Практические занятия ( 36 часов)

№

Наименование разделов, тем

Количество часов по учебному плану

Максимальная нагрузка студентов (часов)

Аудиторная нагрузка

Самостоятель

ная работа

Всего

В том числе

Лекции

Практические занятия

Лабораторный практикум

1.

Термодинамический и кинетический подходы к описанию химической реакции. Задачи химической кинетики, ее основные разделы и их краткая характеристика. Механизм и уравнение химической реакции. Стехиометрические закономерности и понятие химической переменной.

15

7

1

Работа 1

6

8

2

Классификация химических реакций по механизму (простые и сложные) и условиям протекания (гомогенные и гетерогенные, статические условия и открытые системы). Понятие скорости гомогенной и гетерогенной химической реакции, выбор опорного вещества. Пути экспериментального определения скорости – химический и физико-химический, их особенности, кинетические данные и кинетические кривые. Классическая формулировка закона действующих масс. Классификация реакций по виду кинетического уравнения. Порядок и псевдопорядок реакции. Прямая и обратная задачи химической кинетики.

5

2

2

3

3

Необратимые реакции первого порядка. Решение прямой и обратной задачи. Признаки реакций первого и псевдопервого порядка. Вывод расчетного уравнения для реакции инверсии сахарозы в кислой среде.

39

24

2

4

Работы 4,5 и 6

18

15

4

Реакции второго порядка – моносубстратные и бисубстратные. Решение прямой и обратной задачи. Признаки реакций второго порядка.

18

10

2

2

Работа 7

6

8

5

Моносубстратные реакции целочисленного порядка. Реакции третьего и нулевого порядков. Время полупревращения реагента, степень превращения реагента на 1/р часть и порядок реакции.

5

2

2

3

6

Методы определения частных и общего порядков реакции. Истинный и временной порядки. Методика формирования исходной реакционной смеси для определения общего и частных порядков. Интегральные методы: подстановки, графический, времени полупревращения. Дифференциальный метод Вант-Гоффа.

18

10

2

2

Работа 2

6

8

7

Температурная зависимость скорости химической реакции. Правило Вант-Гоффа для реакций в растворах, температурный коэффициент. Уравнение Аррениуса, формы его записи и статистико-механическое обоснование. Энергия активации, истинная и кажущаяся энергии активации, роль катализатора. Энергетическая диаграмма реакции и взаимосвязь между энергией активации реакции и ее тепловым эффектом. Расчет энергии активации по экспериментальным данным.

9

6

2

4

3

8

Кинетика сложных реакций. Классификация сложных реакций. Механизм реакции и принципы составления системы уравнений на его основе для решения прямой и обратной задачи химической кинетики: принцип независимости элементарных стадий и правила составления системы дифференциальных уравнений и уравнений материального баланса. Примеры.

5

2

2

3

9

Кинетический анализ обратимых реакций первого порядка. Решение прямой и обратной задачи.

7

4

2

2

3

10

Кинетический анализ параллельных реакций первого порядка. Решение прямой и обратной задачи. Конкурирующие реакции, взаимосвязь между константами скорости и выходом их продуктов.

7

4

2

2

3

11

Кинетический анализ двухстадийной последовательной реакции первого порядка. Решение прямой и обратной задачи. Кинетические характеристики интермедиата. Понятие о лимитирующей стадии механизма и анализ общего решения в зависимости от номера лимитирующей стадии в двухстадийном процессе. Стационарный режим относительно интермедиата.

8

5

3

2

3

12

Приближенные методы химической кинетики. Метод стационарных концентраций – идея и математическое оформление. Применение МСК при решении прямой задачи для последовательной реакции первого порядка. Сравнение точного и приближенного решений и оценка времени наступления стационарного режима относительно интермедиата.

Квазиравновесное приближение – идея и математическое оформление.

Примеры: иодирование ацетона в кислой среде; реакция окисление иодид-ионов ионами железа(III); теория Линдемана мономолекулярных реакций.

11

8

3

5

3

13

Химические реакции в открытых системах. Типы химических реакторов. Кинетический анализ необратимой реакции первого порядка, протекающей в проточном реакторе в режиме полного перемешивания. Стационарный режим работы реактора. Оптимизация работы реактора. Сравнение понятий химическое равновесие и стационарный режим на примере обратимой реакции первого порядка.

6

3

3

3

14

Цепные реакции. Механизмы цепных процессов – неразветвленные и разветвленные цепные процессы, примеры. Понятие о звене цепи и ее длине. Вероятностный подход при описании кинетики цепных реакций. Стационарный режим и режим самоускорения. Полуостров самовоспламенения и зависимость его формы от температуры, давления и наличия примесей в реакционной смеси.

Цепная реакция взаимодействия водорода и кислорода, ее механизм и его рассмотрение в рамках метода полустационарных концентраций Семенова. Сравнение двух подходов при описании кинетики реакции.

9

6

4

2

3

15

Фотохимические процессы, примеры. Особенности фотоактивации реагентов, фотофизические (флюорисценция, тушение, фосфорисценция и др.) и фотохимические процессы. Основные законы фотохимии. Квантовый выход. Простейший вариант модели Штарка – Фольмера описания фотохимической реакции, расчет первичного квантового выхода из экспериментальный данных.

8

5

3

2

3

16

Катализ, типы катализа. Механизмы действия катализатора, термодинамические аспекты катализа. Эффективность и селективность работы катализатора, примеры.

2

1

1

1

17

Ферментативный катализ. Природа биокатализаторов, особенности механизма их действия и влияние внешних условий на их эффективность.

Кинетический анализ ферментативной реакции на основе механизма Михаэлиса. Вывод уравнения Михаэлиса–Ментен, его анализ и определение параметров уравнения из экспериментальных данных.

Типы ингибирования ферментативных реакций и их механизмы. Кинетический анализ обратимого конкурентного ингибирования, аналог уравнения Михаэлиса–Ментен, константа ингибирования. Расчет параметров уравнения из экспериментальных данных. Кинетический анализ неконкурентного ингибирования, его кинетическое уравнение и расчет параметров уравнения из данных опыта.

13

7

4

3

6

18

Элементы кислотно–основного катализа, специфический и общий катализ. Кинетический анализ специфического катализа (протолитический механизм). Протолитический и прототропный механизмы общего катализа и их кинетический анализ.

5

2

2

3

19

Гетерогенный катализ, теории гетерогенного катализа.

3

1

1

2

20

Теория активных столкновений. Общее число бинарных столкновений в единицу времени в единице объема идеального газа. Число активных столкновений. Истинная и экспериментальная энергии активации. Стерический фактор. Применение теории к бимолекулярным реакциям.

8

5

3

2

3

21

Теория активированного комплекса. кривая и поверхность потенциальной энергии системы атомов. Координата реакции. Переходное состояние или активированный комплекс. Основное уравнение теории активированного комплекса. Термодинамика активированного комплекса. Энергия и энтропия активации. Изменение энергии Гиббса в процессе активации. Теплота активации и экспериментальная энергия активации. Применение теории к моно-, би- и тримолекулярным реакциям.

8

5

3

2

3

22

Особенности реакций в растворах. Влияние природы растворителя на кинетику реакций в растворах. Влияние ионной силы на константу скорости реакции с участием электролитов. Первичный и вторичный солевые эффекты. Уравнение Бренстеда– Бьеррума.

16

8

2

Работа 8

6

8

23

Закономерности протекания автокаталитических реакций.

15

7

1

Работа 3

6

8

24

Кинетика электродных процессов. Поляризация электродов и ее причины. Стадии электрохимического процесса, понятие лимитирующей стадии. Элементы теории замедленного разряда. Формула Тафеля. Определение тока обмена. Катодное восстановление водорода. Перенапряжение при катодном выделении водорода, влияние состава раствора и природы металла катода. Практическое значение.

5

2

2

3

25

Подгоночные лабораторные занятия, собеседование, контрольная работа

13

8

2

6

5

Итого

258

144

54

36

54

114

Вид текущего и итогового семестрового контроля

экзамен

Контрольная работа