Твердое состояние вещества, особенности. Классификация кристаллических решеток.
Плазма – 4-е агрегатное состояние вещества. Использование плазмы в химической технологии.
Практическое занятие. Решение задач с применение газовых законов. Решение задач с целью определения параметров газовой смеси. Расчеты с использованием уравнения состояния идеального газа.
Лабораторная работа. Определение поверхностного натяжения жидкости.
Студенты должны:
знать сущность молекулярно-кинетической теории, основные свойства агрегатных веществ, формулировки и математическое изложение газовых законов, численные значения универсальной газовой постоянной.
иметь представление о вязкости жидкостей и газов, значении вязкости и поверхностного натяжения для различных технологических процессов, типах кристаллических решеток твердых веществ, плазменном состоянии вещества, применении плазмы в химической технологии.
уметь производить расчеты параметров газов, газовых смесей, жидкостей; проводить лабораторные исследования жидкостей, обосновывать достоверность результатов лабораторных исследований и расчетов.
Тема 1.2. Основы химической термодинамики.
Предмет термодинамики, его сущность и значение для изучения химических процессов. Основные термодинамические понятия: система, процесс, функции состояния и функции процесса.
Первый закон термодинамики. Теплоемкость веществ. Внутренняя энергия и энтальпия системы. Теплоемкость смеси.
Работа расширения газа. Термодинамические свойства газов и газовых смесей.
Термохимия. Тепловой эффект реакции, как мера измерения внутренней энергии (изохорный процесс) и энтальпии (изобарный процесс) в химических системах Соотношения между ними. Закон Гесса – основной закон термохимии. Вычисление тепловых эффектов реакций по стандартным теплотам образования и сгорания компонентов реакции. Теплота растворения. Теплота нейтрализации. Закон Кирхгоффа.
Второй закон термодинамики. КПД термодинамического цикла Карно. Энтропия. Термодинамические свойства пара. Свободная энергия системы. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Принцип минимума свободной энергии.
Практические занятия. Расчет тепловых эффектов реакций по закону Гесса и справочной литературе, теплоемкости веществ.
Расчет Энергии Гиббса с применением справочных данных.
Лабораторная работа. Определение теплоты растворения соли.
Студенты должны:
знать основные понятия, формулировку и 1-го закона термодинамики, закон Гесса и следствия из него, понятие теплового эффекта реакции и зависимость его от различных факторов, связь между изохорным и изобарным тепловыми эффектами, способы определения направления протекания самопроизвольных процессов;
иметь представление о сущности и значении термодинамики для изучения химических процессов;
уметь производить расчеты теплот сгорания, определять тепловой эффект реакции по теплотам образования и теплотам сгорания веществ, участвующих в реакции, измерять теплоту растворения вещества калориметрическим методом, рассчитывать теплоемкость газовой смеси, рассчитывать изменение свободной и связанной энергии в химической реакции и делать выводы по результатам расчетов.
Тема 1.3. Химическая кинетика.
Понятие скорости химической реакции. Факторы, влияющие на скорость реакции. Кинетическая классификация реакций. Период полураспада. Цепные реакции, их особенности, стадии. Работы Н.Н. Семенова.
Практическое занятие. Расчеты кинетических параметров реакций и энергии активации.
Лабораторная работа. Изучение зависимости скорости реакции от концентрации исходных веществ и температуры.
Студенты должны:
знать основные кинетические параметры химических реакций, сущность энергии активации, особенности цепных реакций;
иметь представление об особенностях и стадиях цепных реакций, работах Н.Н.Семенова;
уметь определять скорость реакции, рассчитывать энергии активации.
Тема 1.4. Катализ.
Поверхностные явления и адсорбция. Изменение величины энергии активации химической реакции. Особенности каталитических реакций. Теория соединений гомогенного катализа. Автокатализ. Механизм гетерогенного катализа. Значение каталитических процессов в химической технологии.
Лабораторная работа. Построение изотермы адсорбции по экспериментальным данным (адсорбция уксусной кислоты на активированном угле).
Студенты должны:
знать особенности каталитических реакций, теорию промежуточных соединений гомогенного катализа, механизм действия катализатора;
иметь представление об автокатализе, механизме гетерогенного катализа, значении каталитических процессов в химической технологии;
уметь строить изотерму адсорбции по результатам эксперимента.
Контрольная работа по темам «Химическая термодинамика. Химическая кинетика. Катализ»
Тема 1.5. Химическое равновесие.
Обратимость химических реакций. Равновесие в гомогенных системах. Константы химического равновесия, выраженные через равновесные концентрации и равновесные парциальные давления. Связь между ними. Зависимость константы равновесия от различных факторов. Принцип Ле-Шателье. Факторы, влияющие на выход продукта.
Реакционная способность системы. Термодинамическая теория химического сродства.
Практические занятия. Расчет констант равновесия и выхода продукта реакции. Решение задач с применением принципа Ле Шателье, уравнения изотермы химической реакции. Расчеты равновесных концентраций
Лабораторная работа. Изучение влияния различных факторов на положение химического равновесия.
Студенты должны:
знать признаки истинного химического равновесия, формулы для расчета Кс и Кр, принцип Ле-Шателье, уравнение изотермы химической реакции;
иметь представление о факторах влияющих на константу равновесия, на выход продукта;
уметь пользоваться принципом Ле-Шателье, рассчитывать константы химического равновесия и равновесные концентрации, определять направление протекания химической реакции по величине энергии Гиббса.
Тема 1.6. Фазовое равновесие.
Основные понятия фазового равновесия. Равновесие в однокомпонентных системах Фазовые равновесия и свойства растворов. Правило фаз Гиббса. Диаграмма состояния однокомпонентной системы (воды). Фазовое равновесие в двухкомпонентной системе. Диаграмма состояния двух компонентной системы (сплава двух металлов). Эвтектический сплав. Правило рычага. Водно-солевые системы.
Студенты должны:
знать основные закономерности фазовых равновесий;
иметь представление о неизоморфно кристаллизующихся и изоморфно кристаллизующихся двухкомпонентных системах;
уметь читать диаграммы одно- и двухкомпонентных систем.
Практические занятия. Диаграмма состояния 1-2-х компонентной системы. Решение задач с применением диаграмм состояния. Построение диаграммы плавкости 2-х компонентной системы.
Тема 1.7. Растворы
Общая характеристика растворов. Термодинамические свойства растворов. Растворение как физико-химический процесс. Классификация растворов. Растворы твердых веществ в жидкостях. Гидратная теория растворов Д.И.Менделеева.
Явление осмоса. Обратный осмос, его практическое значение. Закон Вант-Гоффа. Изотонический коэффициент. Коэффициент активности.
Равновесие в системе «раствор-пар». Закон Рауля. Эбуллиоскопия и криоскопия, их применение.
Растворы жидкостей в жидкостях Классификация жидких бинарных систем. Идеальные жидкие смеси. Закон Рауля.
Диаграммы «состав-упругость «пара» и «состав-температура кипения» для идеальных и реальных жидких смесей. Законы Д.П. Коновалова. Разделение азеотропных смесей.
Жидкие смеси с ограниченной растворимостью компонентов. Кривые растворимости.
Гетерогенные жидкие смеси. Перегонка под вакуумом. Экстракция. Закон распределения.
Растворы газов в жидкостях Зависимость растворимости газов от различных факторов. Закон Генри. Закон Генри-Дальтона. Коэффициент абсорбции.
Практические занятия. Расчеты с использованием закона Рауля. Расчеты с использованием закона Вант-Гоффа. Расчеты различных способов выражения концентрации раствора.
Лабораторная работа. Определение кажущейся степени диссоциации бинарного электролита криоскопическим методом.
Студенты должны:
знать сущность гидратной (сольватной) теории растворов Д.И. Менделеева; способы выражения концентрации растворов; классификация растворов по агрегатному состоянию, законы Вант-Гоффа, Рауля, Коновалова, Генри; классификацию жидких смесей по признаку взаимной растворимости компонентов; разновидности, цели и сущность процессов перегонки;
иметь представление об области применения обратного осмоса, криоскопии, эбуллиоскопии, экстрагирования;
уметь производить расчеты различных способов выражения концентрации, рассчитывать осмотическое давление в разбавленных растворах, определять понижение упругости пара растворителя над раствором.
Тема 1.8. Электрохимия.
Основные разделы электрохимии, их прикладное значение. Электрическое сопротивление и проводимость различных сред. Теория сильных и слабых электролитов. Взаимные превращения электрической и химической энергии. Основные особенности химических и электрохимических процессов. Проводники первого и второго рода.
Удельная и эквивалентная электропроводность растворов электролитов. Зависимость их от различных факторов. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разбавлении. Закон Кольрауша.
Возникновение скачка потенциала на границе «Электрод – раствор». Равновесный электродный потенциал. Стандартный равновесный электродный потенциал как основная электрохимическая характеристика вещества. Ряд напряжений, его значение. Возникновение ЭДС. Гальванические элементы. Механизм возникновения в них тока. Диффузионный потенциал. Понятие о топливном элементе. Измерение ЭДС компенсационным способом.