Физическая химия: Учебно-методический комплекс для биотехнологов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Биолого-химический факультет
Кафедра физической и органической химии
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Направление подготовки
240700 Биотехнология
Профиль подготовки
Фармацевтическая биотехнология
Степень выпускника
БАКАЛАВР
Составитель УМКД:
Широбоков И.Б., доцент, кандидат химических наук
УМКД рассмотрен и утвержден на заседании кафедры от «____» ______________ 2012 года
Заведующий кафедрой физической и органической химии________________ / Рылкина М.В.
УМКД согласован с Методической комиссией БХФ _________________________ 2012 года
Председатель МК БХФ ________________________________________ / Перевощикова Н.Б.
г. Ижевск
2012
2
ПЕРЕЧЕНЬ ДОКУМЕНТОВ
1.
Требования ГОС к уровню подготовки выпускников по специальности
__________________________________________________________________
2.
Рабочая программа по дисциплине ____________________________________
3.
Планы практических (семинарских) занятий с методическими указаниями
4.
Методические рекомендации для преподавателей, ведущих практические (семинарские)
занятия
5.
Пакет контрольных заданий
Дополнительные документы
6.
Примерная (типовая) учебная программа курса
7.
Методические указания для студентов
8.
Учебные материалы и пособия
9.
Прикладные компьютерные разработки по дисциплине
10. Словарь терминов и персоналий
11. Ридеры
12. Наглядные средства
13. Образцы студенческих работ
3
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Биолого-химический факультет
Кафедра физической и органической химии
УТВЕРЖДАЮ
_______________________
«______» ________________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Направление подготовки
240700 Биотехнология
Профиль подготовки
Фармацевтическая биотехнология
Степень выпускника
БАКАЛАВР
Курс ………………………………………………………………..
Семестр ……………………………………………………………
Форма контроля ………………………………………………….
Трудоемкость в зачетных единицах …………………………….
Количество часов …………………………………………………
Всего ………………………………………………………
Аудиторных ……………………………………………….
Часов на экзамен ………………………………………….
Самостоятельная работа студентов ……………………..
Лекции …………………………………………………….
Практическое занятия ……………………………………
Лабораторные занятия …………………………………...
В интерактивной форме ………………………………….
ИЖЕВСК 2012
1,2
2,3
2 семестр – зачет
3 семестр – экзамен
2 семестр – 5
3 семестр – 5
180
74/74
27
106/79
36/36
36/36
51
4
СТРУКТУРА РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Рабочая программа по дисциплине включает в себя следующие разделы:
Порядок утверждения рабочей программы
1. Место дисциплины в структуре ООП балакавриата.
2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины.
3. Цель освоения дисциплины.
4. Структура дисциплины по видам учебной работы, соотношение тем и формируемых
компетенций.
5. Содержание дисциплины.
5.1 Темы лекционных занятий и их аннотации
5.2. Планы практических занятий.
5.3. Планы лабораторного практикума.
5.4. Программа самостоятельной работы студентов.
6. Образовательные технологии.
7.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации.
8.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
9.
Материально-техническое обеспечение дисциплины.
5
ПОРЯДОК УТВЕРЖДЕНИЯ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
Разработчики рабочей программы дисциплины
ФИО
Ученая
Ученое
степень
звание
Должность
Широбоков И.Б.
доцент
Макарова Л.Л.
Кандидат
химических
наук
Кандидат
химических
наук
профессор
Контактная информация
(служебные E-mail и телефон)
Тел: 916-421
Email: [email protected]
Тел: 916-421
Email: [email protected]
Экспертиза рабочей программы
Первый уровень
(оценка качества содержания программы и применяемых педагогических технологий)
Наименование кафедры
№ протокола, дата
Подпись зав. кафедрой
Выписка из решения
Второй уровень
(соответствие целям подготовки и учебному плану образовательной программы)
Методическая комиссия
№ протокола, дата
Подпись председателя МК
фак-та / инст. в структуре
ООП которого будет реализовываться данная программа
Выписка из решения
Утверждение рабочей программы дисциплины
должностное лицо
№ протокола, дата
(ФИО директора института / декана фарешения ученого совета
культета, заместителя по учебной работе)
института / факультета
подпись
Иные документы об оценке качества рабочей программы дисциплины
(при их наличии - ФЭПО, отзывы работодателей, студентов и пр.)
Документ об оценке качества (наименование)
Дата документа
6
1. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП БАКАЛАВРИАТА
Дисциплина входит в базовую часть математического и естественно-научного цикла ООП
балакавриата.
Дисциплина адресована: 240700 Биотехнология
Профиль подготовки:
Фармацевтическая биотехнология
Квалификация (степень): Бакалавр
Дисциплина изучается в течении 2-х семестров на 1 и 2 году обучения.
Изучению курса предшествуют следующие дисциплины: высшая математика, физика,
общая и неорганическая химия
Для успешного освоения курса должны быть сформированы на начальном уровне компетенции:
 владеть культурой мышления, быть способным к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
 стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, приобретать новые знания в области техники и технологии, математики, естественных, гуманитарных, социальных и экономических наук (ОК-7);
 владеть средствами самостоятельного, методически правильного использования методов физического воспитания и укрепления здоровья, быть готовым к достижению
должного уровня физической подготовленности для обеспечения полноценной социальной и профессиональной деятельности (ОК-15).
Успешное освоение курса позволяет перейти к изучению дисциплин естественнонаучного, технологического цикла, изучению специальных дисциплин по профилю подготовки, выполнению курсовых и дипломных работ в цикле профессиональной; базовой и вариативной части ООП
Программа курса построена по блочно-модульному принципу, в ней выделены несколько
разделов/тем:
7
8
2. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ
В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


быть способным и готовым использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
использовать знания о современной физической картине мира, пространственновременных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и
явлений природы (ПК-2);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
 об основных проблемах и вопросах, решаемых в данном курсе и применительно к
биотехнологии;
 о существующих подходах к рассмотрению вопросов основных разделов физической
химии;
 о связи физической химии с другими дисциплинами – биохимией, физиологией, биофизикой.
уметь:
 применять теоретические положения физической химии при рассмотрении различных
физико-химических свойств и явлений, для анализа конкретных процессов;
 использовать теоретические знания по физической химии в своей практике;
 раскрывать взаимосвязь между основными разделами физической химии и другими
науками;
 анализировать, сопоставлять, систематизировать полученные на лекционных, практических и лабораторных занятиях научные факты;
 выдвигать и обосновывать гипотезы о причинах возникновения того или иного состояния, события, описываемых в физической химии, о возможных путях их развития и
последствиях;
владеть:
 умением выбирать методы физической химии при изучении того или иного явления,
учитывая все их преимущества и недостатки;
 навыками определения параметров, характеристик физико-химических процессов и
систем, используя известные методы, средства, закономерности физической химии;
9
3. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения дисциплины ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
является:
формирование у студентов фундаментальных теоретических представлений о сущности основных физико-химических процессов. Курс физической химии в подготовке специалистов
данного направления служит базой для изучения многих специальных дисциплин: биохимии,
биофизики, физиологии и других. В ходе изучения происходит формирование необходимого
кругозора по теоретическим и практическим вопросам химии, о ее тесной взаимосвязи с другими областями знаний. Курс не только помогает студенту усвоить предмет физической химии, но и способствует развитию самостоятельных навыков в применении ее законов, то есть
формированию физико-химического мышления. Ядро курса составляют основные разделы
физической химии – химическая термодинамика и термохимия, термодинамика растворов,
химическое и фазовое равновесия, адсорбция, химическая кинетика, катализ, электрохимия.
Лабораторные работы, охватывающие основные разделы физической химии, способствуют
более глубокому пониманию физико-химических явлений, развивают умение формулировать
и анализировать конкретную проблему, принимать самостоятельное решение
Задачи освоения дисциплины:
 сформировать понимание, что физическая химия является одной из фундаментальных
дисциплин, лежащих в основе естествознания;
 владеть навыками теоретических методов расчета различных физико-химических
процессов;
 овладеть навыками практического использования физико-химических методов исследования в своей деятельности.
10
4. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ ПО ВИДАМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ,
СООТНОШЕНИЕ ТЕМ И ФОРМИРУЕМЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зачетных единиц, 180 часов.
№
Разделы, темы
дисциплины
Неделя
семестра
Виды учебной
работы
(в часах)
Л.
Лаб Сам.
раб. раб.
Формы
текущего
контроля
успеваемости
Формируемые
компетенции
(код)
Всего
компетенций
Семестр 2
1
2
3
Тема 1.
Предмет физической
химии, основные разделы и методы исследования. Химическая
термодинамика, основные определения и
понятия - термодинамические
системы,
термодинамические
состояния, параметры, процессы, функции состояния. Термодинамические равновесные системы и
процессы. Внутренняя энергия, закон сохранения
энергии.
Теплота и работы
различного
рода.
Первый закон термодинамики. Энтальпия
Тема 2.
Термохимия. Теплоемкости.
Тепловой
эффект химической
реакции. Закон Гесса
и его следствия. Зависимость
теплового
эффекта реакции от
температуры, уравнение Кирхгоффа.
Тема 3.
Теоремы и лемма
Карно.
Различные
формулировки второго начала термодинамики.
Направление
естественных процессов. Энтропия. Изменение энтропии в необратимых
процессах,
неравенство
Клаузиуса. Энтропия
и вероятность.
1
2
6
6
Домашнее
задание
ПК-1, ПК-2
3
2
2
6
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
3
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
11
4
5
6
7
8
Тема 4.
Определение
абсолютной
энтропии.
Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах,
объединенный закон
термодинамики.
Определение
абсолютной
энтропии.
Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах,
объединенный закон
термодинамики.
Тема 5.
Характеристические
функции. Термодинамические потенциалы
– энергия Гиббса,
энергия Гельмгольца
и их свойства. Уравнения
Максвелла.
Уравнение
ГиббсаГельмгольца и его
роль в химии.
Тема 6.
Критерии возможности протекания самопроизвольных химических реакций для
открытых
систем.
Химический потенциал. Характеристические функции идеальных и реальных газов.
Химический потенциал для идеальных и
реальных систем, активность,
фугитивность.
Тема 7.
Растворы различных
классов. Различные
способы выражения
состава
растворов,
смеси идеальных газов.
Термодинамика растворов. Гомогенные
системы, идеальные и
реальные растворы.
4
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
5
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
6
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
7
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
Тема 8.
Общие свойства растворов.
Уравнение
Гиббса-Дюгема. Давление насыщенного
пара жидких растворов. Законы идеальных жидких раство-
8
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
6
12
9
10
11
12
13
14
ров – закон Генри, закон Рауля.
Тема 9.
Коллигативные свойства
растворов
–
эбуллиоскопия, криоскопия, осмотические
явления.
Тема 10.
Растворимость газообразных и твердых
веществ в жидкости.
Равновесие жидкостьпар в бинарных системах. Первый закон
Коновалова, правило
рычага.
Тема 11.
Растворы с положительными и отрицательными оклонениями от закона Рауля.
Второй закон Коновалова,
азеотропные
смеси и их свойства.
Простая, фракционная перегонка. Ректификация. Перегонка
азеотропов.
Тема 12.
Химическое равновесие, условия химического равновесия. Закон действия масс,
его кинетический вывод. Закон действия
масс для гетерогенных реакций. Принцип Ле-Шателье. Зависимость констант
равновесия от температуры,
уравнения
изотермы, изохоры,
изобары химической
реакции.
Тема 13.
Фазовые
переходы
первого рода, уравнение
КлайперонаКлаузиуса и его применение к различным
фазовым переходам
первого рода. Условия
самопроизвольного
перехода вещества из
одной фазы в другую
Тема 14.
Гетерогенные системы. Гетерогенное фазовое
равновесие.
Правило фаз Гиббса.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
2
6
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Реше-
ПК-1, ПК-2
3
9
2
6
10
2
6
11
2
12
2
13
14
6
6
13
15
16
17
18
ние задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
4
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
4
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
ПК-1, ПК-2
3
Тема 15.
Однокомпонентные
системы. Диаграмма
состояния воды. Диаграмма состояния серы. Двухкомпонентные системы.
Тема 16.
Различные диаграммы состояния и их
анализ на основе правила фаз Гиббса.
15
2
16
2
6
6
Тема 17.
Поверхностные явления. Внутреннее давление жидкости. Поверхностное натяжение. Влияние природы вещества, температуры, концентрации
на
поверхностное
натяжение. Понятие о
ПАВ и ПИВ. Поверхностная активность.
Понятие адсорбции,
адсорбента, адсорбата. Силы адсорбционного взаимодействия.
Виды адсорбции.
Тема 18.
Изотермы адсорбции
– изотермы Генри,
Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ, Гиббса.
Адсорбция на границе
раздела фаз: твердое
тело-газ (Адсорбционная
теория
Лэнгмюра), жидкостьгаз, адсорбция из растворов.
17
2
6
5
18
2
6
5
6
Семестр 3
1
2
Тема 1.
Химическая кинетика,
ее основные понятия.
Скорость химической
реакции.
Основной
постулат химической
кинетики.
Понятие
порядка, молекулярности. Кинетика необратимых гомогенных реакций 1-го, 2го,3-го порядков.
Тема 2.
Методы определения
порядка.
Кинетика
сложных реакций.
1
2
2
2
6
14
Тема 3.
Влияние температуры
на скорость химических реакций – правило
Вант-Гоффа,
уравнение Аррениуса.
Основные теории химической кинетики –
теория
активных
столкновений.
Тема 4.
Теория переходного
состояния.
Цепные
реакции, свободные
радикалы. Фотохимические реакции.
Тема 5.
Катализ. Виды катализа – гомогенный,
гетерогенный,
ферментативный. Основные свойства катализаторов.
Факторы,
влияющие на катализ.
Теория механизма гомогенного катализа.
Тема 6.
Общие сведения о
кинетике и механизмах ферментативных
реакций.
3
2
4
4
2
4
5
2
4
6
2
4
7
Тема 7.
Кислотно-основной
катализ.
7
2
4
8
Тема 8.
Гетерогенный катализ
– теория мультиплетов Баландина.
8
2
4
9
Тема 9.
Электрохимия,
основные понятия. Теория слабых электролитов Аррениуса, ее
недостатки.
Тема 10.
Теории сильных электролитов.
Понятие
средней активности и
среднего коэффициента
активности.
Ионная сила, закон
Дебая-Гюккеля.
Тема 11.
9
2
4
10
2
4
11
2
4
3
4
5
6
10
11
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2,
ПК-7
3
ПК-1, ПК-2
3
Домашнее
15
12
13
14
Электропроводность
– удельная и эквивалентная.
Подвижность ионов. Измерение электропроводности, ее практическое
применение.
Числа
переноса ионов.
Тема 12.
Электрохимические
элементы. ЭДС гальванического элемента.
Правило знака ЭДС.
Уравнение
ГиббсаГельмгольца. Уравнение Нернста для ЭДС.
Определение ЭДС.
Тема 13.
Возникновение межфазных скачков на
границах раздела фаз.
Двойной электрический слой. Электродный потенциал.
Тема 14.
Классификация электродов, электроды I,
II, рода. Газовые
электроды.
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
5
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
2
5
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
14
2
5
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
Домашнее
задание.
Письменный
опрос (10
мин.). Решение задач.
ПК-1, ПК-2
3
ПК-1, ПК-2
3
12
2
13
6
15
Тема 15.
Неравновесные электродные
процессы.
Электролиз. Перенапряжение водорода.
15
2
5
16
Тема 16.
Элементы
неравновесной термодинамики.
Понятие о стационарном состоянии и методах его анализа и
определения.
Тема 17.
Элементы кинетики
биологических процессов.
16
2
5
17
3
6
5
Тема 18.
Обобщение:
место
физической химии в
окружающем мире и
ее роль в биохимических исследованиях.
18
1
6
5
17
18
16
5. Содержание дисциплины
5.1 Темы лекционных занятий и их аннотации
Семестр 2.
Тема 1. (2 часа). Предмет физической химии, основные разделы и методы исследования.
Химическая термодинамика, основные определения и понятия - термодинамические системы, термодинамические состояния, параметры, процессы, функции состояния. Термодинамические равновесные системы и процессы. Внутренняя энергия, закон сохранения энергии.
Теплота и работы различного рода. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Применение
Первого закона термодинамики для расчета процессов с участием идеальных газов.
Тема 2. (2 часа). Термохимия. Теплоемкости. Тепловой эффект химической реакции. Закон
Гесса и его следствия. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры, уравнение
Кирхгоффа.
Тема 3. (2 часа). Теоремы и лемма Карно. Различные формулировки второго начала термодинамики. Направление естественных процессов. Энтропия. Изменение энтропии в необратимых процессах, неравенство Клаузиуса. Энтропия и вероятность.
Тема 4. (2 часа). Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах, объединенный закон термодинамики. Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах, объединенный закон
термодинамики. Расчет изменения энтропии в различных процессах с участием идеальных
газов.
Тема 5. (2 часа). Характеристические функции. Термодинамические потенциалы – энергия
Гиббса, энергия Гельмгольца и их свойства. Уравнения Максвелла. Уравнение ГиббсаГельмгольца и его роль в химии.
Тема 6. (2 часа). Критерии возможности протекания самопроизвольных химических реакций
для открытых систем. Химический потенциал. Характеристические функции идеальных и
реальных газов. Химический потенциал для идеальных и реальных систем, активность, фугитивность.
Тема 7. (2 часа). Растворы различных классов. Различные способы выражения состава растворов, смеси идеальных газов. Термодинамика растворов. Гомогенные системы, идеальные
и реальные растворы.
Тема 8. (2 часа). Общие свойства растворов. Уравнение Гиббса-Дюгема. Давление насыщенного пара жидких растворов. Законы идеальных жидких растворов – закон Генри, закон Рауля.
Тема 9. (2 часа). Коллигативные свойства растворов – эбуллиоскопия, криоскопия, осмотические явления.
Тема 10. (2 часа). Растворимость газообразных и твердых веществ в жидкости. Равновесие
жидкость-пар в бинарных системах. Первый закон Коновалова, правило рычага.
17
Тема 11. (2 часа). Растворы с положительными и отрицательными отклонениями от закона
Рауля. Второй закон Коновалова, азеотропные смеси и их свойства. Простая, фракционная
перегонка. Ректификация. Перегонка азеотропов.
Тема 12. (2 часа). Химическое равновесие, условия химического равновесия. Закон действия
масс, его кинетический вывод. Закон действия масс для гетерогенных реакций. Принцип ЛеШателье. Зависимость констант равновесия от температуры, уравнения изотермы, изохоры,
изобары химической реакции.
Тема 13. (2 часа). Фазовые переходы первого рода, уравнение Клайперона-Клаузиуса и его
применение к различным фазовым переходам первого рода. Условия самопроизвольного перехода вещества из одной фазы в другую
Тема 14. (2 часа). Гетерогенные системы. Гетерогенное фазовое равновесие. Правило фаз
Гиббса.
Тема 15. (2 часа). Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды. Диаграмма состояния серы. Двухкомпонентные системы.
Тема 16. (2 часа). Различные диаграммы состояния и их анализ на основе правила фаз Гиббса.
Тема 17. (2 часа). Поверхностные явления. Внутреннее давление жидкости. Поверхностное
натяжение. Влияние природы вещества, температуры, концентрации на поверхностное натяжение. Понятие о ПАВ и ПИВ. Поверхностная активность. Понятие адсорбции, адсорбента,
адсорбата. Силы адсорбционного взаимодействия. Виды адсорбции.
Тема 18. (2 часа). Изотермы адсорбции – изотермы Генри, Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ,
Гиббса. Адсорбция на границе раздела фаз: твердое тело-газ (Адсорбционная теория
Лэнгмюра), жидкость-газ, адсорбция из растворов.
Семестр 3
Тема 1. (2 часа). Химическая кинетика, ее основные понятия. Скорость химической реакции.
Основной постулат химической кинетики. Понятие порядка, молекулярности. Кинетика необратимых гомогенных реакций 1-го, 2-го,3-го порядков.
Тема 2. (2 часа). Методы определения порядка. Кинетика сложных реакций.
Тема 3. (2 часа). Влияние температуры на скорость химических реакций – правило ВантГоффа, уравнение Аррениуса. Основные теории химической кинетики – теория активных
столкновений.
Тема 4. (2 часа). Теория переходного состояния. Цепные реакции, свободные радикалы. Фотохимические реакции.
Тема 5. (2 часа). Катализ. Виды катализа – гомогенный, гетерогенный, ферментативный. Основные свойства катализаторов. Факторы, влияющие на катализ. Теория механизма гомогенного катализа.
18
Тема 6. (2 часа). Общие сведения о кинетике и механизмах ферментативных реакций.
Тема 7. (2 часа). Кислотно-основной катализ.
Тема 8. (2 часа). Гетерогенный катализ – теория мультиплетов Баландина.
Тема 9. (2 часа). Электрохимия, основные понятия. Теория слабых электролитов Аррениуса,
ее недостатки.
Тема 10. (2 часа). Теории сильных электролитов. Понятие средней активности и среднего
коэффициента активности. Ионная сила, закон Дебая-Гюккеля.
Тема 11. (2 часа). Электропроводность – удельная и эквивалентная. Подвижность ионов. Измерение электропроводности, ее практическое применение. Числа переноса ионов.
Тема 12. (2 часа). Электрохимические элементы. ЭДС гальванического элемента. Правило
знака ЭДС. Уравнение Гиббса- Гельмгольца. Уравнение Нернста для ЭДС. Определение ЭДС.
Тема 13. (2 часа). Возникновение межфазных скачков на границах раздела фаз. Двойной
электрический слой. Электродный потенциал.
Тема 14. (2 часа). Классификация электродов, электроды I, II, рода. Газовые электроды.
Тема 15. (2 часа). Неравновесные электродные процессы. Электролиз. Перенапряжение водорода.
Тема 16. (2 часа). Элементы неравновесной термодинамики. Понятие о стационарном состоянии и методах его анализа и определения. Аттрактор. Устойчивость стационарных состояний (случай одного уравнения): понятие об устойчивости, аналитический метод определения
типа устойчивости (метод Ляпунова), графический метод определения типа устойчивости.
Тема 17. (3 часа). Элементы кинетики биологических процессов. Модели Мальтуса,
Ферхюльста. Решение системы двух линейных автономных ОДУ. Анализ устойчивости поведения данных моделей вблизи особых точек. Типы особых точек. Фазовая плоскость. Изоклины. Построение фазовых портретов. Кинетические кривые. Анализ кинетической модели
системы линейных химических реакций, модель хищник-жертва.
Тема 18. (1 час). Обобщение: место физической химии в окружающем мире и ее роль в биохимических исследованиях.
5.2. Планы практических занятий
Практические занятия в учебном плане не предусмотрены
19
5.3. Планы лабораторного практикума
Описание базы лабораторных занятий, форм их проведения.
Материально-техническое база: занятия проводятся в специализированной лаборатории физической химии имеющей в наличии следующие основное оборудование, необходимое для выполнения лабораторного практикума: фотоколориметр, термостат, водяные бани,
весы, калориметр, криостат, мерная посуда, химическая посуда, потенциометр и т.д.
Лабораторные работы выполняются в соответствии с практикумом: [4], в котором
определены вопросы, касающиеся целей и задач конкретной лабораторной работы, описано
необходимая материальная база, обращено внимание на технику безопасности при выполнении данной работы, дано небольшое теоретическое вступлении и описан ход выполнения работы, методика обработки полученных результатов, даны рекомендации по форме отчетности
и представлены примерные контрольные вопросы и задачи по теме лабораторной работы.
Оперативные изменения в ходе выполнения лабораторной работы осуществляются в виде
размещения новой версии лабораторной работы через систему ИИАС (но обязательно выдается 1 копия на бумажном носителе).
Техника безопасности. Перед началом цикла лабораторных работ каждый студент проходит инструктаж по технике безопасности (под роспись). Каждая лабораторная работа
включает в себя раздел, посвященный технике безопасности по данной работе.
Форма отчетности, перечень заданий и вопросов, выносимых на защиту (сдачу)
лабораторной работы определен в практикуме после описания соответствующей лабораторной работы.
Лабораторные работы обеспечивают формирование ПК1, ПК2, ПК7, ОК1, ОК2, ОК7 компетенций.
Лабораторные работы помогают:
 овладеть пониманием о практическом применении законов физической химии в ходе
исследования физико-химических систем;
 освоить типичные практические операции и навыки определения различных характеристик свойств и состояний объектов изучения физической химии и развитие навыков
у студентов в применении данных методов.
Освоить опыт применения химических законов в практической деятельности.
Тема 1. (6 часов). Вводная лабораторная работа.
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу: Инструктаж по технике
безопасности. Распределение лабораторных работ на учебный семестр и краткая характеристика каждой работы. Подготовка к выполнению общей лабораторной работы по Теме 2.
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 2. (6 часов). Приготовление растворов различной концентрации и определение
их концентрации методом титрования.
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть. Способы выражения концентрации растворов и практика использования титриметрического и денсиметрического методов для анализа пищевых продуктов.
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем. По окончании выполнения работы и вы-
20
полнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Темы заданий:
 ОПЫТ 1. Приготовление раствора с заданной массовой долей из навески соли
 ОПЫТ 2. Приготовление разбавленного раствора из концентрированного и установление его точной концентрации
 ОПЫТ 3а ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
 ОПЫТ 3б ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
 ОПЫТ 3в ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ МУКИ
 ОПЫТ 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КРАХМАЛА В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ
ДЕНСИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 3. (6 часов). Определение теплоты гидратации соли
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
 Что называется энтальпией ?
 Каков физический смысл энтальпии ?
 Можно ли вычислить абсолютное значение энтальпии ? Подтвердите свою точку зрения математически .
 Дайте определение теплоемкости .
 Какова зависимость теплоемкости от температуры для идеального и реального газов?
 Что называется работой ?
 Какой процесс называется равновесным (обратимым)? Приведите примеры обратимых процессов.
 Какой процесс называется неравновесным. Приведите примеры.
 К каким процессам (равновесным или неравновесным) относятся реальные процессы,
протекающие в природе.
 Работа какого процесса равновесного или неравновесного больше и почему ?
 Сформулируйте закон Гесса.
 Что называется тепловым эффектом химической реакции ?
 Что называется теплотой сгорания ? Как, зная теплоты сгорания исходных веществ и
продуктов реакций, вычислить тепловой эффект реакций ?
 Что называется теплотой образования ? Как, используя теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции, расcчитать тепловой эффект реакции в стандартных условиях ?
 Запишите формулы Кирхгофа для изобарного и изохорного процессов и решения уравнения Кирхгофа для II и III приближения. Чем отличается II и III приближение? Для каких температурных интервалов используется каждое из приближений и почему ?
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 4. (6 часов). Определение константы равновесия
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
21
 Химическое равновесие.
 Свойства химического равновесия.
 Виды констант химического равновесия и их взаимосвязь.
 Закон действия масс, его кинетический вывод.
 Закон действия масс для гомогенных и гетерогенных реакций.
 Принцип Ле-Шателье.
 Зависимость констант равновесия от температуры (вывод уравнения и его анализ).
 Уравнения изотермы, изохоры, изобары химической реакции и их вывод и анализ.
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 5. (6 часов). Определение молярной массы растворенного вещества криоскопическим методом
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
 Способы выражения концентрации растворов.
 Идеальные и реальные растворы. Термодинамика идеальных растворов.
 Закон Рауля. Коллигативные свойства растворов. Криоскопия. Эбулиоскопия
 Объясните физический смысл криоскопической(эбулиоскопической) константы. Методы определения криоскопической (эбуллиоскопической) постоянной.
 Осмос. Осмотическое давление. Обратный осмос. Напишите уравнение Вант-Гоффа
для осмотического давления.
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 6. (6 часов). Зачетное занятие по 2 семестру
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу: Итоговое зачетное занятие.
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 7. (6 часов). Построение диаграммы плавкости
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
 Понятие фаза. Классификация систем по числу фаз. Понятие компонент. Понятие число компонент. Классификация систем по числу компонент. Как можно рассчитать число компонент (каким соотношением связаны между собой число компонент и число
веществ, образующих систему) ? Понятие число степеней свободы. Классификация
систем по числу степеней свободы. Правило фаз Гиббса.
 Диаграмм плавкости 2-х компонентной системы. Пояснить, как можно построить такую диаграмму на основании кривых охлаждения.
22

Описать процессы, протекающие при охлаждении расплава индивидуального вещества.
 Описать процессы, протекающие при охлаждении 2-х компонентного расплава.
 Анализ диаграммы плавкости для системы с простой эвтектикой. Элементы диаграммы. Число степеней свободы в каждой области диаграммы. Определение состава каждой области диаграммы.
 Количественные расчеты по диаграммам плавкости. Правила рычага для диаграмм
плавкости.
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 8. (6 часов). Измерение адсорбции уксусной кислоты на поверхности активированного угля
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
 Чем обусловлены поверхностные явления?
 Что такое поверхностное натяжение?
 Что называется удельной поверхностью?
 Чем отличаются поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества?
 Определите понятия адсорбции, адсорбента, адсорбата?
 Охарактеризуйте силы адсорбционного взаимодействия.
 Чем отличается физическая адсорбция от хемосорбции?
 Чем обусловлена энергетическая неоднородность поверхности?
 Чем характеризуются изостерические условия?
 От чего зависит скорость адсорбции?
 Что такое изотерма адсорбции?
 Чем характеризуется адсорбционное равновесие?
 Характеристика и вывод изотермы Ленгмюра.
 Изотермы Фрейндлиха, Генри, БЭТ, Гиббса.
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 9. (6 часов). Определение константы скорости химической реакции
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
 Определите понятия скорости, порядка, молекулярности химической реакции.
 Запишите основной постулат химической кинетики.
 В чем причина несовпадения стехиометрического коэффициента и порядка по данному веществу ?
 Почему молекулярность не всегда равна порядку реакции ?
 Рассмотрите кинетику необратимых реакций I, II, III порядка.
23

Что такое период полупревращения, и как он зависит от исходных концентраций реагирующих веществ для реакций различного порядка ?
 Сформулируйте правило Вант-Гоффа.
 Напишите уравнение Аррениуса в интегральной и дифференциальной формах.
 Что такое энергия активации и каков ее физический смысл ?
 В чем суть и различие теории активных столкновений и теории переходного состояния.
 Определите понятия цепных и фотохимических реакций, приведите примеры.
 Что такое катализ ? Какие виды катализа вы знаете ?
 Охарактеризуйте основные свойства катализаторов.
 Объясните механизм гомогенного катализа.
 Что называется специфическим и общим кислотным и основным катализом ?
 От чего зависит скорость реакции кислотно-основного катализа ?
 Объясните механизм ферментативного катализа, выведите формулу Михаэлиса.
 Что такое гетерогенный катализ ? Какие из стадий гетерогенного каталитического
взаимодействия могут быть лимитирующими согласно теории Баландина ?
 Поясните основной смысл и значение энергетического и геометрического принципов
соответствия.
 Что такое «оптимальный катализатор» ?
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 10. (6 часов). Измерение электродвижущей силы гальванического элемента
Даниэля-Якоби
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу:
Теоретическая часть.
 В чем отличие процессов, протекающих в электрохимическом элементе и электролизере (показать на примерах) ?
 Определите понятия средней активности и среднего коэффициента активности.
 Что такое ЭДС гальванического элемента ?
 Сформулируйте правило знака ЭДС.
 Выведите термодинамическое соотношение между ЭДС гальванического элемента и
тепловым эффектом химической реакции.
 Выведите уравнение Нернста для ЭДС.
 Чем вызвано возникновение межфазных скачков на границах раздела, в чем их отличие ?
 Что такое электродный потенциал ?
 Какие виды электродов вы знаете ( приведите примеры ) ?
 Приведите примеры электрохимических элементов.
Практическая часть. Проверка готовности к выполнению лабораторной работы. Задания по
работе выдаются индивидуально преподавателем на основании лабораторного практикума.
По окончании выполнения работы и выполнения необходимых расчетов и построений сдается устный индивидуальный отчет по работе (теоретические и практические задания).
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
24
Тема 11. (6 часов). Элементы кинетики биологических процессов
Понятие о стационарном состоянии и методах его анализа и определения.
Теоретическая часть.
 Стационарное состояние. Аттрактор. Формула Тейлора. Устойчивость стационарных
состояний (случай одного уравнения): понятие об устойчивости, аналитический метод
определения типа устойчивости (метод Ляпунова), графический метод определения
типа устойчивости.
 Решение системы двух линейных автономных ОДУ. Анализ устойчивости поведения
данных моделей вблизи особых точек. Типы особых точек.
 Фазовая плоскость. Изоклины. Построение фазовых портретов. Кинетические кривые.
Анализ кинетической модели системы линейных химических реакций, модель хищник-жертва.
Практическая часть. Решение задач по теме занятия.
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
Тема 12. (6 часов). Зачетное занятие по 3 семестру
Перечень заданий, задач, выносимых на лабораторную работу: Итоговое зачетное занятие.
Рекомендуемая литература: Смотри список учебно-методической литературы.
5.4. Программа самостоятельной работы студентов
Код формируемой компетенции
Тема
Структура СРС
Вид
Форма
Объем
учебной
работы
(часов)
Учебнометодические
материалы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабо-
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Семестр 2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
Тема 1.
Предмет физической химии,
основные разделы и методы
исследования.
Химическая
термодинамика,
основные
определения и понятия - термодинамические
системы,
термодинамические
состояния, параметры, процессы,
функции состояния. Термодинамические равновесные системы и процессы. Внутренняя энергия, закон сохранения
энергии. Теплота и работы
различного рода. Первый закон термодинамики. Энтальпия
Тема 2.
Термохимия. Теплоемкости.
Тепловой эффект химической
реакции. Закон Гесса и его
следствия. Зависимость теплового эффекта реакции от тем-
25
пературы,
уравнение
Кирхгоффа.
Тема 3.
Теоремы и лемма Карно. Различные формулировки второго
начала
термодинамики.
Направление
естественных
процессов. Энтропия. Изменение энтропии в необратимых
процессах,
неравенство
Клаузиуса. Энтропия и вероятность.
Тема 4.
Определение абсолютной энтропии. Вычисление изменения энтропии в необратимых
процессах, объединенный закон термодинамики. Определение абсолютной энтропии.
Вычисление изменения энтропии в необратимых процессах,
объединенный закон термодинамики.
Тема 5.
Характеристические функции.
Термодинамические потенциалы – энергия Гиббса, энергия
Гельмгольца и их свойства.
Уравнения Максвелла. Уравнение Гиббса-Гельмгольца и
его роль в химии.
Тема 6.
Критерии возможности протекания самопроизвольных химических реакций для открытых систем. Химический потенциал. Характеристические
функции идеальных и реальных газов. Химический потенциал для идеальных и реальных систем, активность, фугитивность.
Тема 7.
Растворы различных классов.
Различные способы выражения состава растворов, смеси
идеальных газов.
Термодинамика
растворов.
Гомогенные системы, идеальные и реальные растворы.
раторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
ПК-1, ПК-2
Тема 8.
Общие свойства растворов.
Уравнение
Гиббса-Дюгема.
Давление насыщенного пара
жидких растворов. Законы
идеальных жидких растворов
– закон Генри, закон Рауля.
ПК-1, ПК-2
Тема 9.
Коллигативные свойства рас-
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя;
КСР контроль самостоятельной
работы
студента
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы.
СРС без
участия
6
Смотри список
учебно-
26
творов – эбуллиоскопия, криоскопия, осмотические явления.
ПК-1, ПК-2
Тема 10.
Растворимость газообразных и
твердых веществ в жидкости.
Равновесие жидкость-пар в
бинарных системах. Первый
закон Коновалова, правило
рычага.
ПК-1, ПК-2
Тема 11.
Растворы с положительными и
отрицательными оклонениями
от закона Рауля. Второй закон
Коновалова, азеотропные смеси и их свойства. Простая,
фракционная перегонка. Ректификация.
Перегонка
азеотропов.
Тема 12.
Химическое равновесие, условия химического равновесия.
Закон действия масс, его кинетический вывод. Закон действия масс для гетерогенных
реакций.
Принцип
ЛеШателье. Зависимость констант равновесия от температуры, уравнения изотермы,
изохоры, изобары химической
реакции.
Тема 13.
Фазовые переходы первого
рода, уравнение КлайперонаКлаузиуса и его применение к
различным фазовым переходам первого рода. Условия самопроизвольного
перехода
вещества из одной фазы в другую
Тема 14.
Гетерогенные системы. Гетерогенное фазовое равновесие.
Правило фаз Гиббса.
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
Тема 15.
Однокомпонентные системы.
Диаграмма состояния воды.
Диаграмма состояния серы.
Двухкомпонентные системы.
ПК-1, ПК-2
Тема 16.
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
преподавателя
методической
литературы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
6
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
6
Смотри список
27
Различные диаграммы состояния и их анализ на основе правила фаз Гиббса.
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
Тема 17.
Поверхностные
явления.
Внутреннее давление жидкости. Поверхностное натяжение. Влияние природы вещества, температуры, концентрации на поверхностное натяжение. Понятие о ПАВ и ПИВ.
Поверхностная
активность.
Понятие адсорбции, адсорбента, адсорбата. Силы адсорбционного взаимодействия. Виды
адсорбции.
Тема 18.
Изотермы адсорбции – изотермы
Генри,
Ленгмюра,
Фрейндлиха, БЭТ, Гиббса. Адсорбция на границе раздела
фаз: твердое тело-газ (Адсорбционная
теория
Лэнгмюра), жидкость-газ, адсорбция из растворов.
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
участия
преподавателя
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего за-
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
Семестр 3
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
Тема 1.
Химическая кинетика, ее основные понятия. Скорость химической реакции. Основной
постулат химической кинетики. Понятие порядка, молекулярности. Кинетика необратимых гомогенных реакций 1-го,
2-го,3-го порядков.
Тема 2.
Методы определения порядка.
Кинетика сложных реакций.
Тема 3.
Влияние температуры на скорость химических реакций –
правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Основные
теории химической кинетики –
теория активных столкновений.
Тема 4.
Теория переходного состояния. Цепные реакции, свободные радикалы. Фотохимические реакции.
28
ПК-1, ПК-2
ПК-1, ПК-2
Тема 5.
Катализ. Виды катализа – гомогенный,
гетерогенный,
ферментативный. Основные
свойства катализаторов. Факторы, влияющие на катализ.
Теория механизма гомогенного катализа.
Тема 6.
Общие сведения о кинетике и
механизмах ферментативных
реакций.
ПК-1, ПК-2
Тема 7.
Кислотно-основной катализ.
ПК-1, ПК-2
Тема 8.
Гетерогенный катализ – теория мультиплетов Баландина.
ПК-1, ПК-2
Тема 9.
Электрохимия, основные понятия. Теория слабых электролитов Аррениуса, ее недостатки.
ПК-1, ПК-2
Тема 10.
Теории сильных электролитов.
Понятие средней активности и
среднего коэффициента активности. Ионная сила, закон Дебая-Гюккеля.
ПК-1, ПК-2
Тема 11.
Электропроводность – удельная и эквивалентная. Подвижность ионов. Измерение электропроводности, ее практическое применение. Числа переноса ионов.
ПК-1, ПК-2
Тема 12.
Электрохимические элементы.
дания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
4
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
5
Смотри список
учебно-
29
ЭДС гальванического элемента. Правило знака ЭДС. Уравнение Гиббса- Гельмгольца.
Уравнение Нернста для ЭДС.
Определение ЭДС.
ПК-1, ПК-2
Тема 13.
Возникновение
межфазных
скачков на границах раздела
фаз. Двойной электрический
слой. Электродный потенциал.
ПК-1, ПК-2
Тема 14.
Классификация
электродов,
электроды I, II, рода. Газовые
электроды.
ПК-1, ПК-2
Тема 15.
Неравновесные электродные
процессы. Электролиз. Перенапряжение водорода.
ПК-1, ПК-2
Тема 16.
Элементы неравновесной термодинамики.
Понятие о стационарном состоянии и методах его анализа
и определения.
ПК-1, ПК-2
Тема 17.
Элементы кинетики биологических процессов.
ПК-1, ПК-2
Тема 18.
Обобщение: место физической
химии в окружающем мире и
ее роль в биохимических исследованиях.
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
Подготовка к
выполнению
проверочной
работы и домашнего задания. лабораторной работы.
преподавателя
методической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
СРС без
участия
преподавателя
5
Смотри список
учебнометодической
литературы
Содержание СРС
Подготовка к лабораторным работам – 12 работ - 36+36=72 часа
Результаты всех видов СРС оцениваются в баллах и являются основой БРС.
30
При выполнении СРС используются учебно-методические материалы, указанные в соответствующем разделе (см. таблицу Структура СРС)
График контроля СРС
Семестр 2
Недели
семестра
формы
контроля
Недели
семестра
формы
контроля
Семестр 3
Недели
семестра
формы
контроля
Недели
семестра
формы
контроля
1
2
3
4
5
6
7
8
9
лр1
дз
кр
Лр2
дз
кр
Лр3
рк
дз
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Лр4
кр
дз
Лр5
дз
кр
Лр6
рк
отчет
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Лр7
Дз
кр
Лр8
кр
дз
Лр9
рк
Лр7
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Лр10
кр
дз
Лр11
дз
кр
Лр12
рк
отчет
Условные обозначения: кр – контрольная работа, к – коллоквиум, р – реферат, д – доклад, ди
– деловая игра, рз – решение задач, кур – курсовая работа, ргз – расчетно-графическая задача,
дз – домашнее задание, лр – лабораторная работа,
Консультации
Консультации преподаватель проводит 1 или 2 раза в месяц по согласованному со студентами
по расписанию в режиме КСР (контроль самостоятельной работы студентов).
31
6. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При проведении занятий и организации самостоятельной работы студентов используются традиционные технологии сообщающего обучения, предполагающие передачу информации в готовом виде, формирование учебных умений по образцу: теоретическая часть лабораторной работы строится как: лекция-изложение, лекция-объяснение.
Использование традиционных технологий обеспечивает формирование когнитивного
(знаниевого) компонента профессиональных компетенций биолога-исследователя.
В процессе изучения теоретических разделов дисциплины, выполнения практических
заданий,
используются новые образовательные технологии обучения: лекциявизуализация.
При проведении лабораторных занятий используются:
 Технологии групповой учебной деятельности – осуществляется в группе при
совместном выполнении задания.
 При выполнении некоторых заданий студенты, используют экспериментальные данные напрямую, связанные с их исследовательской работой, либо получают эти данные сами непосредственно на занятии.
 Интерактивные формы проведения занятий: лабораторная работа, совместное решение задач.
Данные технологии обеспечивают включенность студентов в практическое решение
задач, которые впоследствии могут возникнуть в процессе реальной работы биологаисследователя.
32
7. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ
УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Оценка качества освоения дисциплины включает текущий контроль успеваемости, проведение итогового зачетного занятия.
Итоговая аттестация по итогам освоения дисциплины проводится в форме зачета (2 семестр) и экзамена (3 семестр).
Оценочные средства по дисциплине:
Перечень вопросов к зачету (экзамену) (к зачетному занятию (экзамену) допускаются
студенты, выполнившие все обязательные виды деятельности):
Химическая термодинамика, основные определения и понятия – термодинамические
системы, термодинамические состояния, параметры, процессы, функции состояния, особенности термодинамического подхода. Термодинамические равновесные системы и процессы.
Термодинамические параметры. Экстенсивные и интенсивные свойства. Термодинамические
процессы, самопроизвольные, несамопроизвольные, равновесные, неравновесные Внутренняя энергия, закон сохранения энергии. Понятие теплоты и работы.
Нулевой закон термодинамики. Понятие о температуре.
Первый закон термодинамики. Энтальпия. Объемно-механическая энергия. Как вводится понятие об энтальпии в химической термодинамике. Применение 1 закона термодинамики к различным процессам. Способы расчета работы, изменения внутренней энергии, энтальпии, теплоты для различных процессов.
Термохимия. Теплоемкость и ее виды. Температурная зависимость теплоемкости. Виды
тепловых эффектов. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и его следствия. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры, уравнения Кирхгоффа, их вывод и
решения в трех приближениях. Взаимосвязь изобарного и изохорного теплового эффекта химической реакции.
Второй закон термодинамики и его формулировки. Идеальная тепловая машина. Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины. Термодинамический анализ цикла Карно. Приведенная теплота. Различные формулировки второго начала термодинамики.
Направление естественных процессов. Энтропия. Энтропия как критерий направленности
процесса в изолированных системах. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах, неравенство Клаузиуса. Энтропия и вероятность. Определение абсолютной энтропии.
Вычисление изменения энтропии в различных процессах, в ходе химической реакции. Расчет
изменения энтропии с участием идеальных газов. Зависимость энтропии от температуры (3
приближения). Абсолютная энтропия. Третий закон термодинамики.
Объединенный I и II законы термодинамики.
Характеристические функции. Максимальная полезная работа. Термодинамические потенциалы и их взаимосвязь. Энергия Гиббса, энергия Гельмгольца и их свойства. Уравнения
Максвелла. Практическое использование уравнений Максвелла. Уравнение ГиббсаГельмгольца и его роль в химии. Критерии направления процесса для изолированных, закрытых и открытых систем. Химический потенциал. Химический потенциал для идеальных и
реальных систем, активность, фугитивность.
Химическое равновесие, условия химического равновесия. Виды констант химического
равновесия и их взаимосвязь. Закон действия масс, его кинетический вывод. Закон действия
масс для гомогенных и гетерогенных реакций. Принцип Ле-Шателье. Зависимость констант
равновесия от температуры (вывод уравнения и его анализ). Уравнения изотермы, изохоры,
изобары химической реакции и их вывод и анализ.
33
Растворы различных классов. Различные способы выражения состава растворов, смеси
идеальных газов, закон Дальтона. Современные представления о природе жидкостей и растворов. Термодинамика растворов. Гомогенные системы, идеальные и реальные растворы.
Общие свойства растворов. Парциальные молярные величины. Уравнение Гиббса-Дюгема.
Свойства идеальных и реальных растворов.
Давление насыщенного пара жидких растворов. Законы идеальных жидких растворов –
закон Рауля. Диаграммы давления. Коллигативные свойства растворов – эбуллиоскопия (вывод основного уравнения), криоскопия (вывод основного уравнения), осмос и осмотическое
давление, устройство осмометра, формула Вант-Гоффа для расчета осмотического давления
(уметь объяснять причины возникновения закона Рауля, криоскопии, эбулиоскопии). Методы
определения и расчета криоскопических и эбуллиоскопических констант. Отклонения от закона Рауля. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля (причины их проявления, примеры, сравнительный анализ).
Равновесие жидкость-пар в бинарных системах. Вывод взаимосвязи состава идеального
раствора и состава насыщенного пара над данным раствором. Виды диаграмм состояния
применяемых для анализа бинарных систем жидкость-пар. Диаграммы кипения и методика
их построения и анализа. Правило рычага для диаграмм кипения. Первый закон Коновалова.
Перегонка без отбора пара (уметь объясниять). Разделение неограниченно растворимых жидкостей. Простая, фракционная перегонка. Ректификация. Устройство ректификационной колонны. Диаграммы кипения и давления для растворов с сильными отклонениями от закона
Рауля. Второй закон Коновалова. Азеотропные смеси, их свойства, методы разделения. Перегонка азеотропов (уметь объяснять).
Фазовое равновесие. Фазовые переходы I и II рода. Уравнения Клапейрона и Клайперона-Клаузиуса (выводы и решения) и его применение к различным фазовым переходам первого рода. Гетерогенные системы. Гетерогенное фазовое равновесие. Понятия: фаза, компонент,
число компонент, число степеней свободы (виды классификации систем в соответствии с
данными понятиями). Правило фаз Гиббса. Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды и серы и их анализ. Двухкомпонентные системы. Термический анализ. Различные
диаграммы состояния и их анализ на основе правила фаз Гиббса. Диаграммы кипения, плавкости и расчеты по ним. Методика построения, анализа диаграмм кипения, растворимости.
Правило рычага для диаграмм плавкости.
Поверхностные явления (причины возникновения). Внутреннее давление и факторы,
влияющие на него. Поверхностное натяжение жидкостей и факторы, влияющие на него. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества (классификация и примеры).
Поверхностная активность. В каком направлении протекают процессы на границе раздела
фаз (термодинамический вывод и анализ).
Сорбция, абсорбция, адсорбция. Виды адсорбции. Уравнение адсорбции Гиббса. Адсорбенты. Адсорбция газов на твердых телах. Дефекты кристаллической решетки. Изотермы
адсорбции. Уравнение изотермы адсорбции Генри, Лэнгмюра, Фрейндлиха, Гиббса, БЭТ. Основные положения теории адсорбции Лэнгмюра (газ-твердое тело). Определение констант в
адсорбционных уравнениях Фрейндлиха и Лэнгмюра. Адсорбция на границе раздела газжидкость. Полимолекулярная адсорбция.
Химическая кинетика, ее основные понятия. Скорость химической реакции. Основной
постулат химической кинетики. Понятие порядка, молекулярности. Кинетика необратимых
гомогенных реакций 0-го, 1-го, 2-го, 3-го, n-го порядков. Методы определения порядка. Кинетика сложных реакций. Кинетика обратимых, параллельных, последовательных реакций.
Влияние температуры на скорость химических реакций – правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Энергия активации (понятие и методы определения и расчета). Основные
теории химической кинетики – теория активных столкновений и теория переходного состояния (вывод основных закономерностей и анализ).
34
Катализ и его закономерности. Виды катализа – гомогенный (особенности и элементы
теории, иодирование ацетона), гетерогенный (особенности и стадии), ферментативный. Основные свойства катализаторов. Факторы, влияющие на катализ. Гетерогенный катализ –
теория мультиплетов Баландина. Примеры применения теории Баландина (получения непредельных углеводородов и предельных альдегидов из предельных спиртов, бензола из ацетилена).
Общие сведения о кинетике и механизмах ферментативных реакций. Особенности
ферментативных реакций. Понятие об энзимологии. Уравнение Михаэлиса-Ментен (вывод),
его анализ. Определение констант уравнения Михаэлиса-Ментен.
Электрохимия, основные понятия. Коллигативыне свойства растворов электролитов,
изотонический коэффициент и метод его расчета. Теория слабых электролитов Аррениуса
(электролитическая диссоциация (вещества с ионной и ковалентной связью), константа диссоциации и степень диссоциации слабого электролита, закон разбавления Оствальда - вывод), ее недостатки. Теории сильных электролитов (ионная атмосфера, электрофоретический
и релаксационный эффекты, понятие активности, ионной силы, коэффициент активности – 3
приближения уравнения Дебая-Хюккеля для расчета коэффициента активности). Понятие
средней активности и среднего коэффициента активности.
Электропроводность – удельная и эквивалентная (как вводятся эти понятия и их размерности). Факторы, влияющие на удельную и эквивалентную электропроводность. Две
формулировки понятия удельной электропроводности (вывод уравнения) Скорость и подвижность ионов. Измерение электропроводности, ее практическое применение. Закон Кольрауша. Метод определения степени диссоциации слабого электролита на основании данных
по эквивалентной электропроводности.
Электрохимические элементы. ЭДС гальванического элемента. Правило знака ЭДС.
Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Уравнение Нернста для ЭДС. Определение ЭДС. Возникновение межфазных скачков на границах раздела фаз. Двойной электрический слой. Электродный потенциал. Классификация электродов, электроды I,II рода. Примеры устройства электродов I и II рода. Газовые электроды. Водородный электрод. Хлорсеребряный электрод.
Неравновесные электродные процессы. Электролиз. Перенапряжение водорода
Элементы неравновесной термодинамики.
Стационарное состояние. Аттрактор. Формула Тейлора. Устойчивость стационарных
состояний (случай одного уравнения): понятие об устойчивости, аналитический метод определения типа устойчивости (метод Ляпунова), графический метод определения типа устойчивости.
Решение системы двух линейных автономных ОДУ. Анализ устойчивости поведения
данных моделей вблизи особых точек. Типы особых точек.
Фазовая плоскость. Изоклины. Построение фазовых портретов. Кинетические кривые.
Анализ кинетической модели системы линейных химических реакций, модель хищникжертва.
Тематика задач
Основные понятия термодинамики. I закон термодинамики. Термохимия
0, II, III законы термодинамики. Энтропия. Характеристические функции
Термодинамика растворов. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов и электролитов.
Химическое и фазовое равновесия.
Построение, анализ, расчеты по диаграммам кипения и плавкости.
Адсорбция и поверхностные явления.
Химическая кинетика. Катализ. Ферментативный катализ
Электрохимия
35
Основной технологией оценки уровня сформированности компетенции(й) является:
балльно-рейтинговая система оценки успеваемости студентов (Приказ от 06.03.2012 №
348/01-04 "О введении "Порядка реализации балльно-рейтинговой системы оценки учебной
работы обучающихся в ФГБОУ ВПО "УдГУ").
Общее количество баллов = 100 баллов.
Посещение занятий и работа студента на самом занятии оценивается до 2 баллов.
Проверочные контрольные работы оцениваются до 4 баллов
Домашнее задание оценивается до 3 б.
Лабораторная работа оценивается в 2 балла
Рубежная контрольная работа оценивается до 15 баллов.
Число баллов, выделяемое на зачет (экзамен) до 40 баллов
Дисциплина считается освоенной, если на этапе промежуточной аттестации (Сумма
баллов двух рубежных контролей с учетом дополнительных баллов) обучающийся набрал не
менее 40 баллов и итоговый рейтинг обучающегося по дисциплине за семестр составляет не
менее 61 балла.
Схема перевода баллов в традиционную оценку
Сумма баллов двух рубежных контролей с учетом дополнительных баллов
Экзамен (зачет)
40
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
2
3
4
5
58
59
60
36
Таблица перевода итоговых баллов БРС в традиционную систему оценок
Баллы
Полная запись
Сокращенная запись
88-100
Отлично
отл.
74-87
Хорошо
хор.
61-73
Удовлетворительно
удовл.
0-60
Неудовлетворительно
неуд.
зачтено
61-100
Примерные тестовые задания для домашнего выполнения (конкретные тексты задания выдаются студентам через систему ИИАС и на бумажном носителе):
Домашнее задание (пример 1)
Выполнить на отдельных листах (тетрадь для решения домашних работ заводить не надо) с приведением всех необходимых выводов формул, основных и промежуточных расчетов. Решение довести до ко нкретного цифрового значения (как минимум три значащих цифры, но три знака после запятой, например
0,00489 или 1,428·10 –3) c указанием размерности. Решение должно быть прозрачно. При решении использовать систему СИ.
Для решения задачи можно воспользоваться литературой:
КРАТКИЙ СПРАВОЧНИК ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (изд-во УдГУ).
КРАТКИЙ СПРАВОЧНИК ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (под ред. А.А.Равделя и А.М.Пономаревой)
1983 год издания или другие года издания
Если возникают проблемы с поиском исходных данных ЗАРАНЕЕ спросить преподавателя.
Сделать термодинамический расчет равновесного состава реакционной смеси для данной гетерогенной или гомогенной химической реакции (коэффициенты не расставлены) при заданной температуре и заданном давлении.
Считать, что в начальный момент времени исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении, а продукты отсутствуют.
Если не указано агрегатное состояние вещества считать, что это газ.
Расчет выполнять строго по пунктам. Решение должно быть прозрачно: сначала формульное решение, затем подставить числа и выполнить расчет, указать размерность.
1) Составить таблицу со справочными данными :
Вещество
1 вещество
(агрегатное состояние)
...
Записать рассчитанное изменение параметра с учетом стехиометрических коэффициентов
2)
3)
4)
5)
6)
7)
ΔHоf,298
Sо,298
кДж/моль
Дж/(моль К)
...
ΔH(xp)
ΔS (xp)
Коэфф. уравнения температурной
зависимости теплоемкости
а
b
c
c'
...
...
...
...
Δa(xp)
Δb(xp)
Δc(xp)
Δc’(xp)
Рассчитать изменение энтальпии в ходе химической реакции при стандартных условиях.
Пересчитать изменение энтальпии в ходе химической реакции на заданную температуру (теплоемкость
всех веществ зависит от температуры).
Рассчитать изменение энтропии в ходе химической реакции при стандартных условиях.
Пересчитать изменение энтропии в ходе химической реакции на заданную температуру (теплоемкость
всех веществ зависит от температуры).
На основании полученных данных в п3 и п5 найти значение энергии Гиббса при заданной температуре.
На основании полученных данных в п6 рассчитать значение константы равновесия при заданной температуре.
37
8)
9)
10)
11)
№
Для данной гомогенной или гетерогенной химической реакции записать выражение для константы химического равновесия
Для данной гомогенной или гетерогенной химической реакции определить размерность для константы
химического равновесия
Для данной гомогенной или гетерогенной химической реакции вывести математические выражения для
расчета равновесного состава реакционной смеси при заданных температуре и давлении.
На основании данных полученных в п10 выполнить расчет состава реакционной смеси.
Исполнитель
Заданные условия
расчета
о
T, С
P, атм.
Реакция
1
H2C=C=CH-CH3 + H2 = H3C-CH=CH-CH3 (транс)
800
0,5
2
H2C=CH–CH2 + H2 = H3C–CH2–CH3
500
0.5
3
C2H5OH = CH3COH + H2
600
0,5
Домашнее задание (пример 1)
Дана зависимость состава жидкой (Ж) и газообразной (П) фаз от температуры для бинарной жидкой системы при постоянном давлении P. Составы x и y выражены в мольных процентах компонента 1.
Пусть нагревание жидкости происходит без отбора пара.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Построить на миллиметровой бумаге график зависимости состав–температура кипения (диаграмму кипения). Рекомендации: Размер полученной диаграммы должен быть не менее 10 на 10 см, график должен занимать все поле координатных осей, иначе будет трудно выполнить графический расчет.
При какой температуре начнется кипение системы, содержащей А мол. % компонента первого
компонента ? Показать графически почему Вы так решили
Каков состав первого пузырька пара ? Показать графически почему Вы так решили
При какой температуре исчезнет последняя капля жидкости ? Показать графически почему Вы так решили
Какой состав последней капли жидкости ? Показать графически почему Вы так решили
В каком интервале температур жидкость полностью выкипает ? Показать графически почему Вы так решили
Определить состав пара, находящегося в равновесии с раствором, кипящем при Т1 – показать графически
как Вы это сделали (если у Вас диаграмма кипения азеотропа, то укажите оба состава пара – правая и левая
части графика);
Подсчитайте число степеней свободы для каждой области диаграммы (области: жидкости, пара, жидкостьпар).
Данная диаграмма кипения соответствует растворам: подчиняющимся законам Рауля, с положительными отклонениями от закона Рауля, с отрицательными отклонениями от закона Рауля ?
Вариант 4
Компонет 1
Этанол
Компонент 2
бензол
T кип, град С
80,2
T1 =
75
A=
80
69,7
68,3
68,1
68,4
69
71,5
78,5
Этанол
ж
0
15,5
30,2
50,1
60
70
84,2
100
Этанол
п
0
33,4
40,7
46,4
50,2
54,4
67,5
100
Примеры проверочных заданий, выдаваемых в начале занятия на 10-12 мин.
Проверочное задание (пример 1)
Опрос по теме: Термохимия. Второй закон термодинамики
1) Запишите аналитическое решение уравнения Кирхгофа для изобарных условий, когда ΔСp=f(T)
2) Исходя из математического выражения Второго закона термодинамики для обратимого процессов выведите
неравенство Клаузиуса.
3) Запишите математическое выражение, позволяющее рассчитать тепловой эффект химической реакции по
теплотам (энтальпиям) образования
38
Проверочное задание (пример 2)
Опрос по теме: по теме: Катализ. Растворы. Коллигативные свойства растворов
Привести полное словесное описание и привести необходимые иллюстрации и схемы для объяснения явления
криоскопии по плану: Привести словесное определение понятия криоскопия. Приведите словесное определение
понятия температура замерзания и показать на диаграмме состояния растворителя эту температуру. Приведите
подробное словесное объяснение явления криоскопия на основании закона Рауля и диаграммы состояния однокомпонентной системы. Записать основное уравнение криоскопии. Привести словесное определение понятия
криоскопическая постоянная (то есть её физический смысл). Размерность криоскопической постоянной. Привести формулу, позволяющую рассчитать значение криоскопической постоянной на основании термодинамических данных. Пояснить все обозначения в формуле для расчета криоскопической постоянной.
ПРИМЕР РГЗ ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ И ХИМИЧЕСКОМУ РАВНОВЕСИЮ
Используя законы термодинамики исследовать предложенные химические пр оцессы в температурном
интервале 298–400–500–600 оС и давлении 0.5–1.0–5.0-10.0 атмосфер.
1) Считать, что в начальный момент исходные вещества взяты в стехиометрическом соотношении, а продукты отсутствуют.
2) Термодинамические данные при стандартных условиях взять из справочника (напр. «Краткий справочник физико-химических величин» и других).
3) Рассчитать температурную зависимость ΔH, ΔS, ΔG для указанных температур. В расчетах использовать
температурную зависимость изобарной теплоёмкости.
4) Рассчитать зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры.
5) Рассчитать величину Кр химической реакции при всех сочетаниях температуры и давления.
A. исходя из уравнений Гиббса-Гельмгольца и изотермы химической реакции.
B. на основе уравнения изобары химической реакции, исходя из рассчитанной К р при
стандартных условиях
C. Сравнить результаты расчетов по методу A) и методу B).
6) Рассчитать составы равновесной смеси при всех сочетаниях температуры и давления.
7) Итоговые результаты свести в сводные таблицы.
8) Построить график, иллюстрирующий зависимость выхода целевого продукта (в случае нескольких продуктов – нужный отмечен *) от температуры и давления.
9) Проанализировать полученные результаты в соответствии с принципом Ле-Шателье–Брауна.
Оформление:
1) Титульный лист (название, исполнитель, дата сдачи, дата получения зачета по комплексной задаче)
2) Теоретическая часть (дать определения законов, понятий, формул, используемых в ходе подготовки к
выполнению задания).
3) Расчетная часть (описать алгоритм расчета, привести все входные параметры и расчетные данные).
4) Выводы
5) Список литературы в соответствии с правилами (есть в читальном зале).
ПРИМЕР РГЗ: УРАВНЕНИЕ КЛАПЕЙРОНА-КЛАУЗИУСА И КОЛЛИГАТИВНЫЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
1) На основании термодинамических таблиц определите энтальпию (теплоту) испарения Hисп вещества А.
2) Зная Hисп вещества А и давление его насыщенных паров P1 при температуре T1 определите температуру
кипения вещества А при давлении P2
3) Зная Hисп вещества А и давление его насыщенных паров P1 при температуре T1 оцените (определите) температуру кипения вещества А при стандартных условиях
4) Зная Hисп вещества А и давление его насыщенных паров P1 при температуре T1 определите величину давления насыщенных паров вещества А при температуре T2
5) На основании значения
Hисп и Ткип , рассчитанной в п.3 рассчитайте значение эбулиоскопической постоянной Вашего вещества A.
6) Пусть в веществе А растворено вещество В в количестве С % (масс.) (то есть имеется раствор вещ ества B в веществе А).
Для данного раствора рассчитайте:
6.1) Моляльную концентрацию растворенного вещества B
39
6.2) Давление насыщенного пара вашего вещества A над данным раствором в при температуре T1, если давление
насыщенного пара вещества А при данной температуре в чистом виде равно P1
6.3) Температуру кипения данного раствора (эбулиоскопическая постоянная рассчитана в п.5).
6.4) Осмотическое давление данного раствора при стандартных условиях, если плотность раствора равна D
6.5) Изменение энтропии в процесс образования данного раствора при стандартных условиях
6.6) Изменение энергии Гиббса в процесс образования данного раствора при стандартных условиях
Данная контрольно-оценочная технология обеспечивает оценку уровня освоения профессиональных компетенций.
40
8 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
1.
2.
3.
4.
5.
Основная литература
Стромберг, А.Г.,Семченко Д.П. Физическая химия : учеб. для вузов рек. МО РФ. - М. :
Высш. шк., 2006
Бажин, Н. М.,Иванченко В. А. Термодинамика для химиков : учеб. для вузов рек. МО
РФ. - М. : Химия : КолосС, 2004
Макарова, Л.Л.,Вербюк Д.А. Физическая химия : учеб. пособие. - Ижевск : Изд-во
УдГУ, 2004
Салем, Р. Р. Физическая химия. Термодинамика : учеб. пособие для вузов рек. УМО. М. : Физматлит, 2004
Практикум по физической и коллоидной химии. Составитель Широбоков И.Б.
Ижевск, 2004 г. 182 с.
Дополнительная литература
Евстратова К.И. и др. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 1990.
Салем, Р. Р. Физическая химия. Начала теоретической электрохимии : [учеб. пособие]. - М. : КомКнига, 2005
Эткинс, П.,Паула Дж. де Физическая химия : [учебник] : в 3 ч. . Ч. 1 . Равновесная
термодинамика. - М. : Мир, 2007
Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам.-М.: Мир,
1980.
Уильямс В., Уильямс Х. Физическая химия для биологов.- М.: Мир, 1976.
Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию.- М.:Высшая
школа, 1989.
Макарова Л.Л., Вербюк Д.А. Физическая химия. Ижевск 2004 г.
Макарова Л.Л. Термодинамика химических процессов. Ижевск, 1996.
Современное естествознание : Энцикл.:В 10т. . Т.1 . Физическая химия. - М. : Магистр-Пресс, 2000
Краснов, К.С.,Воробьев Н.К. Физическая химия : В 2кн. . Кн.1 . Строение вещества.Термодинамика:[Учеб.для вузов рек.МО РФ]. - М. : Высш.шк., 2001
Краснов, К.С.,Воробьев Н.К. Физическая химия : В 2кн. . Кн.2 . Электрохимия.Химическая кинетика и катализ:[Учеб.для вузов рек.МО РФ]. - М. : Высш.шк.,
2001
Балезин С.А. и др. Основы физической и коллоидной химии. М.: Просвещение, 1975.
Практическое руководство к лабораторным работам и семинарам по физической и
коллоидной химии. Изд-во Удмуртский университет, Ижевск, 1994.
Некоторые задачники доступные в библиотеке УдГУ
Гамеева, О.С. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной химии : [Для
хим. техникумов]. - М.: Высш. школа, 1980
Захарченко, В.Н. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной химии :
Учеб.пособие. - М.: Просвещение, 1978
Киселева, Е.В.,Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии : Для
хим.-технол.вузов. - М.: Высш.шк., 1983
Лабовиц Л.,,Аренс Дж. Задачи по физической химии с решениями. - М.: Мир, 1972
Кудряшов, И.В.,Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии :
Учеб.пособие для хим.-технол.спец.вузов. - М.: Высш.шк., 1991
41
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Картушинская, А.И.,Лельчук Х.А. Сборник задач по химической термодинамике :
Учеб.пособие для вузов. - М.: Высш.шк., 1973
Плетенев, С.А.,Скляренко С.И. Сборник примеров и задач по физической химии :
учеб. пособие для втузов. - М.,Л.: Госхимтехиздат, 1934
Парфенов, Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии : Учеб.пособие для
пед.ин-тов. - М.: Учпедгиз, 1960
Стромберг, А.Г.,Лельчук Х.А. Сборник задач по химической термодинамике :
Учеб.пособие для хим.и хим.-технол.спец.вузов. - М.: Высш.шк., 1985
Макарова, Л.Л.,Овечкина О.А. Семинары по физической химии : метод. пособие для
преподавателя. - Ижевск, 2004
Макарова, Л.Л.,Овечкина О.А. Семинары по физической химии : Учеб.пособие для
студентов ун-тов по спец.011000 "Химия". - Ижевск, 2004
Макарова, Л. Л.,Овечкина О. А. Семинары по физической химии : Учеб.пособие для
студентов ун-тов. - Ижевск: Удмуртский госуниверситет, 2004
Интернет-ресурсы
Наименование разработки
в электронной форме
Лабораторный практикум по
физической и коллоидной
химии. Составитель Широбоков И.Б.
В.В.Еремин, С.И.Каргов,
Н.Е.Кузьменко
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Часть I. Химическая термодинамика
В.В. Еремин, С.И. Каргов,
Н.Е. Кузьменко
ЗАДАЧИ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Часть 2. Химическая кинетика. Электрохимия
Кубасов Алексей Алексеевич
Химическая кинетика и катализ.
Учебные материалы по физической химии
(сайт электронной библиотеки химического факультета МГУ)
Сергей Иванович Левченков
ЛЕКЦИИ ПО КУРСУ
"ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ"
Ссылка на информационный ресурс
Технология
Доступность
http://www.distedu.ru/edu5/
Электронный
ресурс
Неограниченный доступ
http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/erem
in1/welcome.html
Мультимедийный сайт
Неограниченный доступ
http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/ere
min/welcome.html
Мультимедийный сайт
Неограниченный доступ
http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/ku
basov/welcome.html
Электронный
ресурс
Неограниченный доступ
http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/ph
ys.html
Электронный
ресурс
Неограниченный доступ
http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Sourc
e/PCC/
Мультимедийный сайт
Неограниченный доступ
42
Бесплатное программное обеспечение
Абраменков А. В.
Программа для численного моделирования кинетики сложных химических реакций "KINET"
http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/KINET2012/welcome.html
Электронно-библиотечные системы:
1. Сайт химического факультета МГУ – http://www.chem.msu.su
2. Издательство ЛАНЬ - http://www.lanbook.com/
3. Научная электронная библиотека http://elibrary.ru/defaultx.asp
4. Библиотека УдГУ http://lib.udsu.ru
5. Национальная библиотека Удмуртской Республики http://unatlib.org.ru/
Периодические научные издания
1) Журнал Физическая химия
2) Вестник Московского госуниверситета. Серия Химия
Методические рекомендации преподавателю
Лекции. Методика чтения лекций
Лекции являются одним из основных методов обучения по дисциплине, которые должны решать следующие задачи:
 изложить важнейший материал программы курса, освещающий основные моменты;
 развить у студентов потребность к самостоятельной работе над учебной и научной
литературой.
Главной задачей каждой лекции является раскрытие сущности темы и анализ ее главных положений. Рекомендуется на первой лекции довести до внимания студентов структуру
курса и его разделы, а в дальнейшем указывать начало каждого раздела, суть и его задачи, а,
закончив изложение, подводить итог по этому разделу, чтобы связать его со следующим.
Содержание лекций
Содержание лекций определяется рабочей программой курса. Крайне желательно, чтобы каждая лекция охватывала и исчерпывала определенную тему курса и представляла собой
логически вполне законченную работу. Лучше сократить тему, но не допускать перерыва ее в
таком месте, когда основная идея еще полностью не раскрыта.
Методика проведения лабораторных занятий
Целями проведения лабораторных работ являются:
 установление связей теории с практикой в форме экспериментального подтверждения положений теории;
 обучение студентов умению анализировать полученные результаты;
 контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса;
43
 обучение навыкам профессиональной деятельности
Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если
выполнению эксперимента предшествует определенная подготовительная внеаудиторная работа. Поэтому преподаватель обязан довести до всех студентов график выполнения лабораторных работ с тем, чтобы они могли заниматься целенаправленной домашней подготовкой.
Перед началом очередного занятия преподаватель должен удостовериться в готовности
студентов к выполнению лабораторной работы путем короткого собеседования и проверки
наличия у студентов заготовленных протоколов проведения работы.
Методические рекомендации для студентов
Успешное освоение дисциплины предполагает активное, творческое участие студента
путем планомерной, повседневной работы.
Общие рекомендации
Изучение дисциплины следует начинать с проработки рабочей программы, особое внимание, уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
Работа с конспектом лекций
Просмотрите конспект сразу после занятий, отметьте материал конспекта лекций, который вызывает затруднения для понимания. Попытайтесь найти ответы на затруднительные
вопросы, используя рекомендуемую литературу. Если самостоятельно не удалось разобраться
в материале, сформулируйте вопросы и обратитесь за помощью к преподавателю на консультации или ближайшей лекции.
Регулярно отводите время для повторения пройденного материала, проверяя свои знания, умения и навыки по контрольным вопросам.
Выполнение лабораторных работ
На занятии получите у преподавателя график выполнения лабораторных работ. Обзаведитесь всем необходимым методическим обеспечением.
Перед посещением лаборатории изучите теорию вопроса, предполагаемого к исследованию, ознакомьтесь с руководством по соответствующей работе и подготовьте протокол
проведения работы, в который занесите:

название работы;

заготовки таблиц для заполнения экспериментальными данными наблюдений;

уравнения химических реакций превращений, которые будут осуществлены при
выполнении эксперимента;

расчетные формулы.
Оформление отчетов должно проводиться после окончания работы в лаборатории или в
другом отведенном под занятия месте.
Для подготовки к защите отчета следует проанализировать экспериментальные результаты, сопоставить их с известными теоретическими положениями или справочными данными, обобщить результаты исследований в виде выводов по работе, подготовить ответы на вопросы, приводимые в методических указаниях к выполнению лабораторных работ.
44
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
№
п/п
1
Наименование оборудования
Кол-во
Мультимедийный комплект (ноутбук +
проектор + экран)
1
Примечание
(сведения о наличии, необходимости обновления, приобретения
Есть
Основное оборудование по дисциплине для выполнения лабораторного практикума
Примечание
№
Наименование оборудования
Кол-во
(сведения о наличии,
п/п
необходимости обновления, приобретения
1
Мультимедийный комплект (ноутбук + проектор
1
Есть
+ экран)
2
Мерные колбы на 50 мл
12
Есть
3
Мерные колбы на 100 мл
6
Есть
4
Мерные колбы на 250 мл
6
Есть
5
Мерные колбы на 1000 мл
2
Есть
6
Бюретка на 25-50 мл
6
Есть
7
Стакан химический на 100 мл
6
Есть
8
Стакан химический на 150 мл
6
Есть
9
Стакан химический на 250 мл
6
Есть
10 Микрогруши
6
Есть
11 Штатив с лапками
6
Есть
12 Цилиндр мерный на 50 мл
6
Есть
13 Цилиндр мерный на 100 мл
6
Есть
14 Цилиндр мерный на 250 мл
2
есть
15 Цилиндр мерный на 500 мл
2
есть
16 Воронки стеклянные диаметр 50 мм
6
Есть
17 Воронки стеклянные диаметр 80-100 мм
6
Есть
18 Набор ареометров
1
Есть
19 Пипетки с делениями на 0,1 мл
3
Есть
20 Пипетки с делениями на 1 мл
6
Есть
21 Пипетки с делениями на 2 мл
6
Есть
22 Пипетки с делениями на 5 мл
6
Есть
23 Пипетки с делениями на 10 мл
6
Есть
24 Пипетки с делениями на 25 мл
6
Есть
25 Штатив под пипетки
6
Есть
26 Весы технические на 200 гр цена деления 0,01 г.
1
Есть
27 Капельница
6
Есть
28 Сушильный шкаф
1
Есть
29 Сушилка электрическая типа «елочка»
1
Есть
30 Установка для калориметрических измерений с
1
Есть
мешалкой
31 Ступка с пестиком
1
Есть
32 Термометр с ценой деления 0,01 град (диапазон
1
Есть
45
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
0-50 град. С)
Термометр с ценой деления 1 град (диапазон 0100 град. С)
Секундомер
Термометр Бекмана
Установка для криоскопических измерений
Фотоэлектрокалориметр
Кюветы (толщина 10 мм)
Колбы конические на 250 мл с пробками
Колбы конические на 100 мл с пробками
Активированный уголь
Встряхиватель (устройство для перемешивания
растворов на 6 мест)
Большие пробирки
Термостат
Потенциометр
Гальванометр
Нормальный элемент Вестона
Цинковая пластина
Медная пластина
Хлорсеребряный электрод
Наждачная бумага (лист 10*10 см)
Торсионные весы на 250-500 мг
Микроскоп 100-200 кратное увеличение
Пробирки
Штатив для пробирок
Угольник металлический
Микрометр
1
Есть
3
1
1
2
4
12
6
50 г
1
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
2
1
1
1
1
2
2
1
12 лист
1
1
20
2
1
1
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть
Есть