Миколаївський державний коледж економіки та харчових технологій

 

Методичні рекомендації

до виконання самостійної роботи

з дисципліни «Фізична та колоїдна хімія»

для студентів денної форми навчання

спеціальності 5.05170104

«Виробництво хліба, кондитерських, макаронних виробів і харчоконцентратів»

 

 

Миколаїв, 2011

 

Фізична та колоїдна хімія. Методичні рекомендації по вивченню питань самостійної роботи.// -М.:МДКЕХТ,20011.- с.35

 

 

Укладач: Козій О.О., викладач хімії.

 

Методичні рекомендації до самостійної роботи студентів складені відповідно до програми дисципліни «Фізична та колоїдна хімія» з метою надання допомоги студентам при освоєнні курсу дисципліни.Рекомендовано для студентів денного відділення спеціфльності 5.05170104 «Виробництво хліба, кондитерських, макаронних виробів і харчоконцентратів».

 

 

Розглянуто та затверджено

на засіданні циклової комісії

природничо-наукових дисциплін

Протокол №___від___2011р.

Голова циклової комісії

_________І.В.Пінчук

Загальні методичні рекомендації

 

У формуванні сучасного технолога велике значення надається знанням з хімії, які повинні відповідати найвищим вимогам виробничої діяльності і найновішим досягненням науково-технічного прогресу. Специфічно важлива роль фізичної та колоїдної хімії визначається тим, що багато товарів народного споживання є, як правило, хіміко-технологічними продуктами за своїм походженням або вироблені з хімічної сировини, мають конкретний хімічний склад і конкретні хімічні і фізико-хімічні властивості. При визначенні товарознавчих характеристик різноманітних товарів застосовують хімічні та фізико-хімічні методи дослідження. Зберігання продовольчих товарів пов’язане з хімічними і біохімічними процесами, які диктують умови і терміни зберігання. Тільки на основі розуміння механізмів таких процесів можна керувати ними і регулювати їх, усувати або уповільнювати небажані хімічні перетворення в продовольчих товарах.

Кулінарна обробка харчових продуктів, що включає в себе такі процеси, як набухання первинної сировини, екстракцію, розчинення, теплову обробку тощо - є складним фізико-хімічним і колоїдним процесом, а отримані продукти являють собою хімічні, фізико-хімічні і колоїдні системи з повним набором характерних для таких систем властивостей.

Фізична та колоїдна хімія формує наукове мислення необхідне для свідомого обґрунтування технологічних процесів, що відбуваються при випіканні хліба, кондитерських виробів та харчових концентратів, а також розуміння необхідності дотримання технологічних режимів відповідно до нормативно-технологічної документації.

Програмою дисципліни „Фізична та колоїдна хімія” передбачено засвоєння студентами основних розділів курсу, а також використання цих знань при вивченні спеціальних дисциплін.

При вивченні питань самостійної роботи студентами рекомендовано складати стислий конспект за поданим планом, в якому висвітлюються: визначення понять і законів, їх математичний вираз, вказуються одиниці вимірювання, встановлюються залежності між параметрами, наводяться приклади стосовно практичного застосування процесу, явища.

При самостійному опрацюванні навчального матеріалу необхідно звертати увагу на використання фізичних і колоїдних процесів в технологічних процесах, в товарознавстві харчових продуктів, мікробіології та санітарії, в повсякденному житті.

При розв’язуванні задач дотримуйтесь таких вимог:

ü записуйте стислу умову задачі;

ü записуйте формулу за якою необхідно зробити розрахунки, якщо потрібно, зробіть перевод даних у іншу систему вимірювання;

ü підставте чисельні значення та зробіть розрахунок;

ü дайте повну відповідь.

Якщо задача має декілька дій, то до кожної дії записуйте питання.

При потребі зверніться до практичної частини даного посібника, де розглянуті приклади розв’язування типових задач і є необхідні методичні рекомендації до їх рішення.

 

Розділ І. Фізична хімія

 

Вступ

Предмет “Фізична та колоїдна хімія”, його зміст, задачі. Ломоносов М.В. – засновник фізичної хімії. Розвиток фізичної хімії та роль російських та зарубіжних вчених. Значення фізичної та колоїдної хімії в різних галузях промисловості, а також для вивчення спеціальних дисциплін. Основні напрямки розвитку фізичної хімії.

 

Тема 1. Основні поняття та закони термодинаміки. Термохімія

Зміст теми

Предмет термодинаміки. Основні поняття термодинаміки: система, фаза, види систем, параметри стану систем, теплота, робота. Способи передачі енергії. Передача теплоти в теплових апаратах шляхом теплопровідності, тепловипромінювання та конвекції.

Перший закон термодинаміки для ізохорного та ізобарного процесів. Ентальпія.

Другий закон термодинаміки. Самодовільні процеси. Вільна та зв’язана енергії. Ентропія – міра зв’язаної енергії або ступінь безладдя системи. Напрямок перебігу хімічних реакцій.

Використання І, ІІ законів термодинаміки для пояснення існування екосистем, живих організмів, білкових молекул, розчинності різних речовин у воді. Джерела енергії.

Термохімія. Екзотермічні та ендотермічні реакції. Тепловий ефект реакції. Термохімічні рівняння, їх особливості. Теплоти: утворення, розкладання, згоряння, розчинення.

Основні закони термохімії: закон Лавуазьє-Лапласа, закон Гесса. Термохімічні розрахунки.

 

Після вивчення теми

Студент повинен знати:

ü основні поняття термодинаміки: термодинамічна система, фаза, параметри стану системи, енергія, теплота, робота, ентальпія, ентропія;

ü основні поняття термохімії: теплоти (стандартні молярні ентальпії) утворення, розкладу, згорання, розчинення;

ü основні закони термодинаміки (І і ІІ) та термохімії (закони Лавуазьє – Лапласа, Гесса);

ü способи передачі енергії, енергетику біохімічних і фізіологічних процесів;

ü теоретичні основи термодинамічних розрахунків.

Студент повинен вміти:

ü розв’язувати задачі з обчисленням термохімічних і термодинамічних величин: теплот утворення речовин, теплових ефектів хімічних реакцій, змін ентальпії, ентропії, енергії Гіббса (ізобарно-ізотермічного потенціалу), робити висновки щодо напрямку перебігу реакції;

ü пояснювати окремі енергетичні та фізіологічні, фізико-хімічні процеси з точки зору законів термодинаміки.

Тематичний план вивчення теми „Термодинаміка. Термохімія”

Назва теми	Всього годин	Лекції	Семінари	Практичні роботи	Самостійна робота
Вступ. Предмет термодинаміки, основні поняття.
Закони термодинаміки.					пит1.
Термохімія.					пит.2
Термохімічні розрахунки.					пит.3.
Основи термодинаміки та термохімії.
Разом:

1. Підготувати повідомлення за темами:

ü „Використання І, ІІ законів термодинаміки для пояснення існування екосистем, живих організмів, білкових молекул, розчинності різних речовин у воді”;

ü „ Джерела енергії”;

ü „Енергетика біохімічних і фізіологічних процесів”;

ü „Передача теплоти в теплових апаратах шляхом теплопровідності, тепловипромінювання і конвекції”.

2. „Теплота розчинення“. При опрацюванні даного питання рекомендовано скласти конспект.

3. Розв’язування розрахункових задач.

 

Питання для самоконтролю

1. Які процеси відбуваються самочинно при заданих температурах, тиску, концентрації?

2. Які умови самочинного перебігу хімічного процесу?

3. Які рівняння називаються термохімічними?

4. Що називають теплотами утворення, розкладання, згорання, розчинення?

5. Що означає вираз „зміна внутрішньої енергії в хімічній реакції ( U)”?

6. Що означає вираз „зміна ентальпії в хімічній реакції ( Н)”?

 

Задачі для самоконтролю

1. Обчисліть тепловий ефект реакції

2NaHCO₃ ↔ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

якщо стандартні теплоти утворення:

∆Н⁰ _утв.(NaHCO₃)= -951,3 кДж\моль; ∆Н⁰ _утв.(Na₂CO₃)= -1135,3 кДж\моль;

∆Н⁰ _утв.(CO₂)= -393,5 кДж\моль; ∆Н⁰ _утв.(H₂O)= -285,8 кДж\моль?

(Відповідь: = 227,95 кДж).

 

2. Розрахуйте теплоту утворення СН₄ за реакцією згорання, якщо:

∆Н⁰ _утв.(CO₂)= -393,3 кДж\моль; ∆Н⁰ _утв.(H₂O)= -286,9 кДж\моль;

∆Н⁰ _згор.(СН₄)= -890,8 кДж\моль?

(Відповідь: Н⁰_утв.(СН₄) = -74,6 кДж/моль).

 

3. Скільки теплоти виділиться при спалюванні 10л етилену (н.у.) якщо:

∆Н⁰ _утв.(CO₂)= -392,9 кДж\моль; ∆Н⁰ _утв.(H₂O)= -285,9 кДж\моль;

∆Н⁰ _згор.(С­₂Н4)= -56,8 кДж\моль? (Відповідь: Q =261,6 кДж).

 

4. При зберіганні борошна моносахариди (С₆Н₁₂О₆) повільно окислюються киснем повітря з виділенням теплоти. Обчисліть тепловий ефект цієї реакції, якщо теплоти утворення дорівнюють:

∆Н⁰ _утв.(CO₂)= -393,6 кДж\моль; ∆Н⁰ _утв.(H₂O)= -285,9 кДж\моль;

∆Н⁰ _утв.(H₂O₆)= -1272,45 кДж\моль? (Відповідь: = - 2804,45 кДж).

 

5. Визначте зміни ентропії ∆S за стандартних умов для реакції:

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

Значення S^о реагуючих речовин:

S^о FeO = 58,79 Дж\моль · град.; S^о Fe₃O₄ = 151,46 Дж\моль · град.;

S^о CO = 197,4 Дж\моль · град., S^о CO₂ = 213,6 Дж\моль · град.

(Відповідь: S⁰=41,11 Дж/моль·град).