Требования к уровню освоения программы, виды текущего, промежуточного и итогового контроля

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

­ иметь представление о предмете физической химии как теоретической основе современной химии и химической технологии;

­ иметь представление о современном состоянии и путях развития физической химии, связи её с другими науками;

­ иметь представление об истории становления физической химии, вкладе отечественных ученых в её развитие;

­ иметь представление о необратимых процессах;

­ иметь представление о возможности целенаправленного управления химическим процессом;

­ иметь представление о строении и свойствах молекул, межмолекулярных взаимодействиях, строении конденсированных фаз;

­ иметь представление о поверхностных явлениях;

­ знать материал, определяемый данной программой;

­ знать основные понятия и законы химической термодинамики;

­ знать термодинамику растворов, химических, фазовых и адсорбционных равновесий;

­ знать основные понятия и закономерности химической кинетики и катализа;

­ знать основные понятия и закономерности электрохимии;

­ знать современную теорию химического строения молекул;

­ знать санитарные правила, правила и нормы охраны труда, правила техники безопасности и противопожарной защиты;

­ уметь находить необходимые данные в справочной литературе, в том числе табличные данные с помощью метода интерполяции, пользоваться предметным указателем учебников и учебных пособий;

­ уметь объяснять результаты опытов, свободно и правильно пользоваться химической терминологией;

­ уметь грамотно оформлять результаты лабораторных работ, правильно заполнять лабораторный журнал;

­ уметь применять теоретические знания для решения задач;

­ владеть техникой химического эксперимента;

­ владеть навыками работы на фотоэлектроколориметре;

­ владеть навыками работы на рН-метре;

­ владеть техникой титриметрического анализа;

­ владеть техникой взвешивания на электронных весах.

Текущий контроль за освоением программы осуществляется через проверку домашних заданий и отчётов по лабораторным работам, посредством контрольных работ, проводимых после завершения изучения нескольких тем или разделов программы.

Промежуточный контроль за освоением программы осуществляется в ходе зачета и экзамена (примерные перечни вопросов к зачету и экзамену приводятся ниже).

Итоговый контроль за освоением программы осуществляется в ходе государственного экзамена специалиста.

Примерный перечень вопросов к зачету

Семестр

1. Предмет и задачи физической химии как теоретической основы современной химии. Роль физической химии в химической технологии, промышленности. Место физической химии в естествознании, биологии. Содержание курса физической химии. Ее значение в подготовке учителей химии и биологии. Основные этапы развития и современное состояние физической химии. Вклад в развитие науки отечественных ученых.

2. Газовые законы (Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люсакка, Шарля и Авогадро). Уравнение состояния идеального газа. Смесь идеальных газов. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Уравнение с вириальными коэффициентами.

3. Некоторые сведения из кинетической теории газов «для идеальных газов». Законы распределения молекул по энергиям и скоростям.

4. Предмет термодинамики. Термодинамические системы и их классификации. Термодинамические свойства. Интенсивные и экстенсивные параметры. Термодинамические процессы. Термическое равновесие системы. Закон транзитивности теплового равновесия. Температура. Внутренняя энергия. Теплота и работа как формы передачи энергии.

5. Первый закон термодинамики. Функция состояния. Обмен энергии в форме работы. Работа различного рода. Работа расширения идеального газа. Равновесные, обратимые и неравновесные процессы. Максимальная работа. Процессы при постоянной температуре, объеме, и давлении. Энтальпия. Адиабатный процесс.

6. Обмен энергии в форме теплоты. Теплоемкость и ее зависимость от температуры. Теория теплоемкости газов.

7. Приложение первого закона термодинамики к химии. Теплота реакции. Понятие о тепловом эффекте. Стандартные состояния и стандартные теплоты химических реакций. Закон Гесса и его следствия. Термохимические уравнения. Теплоты образования, сгорания, растворения. Энергии химических связей.

8. Зависимость теплового эффекта химических реакций от температуры. Уравнения Кирхгофа.

9. Второй закон термодинамики и его различные формулировки. Энтропия. Процессы равновесные и неравновесные. Теорема Карно-Клаузиуса и максимальный коэффициент полезного действия. Уравнение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Некомпенсированная теплота Клаузиуса и работа, потерянная в необратимом процессе.

10. Изменение энтропии как критерий возможности самопроизвольного протекания процесса в изолированной системе. Изменение энтропии при химической реакции и фазовых переходах.

11. Постулат Планка. Вычисление абсолютного значения энтропии. Энтропия и вероятность. Статистическая интерпретация. Уравнение Больцмана.

12. Термодинамические потенциалы Гиббса и Гельмгольца. Физический смысл энергии Гиббса и Гельмгольца. Стандартные условия термодинамических величин. Условия самопроизвольного протекания процессов.

13. Характеристические функции. Уравнения Максвелла. Уравнения Гиббса-Гельмгольца.

14. Изменение термодинамических функций в открытых системах. Химические потенциал, их определение, вычисление и свойства.

15. Химическое равновесие. Закон действующих масс. Термодинамический вывод закона действующих масс. Различные виды констант (К_р, К_с, К_х) и связь между ними. Химическое равновесие в идеальных и неидеальных системах. Представление о летучести и активности.

16. Уравнения изотермы, изобары и изохоры химической реакции. Зависимость констант равновесия от температуры. Уравнение Вант-Гоффа. Понятие о химическом сродстве. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье-Брауна.

17. Агрегатные состояния и их характеристика. Гетерогенные системы. Понятие фазы, компонента, степени свободы. Правило фаз Гиббса и его вывод. Условия равновесия между фазами.

18. Однокомпонентные системы. Диаграмма состояния воды. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клайперона-Клаузиса и его применение к различным фазовым переходам первого рода. Фазовые переходы второго рода.

19. Двухкомпонентные системы. Различные виды диаграмм состояния двухкомпонентных систем и их анализа на основе правила фаз. Системы, образующие твёрдые растворы, и химические состояния конгруэнтной и инконгруэнтной точкой плавления. Эвтектическая и перитектическая точки. Диаграмма состав-температура двухкомпонентных систем.

20. Трёхкомпонентные системы. Треугольник Гиббса. Термодинамическая классификация растворов. Твёрдые растворы. Термический анализ.

21. Растворы различных классов. Смеси идеальных газов и их термодинамические свойства. Идеальные растворы. Растворы «жидкость-газ». Зависимость растворимости газов от давления (закон Генри), их природы и природы растворителя и температуры. Растворы летучих жидких веществ. Идеальные растворы. Закон Рауля. Давление насыщенного пара. Растворы с положительным и отрицательным отклонением от закона Рауля. Причины отклонений.

22. Термодинамика растворов. Растворы идеальные, предельно разбавленные, неидеальные. Функции смешения для идеальных и неидеальных растворов. Предельно разбавленные растворы. Парциальные мольные величины и их определением из опытных данных (для бинарных систем). Уравнение Гиббса-Дюгема и Гиббса-Дюгема-Маргулеса.

23. Диаграммы «состав – давление пара» и «состав – температура кипения». Законы Гиббса-Коновалова. Азеотропные растворы и их свойства. Разделение веществ путём перегонки.

24. Давление пара бинарных систем из частично смешивающихся и несмешивающихся жидкостей. Распределение третьего компонента между двумя несмешивающимися жидкостями. Коэффициент распределения. Экстрагирование.

25. Растворы «летучая жидкость – нелетучее вещество». Зависимость растворимости твёрдых веществ от их природы и температуры. Свойства разбавленных растворов. Давление насыщенного пара растворителя над раствором, зависимость от температуры. Температура замерзания и кипения разбавленных растворов. Криоскопия и эбуллиоскопия. Криоскопический метод.

26. Осмотические явления. Уравнение Вант-Гоффа, его термодинамический вывод и область применимости. Осмотические и мембранные равновесия в растворах. Роль осмоса в биологических процессах.

27. Явление адсорбции. Адсорбция на поверхности радела «раствор – газ». Уравнение Гиббса. Изотерма адсорбции Лэнгмюра. Поверхностно-активные вещества.

28. Адсорбция газов и паров на твердых телах. Адсорбенты (активированные угли, гели, цеолиты и др.). Адсорбат. Структура поверхности и пористость адсорбента. Изотермы адсорбции. Уравнение Генри. Константа адсорбционного равновесия, уравнение Фрейндлиха-Бедекера.

29. Полимолекулярная адсорбция, ее приближенное описание методом Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ). Использование уравнения БЭТ для определения поверхности адсорбентов.

30. Зависимость адсорбции от температуры и свойств адсорбента и адсорбтива. Природа адсорбционных сил. Хемосорбция. Адсорбция на твердых телах из растворов. Ионнообменная адсорбция. Иониты и их применение. Методы измерения адсорбции. Адсорбционная хроматография.