МИНОБРНАУКИ РОССИИ
____________________________________________________________________
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический
университет)» (СПбГТИ(ТУ))
Кафедра физической химии
Ю. П. Акулова, С. Г. Изотова, О. В. Проскурина,
И. А. Черепкова
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2016
УДК 544
Физическая химия [Текст]: учебное пособие / Ю. П. Акулова, С. Г. Изотова, О. В. Проскурина, И. А. Черепкова. – СПб.: СПбГТИ (ТУ). – 2016. – 192 c.
В учебном пособии представлен теоретический материал для практических занятий и самостоятельной работы студентов по основным разделам дисциплин «Физическая химия» и «Дополнительные главы физической химии», приведены примеры решения задач и многовариантные индивидуальные задания. Задания входят в фонд оценочных средств (ФОС) по дисциплинам.
Учебное пособие предназначено для бакалавров и студентов специалитета очной формы обучения, обучающихся по направлениям подготовки: 04.03.01 «Химия», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», 18.03.01 «Химическая технология», 18.05.01 «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий», 18.05.02 «Химическая технология материалов современной энергетики», 19.03.01 «Биотехнология», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», 20.03.01 «Техносферная безопасность», в соответствии с ФГОС ВО для формирования общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций в соответствии с РПД дисциплин «Физическая химия» и «Дополнительные главы физической химии».
Учебное пособие может быть полезно для бакалавров заочной формы обучения.
Ил. 86, табл. 22, библиогр. 8 названий.
Рецензенты:
Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия (СПХФА), И.Б. Дмитриева, д-р хим. наук, профессор кафедры физической и
коллоидной химии
О.Н. Еронько, канд. хим. наук, доцент кафедры коллоидной химии СПбГТИ(ТУ)
Издание подготовлено в рамках выполнения государственного задания по оказанию образовательных услуг Минобрнауки России.
Утверждено на заседании учебно-методической комиссии факультета химии веществ и материалов 19.05.2016.
Рекомендовано
к изданию РИС СПбГТИ(ТУ)
Содержание
1 ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ 7
1.1 Первое начало термодинамики 9
1.2 Расчет тепловых эффектов химических реакций 13
1.1 Второе начало термодинамики 16
1.4 Расчет изменения энтропии и энергии Гиббса в химических процессах 17
1.5 Термодинамический анализ возможности протекания химического процесса 20
1.6 Химическое равновесие 20
1.7 Расчет степени превращения исходных веществ, выхода продукта и равновесного состава химической реакции 23
1.8 Константы равновесия гетерогенных реакций 27
1.9 Многовариантное задание №1 «Расчет степени превращения, равновесного состава и выхода продукта химической реакции и выбор оптимальных условий проведения процесса» 28
1.10 Многовариантное задание №2 «Расчет равновесных парциальных давлений гетерогенной химической реакции» 31
1.11 Контрольные вопросы 33
2 ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ 34
2.1 Однокомпонентные системы 35
2.1.1 Многовариантное задание №3 «Анализ фазового равновесия жидкость – пар в однокомпонентной системе» 40
2.2 Двухкомпонентные системы 41
2.2.1 Идеальные и неидеальные растворы 41
2.2.1.1 Многовариантное задание №4 «Определение активности и коэффициента активности растворителя в растворе» 46
2.2.1.2 Многовариантное задание № 5 «Коллигативные свойства растворов» 48
2.2.2 Диаграммы состав - свойство для равновесия жидкость - пар 53
2.2.2.1 Многовариантное задание № 6 «Анализ фазовых равновесий жидкость – пар в двухкомпонентной системе» 59
2.2.3 Диаграммы плавкости 70
2.2.3.1 Типы диаграмм плавкости. Основные понятия 70
2.2.3.2 Диаграмма плавкости, компоненты которой полностью не растворимы друг в друге и в жидком и в твердом состояниях 72
2.2.3.3 Диаграмма плавкости, компоненты которой неограниченно растворимы друг в друге в жидком и в твердом состояниях 73
2.2.3.4 Диаграмма плавкости, компоненты которой неограниченно растворимы в жидком и полностью не растворимы друг в друге в твердом состояниях 77
2.2.3.5 Диаграмма плавкости, компоненты которой ограниченно растворимы друг в друге в твердом состоянии 78
2.2.3.6 Диаграмма плавкости, компоненты которой образуют между собой в твердом состоянии химическое соединение, плавящееся без разложения 80
2.2.3.7 Диаграмма плавкости, компоненты которой образуют между собой в твердом состоянии химическое соединение, плавящееся с разложением 81
2.2.3.8 Примеры анализа диаграмм состояния 82
2.2.3.9 Многовариантное задание № 7 «Анализ диаграмм плавкости» 90
2.3 Контрольные вопросы 112
2.4 Вопросы к теоретическому коллоквиуму по теме «Фазовые равновесия» 112
3 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 113
3.1 Гальванические элементы 113
3.1.1 Классификация электродов 116
3.1.2 Классификация гальванических элементов 120
3.1.3 Определение термодинамических параметров реакции, протекающей в гальваническом элементе 121
3.1.4 Многовариантное задание №8 «Гальванические элементы» 124
3.2 Электрическая проводимость растворов электролитов 128
3.2.1 Многовариантное задание № 9 «Электрическая проводимость растворов электролитов» 132
3.3 Контрольные вопросы 132
4 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА 135
4.1 Электрические свойства молекул 135
4.1.1 Многовариантное задание № 10 «Электрические свойства молекул» 140
4.1.2. Контрольные вопросы 140
4.2 Оптические методы изучения строения молекул. Молекулярные спектры 142
4.2.1 Общая характеристика молекулярных спектров 142
4.2.2 Закон Бугера-Ламберта-Бера 144
4.2.3 Энергия вращения двухатомной молекулы в приближении жесткого ротатора. Вращательные спектры молекул и их применение для определения молекулярных характеристик 146
4.2.4 Многовариантное задание № 11 «Вращательные спектры двухатомных молекул» 157
4.2.5 Колебательные спектры двухатомных молекул 162
4.2.6 Многовариантное задание №12 «Колебательные спектры двухатомных молекул» 172
4.3 Контрольные вопросы 178
5 ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ 179
5.1 Многовариантное задание № 13 «Расчет теплоемкости идеального газа» 183
5.2 Контрольные вопросы 183
6 ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА 185
6.1 Многовариантное задание № 14 «Расчет кинетических параметров гомогенных химических реакций» 190
6.2 Многовариантное задание № 15 «Влияние температуры на скорость химической реакции» 196
6.3 Контрольные вопросы 196
ЛИТЕРАТУРА 199
ПРИЛОЖЕНИЕ 201
Предметный указатель 203