новая папка 1 / 296133

В таблице аргумент и функции должны стоять в одной строке, а каждое их значение в своем столбце. Столбец должен иметь заголовок, указываю- щий название и единицу измерения приведенной в нем величины.

За независимые переменные принимают такие величины, как время, температура, давление, концентрация и т.п. При составлении таблицы зна- чения аргумента и соответствующих функций располагают в порядке воз- растания или убывания.

Каждое число в таблице должно содержать не больше и не меньше зна- чащих цифр, чем позволяет точность опытных данных.

3. Построение графиков

При построении графиков соблюдают следующие правила: значение независимой переменной (аргумента) откладывают по оси абсцисс (х), функции – по оси ординат (у). Какую из двух переменных считать незави- симой, следует обычно из эксперимента.

Масштаб при построении графика нужно выбирать так, чтобы коорди- наты любой точки графика могли быть определены быстро и легко. На ка- ждой координатной оси должно быть проставлено название представляе- мой величины и единицы, в которых эта величина измеряется.

При выборе шкалы по оси координат нет необходимости начинать с нулевого значения, если это не вызвано специальными соображениями (необходимость экстраполяции и т.п.).

Шкала для каждой переменной может начинаться с наименьшего ок- ругленного значения и заканчиваться наибольшим округленным значени- ем. Кривая графика должна проходить насколько возможно ближе ко всем нанесенным точкам, но не обязательно через каждую из них. Число точек по обе стороны кривой должно быть почти одинаковым. Кривую следует проводить возможно более тонкой линией.

4. Вычисление погрешностей эксперимента

Абсолютная погрешность: Х теор − Х эксп

Относительная погрешность:	Х теор − Х эксп	×100 %
	Х теор

где Хтеор – теоретическая величина, Хэксп – величина, определенная в ходе эксперимента.

МЕТОДИКА РЕЙТИНГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ПО КУРСУ «ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

Текущий контроль студентов проводится в дискретные временные интервалы преподавателем в следующих формах:

- коллоквиум;

10

15.Температура замерзания чистого бензола 278,500° К, а температура замерзания раствора, содержащего 0,2242*10-3кг камфоры в 3,055*10-2 кг

бензола, 278,254° К. Молярное понижение температуры кристаллизация бензола 5,16о. Определите молекулярную массу камфоры.

16.К очень слабым водным растворам для предотвращения замерзания

взимнее время обычно прибавляют глицерин. Допустив, что закон Рауля применим к растворам такой концентрации, вычислите количество глице- рина, который должен быть прибавлено, чтобы раствор, содержащий 0,1 кг воды, не замерзал до 268,16° К.

17.Раствор, содержащий 1,632*10-3 кг трихлоруксусной кислоты в 0,1 кг бензола, кристаллизируется при температуре на 0,350о ниже, чем чис- тый бензол. Определите, происходит ли диссоциация и ассоциация три-

хлоруксусной кислоты в бензольном растворе и в какой степени. Моляр- ное понижение температуры кристаллизации бензола равно 5,16о.

18.Раствор содержащий 0,001 моль хлорида цинка в 1 кг воды, замер- зает при 273,1545 К, а раствор, содержащий 0,0819моль хлорида цинка в 1

кг воды, – при 272,7746 К. Вычислите коэффициент i. Криоскопическая константа для воды 1,86о.

19.Температура плавления фенола 314°К. Раствор, содержащий 0,77*10-3 кг ацетанилида (C8H9O)N в 1,254*10 -2кг фенола, кристаллизуется при 310,25 К. Вычислите криоскопическую константу для фенола и тепло- ту плавления (Дж/кг) фенола, если молекулярная масса ацетанилида, рас- творенного в бензоле, соответствует его формуле.

20.Определите концентрацию водного раствора глюкозы, если этот раствор при 291° К изоосмотичен с раствором, содержащим 0,5*103 моль/м3 CaCl2, причем кажущаяся степень диссоциации последнего при указании температуры составляет 65,4%.

21.В 1*10-3 м-3 морской воды в основном содержатся соли (кг): NaCl –

27.2*10-3; CaSO4 – 1.3*10-3; MgCl3 – 3.4*10-3; CaCl2 – 0.6*10 -3; MgSO4 –

2.3*10-3. Вычислите осмотическое давление морской воды при 298 К.

22.Давление пара чистых CHCl3 и ССl4 при 25°С равны 26,54 и 15,27 кПа. Полагая, что они образуют идеальный раствор, рассчитайте давление пара и состав (в мольных долях) пара над раствором, состоящим из 1 моль

CHCl3 и 1 моль CCl4.

23.Дибромэтилен и дибромпропилен при смешении образуют почти идеальные растворы. При 80°С давление пара дибромэтилена равно 22,9 кПа, а дибромпропилена 16,9 кПа. Рассчитайте состав пара, находящегося

вравновесии с раствором, мольная доля дибромэтилена в котором равна 0,75. Рассчитайте состав раствора, находящегося в равновесии с паром, мольная доля дибромэтилена в котором равна 0,50.

24.Этанол и метанол при смешении образуют почти идеальные раство- ры. При 20°С давление пара этанола равно 5,93 кПа, а метанола 11,83 кПа. Рассчитайте давление пара раствора, состоящего из 100 г этанола и 100 г

31

метанола, а также состав (в мольных долях) пара над этим раствором при

20°С.

25.Давления пара чистых бензола и толуола при 60°С равны 51,3 и 18,5 кПа. При каком давлении закипит при 60°С раствор, состоящий из 1 моль бензола и 2 моль толуола? Каков будет состав пара?

26.Давления пара чистых С6Н5Сl и С6Н5Br при 140°С равны 1,237 бар и 0,658 бар. Рассчитайте состав раствора С6Н5Сl-С6Н5Br, который при давле- нии 1 бар кипит при температуре 140°С, а также состав образующегося па- ра. Каково будет давление пара над раствором, полученным конденсацией образующегося пара?

27.Температура кипения смеси вода-нафталин (несмешивающиеся жидкости) при давлении 97,7 кПа равна 98,0° С. Давление пара воды при этой температуре равна 94,3 кПа. Рассчитайте массовую нафталина в дис- тилляте.

28.Константа Генри для СО2 в воде при 25° С равна 1,25*106 Торр. Рас- считайте растворимость (в единицах моляльности) СО2 в воде при 25°С, если парциальное давление СО2 над водой равно 0,1 атм.

29.Константы Генри для кислорода и азота в воде при 25°С равна 4,40*109 Па и 8,68*109 Па, соответственно. Рассчитайте состав (в %) воз- духа, растворенного в воде при 25°С, если воздух над водой состоит из 80% N2 и 20% O2 по объему, а его давление равно 1бар.

30.Константы Генри для кислорода и азота в воде при 0°С равны 2,54*104 бар и 5,45*104 бар, соответственно. Рассчитайте понижение тем- пературы замерзания воды, вызванное растворением воздуха, состоящего

из 80% N2 и 20% О2 по объему при давлении 1,0 бар. Криоскопическая константа воды равна 1,86 К*кг*моль-1.

Фазовые равновесия

1.1.Определите состав пара, находящегося в равновесии с жидкостью, содержащей 30% пентана (рис. 4).

1.2.Сформулируйте первый закон Коновалова.

1.3.Выведите формулу, показывающую соотношение между составом жидкости и составом равновесного пара, считая, что данная система (рис.

4)подчиняется закону Рауля во всем диапазоне концентраций.

32

ты. Подготовка к работе осуществляется студентами самостоятельно. На лабораторные занятия студент должен явиться подготовленным с оформ- ленной теоретической частью отчета.

Выполнение лабораторных работ осуществляется по плану с учетом техники безопасности и правил работы с веществами и оборудованием и

сопровождается записью в отдельной тетради (лабораторном журнале), которая является одновременно и отчетом о проделанной работе. Все запи- си должны выполняться начисто чернилами в процессе работы. Графики строятся миллиметровой бумаге, под линейку, карандашом. Ни в коем случае не допускаются записи на отдельных листах.

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие сведения:

1)дата выполнения работы;

2)номер работы и ее название;

3)номер и название опыта;

4)рисунок или схему прибора, если пользовались прибором;

5)краткое описание работы, содержащее условия проведения опыта, качественные признаки;

6)уравнения всех протекающих реакций;

7)запись количественных результатов наблюдений желательно делать в форме таблицы;

8)расчеты, если работа носит количественный характер;

9)выводы.

Небрежно оформленные отчеты к проверке не принимаются.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ 1. Порядок округления чисел

При округлении чисел следует соблюдать следующие правила:

∙если первая отбрасываемая цифра меньше пяти, то последнюю сохра- няемую цифру оставляют неизменной (12,345 округляют до 12,3);

∙если первая отбрасываемая цифра больше или равна пяти, а после- дующие цифры больше нуля, то последнюю сохраняемую цифру увеличи- вают на единицу (12,367 округляют до 12,4; 12,352 – до 12,4);

∙если отбрасываемая цифра равна пяти и за нею следуют только нули, то число округляется до ближайшего четного значения (12,350 округляется до 12,4; 12,450 – до 12,4).

2. Составление таблиц

Все измерения содержат, по меньшей мере, две переменные, одну из которых выбирают в качестве независимой (в опытах ее задают как аргу- мент), а другие (другая) являются зависимыми (функциями).

9

Химическое и адсорбционное равновесие

В учении о химическом равновесии рассматриваются обратимые хими- ческие процессы. Обратите внимание на разницу в определении обрати- мого процесса с термодинамической точки зрения и точки зрения химиче- ского равновесия. Выведите константы равновесия обратимых гомогенных и гетерогенных реакций не только через равновесные концентрации, но и через парциальные давления. Рассмотрите связь между константой равно- весия и изменением свободной энергии. Потренируйтесь в определении смещения равновесия на основе принципа Ле-Шателье.

Изучение адсорбционного равновесия следует начать с рассмотрения поверхностных явлений и общих представлений об адсорбции, затем пе- рейти к изучению абсорбции на различных поверхностях – жидких и твер- дых.

Рассматривая адсорбцию на поверхности твердых тел, изучите теории моно- и полимолекулярной адсорбции, выведите уравнения Ленгмюра и БЭТ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

На практические занятия выносятся темы, в которых рассматри- ваются важнейшие проблемы дисциплины. Подбор тем практических заня- тий осуществляется с учетом их актуальности, прикладного значения, на- личия необходимых источников и исследований, обеспечивающих углуб- ленное изучение ключевых тем дисциплины.

Успешная работа семинара зависит от активного участия студентов в его работе, тщательной подготовки к каждому занятию. Студенты не должны ограничиваться только предложенным списком источников лите- ратуры, но и самостоятельно дополнять библиографию новинками, обра- щаться к периодическим изданиям, справочной литературе. Важным до- полнением в изучении тем являются специализированные сайты Интерне- та.

При подготовке к практическому занятию студент должен изучить со- ответствующий раздел теоретического курса, вопросы и задания для само- контроля, рассмотреть решение типовых задач.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ И ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Подготовка к выполнению лабораторной работы заключается в изуче- нии теоретической и экспериментальной частей работы по рекомендован- ной литературе, конспектам лекций и методическим указаниям к лабора- торному практикуму. В описании каждой лабораторной работы даны во- просы для самостоятельной проверки, на которые необходимо найти отве-

8

Рис. 4. Диаграмма кипения системы С6Н14 – С5Н12

1.4. Рассчитайте количество молей жидкости и пара, находящихся в равновесии при 60° С, если система содержит 6 моль С5Н12 и 14 моль

С6Н14 (рис. 4).

2.1. При какой температуре полностью исчезнет жидкая фаза в процес- се нагревания системы, содержащей 15 мол.% ССI4 (рис. 5)?

2.2.Сформулируйте второй закон Коновалова.

2.3.Смесь спирта и четыреххлористого углерода неизвестного состава начинает кипеть при 70° С (рис. 5). Определите ее состав, если при добавлении к ней не-

скольких миллилитров спирта температура начала кипения понизилась до 67° С.

2.4.Укажите число компонентов К, фаз

Фи степеней свободы С для системы, со-

держащей 62,5% СС14 при 63,5° С (точка минимума на рис. 5).

Рис. 5. Диаграмма кипения системы С2Н5ОН – ССI4

2.5.Сколько молей спирта перейдет в пар, если систему, содержащую 20 моль спирта и 20 моль четыреххлористого углерода, нагреть до 65° С (рис. 5)?

2.6.Какой компонент и в каком количестве (кг) можно выделить в пре- деле в чистом виде при ректификации 50 кг смеси, содержащей 20 масс.% спирта (рис. 5)?

3.1.По диаграмме плавкости (рис. 6) сделайте заключение о взаимной растворимости данных веществ в твердом и жидком состояниях.

33

3.2. Какие фазы находятся в равно- весии в условиях, обозначенных точка- ми 1, 2, 3, 4 на рис. 6? Укажите их со- став.

3.3. Чему равно число степеней сво- боды в точках 1 ,2, 3, 4 на рис, 12?

3.4. Каковы температуры начала и конца кристаллизации, если систему, содержащую 70% С3Н8, охлаждать от 20 до 50°С (рис.6)? Каков состав пер- вых выпавших кристаллов?

Рис. 6. Диаграмма плавкости системы С3Н8 – изо-С5Н12

4.1.По кривым охлаждения системы кадмий – висмут (рис. 7) построй- те диаграмму плавкости.

4.2.Обозначьте точками состояния систем;

а– чистый висмут в равновесии с расплавом висмута;

б– жидкий расплав при 573 К, содержащий 30 % Cd;

в– расплав, содержащий 15 % Cd в равновесии с кристаллами Bi;

г – равновесную систему, состоящую из твердого Cd и расплава, в ко- тором содержится 4/5 Cd и 1/5 Bi;

д – жидкий расплав, содержащий оба металла в равновесии с твердыми кадмием и висмутом.

1- 0% Вi

2 – 20% Bi

3 – 40% Bi

4 – 60% Bi

5 – 80% Bi

6 – 100% Bi

Рис. 7. Кривые охлаждения Bi – Cd

ГЛОССАРИЙ

Адгезия – сцепление приведенных в контакт разнородных твердых или жидких тел (фаз), обусловленное либо межмолекулярным взаимодей- ствием, либо химической связью.

34

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

Основы химической термодинамики

Химическая термодинамика изучает взаимные превращения различных видов энергии при химических процессах, а термохимия – тепловые изме- нения при химических реакциях. Разберите определения основных поня- тий этого раздела: система (изолированная, закрытая, открытая), внешняя среда, параметры состояния, функции состояния.

Изучая первый и второй законы термодинамики, приведите их различ- ные формулировки и математические выражения. Обратитесь к физиче- скому смыслу вводимых этими законами параметров. Свяжите второй за- кон термодинамики с направлением химических процессов, с состоянием химического равновесия.

Укажите смысл третьего закона термодинамики и связь его с расчетом абсолютных энтропий.

При изучении термохимии разберите понятия: тепловой эффект хими- ческих процессов, теплоты образования и сгорания веществ, теплота рас- творения, теплоемкость. Обратите внимание на зависимость теплового эффекта от температуры (закон Кирхгоффа) и возможность использования закона Гесса и его следствий для расчета величин ∆S, ∆G, ∆F.

Растворы. Фазовые равновесия

Учение о растворах является одним из основных разделов курса физи- ческой химии, так как большинство природных процессов протекает в рас- творах. Прежде всего, надо усвоить определение понятия раствор, спосо- бы выражения концентрации растворенного вещества, типы растворов и физико–химическую сущность процесса растворения. Затем перейти к изучению свойств разбавленных растворов неэлектролитов. Необходимо помнить, что законы Рауля и Вант – Гоффа справедливы только для раз- бавленных растворов не электролитов. Ознакомившись с отклонениями растворов электролитов от указанных законов, изучите основные положе- ния теории электролитической диссоциации и приложение закона дейст- вующих масс к слабым электролитам. Рассмотрите понятия рН, ионное произведение воды, буферный раствор, буферная емкость растворов.

Изучая фазовые равновесия, разберитесь с понятиями фаза, независи- мый компонент, степень свободы, фазовая диаграмма, азеотропная смесь, дальтониды и бертолиды. Рассмотрите уравнение Клайперона – Клаузиуса и его применение к различным фазовым переходам первого рода. Изучите однокомпонентные, двухкомпонентные и трехкомпонентные системы, за- коны Гиббса – Коновалова и Гиббса – Розебума.

7

	4	Коган В.А.,	Физическая химия:	Ростов-	Изд-во
					Ростовско-	2006
		Луков В.В.	Курс лекций	на-Дону	го ун-та
			Дополнительная литература
	5	Зимон А.Д.	Физическая химия	Москва	Академия	2003
	6	Байрамов В.М.	Основы электрохимии	Москва	Академия	2005
	7		Физическая химия в 2-
		Эткинс П.	х томах Ч.1: Равновес-	Москва	Академия	2007
			ная термодинамика
		Еремин В.В.,
		Каргов С.И.,
	8	Успенская	Задачи по физической	Москва	Экзамен	2005
		И.А., Кузь-	химии
		менко Н.Е.,
		Лунин В.В.
	9	Ипполитов	Физическая химия	Москва	Высшая	2005
					школа
	10	Карякин Н.В.	Основы химической	Москва	Академия	2003
			термодинамики
	11	Кудряшов	Сборник примеров и		Высшая
		И.В., Каретни-	задач по физической	Москва		1991
					школа
		ков Г.С	химии
		Музыкантов
	12	В.С., Бажин	Задачи по химической	Москва	Химия	2001
		Н.М., Пармон	термодинамике
		В.Н. и др.
			ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ
		1.http://rushim.ru/books/books.htm Электронная библиотека по химии и
	технике.
		2. http://www.chemport.ru/

4.http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/

5.http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/Phys/physchem_32.htm

6.http://allchem.ru/ Научно-информационный химический портал

7.http://ximuk.ru/encyklopedia/

8.http://ximuk.ru

9.http://www.elch.chem.msu.ru/

10.http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/slovar/welcome.html

6

Адсорбция – поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбентом) или жидкости.

Активность (эффективная концентрация) – величина, позволяющая применять к реальному раствору термодинамические соотношения, отно- сящиеся к идеальному раствору.

Вариантность системы (С) – это число термодинамических степеней свободы. Если С=0 , то систему называют нонвариантной (безвариантной), если С =1- моновариантной (одновариантной).

Внутренняя энергия – общий запас энергии системы, слагающийся из кинетической энергии движения составляющих ее частиц (атомов, молекул и т.д.) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Граничный твёрдый раствор – это раствор на базе одного из компо- нентов системы, имеющий одинаковую с ним кристаллическую решётку, располагающийся на границах диаграммы, и являющийся раствором вне- дрения.

Двухкомпонентная изоморфная система – это система, в которой оба металла взаиморастворимы во всех пропорциях и во всех состояниях. Изо- морфные твёрдые растворы- растворы замещения, которые подчиняются правилу Юм- Розери:

•Близкое расположение в таблице Менделеева

•Одинаковые кристаллические решётки

•Отношение радиусов атомов меньше 0,15

Инконгруэнтное плавление – плавление с разложением, при котором твердая фаза преобразуется в расплав и твердую фазу другого состава, на- пример, в бинарной системе D(твердая фаза) → L(расплав) + А(твердая фаза).

Идеальный раствор – раствор, в котором силы межмолекулярного взаимодействия молекул растворителя и растворенных веществ одинако- вы, то есть каждый компонент системы ведет себя независимо от других компонентов.

Капиллярная конденсация – сжижение паров в узких порах адсор- бентов при давлениях, меньших давления насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при данной температуре.

Когезия – связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы, то есть прочность конденсированных тел и их спо- собность противодействовать внешнему воздействию.

Компоненты – это химические индивиды, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз термодинамической системы. Каждая фаза системы характеризуется термодинамическими параметрами: темпе- ратурой, давлением, концентрациями компонентов.

Конгруэнтное плавление (лат. congruentis – совпадающий) – термин физической химии, обозначающий процесс, в котором состав жидкости совпадает с составом твердой фазы – химического соединения, из которого эта жидкость образовалась.

35

Коннода (от лат. соединительная прямая) – это горизонтальный отре- зок, соединяющий составы фаз, находящихся в равновесии. Её концы ука- зывают составы жидкой и твердой фазы, находящейся в равновесии. Каче- ственное соотношение даёт правило рычага. Согласно этому правилу, на- пример, для определения массового или объемного количества твердой фа- зы необходимо вычислить отношение длины отрезка, примыкающего к со- ставу жидкой фазы к длине всей конноды; для определения количества жидкой фазы – отношение длины отрезка, примыкающего к составу твер- дой фазы к длине всей конноды. Промежуточными называются любые твёрдые фазы, кроме растворов на базе элементов. Они находятся между граничными твёрдыми растворами и отделены от них двухфазными облас- тями.

Коэффициент активности – равен отношению активности вещества к его аналитической концентрации. Показывает насколько реальный раствор отличается от идеального раствора.

Краевой угол или угол смачивания (θ) – это угол, который образует капля с поверхностью твердого тела со стороны жидкости.

Ликвидус (от лат. жидкий) – это кривая, которая показывает для каж- дой температуры состав жидкой фазы, которая может находиться в равно- весии с твёрдой.

Осмос – односторонняя диффузия растворителя через полупроницае- мую мембрану, разделяющую два раствора с различной концентрацией или раствор и чистый растворитель.

Поверхностное натяжение – обратимая, изотермическая работа, кото- рую нужно совершить, чтобы увеличить площадь межфазной поверхности на единицу.

Поверхностная энергия – избыток энергии на границе раздела двух фаз, связанный с существованием поверхностного слоя.

Солидус (от лат. твёрдый) – это кривая, которая показывает для каждой температуры состав твёрдой фазы, которая может находиться в равновесии с жидкой.

Сорбция – поглощение одного вещества другим.

Степень диссоциации α – отношение числа молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул. Для бинарного слабого электролита может быть выражена через константу диссоциации Кд (закон разведения Ост- вальда), концентрацию с (разведение V) и эквивалентную электропровод-

ность

Тепловой эффект химической реакции – это количество теплоты,

которое выделяется или поглощается в химическом процессе при условии равенства начальной и конечной температуры. Тепловой эффект обычно относят к одному моль реагирующего вещества.

Термодинамическая система – это отделённая от внешней среды ре-

альными или воображаемыми границами и заполненная веществом часть

36

Раздел 3. Химическое и адсорбционное равновесие

Закон действия масс. История его открытия и современная трактовка. Различные виды констант равновесия и связь между ними. Химическая

переменная. Химическое равновесие в идеальных и неидеальных системах. Термодинамический вывод закона действия масс.

Изотерма Вант-Гоффа. Изменение энергии Гиббса и энергии Гельм- гольца при химической реакции. Термодинамическая трактовка понятия о химическом сродстве. Принцип Бертло и область его применимости. Рас-

четы констант равновесия химических реакций с использованием таблиц стандартных значений термодинамических функций. Приведенная энергия Гиббса и ее использование для расчетов химических равновесий.

Расчеты выхода продуктов химических реакций различных типов. Вы- ходы продуктов при совместном протекании нескольких химических реак- ций.

Зависимость констант равновесия от температуры. Уравнения изобары и изохоры реакции, их термодинамический вывод. Использование различ-

ных приближений для теплоемкостей реагентов при расчетах химических равновесий при различных температурах.

Гетерогенные химические равновесия и особенности их термодинами- ческого описания.

Явления адсорбции. Адсорбент. Адсорбат. Структура поверхности и пористость адсорбента. Виды адсорбции. Локализованная и делокализо- ванная адсорбция. Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция. Изотермы и изобары адсорбции. Уравнение Генри. Константа адсорбцион- ного равновесия. Уравнение Ленгмюра, его термодинамический вывод и условия применимости. Адсорбция из растворов. Гиббсовская адсорбция.

Полимолекулярная адсорбция, ее приближенное описание методом Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ). Использование уравнения БЭТ для определения поверхности адсорбентов.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

	№	Автор	Название	Место	Издатель-	Год из-
				издания	ство	дания
			Основная литература
	1	Под ред. Крас-	Физическая химия в 2-	Москва	Высшая	1995
		нова К.С.	х томах		школа	2002
			Основы химической
	2	Байрамов В.М.	кинетики и катализа:	Москва	Академия	2003
			Учеб. пособие для ву-
			зов
	3	Стромберг	Физическая химия	Москва	Высшая	2003
		А.Г.			школа
			5

функции. Уравнение Гиббса – Гельмгольца и его роль в химии. Работа и теплота химического процесса.

Химические потенциалы, их определение, вычисление и свойства. Рав- новесие в поле внешних сил. Полные потенциалы. Химический потенциал идеального и неидеального газов. Метод летучести. Различные методы вы- числения летучести из опытных данных.

Раздел 2. Растворы. Фазовые равновесия

Растворы различных классов. Различные способы выражения состава раствора. Смеси идеальных газов. Термодинамические свойства газовых смесей. Идеальные растворы в различных агрегатных состояниях и общее условие идеальности растворов.

Давление насыщенного пара жидких растворов. Закон Рауля и его тер- модинамический вывод. Неидеальные растворы и их свойства. Метод ак- тивностей. Коэффициенты активности и их определение по парциальным давлениям компонент.

Стандартные состояния при определении химических потенциалов компонентов. Симметричная и несимметричная системы отсчета.

Коллигативные свойств растворов. Изменение температуры затверде- вания различных растворов. Криоскопический метод. Зонная плавка и ее практические применения. Осмотические явления. Уравнения Вант-Гоффа, его термодинамический вывод и область применения. Общее рассмотрение коллигативных свойств растворов.

Термодинамическая классификация растворов. Функция смешения для идеальных и неидеальных растворов. Предельно разбавленные растворы, атермальные, регулярные, строго регулярные растворы и их свойства.

Парциальные мольные величины и их определение из опытных данных для бинарных систем. Уравнения Гиббса-Дюгема.

Равновесие жидкость-пар в двухкомпонентных системах. Равновесные составы пара и жидкости. Различные виды диаграмм состояния. Законы Гиббса-Коновалова. Разделение веществ путем перегонки. Азеотропные смеси и их свойства.

Гетерогенные системы. Понятие фазы, компонента, степени свободы. Правило фаз Гиббса и его вывод. Однокомпонентные системы. Диа-

граммы состояния воды, серы, фосфора и углерода. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клайперона – Клаузиуса и его применение к раз- личным фазовым переходам первого рода. Фазовые переходы второго ро- да.

Двухкомпонентные системы. Различные диаграммы состояния двух- компонентных систем и их анализ на основе правила фаз. Трехкомпонент- ные системы. Треугольник Гиббса. Диаграммы плавкости трехкомпонент- ных систем.

4

пространства, внутри которой между составляющими систему материаль- ными объектами возможен обмен энергией и веществом.

Термодинамические степени свободы – это термодинамические па-

раметры равновесной системы, которым можно придавать произвольные (в некотором интервале) значения так, чтобы не появлялись новые и не исче- зали старые фазы.

Треугольник Таммана – изображает зависимость массы эвтектики в сплаве от состава сплава.

Тройная точка – точка на фазовой диаграмме, где сходятся три линии фазовых переходов. Тройная точка – это одна из характеристик вещества. Обычно тройная точка определяется значением температуры и давления, при котором вещество может равновесно находиться в трёх (отсюда и на- звание) агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. В этой точке сходятся линии плавления, кипения и возгонки.

Фаза – это совокупность тождественных по химическому составу го- могенных частей термодинамической системы, одинаковых по всем свой- ствам, не зависящая от массы. Каждая фаза системы характеризуется тер- модинамическими параметрами: температурой, давлением, концентрация- ми компонентов.

Фазовое (гетерогенное) равновесие – это равновесное состояние тер-

модинамической системы, состоящей из двух или большего числа фаз. Хемосорбция) – адсорбция, возникающая в результате химической ре-

акции между поглощающим и поглощаемым веществами, с образованием нового поверхностного соединения.

Хроматография – метод анализа и разделения многокомпонентных

смесей в результате сорбционных процессов при направленном движении одной фазы.

Электролитическая диссоциация – полный или частичный распад вещества на ионы при растворении или расплавлении.

Электроосмос – явление переноса дисперсионной среды через непод- вижную капиллярно-пористую перегородку под действием внешнего элек- трического поля.

Электрофорез – явление переноса частиц дисперсной фазы под дейст- вием внешнего электрического поля.

Электрохимический ряд напряжений – последовательность распо-

ложения электродов в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов.

Энергия активации – избыточное количество энергии по сравнению со средней ее величиной, которой должна обладать молекула в момент столкновения, чтобы быть способной к химическому взаимодействию.

Энтальпия (Н) – одна из функций состояния термодинамической сис- темы, характеризующая её полное энергосодержание: H = U + A

Энтропия (S) – одна из функций состояния термодинамической систе- мы, являющаяся мерой неупорядоченности или вероятности состояния.

37

СЕДЬМОЙ СЕМЕСТР

ПРОГРАММА ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Введение

Предмет и составные части физической химии. Основные этапы разви- тия физической химии как современной основы теоретической химии. Ме- тоды термодинамики, кинетики и квантовой химии в описании химических явлений. Роль полуэмпирических закономерностей в теории химии.

Раздел 1. Основы химической термодинамики

Макроскопические системы и термодинамический метод их описания. Термодинамические переменные. Температура. Интенсивные и экстен-

сивные величины. Обратимые и необратимые процессы и их свойства. Уравнения состояния. Уравнение состояния идеального газа, газа Ван-дер- Ваальса. Теорема о соответственных состояниях и общая проблема урав- нения состояния. Вириальные уравнения состояния.

Теплота и работы различного рода. Работа расширения для различных процессов. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Закон Гесса и его следствия. Стандартные состояния и стандартные тепло- ты химических реакций. Теплота сгорания. Теплоты образования. Зависи- мость теплового эффекта реакции от температуры. Формула Кирхгофа. За- висимость теплоемкости от температуры и расчеты тепловых эффектов ре- акций. Таблицы стандартных термодинамических величин и их использо- вание в термодинамических расчетах.

Второй закон термодинамики и его различные формулировки. Энтро- пия. Уравнение второго начала термодинамики для обратимых и необра- тимых процессов. Некомпенсированная теплота Клаузиуса и работа, поте- рянная в необратимом процессе. Обоснование второго начала термодина- мики. Теорема Карно-Клаузиуса.

Энтропия как функция состояния. Изменение энтропии при различных процессах. Изменение энтропии изолированных процессов и направление процесса.

Фундаментальные уравнения Гиббса. Характеристические функции. Энергия Гельмгольца, энергия Гиббса и их свойства. Уравнения Мак-

свелла. Использование уравнения Максвелла для вывода различных тер- модинамических соотношений.

Связь между калорическими и термодинамическими переменными. Методы вычисления энтропии, внутренней энергии, энтальпии, энергии Гельмгольца и энергии Гиббса. Условия равновесия и критерии самопро- извольного протекания процессов, выраженные через характеристические

38

3

Составитель канд. пед. наук, доц. С.И. Мургаева

Физическая химия: Методические указания для студентов направ- ления 020100.62 « Химия» профили «Нефтехимия» и «Химия окружаю- щей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность»: В 2-х ч.: Ч. 1 / Калм. ун-т; Сост. С.И. Мургаева. – Элиста, 2013. – 40 с.

Методические указания содержат программу курса, рекомендации по изучению дисциплины, задания для самостоятельной работы, тесты по ос- новным разделам курса, требования к уровню усвоения учебного материа- ла, распределение часов по видам занятий, темы лабораторных работ, ка- лендарный график учебного процесса, рейтинговую систему оценки зна- ний.

Методические указания предназначены для студентов направления 020100 «Химия» профили «Нефтехимия» и «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность».

Утверждено учебно-методической комиссией факультета педагоги- ческого образования и биологии.

Рецензент канд. хим. наук, доц. Д.А. Санджиева

2

39

Министерство образования и науки Российской Федерации

_____

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Калмыцкий государственный университет»

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Методические указания для студентов направления 020100.62 « Химия»

профили «Нефтехимия» и «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность»

Часть 1

Подписано в печать 20.12.13. Формат 60х84/16 Печать офсетная. Бумага тип. №1. Усл. п. л. 2,32 Тираж 2 экз. Заказ 2392

Издательство Калмыцкого университета

358000 Элиста, ул. Пушкина, 11

Элиста 2013

40