Комплект контрольно-оценочных средств по учебной дисциплине "Физическая и коллоидная химия" для специальности 18.02.04 "Электрохимическое производство"
Данный документ представляет собой комплект контрольно-оценочных средств (КОС) для проверки результатов освоения учебной дисциплины "Физическая и коллоидная химия". КОС включает паспорт оценочных средств, перечень проверяемых умений и знаний, формы текущего и рубежного контроля (тесты, контрольные работы, практические и лабораторные работы), а также материалы для итоговой аттестации в форме дифференцированного зачета. 1. Общая характеристика документа
✓ Документ является официальным комплектом оценочных средств для специальности 18.02.04 "Электрохимическое производство".
✓ Форма промежуточной аттестации — дифференцированный зачет (в тестовой форме).
✓ Оценка освоения дисциплины осуществляется через тестирование, контрольные работы, практические и лабораторные работы, устные опросы. 2. Проверяемые результаты обучения
Документ определяет перечень умений (У1–У7) и знаний (З1–З12), подлежащих контролю:
✓ Умения:
• У1 — выполнять расчеты электродных потенциалов и ЭДС гальванических элементов.
• У2 — находить в справочной литературе показатели физико-химических свойств веществ.
• У3 — определять концентрации реагирующих веществ и скорость реакций.
• У4 — строить фазовые диаграммы.
• У5 — производить расчеты параметров газовых смесей, кинетических параметров, химического равновесия.
• У6 — рассчитывать тепловые эффекты и скорость химических реакций.
• У7 — определять параметры каталитических реакций.
✓ Знания:
• З1 — закономерности протекания химических и физико-химических процессов.
• З2 — законы идеальных газов.
• З3 — механизм действия катализаторов.
• З4 — механизмы гомогенных и гетерогенных реакций.
• З5 — основы физической и коллоидной химии, химической кинетики, электрохимии, химической термодинамики и термохимии.
• З6 — основные методы интенсификации физико-химических процессов.
• З7 — свойства агрегатных состояний веществ.
• З8 — сущность и механизм катализа.
• З9 — схемы реакций замещения и присоединения.
• З10 — условия химического равновесия.
• З11 — физико-химические методы анализа веществ, применяемые приборы.
• З12 — физико-химические свойства сырьевых материалов и продуктов. 3. Структура контроля по разделам Раздел 1. Физическая химия
✓ Тема 1.1 "Молекулярно-кинетическая теория агрегатных состояний": лабораторные работы №1–2, практические занятия №1–2.
✓ Тема 1.2 "Термохимия": лабораторная работа №3, практические занятия №3–4.
✓ Тема 1.3 "Химическая кинетика": лабораторная работа №4, практические занятия №5–6, тест №1.
✓ Тема 1.4 "Катализ": лабораторная работа №5.
✓ Тема 1.5 "Химическое равновесие": лабораторная работа №6, практические занятия №7–8.
✓ Тема 1.6 "Растворы": лабораторная работа №7, тест №2.
✓ Рубежный контроль: контрольная работа №1. Раздел 2. Электрохимия
✓ Тема 2.1 "Явление электролиза, электродные потенциалы": лабораторные работы №8–10, практическое занятие №9, тест №3.
✓ Рубежный контроль: контрольная работа №2. Раздел 3. Коллоидная химия
✓ Тема 3.1 "Дисперсные системы": устный опрос, самостоятельная работа.
✓ Тема 3.2 "Растворы ВМС": лабораторная работа №11, устный опрос. 4. Типовые задания для текущего и рубежного контроля Контрольная работа №1 (5 вариантов)
✓ Вопросы по молекулярно-кинетической теории, термохимии, химической кинетике, катализу, химическому равновесию.
✓ Расчетные задачи: определение теплового эффекта реакции по теплотам образования, расчет изменения свободной энергии, расчет парциальных давлений в газовой смеси, расчет скорости реакции по закону действия масс. Контрольная работа №2 "Электрохимия" (4 варианта)
✓ Расчет электродных потенциалов по уравнению Нернста.
✓ Расчет ЭДС гальванических элементов.
✓ Определение направления тока в концентрационных цепях.
✓ Расчет концентрации ионов металла по значению потенциала.
✓ Составление схем гальванических элементов. Тестовые задания (2 варианта по 20 вопросов)
✓ Вопросы охватывают: приборы для измерения свойств жидкостей (вискозиметр, сталагмометр), зависимость вязкости и поверхностного натяжения от температуры, уравнение состояния идеального газа, первое и второе начала термодинамики, закон Гесса, теплоту образования и сгорания, молекулярность и порядок реакции, закон действия масс, уравнение Вант-Гоффа, энергию активации, катализ (гомогенный и гетерогенный), принцип Ле-Шателье, свободную энергию Гиббса. Практическая работа "Смещение химического равновесия по принципу Ле-Шателье"
✓ Анализ влияния температуры, давления и концентрации на смещение равновесия для реакций: N₂O₄ ⇄ 2NO₂, N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃, N₂ + O₂ ⇄ 2NO. Лабораторная работа "Термический анализ двухкомпонентной смеси (нафталин-фенол)"
✓ Построение кривых охлаждения для смесей различного состава.
✓ Определение температуры начала кристаллизации и температуры отвердевания эвтектики.
✓ Построение диаграммы плавкости системы. Лабораторная работа "Определение количества электричества"
✓ Использование газового кулонометра для определения количества электричества.
✓ Расчет по закону Фарадея: Q = (26,8 · V) / 11,2 (для водорода). Практическая работа "Расчет ЭДС гальванического элемента и электродных потенциалов"
✓ Расчет потенциала металлического электрода с учетом ионной силы раствора и коэффициента активности.
✓ Расчет ЭДС гальванического элемента как разности потенциалов катода и анода. 5. Экзаменационные материалы (дифференцированный зачет)
Итоговая аттестация проводится в форме тестирования (2 варианта по 20 вопросов). Вопросы охватывают все разделы дисциплины:
✓ Приборы для измерения свойств жидкостей (вискозиметр, сталагмометр).
✓ Зависимость вязкости и поверхностного натяжения от температуры.
✓ Уравнение состояния идеального газа, первое и второе начала термодинамики.
✓ Тепловые эффекты реакций (экзотермические, эндотермические).
✓ Молекулярность и порядок химических реакций.
✓ Закон действия масс, уравнение скорости реакции.
✓ Катализ (гомогенный, гетерогенный), механизмы катализа.
✓ Принцип Ле-Шателье.
✓ Свободная энергия Гиббса как критерий самопроизвольности процесса.
✓ Построение диаграмм плавкости.
✓ Расчет ЭДС гальванических элементов и электродных потенциалов.
✓ Коллоидная химия: коагуляция, пептизация, порог коагуляции. 6. Критерии оценивания Для дифференцированного зачета (тестирование):
✓ 85–100% правильных ответов — "5" (отлично)
✓ 70–84% — "4" (хорошо)
✓ 51–69% — "3" (удовлетворительно)
✓ менее 51% — "2" (неудовлетворительно) Для текущего контроля:
✓ Оценка знаний и умений осуществляется через наблюдение за ходом выполнения заданий, оценку результатов практических и лабораторных работ, тестирование, контрольные работы.
☀ Ознакомиться с документом можно на официальном сайте учебного заведения ☀
✅
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине "Физическая и коллоидная химия" для специальности 18.02.04 "Электрохимическое производство"
Данный документ представляет собой сборник методических указаний для выполнения лабораторных работ по физической и коллоидной химии. Пособие охватывает 6 лабораторных работ, посвященных определению поверхностного натяжения и вязкости жидкостей, теплоты нейтрализации, адсорбции уксусной кислоты на активированном угле, количества электричества и порога коагуляции золей. Практикум предназначен для студентов 2-го курса специальности 18.02.04 "Электрохимическое производство". 1. Общая характеристика и цели практикума
✓ Документ является руководством для выполнения 6 лабораторных работ общим объемом 14 академических часов.
✓ Основная цель — закрепление теоретических знаний, формирование практических навыков определения физико-химических показателей, освоение методов экспериментального исследования.
✓ В документе изложены требования к умениям (определять концентрации реагирующих веществ и скорость реакций, строить фазовые диаграммы, работать с лабораторным оборудованием) и знаниям (закономерности протекания процессов, законы идеальных газов, основы термодинамики, электрохимии, коллоидной химии).
2. Перечень лабораторных работ
Практикум включает 6 работ, охватывающих основные разделы физической и коллоидной химии: Лабораторная работа №1 "Определение поверхностного натяжения жидкости"
✓ Определение коэффициента поверхностного натяжения сталагмометрическим методом (метод счета капель).
✓ Сравнение поверхностного натяжения эталонной жидкости (вода) и исследуемой (спирт).
✓ Расчет по формуле: σ = σ₀ · (n₀ · d · ρ) / (n · d₀ · ρ₀), где n — число капель, d — плотность.
✓ Контрольные вопросы: сила поверхностного натяжения, поверхностная энергия, факторы, влияющие на коэффициент, поверхностно-активные вещества. Лабораторная работа №2 "Определение вязкости жидкости"
✓ Определение относительной вязкости спирта вискозиметрическим методом (капиллярный вискозиметр).
✓ Измерение времени истечения эталонной жидкости (вода) и исследуемой (спирт) между метками.
✓ Расчет по формуле: η = η₀ · (t · ρ) / (t₀ · ρ₀), где t — время истечения, ρ — плотность.
✓ Контрольные вопросы: понятие вязкости и текучести, факторы, влияющие на вязкость. Лабораторная работа №3 "Определение теплоты нейтрализации"
✓ Определение теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты (HCl) сильным основанием (NaOH) в калориметре.
✓ Измерение начальной и максимальной температуры при смешивании растворов.
✓ Расчет количества теплоты по формуле: Q = c · m · Δt (теплоемкость воды, плотность = 1).
✓ Расчет теплового эффекта на 1 г-экв кислоты (25 мл 1н раствора содержит 0,025 г-экв).
✓ Сравнение с теоретическим значением ΔH = -57,3 кДж/моль, расчет относительной ошибки.
✓ Контрольные вопросы: теплоты образования, сгорания, нейтрализации, закон Гесса. Лабораторная работа №4 "Определение адсорбции уксусной кислоты на поверхности активированного угля"
✓ Изучение адсорбции на границе твердой и жидкой фаз.
✓ Приготовление 6 растворов уксусной кислоты различных концентраций (0,012–0,4 н) методом разбавления.
✓ Титрование растворов до и после контакта с активированным углем (3 г на 100 мл раствора, время контакта 20 мин).
✓ Расчет количества адсорбированной кислоты X = C - C₁, где C — начальная концентрация, C₁ — конечная концентрация.
✓ Построение изотермы адсорбции в координатах X/m = f(C).
✓ Построение логарифмической зависимости lg(X/m) = f(lg C) для определения констант уравнения Фрейндлиха (a и n).
✓ Контрольные вопросы: понятие адсорбции, отличие от абсорбции, факторы, влияющие на адсорбцию, применение адсорбции. Лабораторная работа №5 "Определение количества электричества"
✓ Определение количества электричества с помощью газового кулонометра.
✓ Сбор электрической цепи (выпрямитель + газовый кулонометр).
✓ Измерение объема выделившегося водорода по объему вытесненного электролита в бюретке.
✓ Расчет по закону Фарадея: 26,8 А·ч соответствует 11,2 л H₂ (н.у.) (1 г-экв водорода).
✓ Изучение трех типов кулонометров: газовый (H₂ на катоде, O₂ на аноде), титрационный (выделение I₂), медный (осаждение Cu).
✓ Контрольные вопросы: сущность законов Фарадея, электрохимический эквивалент, выход вещества по току. Лабораторная работа №6 "Определение порога коагуляции золя гидроокиси железа"
✓ Получение золя Fe(OH)₃ путем гидролиза FeCl₃ при кипячении: FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3HCl.
✓ Добавление электролитов (KCl, K₂SO₄, ферроцианид калия) в пробирки с золем.
✓ Наблюдение коагуляции (помутнение, выпадение осадка).
✓ Расчет порога коагуляции по формуле: Cпор = V · C · 100 (где V — объем электролита, вызвавший коагуляцию, C — его концентрация).
✓ Контрольные вопросы: причина выпадения осадка при коагуляции, седиментация, порог коагуляции. 3. Технические особенности выполнения работ
✓ Сталагмометрический метод: Число капель жидкости, вытекающих из капилляра, обратно пропорционально поверхностному натяжению. Работа основана на сравнении числа капель эталонной и исследуемой жидкости.
✓ Вискозиметрический метод: Время истечения жидкости через капилляр пропорционально вязкости. Для работы необходим капиллярный вискозиметр, секундомер и термометр для контроля температуры.
✓ Калориметрический метод: Измерение изменения температуры в калориметре при смешивании реагентов. Упрощенный калориметр — стакан в стакане с воздушной прослойкой (теплоизоляция).
✓ Адсорбция: Активированный уголь имеет удельную поверхность 600–1700 м²/г. Адсорбция из растворов описывается уравнением Фрейндлиха: X/m = a · C^(1/n), где X — количество адсорбированного вещества, m — масса адсорбента, C — равновесная концентрация.
✓ Кулонометрия: Газовый кулонометр работает с электролитом KOH или NaOH (15–20%). На катоде выделяется водород, объем которого измеряется в бюретке. Для точных расчетов требуется катодный выход по току 100%.
✓ Коагуляция золей: Золь гидроокиси железа получают гидролизом FeCl₃. Коагуляцию вызывают ионы с зарядом, противоположным заряду коллоидных частиц. Для Fe(OH)₃ золь заряжен положительно, поэтому коагуляцию вызывают анионы. Порог коагуляции зависит от заряда иона (правило Шульце-Гарди). 4. Оформление отчета
✓ Для каждой лабораторной работы оформляется письменный отчет на листах формата А4, содержащий: наименование и номер работы, тему и цель, перечень оборудования, зарисовку установки, описание хода работы, таблицу результатов измерений и вычислений, графики (при необходимости), ответы на контрольные вопросы, вывод.
✓ В работе №1 — таблица с числом капель для воды и спирта (три измерения, среднее значение) и расчет коэффициента поверхностного натяжения.
✓ В работе №2 — таблица с временем истечения для воды и спирта (три измерения, среднее значение), расчет относительной вязкости.
✓ В работе №3 — таблица с начальными и максимальными температурами, расчет теплового эффекта и относительной ошибки.
✓ В работе №4 — таблица с концентрациями, объемами титрантов, значениями X/m, изотерма адсорбции, логарифмический график.
✓ В работе №5 — таблица с силой тока, временем, объемом водорода, расчетом количества электричества.
✓ В работе №6 — таблица с объемами электролитов, порогами коагуляции для разных электролитов.
✓ Небрежное оформление не допускается. Все работы должны быть выполнены и защищены в сроки, установленные преподавателем. Обучающиеся, не получившие зачет по лабораторным работам, к дифференцированному зачету не допускаются.
☀ Ознакомиться с документом можно на официальном сайте учебного заведения ☀
✅
Методические указания по выполнению практических занятий по дисциплине "Физическая и коллоидная химия" для специальности 18.02.04 "Электрохимическое производство"
Данный документ представляет собой сборник методических указаний для выполнения практических занятий по физической и коллоидной химии. Пособие охватывает 9 практических работ, посвященных расчетам параметров идеального газа и газовых смесей, тепловых эффектов реакций, возможности самопроизвольного протекания процессов, зависимости скорости реакций от температуры, энергии активации, константы химического равновесия, смещения равновесия по принципу Ле-Шателье и расчетам ЭДС гальванических элементов. Практикум предназначен для студентов 2-го курса специальности 18.02.04 "Электрохимическое производство". 1. Общая характеристика и цели практикума
✓ Документ является руководством для выполнения 9 практических занятий общим объемом 18 академических часов.
✓ Основная цель — закрепление теоретических знаний, формирование навыков выполнения физико-химических расчетов, необходимых в профессиональной деятельности технолога электрохимического производства.
✓ В документе изложены требования к умениям (выполнять расчеты параметров газов, тепловых эффектов,
кинетических параметров, электродных потенциалов) и знаниям (законы идеальных газов, термодинамики, химической кинетики, электрохимии). 2. Перечень практических работ
Практикум включает 9 работ, последовательно охватывающих основные разделы физической и коллоидной химии: Практическая работа №1 "Расчет параметров идеального газа"
✓ Использование уравнения Менделеева-Клапейрона: PV = nRT.
✓ Расчет плотности газа при нормальных условиях: ρ₀ = M/22,4.
✓ Приведение объема газа к нормальным условиям: V₀ = PVT₀/(P₀T).
✓ Задачи: приведение газа к н.у., расчет молекулярной массы и плотности газа. Практическая работа №2 "Расчет идеальных газовых смесей"
✓ Закон Дальтона: Pобщ = P₁ + P₂ + ... + Pn.
✓ Парциальное давление: Pᵢ = Pобщ · rᵢ, где rᵢ — объемная доля.
✓ Средняя молекулярная масса смеси: Mср = M₁r₁ + M₂r₂ + ... + Mnrn.
✓ Задачи: расчет парциальных давлений газов в смеси, расчет парциальных объемов и общего давления. Практическая работа №3 "Расчет тепловых эффектов в зависимости от условий их проведения"
✓ Закон Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от пути, а зависит от начального и конечного состояния.
✓ Расчет теплового эффекта через теплоты образования: Qх = ΣQпродуктов − ΣQисходных.
✓ Задачи: расчет теплоты при взаимодействии P₂O₅ с водой, нейтрализации аммиака серной кислотой, сгорания спирта. Практическая работа №4 "Определение возможности самопроизвольного протекания химической реакции"
✓ Критерий самопроизвольности: ΔG < 0 — реакция протекает самопроизвольно; ΔG > 0 — реакция не может протекать самопроизвольно.
✓ Расчет изменения свободной энергии Гиббса по закону Гесса: ΔG = ΣΔGпродуктов − ΣΔGисходных.
✓ Задачи: расчет ΔG для реакций полимеризации ацетилена, синтеза мочевины, дегидратации пропилового спирта. Практическая работа №5 "Зависимость скорости химической реакции от температуры"
✓ Правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на 10°С скорость реакции увеличивается в γ раз (γ = 2–4).
✓ Формула: v₂/v₁ = γ^(Δt/10).
✓ Задачи (10 вариантов): расчет увеличения скорости реакции, изменение температуры для изменения скорости, сравнение скоростей реакций при разных температурах, расчет константы скорости. Практическая работа №6 "Расчет энергии активации молекул"
✓ Энергия активации — минимальный избыток энергии, необходимый для протекания реакции.
✓ Уравнение Аррениуса в логарифмической форме: lg(k₂/k₁) = Eₐ/(2,303R) · (1/T₁ − 1/T₂).
✓ Задачи: расчет энергии активации по двум значениям констант скорости, расчет времени реакции при разных температурах. Практическая работа №7 "Расчет константы химического равновесия, исходных и равновесных концентраций"
✓ Константа равновесия для гомогенной реакции: Kc = [C]^n₃[D]^n₄ / ([A]^n₁[B]^n₂).
✓ Связь Kp и Kc: Kp = Kc(RT)^Σn, где Σn — изменение числа молей газов.
✓ Задачи: расчет состава реакционной смеси при равновесии, пересчет Kp в Kc. Практическая работа №8 "Определение смещения химического равновесия по принципу Ле-Шателье"
✓ Принцип Ле-Шателье: если на систему в равновесии воздействовать извне, равновесие смещается в направлении, противодействующем воздействию.
✓ Анализ влияния температуры, давления и концентрации на смещение равновесия.
✓ Задачи: определение направления смещения равновесия для реакций N₂O₄ ⇄ 2NO₂, N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃, N₂ + O₂ ⇄ 2NO при изменении температуры и давления. Практическая работа №9 "Расчет ЭДС гальванического элемента и электродных потенциалов"
✓ Уравнение Нернста: φ = φ₀ + (0,059/n) · lg(aМе^(n+)/aМе) (для металлического электрода).
✓ Расчет ЭДС гальванического элемента: E = φкатода − φанода.
✓ Учет коэффициента активности через ионную силу раствора.
✓ Задачи: расчет потенциала цинка при разных концентрациях, расчет ЭДС кадмий-цинкового элемента, расчет потенциала магниевого электрода. 3. Технические особенности выполнения работ
✓ Идеальный газ: Уравнение Менделеева-Клапейрона связывает давление, объем, количество вещества и температуру. Универсальная газовая постоянная R = 8,314 Дж/(моль·К) или R = 8314 Дж/(кмоль·К).
✓ Газовые смеси: Парциальное давление газа в смеси равно давлению, которое оказывал бы этот газ, занимая весь объем смеси при той же температуре. Объемная доля газа равна отношению его парциального объема к общему объему смеси.
✓ Тепловые эффекты: Закон Гесса позволяет рассчитывать теплоты реакций, для которых невозможно прямое измерение. Теплоты образования простых веществ приняты равными нулю. Теплота сгорания — тепловой эффект реакции окисления 1 моля вещества в токе кислорода.
✓ Свободная энергия Гиббса: При стандартных условиях (T = 298 К, P = 101325 Па) значения ΔG приводятся в справочных таблицах. Знак ΔG определяет направление процесса.
✓ Кинетика: Температурный коэффициент скорости γ показывает, во сколько раз возрастает скорость при повышении температуры на 10°С. Для большинства реакций γ находится в интервале 2–4.
✓ Энергия активации: Чем выше Eа, тем меньше активных молекул и тем ниже скорость реакции. Катализаторы снижают Eа, увеличивая скорость.
✓ Химическое равновесие: Константа равновесия зависит только от температуры. При ∑n = 0 (реакции без изменения числа молей газов) Kp = Kc.
✓ Электрохимия: Стандартные электродные потенциалы (φ₀) измерены относительно стандартного водородного электрода (φ₀ = 0). Электрод с большим потенциалом является катодом, с меньшим — анодом. 4. Оформление отчета
✓ Для каждой практической работы оформляется письменный отчет на листах формата А4, содержащий: наименование и номер работы, тему и цель, ход решения с формулами и расчетами, ответы, вывод.
✓ В работе №1 — расчет молекулярной массы и плотности газа с приведением к н.у.
✓ В работе №2 — расчет парциальных давлений и парциальных объемов газов в смеси.
✓ В работе №3 — расчет теплового эффекта через теплоты образования с использованием закона Гесса.
✓ В работе №4 — расчет ΔG и заключение о возможности самопроизвольного протекания реакции.
✓ В работе №5 — решение 10 задач по правилу Вант-Гоффа (выбор правильного ответа).
✓ В работе №6 — расчет энергии активации по уравнению Аррениуса и расчет времени реакции при разных температурах.
✓ В работе №7 — расчет константы равновесия и состава равновесной смеси.
✓ В работе №8 — определение направления смещения равновесия с обоснованием по принципу Ле-Шателье.
✓ В работе №9 — расчет потенциалов с учетом коэффициента активности (ионная сила раствора) и ЭДС гальванического элемента.
✓ Все расчеты сопровождаются пояснениями и указанием используемых формул. По окончании каждой работы формулируется вывод.
☀ Ознакомиться с документом можно на официальном сайте учебного заведения ☀
✅
Новинки
Нет содержания для этого блока
Все права на документы принадлежат их правообладателям. Ссылки ведут на официальные источники
