Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности 2 48 01 35 «Переработка нефти и газа» - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Методические указания и контрольные задания для учащихся-заочников 2 631.57kb.
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... 1 299.04kb.
Методические указания и контрольные задания для учащихся-заочников 1 208.91kb.
Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... 1 61.81kb.
И ликвидации последствий стихийных бедствий 7 1189.71kb.
1. Теоретические пояснения 1 90.15kb.
Методические указания для студентов-заочников 1 181.71kb.
Лабораторная работа №7 коррекция сар 1 69.8kb.
Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов... 6 978.26kb.
Лабораторная работа №2 Исследование характеристик элементарных звеньев... 1 133.03kb.
Свойства объектов управления. Графические и аналитические методы... 1 222.37kb.
Методические рекомендации по изучению дисциплины «Технология обработки... 1 146.34kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
Методические указания и контрольные задания для учащихся заочников по специальности - страница №1/4



Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Новополоцкий государственный политехнический техникум»

Физическая и коллоидная химия


Методические указания и контрольные задания для учащихся – заочников по специальности 2 – 48 01 35 «Переработка нефти и газа»

Новополоцк

2009
Разработчик: О.Л.Пирог, преподаватель учреждения образования

«Новополоцкий государственный политехнический техникум»


Рассмотрено на заседании комиссии спецтехнологии и оборудования



СОДЕРЖАНИЕ



1. Пояснительная записка………………………………………………….

3

2. Общие методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению контрольных заданий……………………………………….

4


3. Содержание предмета, методические указания к темам, примерные решения задач и вопросы для самоконтроля……………………………..

6


4. Контрольная работа (таблица вариантов)……………………………...

49

5. Контрольные вопросы и задания……………………………………….

51

6. Приложение………………………………………………………………

78

7. Литература………………………………………………………………..

84


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Настоящие методические указания и контрольные задания составлены на основании действующей типовой учебной программы, утвержденной Министерством образования Республики Беларусь 10.06.2008 г.

Программой предусматривается изучение учащимися основных законов физической и коллоидной химии применительно к получаемой специальности.

Дисциплина изучается в тесной связи с дисциплиной «Процессы и аппараты химических производств», является основой для изучения специальных дисциплин, непосредственно связанных с технологией химического производства, и базируется на знаниях, полученных при изучении математики, химии, физики.

В результате изучения дисциплины учащиеся



должны знать на уровне представления:

- физический смысл основных законов физической и коллоидной химии;

- области применения законов физической и коллоидной химии при управлении технологическими процессами на производстве;

знать на уровне понимания:

- молекулярно-кинетическую теорию агрегатных состояний вещества;

- основы термохимии, термодинамики, химической кинетики, катализа и электрохимии;

- учение о химическом равновесии, термодинамический принцип смещения равновесия;

- основы термодинамической теории и правило фаз Гиббса;

- классификацию, свойства дисперсных систем, их практическое использование;

- основы коллоидной химии;

уметь:

- использовать термодинамические характеристики при определении направления и условий протекания процессов;

- вычислять кинетические параметры химических процессов (находить константу скорости, энергию активации, составлять кинетические уравнения);

- выполнять расчеты по законам электрохимии, газовым законом.



ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Учебный план предусматривает 2-х часовые установочные занятия на III курсе, на которых преподаватель знакомит учащихся с содержанием курса, его значением, дает необходимые указания по самостоятельному изучению предмета и выполнению контрольных работ.

Лабораторно-экзаменационная сессия, в которую включена данная дисциплина, предусмотрена в I и II семестре III курса. Поэтому очень важно изучение дисциплины в межсезонный период самостоятельно с составлением конспекта по форме, предложенной преподавателем на установочной сессии. Наиболее важные и сложные разделы (по указанию преподавателя) должны быть законспектированы подробнее. Конспект поможет учащемуся в период подготовки к занятиям на лабораторно-экзаменационной сессии и к экзамену. Учащийся должен приступить к выполнению домашних контрольных работ после изучения необходимого материала по данным темам и составления по нему конспекта.

Учебный план предусматривает выполнение учащимися-заочниками по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» двух домашних контрольных работ, шести практических работ и двух лабораторных работ.

В данном пособии контрольные задания разработаны на все установленные учебным планом контрольные работы и охватывают весь программный теоретический материал.

Первая контрольная работа выполняется учащимися после изучения тем 1.1-1.5 раздела I; вторая – тем 1.6-1.7 раздела I и разделов II и III. После изучения теоретического материала следует внимательно разобрать типовые решения с целью закрепления полученных знаний, затем выяснить, какие из необходимых к выполнению контрольных задач относятся к данной теме и решить их, пользуясь конкретным типовым решением. Целесообразно при решении задачи повторить соответствующий теоретический материал.

Каждый учащийся выполняет вариант задания, обозначенного двумя последними цифрами его шифра.

Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены, в тетради должны быть широкие поля для замечаний рецензента, желательно оставлять несколько свободных строк после ответа на каждую задачу. Писать нужно четко и ясно. На первой странице указывается номер шифра и записываются номера задач в том порядке, в каком они стоят в контрольных работах.

Условие задачи записывается полностью, а затем дается подробное решение по типу приведенного в методике с приведением всех математических преобразований. Наличие примерных решений не исключает поиска учащимися самостоятельного пути решения, его необходимо только обосновать. На теоретические вопросы нужно дать точные ответы. При решении задач желательно придерживаться следующей системы:

1. Внимательно, не менее двух раз, прочтите условие задачи.

2. Уясните, что дано и что требуется узнать в данной задаче.

3. Уточните, чем предлагаемая задача отличается от данного в методике примерного решения.

4. Пользуясь учебником, повторите физическую сущность данных и определенных величин, уточните их единицы измерения.

5. Найдите в учебнике формулы, дающие зависимость между данными и искомыми величинами.

6. Приступая к выполнению, четко продумайте план решения задачи, не забывая при этом, что в условии иногда разные величины даны в разнородных единицах, их нужно всегда привести к однородным.

7. Получив ответ, укажите единицу измерения величины и попробуйте оценить правдоподобность результата.

После выполнения контрольной работы обязательно укажите литературу, которой Вы пользовались, наименование и год издания. Это позволит рецензенту дать Вам четкое указание, какие страницы или параграфы учебника нужно проработать повторно. Присланная Вами работа, даже с оценкой «зачтено», может иметь те или иные недостатки, отмеченные рецензией. Они должны быть исправлены и работа предъявлена преподавателю на сессии.



СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДМЕТА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ТЕМАМ

ПРИМЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Введение
Цели, задачи и предмет дисциплины «Физическая и коллоидная химия», ее значение в подготовке специалистов. Основные этапы развития науки. Роль М.В. Ломоносова и современных ученых (Вант-Гофф, Рауль, Гесс, Гиббс, Клаузиус, Нернст, Больцман и др.) в развитии физической и коллоидной химии. Новые направления ее дальнейшего развития. Методы исследования, применяемые в физической и коллоидной химии.

Прикладное значение физической и коллоидной химии.


Раздел 1. Физическая химия
Тема 1.1 Молекулярно-кинетическая теория агрегатных состояний вещества
Агрегатные состояния вещества, их различие с точки зрения кинетической энергии. Плазменное состояние вещества.

Газообразное состояние. Газ как рабочее тело. Параметры состояния. Модель идеального газа. Газовые законы, их графическое выражение. Уравнение Клапейрона-Мендеелева. Универсальная газовая постоянная, ее физический смысл.

Реальные газы. Причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов. Уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Изотерма реального газа.

Критическое состояние и критические параметры вещества. Газовые смеси. Состав смеси по массовым, объемным и молярным долям. Парциальное давление. Закон Дальтона.

Жидкое состояние вещества (общая характеристика, современные представления). Поверхностное натяжение, его зависимость от температуры. Вязкость жидкостей и газов. Значение вязкости и поверхностного натяжения для различных технологических процессов. Испарение и кипение жидкостей. Правило Трутона.

Твердое состояние вещества. Кристаллическое и аморфное состояние. Основные типы кристаллических решеток.


Практическая работа № 1
Проведение расчета параметров состояния идеальных и реальных газовых систем.

Лабораторная работа № 1
Определение вязкости жидкости.
Методические указания к теме 1.1
При изучении темы обратите особое внимание на основные допущения молекулярно-кинетическое теории газов, которые позволяют теоретические обосновать экспериментально найденные газовые законы.
Необходимо помнить следующие постоянные:
1. Нормальные условия: температура 0 С или 273 К, давление 101325 Па.

2. Объем 1 киломоля газа в нормальных условиях 22,4 м3.

3. Газовая постоянная R = 8,314 · 103 Дж/кмоль·К
Эти величины, а также уравнение Менделеева-Клапейрона, используются в дальнейших темах курса, а также в спецтехнологии.

Запомните единицы измерения основных газовых параметров. Обратите особое внимание на необходимость всех физических величин в решениях задач в единицах СИ.

Внимательно изучите раздел «Реальные газы», уясните причины отклонения свойств реальных газов от идеальных, физический смысл поправок, введенных Вандер-Ваальсом, способ расчета параметров реальных газов по уравнению Д.И.Менделеева с введением коэффициента сжимаемости.

Учитывая, что температура и давление – основные факторы, обуславливающие взаимный переход агрегатных состояний вещества, как при этом подтверждается действие одного из основных законов развития природы и общества – закона перехода количества в качество?

Очень важно знать, что такое испарение, что кипение характеризуется равенством давления насыщенного пара и внешнего давления, давление насыщенного пара растет с ростом температуры; как изменяется температура кипения жидкости в зависимости от величины внешнего давления, как температура кипения зависит от давления насыщенного пара.

Знание основных физических свойств агрегатных состояний вещества понадобится при изучении тем «Термохимия», «Основы термодинамики пара», «Химическая кинетика», «Катализ», «Фазовое равновесие», «Растворы», раздела II «Основы коллоидной химии», курса «процессы и аппараты химической промышленности», спецтехнологии.



Примерные решения задач к теме 1.1
Пример 1. Метан под давлением 0,12 МПа занимает объем 18 м3. Определить объем метана под давлением 6000 Па при Т = const.


Дано:
Р1 = 0,12 МПа = 0,12 · 106 Па

V1 = 18 м3

Р2 = 6000 Па

___________________

V2 - ?


Решение:
Используем закон Бойля-Мариотта

Р1 V1 = Р2 V2

откуда: V2 =

V2 = = 360 м3



Пример 2. Температура в комнате 20 С. Определите температуру, при которой в условиях постоянства объема давление возрастает в 2 раза (в С).




Дано:
= 2
t1 = 20 С

___________________

t2 - ?


Решение:
Используем закон Шарля:

=

Откуда: Т2 = Т1

Определяем температуру в градусах термодинамической шкалы
Т1 = 20 + 273 = 293 К
Т2 = 2 · 293 = 586 К
t2 = 586 – 273 = 313 С.

Пример 3. Объем газа при 140 С – 25 м3. Определите объем газа, если при постоянном давлении он нагрет до 1400 С.




Дано:
V1 = 25 м3

t1 = 140 С

t2 = 1400 С

________________

V2 - ?


Решение:
Используем закон Гей-Люссака:
; откуда V2 =
Определяем температуру в градусах термодинамической шкалы:
Т1 = 140 + 273 = 413 К
Т2 = 1400 + 273 = 1673 К
V2 = = 101 м3

Пример 4. Определить плотность металла при нормальных условиях и при 300 С, если давление постоянно.


Решение:
Так как по закону Авогадро киломоль любого газа в нормальных условиях занимает объем 22,4 м3, плотность метана составит:
о = = 0,714 кг/м3

где 16,0 – молярная масса, кг/моль


Для определения плотности метана при t = 300С воспользуемся следствием из закона Гей-Люссака:
= , откуда 1 = о ·
То = 0 + 273 = 273 К
Т1 = 300 + 273 = 573 К
1 = 0,714 = 0,34 кг/м3

Пример 5. Определите давление, оказываемое 2 кг углекислого газа, занимающих объем 250 л при 130 С.




Дано:
V = 250 л = 0,25 м3

m = 2 кг


М = 44 кг/кмоль

R = 8,314 · 103

Т = 130 + 273 = 403 К

________________________

Р - ?


Решение:

Используем закон Менделеева-Клапейрона


РV =
откуда: Р =
Р = = 6,09 · 105 Па

Пример 6. Приведите объем газа к нормальным условиям, если при 300С и давлении 1,8 МПа он равен 1,5 м3.




Дано:
Т1 = 300 + 273 = 573 К

Т0 = 273 К

Р1 = 1,8 Мпа

Р0 = 101325 Па

V1 = 1,5 м3

_____________________

V0 - ?


Решение:
Используем характеристическое уравнение:
= , откуда
V0 =
V0 = = 12,7 м3


Пример 7. Определите объем, занимаемых 20 кг водорода при минус 100С и давлении 19,44 МПа.


Решение:
При указанных параметрах расчет следует вести по уравнению Менделеева-Клапейрона с введением коэффициента сжимаемости Zс

РV = Zс RT, откуда


V =
Вначале находим по таблице 1 критические параметры для водорода
Ткр. = 33,3 К; Ркр. = 1296 кПа
Затем определяем приведенное давление
П = = 15
и приведенную температуру
 = = 5,1
По таблице 2 находим для
 = 5 и П = 15 Zс = 1,30
 = 6 и П = 15 Zс = 1,24
При изменении  на 1 (от 5 до 6) Zс изменяется на 0,06 (от 1,30 до 1,24). У нас  = 5,1 т.е. на 0,1 больше табличного значения  = 5.

Следовательно,

 = 1------------------ Zс = 0,06

 = 0,1 --------------- Х


Х = 0,006
Тогда для  = 5,1 и П = 15

Zс = 1,300 – 0,006 = 1,294

m = 20 кг

Т = 273 – 100 = 173 кг

М = 2

Р = 19,44·106 Па

R = 8,314·103

V = = 0,96 м3

Пример 8. Определите общее и парциальные давления газа в объеме 3 м3, если в нем при 25 С находятся 2 кг азота и 3 кг СО2.
Дано:
V = 3 м3

Т = 25 + 273 = 298 К

m2 = 2 кг

mСО2 = 3 кг

2 = 28

МСО2 = 44

R = 8,314·103

_________________________

Робщ. - ? Р2 - ? РСО2 - ?


I вариант решения:
Воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона:
РV = RТ, откуда
Р =
Р2 = = 5,9·104 Па
РСО2 = = 5,6·104 Па
Робщ. = Р2 + РСО2 = 5,9 · 104 + 5,6 ·104 = 1,15 · 105 Па


II вариант решения:
Определяем число киломолей азота и углекислого газа
n2 = = 0,0714; n СО2 = = 0,0682;

Общее число киломолей:


0,0714 + 0,0682 = 0,1396
Определяем молярную долю каждого газа как частное от деления числа молей газа на общее число молей
N2 = = 0,51;

N СО2 = = 0,49 или N СО2 = 1 - N2 = 0,49
Общее давление газа:
Робщ. = 0,1396 = 1,15·105 Па
По закону Дальтона парциальное давление компонента в смеси равно молярной доле его в смеси, умноженной на общее давление смеси.

Поэтому:
Р2 = 0,51х1,15х105 = 0,59х105 Па


РСО2 = 0,41х1,15х105 = 0,56х105 Па
Пример 9. Атмосферный воздух содержит (в % объемных): – 78; О2 – 21; Аr – 1,0. Воздух сжат до 15 МПА. Определить:

1. Парциальные давления компонентов.

2. Среднюю молярную массу воздуха.

3. Плотность воздуха.


Решение:
Парциальные давления находим по формуле:
Рпарц. = Робщ. х r, где
r – молярная или объемная доля газа в смеси.
Тогда:
Р2 = 15·0,78 = 11,70 МПа

РО2 = 15·0,21 = 3,15 МПа

РАr = 15·0,01 = 0,15 МПа
Среднюю молярную массу находим по формуле:
Мср. = М2 · r2 + М О2 · r О2 + МАr · rАr

Мср. = 28·0,78+32·0,21+40·0,01 = 21,84+6,72+0,40 = 28,96


Плотность воздуха  = = 1,29 кг/м3

Вопросы для самоконтроля:
1. Сравните агрегатные состояния вещества с точки зрения кинетической энергии частиц.

2. Охарактеризуйте плазменное состояние вещества.

3. Дайте понятие о модели идеального газа.

4. Сформулируйте газовые законы, запишите их математические и графические выражения.

5. Запишите уравнение Клапейрона-Менделеева и укажите физический смысл универсальной газовой постоянной.

6. Назовите причины отклонения в поведении реальных газов от законов идеальных газов.

7. Запишите уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса.

8. Сформулируйте закон Дальтона и приведите формулы для расчета основных параметров газовых смесей.

9. Перечислите особенности жидкого состояния.

10. Дайте определение понятиям «вязкость» и «поверхностное натяжение» и объясните их значение для технологических процессов.

11. Охарактеризуйте процессы испарения и кипения жидкостей.

12. Объясните, чем различаются кристаллическое и аморфное состояние вещества.

13. Охарактеризуйте основные типы кристаллических решеток. Приведите примеры веществ с различным типом кристаллических решеток.


следующая страница >>