WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет естественных наук ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ФОРМУЛЫ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ Методическое пособие Новосибирск 2009 1 Методическое пособие содержит основные определения и формулы, вводимые в курсе химической кинетики, а также дополнительный материал. Терминология дана в соответствии с рекомендациями IUPAC 1996 года. Основные термины сопровождаются их англоязычными аналогами.

Предназначено для студентов 3-го курса факультета естественных наук Новосибирского государственного университета, а также аспирантов и научных работников.

В методическом пособии использованы задачи, авторы которых - преподаватели кафедры физической химии Брыляков К.П., Рогов В.А., Лысова А.А., Онищук А.А., Панфилов В.Н.

Составители:

докт. хим. наук, доц. А. В. Воронцов, канд. хим. наук, доц. А. Г. Окунев ©Новосибирский государственный университет, 2009 2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СИСТЕМЫ ИКИ (ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ИНДЕКС) ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПО КУРСУ «ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА» Система ИКИ позволяет преподавателю и студенту осуществлять непрерывный контроль за уровнем знаний на протяжении всего учебного семестра. Система ИКИ включает как оценку знаний студентов преподавателями, ведущими у них семинары, так и периодический контроль за знаниями студентов в ходе потоковых контрольных работ и экзамена.

Материал курса условно разделен на три блока.

1. Формальная кинетика.

2. Расчет констант скоростей реакций.

3. Цепные реакции. Инициирование и катализ.

Каждые блок включает пять лекций и столько же семинаров по теме. Каждый блок завершается потоковой контрольной работой, содержащей пять задач по пройденному материалу. По завершении курса проводится письменный экзамен, включающий решение задач и ответы на вопросы по теории.

Контроль за знаниями студентов осуществляется преподавателем посредством выставления баллов за индивидуальную работу студента в ходе устной и письменной сдачи заданий, а также при оценке контрольных работ и экзамена по балльной системе. В таблице приведено максимальное количество баллов, которые может набрать студент в ходе того или иного контрольного мероприятия.

Вид мероприятия Количество баллов Устная сдача задания (1-й блок) Письменная сдача задания (1-й блок) Контрольная работа (1-й блок) Устная сдача задания (2-й блок) Письменная сдача задания (2-й блок) Контрольная работа (2-й блок) Устная сдача задания (3-й блок) Письменная сдача задания (3-й блок) Контрольная работа (3-й блок) ИТОГО за семестр Экзамен ИТОГО с экзаменом В зависимости от количества баллов, набранных студентом, ему может быть выставлена положительная оценка уже по результатам работы в семестре (оценка «автомат»). Если студент удовлетворен выставленной оценкой, то он освобождается от посещения экзамена. Студенты, не получившие положительной оценки «автомат» в ходе семестра или желающие улучшить свой результат, обязаны участвовать в экзамене. Итоговая оценка выставляется по сумме баллов, набранных в ходе семестра и за экзамен в соответствии со следующим распределением:

Оценка Требуемое количество баллов «автомат» итоговое Удовлетворительно 1200 Хорошо 1500 Отлично 1800 Контроль индивидуальной работы студентов преподавателем заключается в проведении устной сдачи задания и оценке результатов письменной сдачи задания.

При проведении устного приема задач преподаватель предлагает студентам решить непосредственно в аудитории задачи и затем объяснить ход решения преподавателю. В случае затруднения студентов с решением задач преподаватель может дать подсказку либо указать методический материал, рассматривающий решение данной задачи. Преподаватель оценивает правильность решения задачи, умение студента объяснять решение, уровень его теоретической подготовки, степень самостоятельности студента в решении задачи.

Именно устные сдачи задания являются базисом и преимуществом системы ИКИ благодаря возможности индивидуального подхода к каждому студенту, который отсутствует на семинарах, и тем более на лекциях. В течение каждого блока преподавателю настоятельно рекомендуется проводить не менее трех устных приемов задач по три часа каждая. Размер группы студентов не должен превышать десять человек, в противном случае преподавателю трудно сконцентрировать внимание и отсутствует возможность индивидуального подхода к студентам. Рекомендуется выставлять максимальное количество баллов после приема десяти правильно решенных и полностью объясненных студентом задач.

В ходе письменной сдачи задания студентам предлагается по десять задач из контрольных прошлых лет на каждый блок. Данные задачи студенты решают полностью самостоятельно и представляют преподавателю свои решения в письменном виде до начала контрольной работы по соответствующему блоку. Поскольку задачи одинаковы для всего потока, при оценке письменного задания преподавателю следует обращать особое внимание на оригинальность предложенного решения.

Для студентов, не получивших итоговой положительной оценки после экзамена, проводится пересдача. Как правило, пересдача включает пять типовых задач по курсу, однако может также включать и теоретические вопросы. В состав задач на пересдачу рекомендуется включать также одну или несколько задач повышенной сложности. Проверка представленных решений может осуществляться также по балльной системе. При выставлении оценки учитываются только баллы, полученные на пересдаче.

Баллы, полученные в семестре и на экзамене, не учитываются.

Для пересдачи рекомендуются следующие пороговые значения, которые студент должен набрать для получения положительной оценки:



Оценка после пересдачи Количество баллов, набранное на пересдаче (% от максимально возможного) Удовлетворительно Хорошо Отлично ПРОГРАММА КУРСА ЛЕКЦИЙ ПО ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 3-ГО КУРСА ФЕН НГУ ВВЕДЕНИЕ Предмет химической кинетики ФОРМАЛЬНАЯ КИНЕТИКА Основные понятия химической кинетики Простые и сложные реакции.

Механизм химической реакции.

Скорость химической реакции.

Кинетическое уравнение.

Закон действующих масс.

Полный порядок реакции и порядок реакции по реагенту.

Константа скорости химической реакции.

Уравнение Аррениуса.

Энергия активации.

Дифференциальное определение порядка реакции и энергии активации.

Замкнутые и открытые системы.

Простые реакции Постулат о независимости элементарных превращений.

Мономолекулярные реакции.

Кинетическое уравнение.

Кинетическая кривая.

Физический смысл предэкспонециального множителя.

Бимолекулярные реакции.

Реакционный объем.

Вывод и интегрирование кинетического уравнения.

Случаи различных и одинаковых взаимодействующих частиц.

Тримолекулярные реакции.

Вывод кинетического уравнения.

Случай равных начальных концентраций реагентов.

Энергия активации тримолекулярных реакций.

Характерные значения предэкспоненциального множителя для простых реакций.

Возможны ли простые реакции более высоких порядков Сложные реакции Правила составления кинетических уравнений.

Время протекания реакции.

Эффективное время.

Время полупревращения.

Характеристическое время.

Реакции, протекающие за конечное время.

Кинетическое описание обратимых реакций.

Термодинамический критерий обратимости реакции.

Принцип детального равновесия.

Кинетика релаксации к равновесию в замкнутой системе.

Время релаксации.

Параллельные реакции.

Параллельные мономолекулярные реакции.

Селективность.

Метод конкурирующих акцепторов.

Последовательные реакции.

Составление системы кинетических уравнений.

Условие материального баланса.

Интегрирование системы кинетических уравнений для последовательной мономолекулярной реакции.

Метод квазистационарных концентраций.

Сравнение точного и приближенного решений.

Преимущества использования метода.

Принцип иерархии времен Условия применимости.

Оценка применимости для случая нескольких промежуточных веществ.

Метод квазиравновесных концентраций.

Условие применимости.

Особенности записи кинетических уравнений.

Лимитирующая стадия сложного процесса.

Определение.

Случай последовательной мономолекулярной реакции.

Закон сложения кинетических сопротивлений.

Определение кинетических констант из экспериментальных данных Прямая и обратная задачи химической кинетики.

Определение энергии активации.

По температурной зависимости начальной скорости или константы скорости реакции.

По времени протекания реакции.

Методы определения порядка реакции.

Графический метод.

Вычисление констант скорости по формулам.

Метод характеристических времен.

Метод начальных скоростей.

Метод псевдоизоляции.

Расчет процессов при постоянном давлении Особенности составления кинетических уравнений.

Примеры решения кинетических уравнений для простых реакций.

Реакции в открытых системах.

Реактор полного смешения.

Уравнение материального баланса.

Реакции без изменения и с изменением числа молей.

Время контакта.

Стационарный режим работы реактора.

Реактор идеального вытеснения.

Расчет концентраций реагентов на выходе реактора идеального вытеснения в общем случае.

Реакции без изменения объема.

РАСЧЕТ КОНСТАНТ СКОРОСТЕЙ РЕАКЦИЙ Теория столкновений Приближения теории.

Фактор двойных столкновений.

Стерический фактор.

Тройные соударения.

Столкновения со стенкой.

Ограничения теории столкновений.

Бимолекулярные реакции в конденсированной фазе.

Модель «серой сферы».

Кинетически и диффузионно лимитируемый режимы.

Расчет коэффициента диффузии. Уравнение Стокса – Эйнштейна.

Соотношение констант скорости реакции в жидкой и газовой фазе.

Теория активированного комплекса Поверхность потенциальной энергии.

Координата реакции.

Переходный комплекс.

Постулаты теории.

Статистическая формулировка теории.

Расчет статистических сумм состояний.

Расчет стерического фактора.

Константа скорости для бимолекулярной реакции частиц без внутренней структуры.

Оценка стерического фактора для бимолекулярной реакции.

Стерический фактор для тримолекулярной реакции.

Термодинамическая формулировка теории.

Оценка температурной зависимости предэкспоненциального множителя.

Истинная и кажущаяся энергии активации.

Применение теории активированного комплекса Кинетический изотопный эффект.

Причины, вызывающие изотопный эффект.

Первичный и вторичный изотопные эффекты.

Меж- и внутримолекулярный изотопные эффекты.

Нормальный и обратный (аномальный) изотопный эффекты.

Вклад поступательных степеней свободы в кинетический изотопный эффект.

Вклад вращательных степеней свободы в изотопный эффект. Момент инерции и число симметрии.





Вклад колебательных степеней свободы в кинетический изотопный эффект. Изменение частоты колебаний и энергии нулевых колебаний.

Влияние растворителя на скорость реакций.

Клеточный эффект.

Примеры клеточного эффекта.

Уравнение Бренстеда – Бьеррума.

Первичный солевой эффект.

Вторичный солевой эффект.

Влияние диэлектрической проницаемости. Формула Борна.

Корреляционные соотношения.

Принцип линейности свободных энергий.

Соотношения Гаммета.

Правила Поляни – Семенова.

Учет нарушения равновесного распределения. Теория Линдемана ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ. ИНИЦИИРОВАНИЕ И КАТАЛИЗ Цепные реакции Неразветвленные цепные реакции.

Реакции зарождения цепи. Термическое, фотохимическое, химическое инициирование, стадии гетерогенного зарождения.

Реакции продолжения цепи.

Реакции обрыва цепи. Рекомбинация и диспропорционирование радикалов, ингибирование, гибель на стенке.

Линейный и квадратичный обрыв цепи.

Квазистационарное приближение. Равенство скоростей зарождения и гибели радикалов.

Цепные реакции с вырожденным разветвлением.

Разветвленные цепные реакции.

Критические явления в химической кинетике.

Реакция разветвления цепей.

Полустационарное приближение.

Нижний и верхний пределы самовоспламенения.

Полуостров самовоспламенения.

Тепловой взрыв.

Реакций с инициированием Инициирование как способ проведения термодинамически запрещенных реакций.

Химическое инициирование. Сопряженные реакции.

Фотохимические реакции.

Фотофизические процессы, сопутствующие фотохимической реакции.

Первичные и вторичные реакции фотохимических процессов.

Квантовый выход.

Радиационно-химические реакции.

Катализ Сущность катализа.

Особенности рассмотрения каталитических реакций. Порядок по катализатору. Массобаланс по каталитическим центрам.

Принцип действия катализаторов.

Катализ и равновесие реакции.

Бренстедовский кислотно-основной катализ.

Основные стадии кислотно-основного катализа.

Общий и специфический кислотно-основной катализ.

Катализ в сильно кислых средах.

Ферментативный катализ.

Уравнение Михаэлиса – Ментен.

Гетерогенный катализ.

Преимущества гетерогенного катализа в промышленности.

Строение гетерогенного катализатора.

Стадии гетерогенной каталитической реакции.

Диффузионные стадии.

Стадии адсорбции и десорбции. Степень заполнения поверхности.

Изотермы адсорбции Лэнгмюра.

Стадия химической реакции на поверхности.

Экспериментальные методы определения диффузионно и кинетически лимитируемых режимов каталитической реакции.

Энергия активации каталитической реакции.

Кинетика гетерогенных каталитических реакций в условиях адсорбционного равновесия.

Модель Или Ридила.

Модель Лэнгмюра Хиншельвуда.

Автокаталитические реакции Автокатализ. Период индукции.

Автоколебания.

Схема Вольтера Лотке.

Поиск стационарных состояний.

Исследование стационарных состояний на устойчивость по Ляпунову.

Поведение системы на фазовой плоскости. Особые точки.

Орегонатор. Предельные циклы.

ПРОГРАММА СЕМИНАРОВ ПО ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 3-ГО КУРСА ФЕН НГУ Семинар Основные понятия и определения химической кинетики. Перевод размерностей (задача 1.1.1 ). Запись уравнений скорости (задача 1.1.4). Запись кинетических уравнений (задачи 1.2.2, 1.2.7, 1.2.4).

Интегрирование кинетических уравнений простых реакций и получение времен полупревращения (мономолекулярная, бимолекулярная, тримолекулярная реакции).

Семинар Сложные реакции. Обратимые реакции. Принцип детального равновесия (задача 1.2.15). Интегрирование кинетических уравнений обратимых реакций (задача 1.4.35). Время установления равновесия (задача 1.4.37).

Последовательные реакции. Способы решения систем кинетических уравнений (неоднородное линейное уравнение, система однородных линейных уравнений) на примере реакции k1 kA B C.

Семинар Параллельные реакции. Получение кинетических кривых для мономолекулярных и бимолекулярных параллельных реакций (задача 1.6.1). Смешанные реакции. Получение кинетических кривых (задача 1.3.7). Метод стационарных концентраций. Условия применимости (задачи 1.5.3, 1.5.7). Применение для нахождения кинетических кривых (задача 12**).

Семинар Получение кинетических кривых с помощью метода равновесного kkприближения на примере реакции A B C. Критерий k Номер задач в «Сборнике задач по химической кинетике и катализу».

** Номер задач в главе «Типовые задачи для самостоятельного решения» данного пособия.

применимости (задача 1.5.16). (Нахождение энергии активации эффективной константы скорости (задача 1.5.27 новой редакции).) Обратная задача кинетики. Определение порядка реакции по начальным скоростям (задача 1.4.15), кинетическим кривым (задача 1.4.16), анаморфозам (задача 1.4.29); определение энергии активации реакции.

Семинар Использование химической переменной для реакций при постоk янном давлении на примере газофазной реакции A B C.

Открытые системы. Реактор идеального смешения. Химическая переменная и степень превращения Х. (задачи 1.7.11, 1.7.2).

Реактор идеального вытеснения (задача 1.7.1). Реакции с изменением объема на примере 2А В.

Семинар Теория соударений в газовой фазе (задачи 17, 18). Соударения со стенкой. Коэффициент диффузии, уравнение Эйнштейна (задача 19).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.