2376

2

УДК 574

Бельчинская Л.И., Новикова Л.А., Дмитренков А.И., Физическая химия [Текст]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 19.03.01 - «Биотехнология» профиль – Промышленная экология / Л. И. Бельчинская ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Во-

ронеж, 2017. – 25 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент канд. хим. наук, доц. кафедры неорганической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Ю.С. Перегудов

3

3.Объем дисциплины и виды учебной работы…………………………….. 7

4.Содержание дисциплины …………………………………………………. 8

5.Лабораторный практикум, практические занятия, семинары и другие

виды аудиторных занятий……………………………………………….... 11 6.Перечень вопросов для промежуточных контро13

лей(1,2)………………………………………………………………………..

7. Методические рекомендации по организации самостоятельного изу17

чения дисциплины…………………………………………………………….

8.Перечень вопросов для итогового контроля20

экзамена……………………………………….………………………………

9.Перечень примерных тем рефератов ……………………………………... 22 Библиографический список ……………………………………………...... 23 Приложение 1. Пример оформления титульного листа реферата …….. 24

4

1.Цели и задачи дисциплины

1.1.Физическая химия является фундаментальной наукой, без знания которой

невозможно понимание основных жизненных процессов, происходящих на мо-

лекулярном уровне, а также биотехнологических производственных процессов.

Устанавливая общие законы физико-химических процессов, физическая химия является теоретическим обобщением неорганической, органической и аналити-

ческой химии.

Целью изучения физической химии является формирование научного мировоз-

зрения специалиста по направлению «Биотехнология», владеющего знаниями в области теории химических процессов и знакомого с основными методами фи-

зико-химического эксперимента. Овладение навыками применения теоретиче-

ских законов к решению практических вопросов биотехнологии.

1.2.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

формировать понимание физико-химической сущности процессов и ис-

пользования основных законов физической химии .

выполнять расчеты физико-химических параметров, химических процессов на основе методов физической химии

изучить фундаментальные основы учения о направленности и закономер-

ностях протекания химических процессов и фазовых превращений, свойств многокомпонентных гомогенных и гетерогенных систем

знать кинетики химических и биохимических процессов

освоить основы катализа, в том числе ферментативного для контроля и управления технологических процессов, протекающих в биохимических системах

1.3.Дисциплина «Физическая химия» относится к базовой части основной профессиональной образовательной программы, индекс по учебному плану –

Б.1.Б.22

5

2. Требование к результатам освоения дисциплины

2.1. Для эффективного освоения дисциплины «Физическая химия» у обучающегося должны быть сформированы следующие предварительные компетенции или их части:

а) способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческих позиций;

б) способность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы;

в) сформированность представлений о месте физической химии в современной научной картине мира; понимание ее роли в формировании кругозора

ифункциональной грамотности человека для решения практических задач;

2.2.Студент по результатам освоения дисциплины «Физическая химия» должен обладать следующими компетенциями (ПК):

общекультурные компетенции (ОК):

способность использовать основы философских знаний для формирования

мировоззренческой позиции (ОК-1);

способность и готовность использовать основные законы естественно научных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-2).

2.3. В результате освоения дисциплины студент должен:

– знать законы термодинамики, волновые процессы, основы квантовой механики, строение многоэлектронных атомов, строение ядра, классификацию элементарных частиц;

электронное строение атомов и молекул, основы теории химической связи в соединениях разных типов, строение вещества в конденсированном состоянии,

термодинамика растворов, термодинамика электрохимических процессов;

– уметь выполнять основные химические операции, определять термоди-

намические характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ, использовать основные химические законы, термодинамические спра-

вочные данные ;

6

– владеть теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе электронного строения их атомов и положения в периодической системе химических элементов, экспериментальными методами определения физико-химических свойств неорганических соединений;

7

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

8

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

Дисциплина “Физическая химия” для бакалавров направления подготовки «Биотехнология» включает следующие вопросы: законы термодинамики, термодинамические потенциалы, химическое равновесие, фазовое равновесие, растворы, электрохимия.

Все виды аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов построены в виде логически связанной единой блочной системы, включающей обязательную систематическую подготовку студентов к лабораторным и семинарским занятиям, сдачу отчетов по самостоятельной работе, отчетов по лабораторным работам, текущему контролю и блочных семестровых экзаменов (по желанию), подготовке научных рефератов, занятие экспериментальной научной работой.

В таблицу 2 включены основные разделы дисциплины “Физическая химия” и сведения по видам работ, относящимся к данной дисциплине.

Таблица 2

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ

Первый закон термодинамики и его применение к физическим и химиче-

ским процессам. Закон Гесса. Способы расчета тепловых эффектов химических реакции. Теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры. Зависи-

мость теплового эффекта химических реакций от температуры. Закон Кирхго-

фа. Второе начало термодинамики. Энтропия. Изменение энтропии в обрати-

9

мых и необратимых процессах, в ходе химической реакции, процессах нагрева-

ния веществ, смешения идеальных газов, при фазовых переходах, в электрохи-

мических элементах. Постулат Планка, третье начало термодинамики. Абсо-

лютная энтропия веществ и ее вычисление.

Раздел 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Максимально полезная работа.

Термодинамические потенциалы как критерий направления протекания про-

цессов и как мера работоспособности системы. Расчет изменения энергии Гиб-

бса и энергии Гельмгольца в различных процессах. Характеристические функ-

ции. Уравнения Гиббса – Гельмгольца. Системы переменного состава. Условия термодинамического равновесия в системах переменного состава. Химический потенциал, уравнения для его расчета в идеальных и реальных системах. Лету-

честь, коэффициент летучести.

Раздел 3. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Уравнение изотермы химической реакции. Закон действующих масс. Кон-

станта равновесия. Химическое сродство. Константы равновесия для гомоген-

ных и гетерогенных реакций. Вычисление состава равновесной смеси, выхода продукта, степени превращения, степени диссоциации. Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнение изобары и изохоры химической реак-

ции. Принцип Ле - Шателье - Брауна. Влияние температуры, давления и посто-

ронних примесей на химическое равновесие

Раздел 4. ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ

Условие термодинамического равновесия в многофазных многокомпо-

нентных системах. Правило фаз Гиббса. Фазовое равновесие в однокомпонент-

ных системах. Уравнение Клаузиуса – Клапейрона и его использование для расчета процессов фазовых переходов. Фазовые диаграммы однокомпонентных систем. Тройная точка. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах.

10

Термический анализ. Твердые растворы. Взаимная растворимость двух жидко-

стей. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Равновесия в много-

компонентных системах.

Раздел 5. РАСТВОРЫ

Экстенсивные и интенсивные свойства растворов. Парциальные молярные величины и методы их определения. Классификация растворов (растворы иде-

альные, неидеальные, предельно разбавленные). Химический потенциал ком-

понента идеального и неидеального раствора. Активность компонента, коэф-

фициент активности. Свойства растворов. Давление пара компонентов над рас-

твором. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипе-

ния растворов. Предельная растворимость твердого вещества в растворе. Осмо-

тическое давление. Экстракция. Летучие смеси. Законы Коновалова. Перегонка бинарных смесей.

Раздел 6.Электрохимия

Электролиты. Теории растворов электролитов. Константа и степень диссо-

циации. Закон разведения Оствальда. Основы электростатической теории силь-

ных электролитов Дебая – Хюккеля. Электрическая проводимость растворов электролитов. Кондуктометрия. Электролиз, законы Фарадея. Числа переноса.