Учебное пособие 46

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра химии

70-2017

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по самостоятельной работе студентов при подготовке к лекциям и лабораторным занятиям

по дисциплине «Химия» направлений 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (направленность «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») и 12.03.01 «Приборостроение» (направленность «Приборостроение») очной формы обучения

Воронеж 2017

1

Составитель канд. техн. наук Б.А. Спиридонов

УДК 546 (075.8)

ББК 24Я7

Методические указания по самостоятельной работе студентов при подготовке к лекциям и лабораторным занятиям по дисциплине «Химия» направлений 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (направленность «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») и 12.03.01 «Приборостроение» (направленность «Приборостроение») очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Б.А. Спиридонов. Воронеж, 2017. 29 с.

Методические указания содержат материалы, необходимые студентам для самостоятельной подготовки к лекционным, лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Химия».

Табл. 3.

Рецензент канд. хим. наук, доц. В.П. Горшунова

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.А. Небольсин

Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета

©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

2

2. ВИДЫ, ОБЪЕМ И ТЕМЫ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ

Распределение видов учебных занятий по семестрам по дисциплине “Химия” для студентов дневной формы обучения приведено в табл. 1.

Таблица 1

2

Продолжение табл. 2

3

3. РАЗДЕЛЫ И ТЕМЫ ЛЕКЦИЙ

3.1. Введение

Предмет и задачи химии. Роль химии в ускорении научно-технического прогресса. Взаимосвязь химии с другими науками. Значение химических знаний для студентов радиотехнических специальностей. Основные законы химии.

Закон эквивалентов. Понятие об эквиваленте. Определение эквивалента элемента, оксидов, кислот, оснований и солей.

Методические указания

Для последующего освоения тем курса химии студенты прежде всего должны вспомнить и повторить разделы химии, которые они изучали в средней школе - основные понятия и законы химии (Закон сохранения массы и энергии, законы по стоянства состава, Дальтона, Авогадро, Клайперона-Менделеева), основные классы неорганической химии (оксиды, кислоты, основания, соли). Должны уметь определять эквиваленты для различных классов неорганических соединений.

В результате освоения темы студенты должны получить сведения о применении химии в технологиях производства радиоэлектронной аппаратуры.

Материалы темы 1 содержатся в введении учебника [1,

с.10-16].

Вопросы для самопроверки

1.Дайте определение понятий: а) элемент, атом, молекула; б) простое и сложное вещество; в) относительные атомные и молекулярные массы.

2.Дайте определение понятия “моль”.

3.Какие величины называют молярной массой и молекулярным объемом?

4.Что называют эквивалентом вещества?

4

5. Что называют молярной массой эквивалента? Чему она равна для различных классов соединений – оксидов, кислот, оснований и солей?

3.2.Химическая термодинамика

3.2.1.Основные понятия термодинамики. Термодинамические системы и параметры. Внутренняя энергия. Теплота и работа. Первый закон термодинамики. Энтальпия. Закон Гесса и его следствия. Основы термохимии.

3.2.2.Второй и третий законы термодинамики. Понятие об энтропии. Статистическая интерпретация энтропии. Уравнение Больцмана. Третий закон термодинамики. Энергия Гиббса. Направленность химических процессов. Влияние факторов на величину изменения энергии Гиббса.

Методические указания

Изучение этой темы начинается с основных понятий химической термодинамики (теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса). Необходимо изучить закон Гесса и его следствия, основы термохимии. Нужно уметь рассчитывать тепловые эффекты реакций (∆Н), изменение энтропии (∆S) и изменение энергии Гиббса (∆G) для химических процессов.

Материалы темы 3.2.1 содержатся в главе 5 учебника [1,

с.115-130]

Материалы темы 3.2.2 содержатся в главе 5 учебника [1,

с.131-135]

Вопросы для самопроверки

1.Что называют тепловым эффектом реакций? В каких случаях уравнения химических реакций называют термохимическими?

2.Чем отличаются термохимическая и термодинамическая системы знаков для тепловых эффектов реакций?

5

3.Какие условия состояния системы называют стандартными?

4.Что называют внутренней энергией системы? Почему

втермодинамических расчетах используют не абсолютные значения внутренней энергии U, а ее изменение ∆U при переходе системы из одного состояния в другое?

5.Каким уравнением определяется энтальпия и ее изменение?

6.Какой закон является основным законом термохимии? Дайте его формулировку.

7.Перечислите следствия, вытекающие из закона Гесса.

8.Укажите, что означает каждая из величин в уравнении Больцмана.

9.Что называют энергией Гиббса? Каким образом изменение этой величины (∆G) указывает на возможность или невозможность самопроизвольного протекания процесса? Какое значение ∆G определяет равновесное состояние системы?

10.При каком соотношении ∆Н и ∆S при заданной

температуре: а) система находится в равновесии; б) химический процесс направлен в сторону экзотермической или эндотермической реакции?

3.3.Химическая кинетика и равновесие

3.3.1.Химическая кинетика. Основные понятия химической кинетики: скорость, кинетическое уравнение, порядок реакции. Закон действия масс. Правило Вант-Гоффа. Константа скорости реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активации.

3.3.2.Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье и его следствия. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Адсорбционное равновесие. Катализаторы и каталитические системы.

6

Методические указания

В данной теме студенту необходимо изучить зависимость скорости химической гомогенной и гетерогенной реакции от температуры (правило Вант-Гоффа) и концентрации (закон действия масс). Понимать, что влияние этих факторов позволяет или интенсифицировать химический процесс, или его замедлить. Нужно знать влияние природы реагирующих веществ и температуры на константу скорости реакции (уравнение Аррениуса), что позволяет графически рассчитать энергию активации реакции. Для обратимых реакций необходимо понимать термодинамическую природу состояния динамического химического равновесия. Уметь рассчитывать константу равновесия, способы её выражения. Нужно знать принцип Ле Шателье и его следствия для того, чтобы установить влияние основных факторов–концентрации, давления и температуры на сдвиг химического равновесия. Иметь представление о фазовых равновесиях, правиле фаз Гиббса, адсорбционных равновесиях. Знать, как влияют катализаторы в каталитических системах на энергию активации и скорость реакций.

Материалы темы 3.3.1 содержатся в главе 7 учебника [1,

с. 166-182]

Материалы темы 3.3.2 содержатся в главе 6 учебника [1,

с. 142-166]

Вопросы для самопроверки

1.Что изучает химическая кинетика? Какова ее практическая цель?

2.Дайте определение и приведите примеры гомогенных

игетерогенных реакций. Как определяются их скорости?

3.От каких факторов зависит скорость химических реакций? Дайте определение закона действующих масс.

4.Что называют константой скорости реакции? Каков физический смысл этой величины? Зависит ли константа

7

скорости реакции от температуры, природы реагирующих веществ и их концентрации?

5.Какой формулой определяется правило Вант-Гоффа, определяющее зависимость скорости реакции от температуры?

6.Что называют температурным коэффициентом скорости реакции? Какие он может иметь значения?

7.Что характеризует энергия активации в уравнении Аррениуса? Как определяется эта величина графически?

8.Что называют химическим равновесием? Что называют константой химического равновесия, от каких факторов она зависит?

9.Какой процесс называют смещением химического равновесия? Изменением каких параметров можно сдвинуть химическое равновесие?

10. Что называют каталитическими реакциями, катализаторами и ингибиторами?

3.4.Строение атомов. Периодическая система элементов

3.4.1.Квантово-механическая модель строения атома. Уравнение Луи де Бройля. Волновые свойства электрона. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция.

3.4.2.Квантовые числа. Многоэлектронные атомы. Энергетический ряд. Принцип Паули и его следствия. Правило Гунда. Правила Клечковского. Электронные структуры атомов.

3.4.3.Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.Менделеева.

Свойства атомов. Атомные радиусы. Энергия ионизации. Энергия сродства к электрону. Электроотрицательность. Закономерности изменения этих величин по периодам и группам.

3.4.4.Закономерности изменения свойств элементов и соединений. Закономерности изменения кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов по периодам и группам. Схема Косселя.

8