физическая
химия» Брусницына Л.А., Степановских Е.И. Екатеринбург: УГТУ−УПИ, 2009.114 с.
7.2. Программное обеспечение
1. Программа для определения скоростей химических реакций по кинетической кривой
(электронная лабораторная работа К-7). Степановских Е.И. [Электронный ресурс]:
Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2008. Режим доступа:
http://study.ustu.ru/umk/umk_view.aspx?id=4421. Идентификатор 4421-220.
2. Программа для определения частных порядков реакции интегральным методом
(электронная лабораторная работа К-8). Степановских Е.И. [Электронный ресурс]:
Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2008. Режим доступа:
http://study.ustu.ru/umk/umk_view.aspx?id=4421. Идентификатор 4421-225.
3. Программа для определения частных порядков реакции методом Оствальда-Нойеса
(электронная лабораторная работа К-9). Степановских Е.И. [Электронный ресурс]:
Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2008. Режим доступа:
http://study.ustu.ru/umk/umk_view.aspx?id=4421. Идентификатор 4421-222.
4. Программа для определения частных порядков реакции дифференциальным методом
(электронная лабораторная работа К-10). Степановских Е.И. [Электронный ресурс]:
Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2008. Режим доступа:
http://study.ustu.ru/umk/umk_view.aspx?id=4421. Идентификатор 4421-223.
5. Программа для расчета величины энергии активации (электронная лабораторная работа
К-11). Степановских Е.И. [Электронный ресурс]: Екатеринбург: Образовательный
портал УГТУ-УПИ. 2008. Режим доступа: http://study.ustu.ru/umk/umk_view.aspx?id=4421.
Идентификатор 4421-224.
6. Обучающая компьютерная программа «Техника безопасности в химической
лаборатории» 2001 г.
7.3. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
1. Электронная библиотека учебных материалов по химии портала фундаментального
химического
образования
России
ChemNet.
Режим
доступа:
http://www.chem.msu.ru/rus/elibrary/
2. Интеллектуальная поисковая система Нигма.РФ . режим доступа: http://www.nigma.ru
3. Электронная справочно-информационная система «Химический ускоритель». Иркутский
государственный университет. Режим доступа: http://www.chem.isu.ru/leos/
4. Поисковая система по химии CWM Global Search. Химико-технологический факультет
СамГТУ. Режим доступа: http://chem.samgtu.ru/node/79
5. Химик.ру − сайт о химии. Режим доступа: http://www.xumuk.ru/bse/3009.html
6. Алхимик. Сайт кафедры неорганической химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова. Режим
доступа: http://www.alhimik.ru/
7. Справочные материалы для выполнения домашних заданий, контрольных и курсовых
работ приведены в УМК Д 4421; УМК-Д 4465 и др. [Электронный ресурс]: Екатеринбург:
Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим доступа: http://study.ustu.ru
5
7.4. Электронные образовательные ресурсы
1. Больщикова Т.П. и др. Физическая химия. УМК-Д 893. [Электронный ресурс]:
Т.П.Больщикова и др. Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим
доступа: http:/ study.ustu.ru.
2. Степановских Е.И. Физическая химия. УМК-Д 4421. [Электронный ресурс]:
Е.И.Степановских . Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим
доступа: http:/ study.ustu.ru.
3. Макурин Ю.Н., Степановских Е.И. Физическая химия. УМК-Д 4465. [Электронный
ресурс]: Ю.Н. Макурин , Е.И.Степановских . Екатеринбург: Образовательный портал УГТУУПИ. 2007. Режим доступа: http:/ study.ustu.ru.
4. Брусницына Л.А., Степановских Е.И. Физическая и коллоидная химия. УМК-Д 4534.
[Электронный ресурс]:
Л.А. Брусницына, Е.И.Степановских. Екатеринбург:
Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим доступа: http:/ study.ustu.ru.
5. Больщикова Т.П., Степановских Е.И. Физико-химические основы анализа сложных
ионных систем УМК-Д 4449. [Электронный ресурс]: Т.П. Больщикова Е.И.Степановских .
Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим доступа: http:/
study.ustu.ru.
6. Больщикова Т.П. и др. Экспериментальные исследования физико-химических
закономерностей. УМК-Д 4438, [Электронный ресурс]:Т.П. Больщикова и др. Екатеринбург:
Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим доступа: http:/ study.ustu.ru.
7. Макурин Ю.Н., Степановских Е.И. Кинетические закономерности химических
превращений УМК-Д 4451. [Электронный ресурс]: Ю.Н. Макурин , Е.И.Степановских .
Екатеринбург: Образовательный портал УГТУ-УПИ. 2007. Режим доступа: http:/
study.ustu.ru.
6