Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  ТБ 

 

 

 

«   22   »       05       2018 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Физическая химия     

 




Направление подготовки

18.03.01 Химическая технология

Профиль подготовки

"Химическая технология неорганических веществ"

Квалификация (степень)выпускника

Бакалавр








          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

3

144 / 4  

16  

16  

16  

3,6  

0,35  

51,95  

65,4  

Экз.(26,65)  

4

144 / 4  

16  

16  

 

3,6  

0,35  

35,95  

81,4  

Экз.(26,65)  

Итого

288 / 8  

32  

32  

16  

7,2  

0,7  

87,9  

146,8  

53,3  

 

Муром, 2018 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: В соответствии с основной областью профессиональной деятельности, включающей исследование химических процессов, происходящих в природе или проводимых в лабораторных условиях, выявление фундаментальных закономерностей их протекания и возможности влияния на эти процессы, главной целью освоения дисциплины «Физическая химия» является формирование у обучающихся представления о том, что физическая химия образует теоретический фундамент современной химии в целом. Достижение данной цели предполагает овладение основами общей и химической термодинамики, теории растворов и фазовых равновесий, основами кинетики и катализа, термодинамики и кинетики электрохимических процессов.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.Б.12))

Знакомству с данным курсом должно предшествовать овладение такими фундаментальными дисциплинами цикла математических и естественно-научных дисциплин, как математика, физика, вычислительные методы в химии. В результате освоения указанных дисциплин у обучающихся должно сформироваться ясное понимание того, что физическая химия является пограничной между химией и физикой. Пользуясь теоретическими и экспериментальными методами обеих наук, а также и своими собственными методами, физическая химия занимается многосторонним исследованием химических реакций и сопутствующих им физических процессов. Следует отметить, что физическая химия, как пограничная наука, охватывает изучаемые ею явления с нескольких сторон, учитывая диалектический характер их взаимосвязи и взаимодействия, и таким путем познает сложные и взаимосвязанные явления материального мира. Физическая химия уделяет главное внимание исследованию законов протекания химических процессов во времени и законов химического равновесия. Закономерности течения химических реакций познаются во все большей мере на основе изучения «элементарных атомов», т.е. единичных конкретных взаимодействий отдельных молекул (ионов, атомов) между собой и с элементарными частицами и излучением. Основная общая задача физической химии - предсказание временного хода химического процесса и конечного результата (состояния равновесия) в различных условиях на основании данных о строении и свойствах молекул веществ, составляющих изучаемую систему.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-3 готовность использовать знания о строении вещества, природе химической связи в различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и механизма химических процессов, протекающих в окружающем мире.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

начала термодинамики и основные уравнения химической термодинамики (ОПК-3).

методы термодинамического описания химических и фазовых равновесий в многокомпонентных системах (ОПК-3).

термодинамику растворов электролитов и электрохимических систем (ОПК-3).

уравнения формальной кинетики и кинетики сложных, цепных, гетерогенных и фотохимических реакций (ОПК-3).

основные теории гомогенного, гетерогенного и ферментативного катализа (ОПК-3).

2) Уметь:

использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы, использовать знания о строении вещества, природе химической связи в различных классах химических соединений для понимания свойств материалов и механизма химических процессов, протекающих в окружающем мире (ОПК-3).

3) Владеть:

навыками вычисления тепловых эффектов химических реакций при заданной температуре в условиях постоянства давления или объема (ОПК-3).

констант равновесия химических реакций при заданной температуре (ОПК-3).

давления насыщенного пара над индивидуальным веществом, состава сосуществующих фаз в двухкомпонентных системах (ОПК-3).

методами определения констант скорости реакций различных порядков по результатам кинетического эксперимента (ОПК-3).

методами математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-3).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 часов.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Химическая кинетика. Химическое и фазовое равновесие

3

16

16

8

39

устный опрос

2

Химическая термодинамика

3

8

26,4

тестирование

Всего за  семестр

144

16

16

16

65,4

3,6

0,35

Экз.(26,65)

3

Химическая термодинамика

4

16

16

81,4

тестирование

Всего за  семестр

144

16

16

81,4

3,6

0,35

Экз.(26,65)

Итого   

288

32

32

16

146,8

7,2

0,7

53,3

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 3

Раздел 1. Химическая кинетика. Химическое и фазовое равновесие

Лекция 1.

Предмет физической химии. Краткие исторические сведения (2 часа).

Лекция 2.

Химическая кинетика. Понятие скорости и механизма химической реакции. Скорость реакции в гомогенной и гетерогенной системах (2 часа).

Лекция 3.

Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Влияние химического, электронного и пространственного строения на реакционную активность веществ (2 часа).

Лекция 4.

Влияние концентраций исходных веществ на скорость реакции. Закон действия масс (2 часа).

Лекция 5.

Влияние температуры на скорость реакции. Правило Вант-Гоффа. Теория активированного комплекса (2 часа).

Лекция 6.

Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ (2 часа).

Лекция 7.

Необратимые и обратимые реакции. Химическое и фазовое равновесие (2 часа).

Лекция 8.

Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье (2 часа).

Семестр 4

Раздел 2. Химическая термодинамика

Лекция 9.

Основные понятия термодинамики (2 часа).

Лекция 10.

Первое начало термодинамики (2 часа).

Лекция 11.

Энтальпия и теплоемкость (2 часа).

Лекция 12.

Изобарные и изохорные процессы (2 часа).

Лекция 13.

Термохимия. Экзо- и эндотермические реакции. Теплота образования (2 часа).

Лекция 14.

Закон Гесса. Следствия из закона (2 часа).

Лекция 15.

Второй закон термодинамики (2 часа).

Лекция 16.

Направление протекания химических процессов. Энергии Гиббса и Гельмгольца (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 3

Раздел 1. Химическая кинетика. Химическое и фазовое равновесие

Практическое занятие 1.

Физико-химический анализ как метод научного исследования (2 часа).

Практическое занятие 2.

Кинетика простых реакций. Составление кинетических уравнений (2 часа).

Практическое занятие 3.

Влияние температуры на скорость химических реакций (2 часа).

Практическое занятие 4.

Фотохимические реакции (2 часа).

Практическое занятие 5.

Кинетика сложных реакций (2 часа).

Практическое занятие 6.

Применение принципа Ле Шателье для смещения равновесия в химических системах (2 часа).

Практическое занятие 7.

Ферментативный катализ (2 часа).

Практическое занятие 8.

Расчет констант равновесия и равновесного выхода химической реакции (2 часа).

Семестр 4

Раздел 2. Химическая термодинамика

Практическое занятие 9.

Первое начало термодинамики, его применение к различным процессам. Внутренняя энергия и энтальпия (2 часа).

Практическое занятие 10.

Методы определения порядка реакций (2 часа).

Практическое занятие 11.

Закон Гесса. Теплота образования сложных веществ (2 часа).

Практическое занятие 12.

Теплота сгорания. Расчет тепловых эффектов реакций по теплотам образования, сгорания и энергиям связей (2 часа).

Практическое занятие 13.

Теплоемкость и ее зависимость от температуры. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Формула Кирхгоффа. Уравнение теплового баланса и теоретическая температура горения (2 часа).

Практическое занятие 14.

Второе начало термодинамики. Расчет изменений энтропии при различных процессах. Зависимость энтропии от температуры (2 часа).

Практическое занятие 15.

Термодинамические потенциалы. Энергии Гельмгольца и Гиббса, их свойства (2 часа).

Практическое занятие 16.

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Уравнение Клаузиуса – Клапейрона (2 часа).

 

Методические материалы для проведения практических занятий приведены в учебно-методическом комплексе дисциплины и на информационно-образовательном портале ИОП МИ ВлГУ

https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=2198&topic=2

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 3

Раздел 1. Химическая кинетика. Химическое и фазовое равновесие

Лабораторная 1.

Исследование влияния различных факторов на скорость реакции (4 часа).

Лабораторная 2.

Определение константы скорости и порядка химической реакции (4 часа).

Раздел 2. Химическая термодинамика

Лабораторная 3.

Калориметрическое определение удельной теплоты растворения соли (4 часа).

Лабораторная 4.

Калориметрическое определение молярной теплоты нейтрализации (4 часа).

 

Методические материалы для проведения лабораторных работ приведены в учебно-методическом комплексе дисциплины и на информационно-образовательном портале ИОП МИ ВлГУ

https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=2198&topic=3

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Расчеты свойств идеальных газов. Парциальные давления в смесях идеальных газов. Скорости движения молекул в газах. Теплоемкости газов. Сжигание газов.

2. Работа различных процессов. Цикл Карно. Применение первого закона термодинамики к идеальным газам.

3. Постулат Планка. Абсолютные значения энтропии. Статистический характер второго закона термодинамики.

4. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона - Клаузиса. Фазовые переходы первого и второго рода.

5. Термодинамические функции идеальных газов и их смесей.

6. Элементарные химические процессы. Диссоциация молекул под действием света, электронного удара. Термическая диссоциация. Свободные атомы и радикалы.

7. Закон распределения Больцмана, закон Максвелла- Больцмана.

8. Эффективный диаметр столкновения. Применение теории столкновений к бимолекулярным реакциям. Реакции с участием радикалов.

9. Перенесение теоретических представлений полученных для реакции в газовой фазе, на реакции в растворах. Мономолекулярные и бимолекулярные реакции в растворах. Сопряженные реакции.

10. Возникновение разряда в газе. Химические реакции в тлеющем и дуговом разрядах. Механизм химических реакций в разрядах.

11. Применение третьего закона термодинамики для расчета химических равновесий. Тепловой закон Нернста. Приложение теплового закона Нернста к химическим превращениям. Некоторые приближенные методы расчета химических равновесий.

12. Кинетика реакций в статистических условиях. Необратимые и обратимые реакции первых и вторых порядков. Кинетика химических реакций протекающих в потоке. Необратимые и обратимые реакции первого и второго порядка.

13. Кислотно-основной катализ. Влияние ионной силы на скорость реакции.

14. Кинетика гетерогенных каталитических реакций в статистических условиях, истинная и кажущаяся энергии активации гетерогенных химических реакций. Кинетика гетерогенных реакций в потоке.

15. Диаграммы равновесия жидкость пар в бинарных системах. Первый закон Коновалова. Фракционная перегонка. Температура кипения растворов нелетучих веществ. Второй закон Коновалова. Азеотропные растворы. Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Перегонка с водяным паром.

16. Электропроводность неводных растворов. Подвижность ионов в неводных растворах, числа переноса ионов. Электропроводность твердых солей. Электропроводность растворов в жидком аммиаке.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

Для реализации познавательной и творческой активности студента в учебном процессе используются современные образовательные технологии, дающие возможность повышать качество образования, более эффективно использовать учебное время. Применяются пассивные и интерактивные формы занятий. Студенты выполняют индивидуальные и групповые задания. Подробное объяснение теоретического материала на лекционных занятиях позволяет студентам применять свои знания при решении практических заданий.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Физическая химия

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Березовчук А.В. Физическая химия [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Березовчук А.В.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Научная книга, 2012.— 159 c. - http://www.iprbookshop.ru/8191

2. Физические методы исследования и их практическое применение в химическом анализе [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Н.Г. Ярышев [и др.].— Электрон. текстовые данные.— М.: Московский педагогический государственный университет, 2012.— 159 c. - http://www.iprbookshop.ru/18633

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Килимник А.Б. Физическая химия: учебное пособие. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2008. - 108 с. - http://window.edu.ru/resource/820/64820

2. Стась Н.Ф. Введение в химию: Учебное пособие. - Томск: СТАНИФ, 2007. - 155 с. - http://window.edu.ru/resource/822/73822

3. Ермолаева В.А.Химическая кинетика. Катализ: методические указания по выполнению лабораторных работ - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2011. - 100 экз.

4. Ермолаева В.А. Ионные реакции в растворах. Гидролиз солей: методические указания по выполнению лабораторных работ - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2011. - 100 экз.

5. Ермолаева В.А. Аналитические методы исследования качества воды: методические указания по выполнению лабораторных работ - Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2012. - 100 экз.

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

Chemister.da.ru - Химия и Токсикология. Методики синтеза групп веществ, библиотека по химии, база данных, форум и многое другое.

Chemport.ru - Химический портал. Новости химии, работа для химиков, форум и др. материалы.

Программное обеспечение:

не предусмотрено

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

iprbookshop.ru

window.edu.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Глубокому освоению теоретического материала способствует предварительная подготовка, включающая чтение предыдущей лекции, работу с учебными пособиями и научными материалами. Для успешного освоения теоретического материала студент знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями. Чтобы содержательная информация по дисциплине запоминалась, целесообразно изучать ее поэтапно – по темам и в строгой последовательности, поскольку последующие темы опираются на предыдущие.

При подготовке к практическим занятиям целесообразно повторить основные понятия по теме занятия, изучить примеры, внимательно прочитать нужную тему, разобраться со всеми теоретическими положениями. Для более глубокого усвоения материала крайне важно обратиться за помощью к основной и дополнительной учебной, справочной литературе, журналам или к преподавателю за консультацией. На практических занятиях пройденный теоретический материал подкрепляется решением задач по основным темам дисциплины. Решая задачу, студент должен предварительно понять, какой теоретический материал нужно использовать и наметить план решения. В конце занятия обучающиеся демонстрируют полученные результаты преподавателю и при необходимости делают работу над ошибками.

Лабораторные работы являются одной из важнейших составных частей курса. До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторные работы проводятся в химической лаборатории. Основные вопросы лабораторных занятий связаны с изучением химических свойств различных соединений, особенностей протекания химических процессов. Лабораторные работы выполняются по индивидуальным вариантам, небольшими группами по 2-3 человека. Полученные результаты эксперимента сводятся в отчет. Отчет по каждой лабораторной работе должен оформляться аккуратно и содержать следующие разделы: цель работы, номер и название опыта, описание хода эксперимента, уравнения химических реакций, описание наблюдений, основные выводы по каждому опыту в отдельности и по работе в целом.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий. Важной частью работы студента является знакомство с рекомендуемой и дополнительной литературой, поскольку лекционный материал, при всей его важности для процесса изучения дисциплины, содержит лишь минимум необходимых теоретических сведений. Высшее образование предполагает более глубокое знание предмета. Кроме того, оно предполагает не только усвоение информации, но и формирование навыков исследовательской работы. Для этого необходимо изучать и самостоятельно анализировать статьи периодических изданий и Интернет-ресурсы.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – экзамен. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Физическая химия»

по направлению подготовки 18.03.01 Химическая технология

 

Рабочая программа дисциплины «Физическая химия» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 18.03.01 Химическая технология.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 288 час. (8 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является экзамен / экзамен .

Цель дисциплины: В соответствии с основной областью профессиональной деятельности, включающей исследование химических процессов, происходящих в природе или проводимых в лабораторных условиях, выявление фундаментальных закономерностей их протекания и возможности влияния на эти процессы, главной целью освоения дисциплины «Физическая химия» является формирование у обучающихся представления о том, что физическая химия образует теоретический фундамент современной химии в целом. Достижение данной цели предполагает овладение основами общей и химической термодинамики, теории растворов и фазовых равновесий, основами кинетики и катализа, термодинамики и кинетики электрохимических процессов.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Физическая химия» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 18.03.01 Химическая технология.

 

22.05.2018 г.