42

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно –

строительный университет

Кафедра химия

Контрольные задания

по физической химии

Методические указания для студентов 2-го курса

заочного обучения специальности

«Производство строительных изделий и конструкций»

Воронеж 2004

Составители Г. Г. Кривнева, В. В. Шаталова

УДК 541. 1

Контрольные задания по физической химии. Методические указания для студентов 2-го курса заочного обучения специальности «Производство строительных изделий и конструкций» / Воронеж. гос. арх. – строит. ун – т.; Сост. : Г. Г. Кривнева, В. В. Шаталова. – Воронеж, 2004. - с.

Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при изучении курса физической химии. Указания включают важнейшие темы дисциплины, краткое изложение теории, приеры решения задач, задачи для самостоятельного решения.

Содержание дисциплины соответствует государственному обраовательному стандарту для специальности 290601 «Производство строительных изделий и конструкций» утвержденному 17. 03. 2000 г.

Табл. Ил. . Библиограф.: назв.

Печатается по рекомендации редакционно – издательского совета Воронежского архитектурно – строительного университета.

Рецензент –

Оглавление

Введение

Раздел I. Основы химической термодинамики……………………..

1.1. Первый закон термодинамики……………………………………..

1.2. Термохимия…………………………………………………………

1.3. Второй закон термодинамики……………………………………..

Раздел 2. Растворы.

2.1. Давление пара разбавленных растворов. Закон Рауля…………..

2.2. Замерзание и кипение растворов………………………………….

Раздел 3. Химическая кинетика. Закон действия масс. Кинетическая классификация химических реакций.

Раздел 4. Фазовые равновесия в гетерогенных системах

Библиографический список рекомендуемой литературы

Основные вопросы для подготовки к экзамену

Варианты контрольных заданий

Введение

Изучение физической химии дает возможность понять законы химии и физики, а также предсказать химические явления и управлять ими. Поэтому знание физической химии для будущих инженеров – технологов открывает большие возможности для решения многообразных задач, встречающихся в практической деятельности.

Методические указания содержат 4 раздела, относящиеся к следующим темам курса физической химии: основы химической термодинамики, растворы, химическая кинетика, фазовые равновесия в гетерогенных двойных системах. Каждый раздел содержит краткое изложение некоторых теоретических вопросов и формулы, необходимые для решения задач; включает решение типовых задач, рассмотрение которых поможет разобраться в аналогичных примерах. Материал необходимо изучать последовательно, используя предложенную литературу. Особое внимание следует обратить на усвоение понятий, определений, законов, вывод уравнений и решение задач.

Студенты выполняют одну контрольную работу. При оформление работы указывается номер шифра, разборчиво – фамилия, имя и отчество исполнителя. Условие задач переписываются полностью, при решение необходимо все расчеты давать с пояснением. Для замечаний рецензента следует оставлять поля. Контрольная работа должна быть выполнена и зачтена до начала экзаменационной сессии. Номер контрольной работы студенты получают у преподавателя кафедры химии.

По своему содержанию указание соответствует рабочей программе по химии, разработанной в соответствии с типовой программой.

Раздел 1. Основы химической термодинамики

1. 1. Первый закон термодинамики

Термодинамический метод является одним из основных методов физической химии, которой дает точные соотношения между энергией и свойствами системы. Термодинамика применяется к системам, находящимся в равновесии, и рассматривает только начальные и конечные состояния.

Первый закон термодинамики – принцип сохранения и превращения энергии в применении к процессам, сопровождающимся выделением или поглощением теплоты – q, а также совершением или затратой работы – А и изменением внутренней энергии системы – Δ U:

d U = δq - δА (1)

Для конечного изменения состояния системы уравнение (1) можно записать:

Δ U = q - А = q - p ΔV, (2)

где p ΔV – работа расширения.

В уравнение (2) величина q считается положительной, если теплота поглощается системой, и отрицательной, если теплота выделяется в ходе процесса; работа А является положительной, если система её совершает; ΔU считается положительной, если внутренняя энергия системы возрастает, и отрицательной, если убывает.

Внутренняя энергия системы складывается из кинетической энергии молекулярного движения, из энергии взаимного притяжения и отталкивания частиц, составляющих систему, из химической внутримолекулярной энергии. Зависит U от природы вещества, его количества, агрегатного состояния, температуры, давления, объема.

Если система подчиняется законам идеального газа, то при постоянной температуре dU = 0; при изменении температуры

dU = ν C_v ∙ dT. Величина работы расширения, совершаемой системой, зависит от условий, в которых происходит изменение объема:

а) при изобарном расширении (Р – const)

А_р = Р (V₂ – V₁) или

А_р = ν R (T₂ – T₁); (3)

б) при изохорном процессе (V – const)

А _v = 0; (4)

в) при изотермическом процессе (Т - const)

А_т = ν R T ln (V₂ / V₁) = ν R T ln (P₁ / P₂) (5)

г) при адиабатном процессе, протекающем без теплообмена системы с внешнем средой (q = const)

А_q = - Δ U, А_q = С_v (T₂ – T₁); (6)

Применительно к различным термодинамическим процессам, идущим в гомогенных системах, уравнение (2) первого закона термодинамики записывается так:

для изобарного процесса (Р – const)

q_p = Δ U + p Δ V; (7)

для изохорного процесса (Δ V = 0)

q_v = Δ U = С_v (T₂ – T₁); (8)

для изотермического процесса (Δ U =0)

q_т = А_т = ν R T ln (V₂ / V₁) = ν R T ln (P₁ / P₂) (9)