Введение

Расчетная работа выполняется студентами самостоятельно в виде домашнего задания для закрепления теоретических представлений и развития практических навыков термодинамического анализа химических реакций, протекающих в реальных природных и технологических процессах. Расчетные задания демонстрируют разносторонность энергетического анализа состояния равновесия в физико-химических системах и позволяют получить представление о возможностях и ограничениях феноменологического подхода при исследовании систем разной природы.

Ознакомление с теоретическими основами термодинамики в лекционном курсе и приобретение навыков практического использования термодинамического метода при выполнении термодинамических расчетов имеет большое значение для фундаментального образования студентов. Целью методического пособия является более подробное, по сравнению с учебниками по указанным дисциплинам, изложение теоретических положений и конкретных сведений из химической термодинамики, необходимых для самостоятельного практического выполнения расчетных заданий.

Полученные знания и умения играют важную роль в освоении диссипативной модели реальности и формировании системного мышления у будущих специалистов.

Последовательное выполнение всех расчетных заданий позволяет лучше организовать, сделать более целенаправленной, самостоятельную работу студентов по освоению всего курса. Кроме того, по результатам их выполнения удобно проводить объективный контроль полноты освоение термодинамики как раздела физики и как теоретической основы химии.

Методическое пособие содержит описания, краткие пояснения и примеры выполнения четырех расчетных заданий:

- определение теплового эффекта химической реакции;

- оценка изменения энтропии химической реакции;

- расчет изменения энергии Гиббса и оценка возможности протекания реакции;

- определение константы равновесия реакции в разных условиях ее протекания.

В настоящем издании предлагается 30 вариантов физико-химических систем, в одной из которых следует провести термодинамический анализ возможности протекания химического взаимодействия между компонентами и количественно оценить соотношение исходных веществ и продуктов реакции при достижении состоянии равновесия. Несмотря на относительную простоту предлагаемых физико-химических систем и учебный характер выполняемых расчетных заданий, каждый студент, осознанно выполняющий термодинамический анализ и успешно справившийся с поставленной задачей, имеет возможность убедиться в прогностических возможностях термодинамического метода и почувствовать эвристический потенциал диссипативной модели реальности, сложившейся на его основе [1].

При выполнении расчетов и оформлении полученных результатов целесообразно руководствоваться следующими рекомендациями.

• Требуется осознать, что высокий уровень знаний и умений определяется не переписывание аналогичной работы и, даже не только, ознакомлением с подробным описанием процедуры расчета, а, главным об­разом, сознательным отношением к ее выполнению.

• Необходимым условием для начала выполнения каждого задания является ясное представление о физической сущности всей процедуры расчета [2].

• Максимальную пользу при выполнении расчетных заданий можно получить, только относясь к ним с большой ответственностью: особенность расчетов состоит в том, что успешность выполнения каждого последующего задания определяется правильностью предыдущего результата. Ошибка в вычислениях при выполнении первого задания вызывает цепь неправильных последующих результатов.

• Следует с самого начала стремиться к полноте и достоверности первичных исходных данных, а также к аккуратности черновых записей при выполнении расчетного задания. За­пись исходных данных и результатов промежуточных расчетов лучше вести в виде таблиц с указанием размерности всех величин.

• Наиболее часто встречающиеся ошибки в расчетах объясня­ются невнимательностью при работе с калькулятором, неумением с его помощью выполнять логарифмирование и обратную процедуру – потенцирование, а также связаны с арифметическими преобразова­ниями величин разной размерности, например кДж и Дж. Необходимо учитывать эти различия также и при округлении полученных величин.

• Результаты расчетов всех заданий перед сдачей на проверку оформляются в виде одной работы на листах А4, которая начинается с титульного листа (образец дан в приложении 2) и содержит все исходные данные, подробное изложение последовательности расчетов всех заданий, выводы по их результатам и список использованной литературы.

• Как правило, оценка за расчетные задания ставиться по результатам их защиты. Во время защиты преподаватель вправе задавать вопросы не только о сущности выполненной работы и ее результа­тах, но и по теоретическому материалу всех разделов термодинамики.