Міністерство освіти і науки україни

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Фізична хімія Методичні вказівки

до виконання самостійної роботи

для студентів напряму підготовки 6.051301 «Хімічна технологія» усіх форм навчання

Затверджено Методичною радою НТУУ «КПІ»

Київ

НТУУ «КПІ» 2009

Фізична хімія [Текст]: метод. вказівки до викон. самост. роботи для студ. напряму підготов. 6.051301 «Хімічна технологія» усіх форм навчання / Уклад.: Г. А. Рудницька, Т. А. Каменська, Т. В. Кірсенко, І. О. Ренський.  К.: НТУУ «КПІ», 2009. – 60 с.  100 пр.

Гриф надано Методичною радою НТУУ «КПІ»

(Протокол № від грудня 2009 р.)

Навчальне видання

Фізична хімія Методичні вказівки

до виконання самостійної роботи

для студентів напряму підготовки

6.051301 «Хімічна технологія»

усіх форм навчання

Укладачі: Рудницька Ганна Анатоліївна, канд. хім. наук, доц.

Каменська Тетяна Анатоліївна, канд. хім. наук, доц.

Кірсенко Тетяна Володимирівна, канд. хім. наук, доц.

Ренський Ігор Олександрович, ст. викл.

Відповідальний

редактор М.Є. Пономарьов, канд. хім. наук, доц.

Рецензент Т.І. Дуда, канд. хім. наук, доц.

За редакцією укладачів

Надруковано з оригіналмакета замовника

Мета викладання дисципліни

Дисципліна «Фізична хімія» належить до циклу професійно-орієнтованих дисциплін. Вона вивчається протягом двох семестрів і складається з двох кредитних модулів: «Фізична хімія 1. Хімічна термодинаміка. Фазові рівноваги та розчини» і «Фізична хімія 2. Хімічна кінетика. Електрохімія».

Метою курсу фізичної хімії є викладення основних законів та закономірностей, що визначають перебіг хімічного процесу та впливають на нього. Головним завданням курсу є одночасне засвоєння основних положень теорії хімічних процесів, встановлення закономірностей перебігу хімічних реакцій та фізичних явищ, що їх супроводжують та вивчення методів кількісного врахування впливу різних факторів на системи, в яких відбуваються хімічні перетворення.

Курс фізичної хімії побудовано на базі відомостей, засвоєних під час вивчення курсів загальної, неорганічної, аналітичної та органічної хімії. Він поглиблює та поєднує фундаментальні знання основних законів природознавства, які були отримані при вивченні попередніх дисциплін, сприяє формуванню інженерного мислення, дає теоретичну підготовку, що необхідна для розуміння специфіки різноманітних хіміко-технологічних процесів та подальшого опанування методами керування цими процесами. Фізична хімія не тільки закладає фундамент для подальшого засвоєння спеціальних технологічних дисциплін, але й формує у майбутніх спеціалістів науковий погляд на світ у цілому.

Мета і завдання кредитних модулів

Метою кредитного модуля «Фізична хімія 1. Хімічна термодинаміка. Фазові рівноваги та розчини» є засвоєння основних законів та закономірностей, що визначають енергетичні характеристики хімічного процесу та впливають на нього, а також ознайомлення зі специфікою фазових перетворень, що супроводжують хімічні реакції.

Головне завдання першого розділу зазначеного кредитного модуля «Хімічна термодинаміка» полягає у застосуванні основних законів загальної термодинаміки до фізико-хімічних систем та процесів, вирішенні питань, пов’язаних із визначенням принципової можливості та напрямку перебігу цих процесів, обчисленні зміни різних енергетичних параметрів внаслідок реакції, вивченні методів кількісного врахування впливу зовнішніх факторів на перебіг хімічного процесу з метою опанування загальними методами керування хімічними перетвореннями.

Другий розділ «Фазові рівноваги та розчини» кредитного модуля присвячено вивченню закономірностей фазових переходів та стану рівноваги в системах, що складаються з однієї або декількох речовин. Особливу увагу в цьому розділі приділено розчинам та їх властивостям, оскільки переважна більшість хімічних процесів відбувається саме тоді, коли реагенти перебувають у рідкому стані.

В результаті вивчення кредитного модуля «Фізична хімія 1. Хімічна термодинаміка. Фазові рівноваги та розчини» студент повинен знати:

• основні поняття та визначення термодинаміки;

• закони термодинаміки та їх застосування до фізико-хімічних систем;

• методи впливу на перебіг хімічного процесу з метою вибору оптимальних умов його проведення;

• основні фізико-хімічні властивості систем, що містять різну кількість складових речовин;

• закономірності фазових перетворень;

• діаграми стану різноманітних систем;

• класифікації та загальні властивості розчинів;

• способи вираження складу дво – та трикомпонентних систем;

• методи розділення рідких систем на окремі компоненти або фракції.

Після оволодіння навчальним матеріалом кредитного модуля «Фізична хімія 1. Хімічна термодинаміка. Фазові рівноваги та розчини» студент повинен вміти:

• розраховувати теплові ефекти та інші термодинамічні параметри хімічних процесів;

• визначати принципову можливість перебігу певної хімічної реакції за заданих умов;

• обчислювати константу рівноваги хімічної реакції різними методами за будь-яких температур;

• аналізувати вплив зовнішніх факторів на стан рівноваги хімічної системи та вміти визначати оптимальні умови перебігу фізико-хімічного процесу;

• визначати кількість компонентів, фаз, термодинамічних ступенів свободи системи, аналізувати її стан та властивості за допомогою фазових діаграм;

• обчислювати концентрації розчинів та встановлювати зв'язок між ними;

• розраховувати теплоти фазових перетворень різними методами;

• за допомогою ебуліоскопічного та кріоскопічного методів визначати молекулярний стан речовини у розчинах;

• розраховувати або експериментально встановлювати склад рівноважних фаз та їх співвідношення.

Метою кредитного модуля «Фізична хімія 2. Хімічна кінетика. Електрохімія» є засвоєння основних законів та закономірностей, що визначають швидкість хімічного процесу за певних умов, вивчення факторів, що впливають на неї, а також ознайомлення зі специфікою електрохімічних реакцій, які можуть бути використані для отримання електричної енергії або, навпаки, перебігають під дією електричного струму в розчинах електролітів.

Головне завдання першого з розділів цього кредитного модуля під назвою «Хімічна кінетика» полягає в ознайомленні студентів з основними законами формальної кінетики, впливом температури на швидкість реакції, з теоріями хімічної кінетики, з кінетичними особливостями перебігу специфічних груп хімічних процесів, а також з каталізом.

В другому розділі кредитного модуля «Фізична хімія 2. Хімічна кінетика. Електрохімія», який має назву «Електрохімія», студенти повинні засвоїти такі питання: механізми утворення електролітних розчинів; рівноважні та нерівноважні властивості цих розчинів; механізми процесів, що спричиняють появу електричної енергії в електрохімічних системах або перебігають на електродах при проходженні крізь них електричного струму; природу електрохімічної корозії і методи її запобігання.

В результаті вивчення кредитного модуля «Фізична хімія 2. Хімічна кінетика. Електрохімія» студент повинен знати:

• основні кінетичні характеристики хімічних реакцій та закони, яким вони підлягають;

• теорії хімічної кінетики;

• особливості перебігу ланцюгових, фотохімічних, радіаційно-хімічних

та гетерогенних процесів;

• типи та механізми каталізу;

• теорію електролітичної дисоціації Арреніуса та її застосування до опису іонних рівноваг у розчинах;

• властивості розчинів електролітів, які пов’язані з їх здатністю проводити електричний струм;

• механізм утворення стрибка потенціалу на границі поділу між металом та розчином, характеристики різних видів електродів;

• особливості виникнення електричного струму в різних типах гальванічних елементів та їх термодинамічні характеристики;

• закони електролізу Фарадея;

• причини виникнення електродної поляризації;

• механізм електрохімічної корозії та методи захисту від неї.

Після оволодіння навчальним матеріалом кредитного модуля «Фізична хімія 2. Хімічна кінетика. Електрохімія» студент повинен вміти:

• знаходити порядок, константу швидкості, енергію активації хімічної реакції, аналізувати вплив концентрації, температури, наявності каталізатора на її швидкість;

• визначати область перебігу гетерогенного хімічного процесу;

• будувати енергетичні діаграми гомогенного та гетерогенного каталізу;

• теоретично розраховувати та експериментально визначати рН розчинів;

• константу дисоціації слабкого електроліту, добуток розчинності, питому та молярну електропровідності розчину, потенціал електрода;

• робити вибір відповідного електрохімічного методу аналізу певної хімічної системи та умов його проведення;

• складати схеми гальванічних елементів, записувати рівняння електродних реакцій та загальне рівняння хімічного процесу, що

перебігає в електрохімічній системі;

• визначати за допомогою електрохімічних характеристик ланцюгів термодинамічні характеристики хімічних процесів, що в них перебігають;

• прогнозувати перебіг електродних реакцій при електролізі певного електролітного розчину, розраховувати кількість отриманої електролізом речовини та обчислювати вихід за струмом;

• оцінювати переваги застосування того чи іншого методу захисту металу від корозії.