ENERGETIKAI MÉRNÖKASSZISZTENS FIZIKAI KÉMIA ANYAGMÉRNÖKI KAR ENERGETIKAI MÉRNÖKASSZISZTENS FELSŐFOKÚ SZAKKÉPZÉS TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI INTÉZET Miskolc, 2009
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika (hetekre lebontva) 3. Minta zárthelyik 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja
1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték TANTÁRGYLEÍRÁS A tantárgy címe: Fizikai - kémia A tantárgy előadója: Hutkainé Göndör Zsuzsanna mérnöktanár Heti óraszám: 2k+2 A tantárgy típusa: Felsőfokú energetikai mérnökasszisztens szak alapismeretek modul tárgy A tantárgy felvételének előfeltétele: Általános kémia aláírás Tantárgy gondozó intézmény: MISKOLCI EGYETEM, Műszaki Anyagtudományi Kar, Kémia Inzézet Kreditek száma: 4 A tantárgy leírása: A fizikai kémia tárgya, fejezetei. Az anyagot jellemző alapmennyiségek. A kémiai termodinamika alapelvei és fogalmi rendszere. A termodinamika I. főtétele. Egykomponensű fázisok képződési entalpiája, hőkapacitása, entrópiája, képződési szabadentalpiája és állapotdiagramja. A termodinamika II. főtétele. Gőznyomás és (gáz)nyomás. Keverékek és oldatok termodinamikája. Oldáshő, oldási entrópia- és szabadentalpiaváltozás. Gőznyomás ideális oldatok felett, ideális rendszerek fázisdiagramja. Kémiai reakciók rendezése és egyensúlya. A Le-Chatelier elv. Elektrokémiai termodinamika. Határfelületi termodinamika moláris felület, felületi feszültség. A felület létének következményei (ideális alak, méret, adszorpció, szegregáció). Határfelületi erő: folyadék viselkedése kapillárisban. Transzportfolyamatok. Viszkozitás (folyadék, gáz). Diffúzió. Elektromos töltéstranszport - elektromos vezetés. Hőtranszport hővezetés, hőátadás, konvekció, sugárzás. Hűlési sebesség. Kinetikai alapok a fizikai-kémiai folyamatok sebessége. Homogén és heterogén kémiai reakciók sebessége. Követelmények: 1. két nagy ZH megírása egyenként minimum 40 %-os eredménnyel; 2. eredményes részvétel a számolási és laboratóriumi gyakorlatok legalább 70%-án, minimum 40 %-os eredménnyel; 3. az előadásokon legalább 60%-os részvétel. Oktatási módszer: Előadáson projektorral vetítve, ill. táblánál, krétával, a hallgatókkal interaktív módon az egyenletek logikus létrehozása, azok párhuzamba állítása az anyagi valósággal, használatuk bemutatása számítási példákon keresztül. Néhány reprezentatív táblázat a hallgatóknak fénymásolatban kiosztva. A gyakorlatok és előadások elkülönítve, heti 2+2 bontásban történnek. Oktatási segédeszközök: projektor, tábla, kréta, laboratóriumi eszközök, felszerelések, digitális, valamint fénymásolt oktatási anyag. Vizsgáztatási módszer: szóbeli vizsga Értékelés: Az aláírás feltétele, hogy a hallgató mind a számolási, mind a laboratóriumi gyakorlatokon, valamint a szóbeli vizsgán egyenként legalább elégséges eredményt érjen el. A tantermi számolási gyakorlatok során összesen 4 alkalommal kis-zh írására kerítünk sort az előző gyakorlaton leadott tananyag témaköréből. A laboratóriumi gyakorlatokon összesen 5 alkalommal ún. beugrót írnak a hallgatók a felkészültség ellenőrzése céljából. Aki ekkor felkészületlenségéről tesz bizonyságot, a gyakorlatot nem kezdheti el. Aki elküldés miatt 2 gyakorlatot veszít, nem kap aláírást. Gyakorlati laborpótlásra lehetőség nincs, csak írásban van erre lehetőség a gyakorlat anyagából. A vizsgajegyet a félévközi gyakorlati teljesítményekre adott osztályzatok, és a szóbeli vizsgán szerzett osztályzat átlaga adja. Ajánlott irodalom: - Berecz Endre: Fizikai kémia, Tankönykiadó - P. W. Atkins: Fizikai kémia I-III., Tankönyvkiadó - Fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlatok kohó-és bányamérnök hallgatók részére; Szerkesztette: Báder Imre; Miskolci Egyetemi Kiadó, 2003. - Elektronikus jegyzet, segítség a laboratóriumi mérési eredmények kiértékeléséhez: ttp://www.uni-miskolc.hu/~fkmbader/banyasz/labkiertekelesmf.pdf
2. Tantárgytematika (hetekre lebontva) Hét Előadás Gyakorlat 1. 2. 3. 4. 5. A fizikai kémia tárgya, fejezetei. Az anyagi rendszerek és folyamatok leírásának módszerei. A kémiai termodinamika alapelvei és fogalmi rendszere. A termodinamika I. főtétele. Belső energia, térfogati munka, hő. Entalpia. Egykomponensű fázisok képződési entalpiája, hőkapacitása, entrópiája, képződési szabadentalpiája és állapotdiagramja. A termo-dinamika II. főtétele. Keverékek és oldatok termodinamikája. Oldáshő, oldási entrópia- és szabadentalpia-változás. Gőznyomás ideális oldatok felett. Ideális rendszerek fázisdiagramja. A fizikai-kémiai folyamatok végbemenetelének termodinamikai feltételei. Elektrokémiai termodinamika. A termodinamikai egyensúly általános kritériumai. A Le-Chatelier elv. 6. I. ZH. 7. 8. 9. 10. Határfelületi termodinamika moláris felület, felületi feszültség. A felület létének következményei (ideális alak, méret, adszorpció, szegregáció). Határfelületi erő: folyadék viselkedése kapillárisban. A transzportfolyamatok alapjai. A hőtranszport fajtái a hővezetés, hőátadás és hősugárzás fogalma. A hővezetési állandó értéke különböző közegekben. Az impulzustranszport a viszkozitás fogalma. Kinematikai és dinamikai viszkozitás. Különböző fluidumok dinamikai viszkozitása A kémiai átalakulások sebessége kinetikai alapfogalmak. Homogén és heterogén kémiai reakciók sebessége.* 11. II. ZH. 12. 13. A töltéstranszport az elektromos vezetés, fajlagos elektromos vezetés és a moláris fajlagos elektromos vezetés fogalma. Az anyagtranszport a diffúzió fogalma. A diffúziós tényező értéke különböző közegekben. Alapok ismétlése. SI mértékegységrendszer, decimális szorzók, prefixumok. Összetétel számolása. A termodinamika I. főtétele: belső energia, térfogati munka, hő számítása. Tiszta, egykomponensű fázisok termodinamikai sajátságai. Hőkapacitás, entalpia, entrópia, szabadentalpia számítása. Keverékek és oldatok termodinamikája. A kémiai reakciót kísérő entalpia, entrópia, szabadentalpia-változás. Hesstétel alkalmazása. Laborismertetés : Általános laboratóriumi ismeretek. Gyakorlatok, kiértékelésük ismer-tetése 1. lab. gyak.: Sav-bázis közömbösítési reakció reakció-hőjének kalorimetriás mérése 2. lab. gyak.: Egykomponensű folyadék feletti egyensúlyi gőz-nyomás hőmérsékletfüggésének vizsgálata 3. lab. gyak.: Sóoldatok felületi feszültségének vizsgálata sztalagmométeres módszerrel az oldatkoncentráció függvényében 4. lab. gyak.: Műanyagok és fémek hővezetési tényezőjének meghat. 5. lab. gyak.: Elsőrendű, homogén kémiai reakció reakciósebességének és sebességi tényezőjének megha- tározása Hővezetés, hőátadás, hőveszteség legegyszerűbb számítása. Kinematikai, dinamikai viszkozitás számítása. Elektromos, fajlagos elektromos és moláris fajlagos elektromos vezetés, disszociáció fok számítása. 14. Ismétlések Pótlások *Logikailag nem idetartozó témakör, de a soron következő laboratóriumi gyakorlat témája miatt itt tárgyaljuk. Miskolc, 2009. február 09. Hutkainé Göndör Zsuzsanna mérnöktanár
3. MINTA ZÁRTHELYIK Számolási gyakorlati kis ZH-k 1. téma: Összetétel számítás Név, tankör:.. Dátum:. A 1.) 2 dm 3, 1,24 g/cm 3 sűrűségű, 33 tömegszázalékos akkumulátorsav hány g kénsav tartalmaz? Ez hány mól kénsavnak felel meg? (M H2SO4 = 98 g/mol) 2.) Mennyi a Na 2 SO 4 -só anyagmennyiség-koncentrációja 200 cm 3 oldatban, amelyben 8,7 g Na 2 SO 4 az oldott anyag tömege (M Na2SO4 = 142 g/mol) 2. téma: Termodinamika I. főtétele Név, tankör:.. Dátum:. 1.) 10 5 Pa nyomáson 1 mol H 2 gázt felmelegítünk 25 C-ról 100 C-ra. Számítsa ki, mennyi a belső energia változása a folyamat közben. A H 2 gáz moláris hőkapacitása az alábbi függvény szerint változik a hőmérséklettel: Cp(H2)=f(T)=27,2 +3,39 10-3 T. 2.) Mennyi térfogati munkát végez állandó nyomáson, 100 C-on a H2 gáz, ha térfogata 0,025 m 3 -ről 0,027 m 3 -re változik? Mire következtethetünk a térfogati munka előjeléből? 3. téma: Tiszta, egykomponensű fázisok termodinamikai sajátságai Név, tankör:.. Dátum:. 1.) Számítsa ki a CO 2 közepes moláris hőkapacitását állandó nyomáson 373 K és 473 K közötti hőmérsékleten, ha a CO 2 moláris hőkapacitása a hőmérséklettől a következőképpen függ: Cp(CO2)=f(T)=32,24 + 22,2 10-3 T 3,48 10-6 T 2 2.) Számítsa ki a szilárd Al entrópiáját 1 bar nyomáson, 600 K hőmérsékleten, ha a szilárd Al standard moláris entrópiája (298 K-en, 1 bar nyomáson) 28,34 J/mol K, a moláris hőkapacitás-függvénye pedig Cp(Al)=f(T)=20,68 + 12,39 10-3 T. 4. téma. Keverékek és oldatok termodinamikája. Termokémia Név, tankör Dátum:. 1./ Az etil-alkohol (E) és a metil-alkohol (M) 20 C-on ideális elegyet képez 0,4 etil-alkohol móltörttel. Számítsa ki az ideális elegy kialakulását kísérő parciális és integrális moláris oldódási szabadentalpiák értékét! 2./ Számítsa ki az ideális benzol-toluol elegy feletti gőztérben a komponensek parciális egyensúlyi gőznyomását és az összes nyomást 80 C-on, ha ezen a hőmérsékleten a tiszta benzol egyensúlyi gőznyomása 1,004 bar, a tiszta toluolé 0,387 bar! A benzol móltörtje az elegyben 0,5. 3./ Számítsa ki a metán égését kísérő reakció reakcióhőjét: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2 H 2 O H k,ch4 = -74,9 kj/mol, H k,co2 = -393,78 kj/mol, H k,h2o = -286 kj/mol, H k,o2 = 0 kj/mol 5. téma Hővezetés, hőátadás, hőveszteség számítása Név, tankör:.. Dátum:.
Labor-beugró kis-zh 1. lab. gyak.: a.) Írja le a közömbösítési reakció és a közömbösítési hő fogalmát! b.) Hogyan számítható a kaloriméter vízértéke? 2. lab. gyak.: a.)írja l, hogyan, milyen adatokból számítható egykomponensű, tiszta anyag feletti egyensúlyi gőznyomás! b.) Milyen anyagnak, milyen módszerrel fogja vizsgálni a gőznyomását? 3. lab. gyak.: a.)írja le a felületi feszültség kétféle definícióját és mértékegységét! b.) Mit nevezünk felületaktív anyagnak? 4. lab. gyak.: a.)mi a hőtranszport termodinamikai hajtóereje? b.)milyen módszerrel fogja a hővezetési tényezőt meghatározni a gyakorlaton? 5. lab. gyak.: a.)írja le a reakciósebesség definícióját! b.) Milyen módszerrel fogja követni a.. koncentrációjának változását az időben a reakció során? 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja A vizsgáztatás módja: szóbeli vizsga két tétel kihúzásával, vázlatos írásbeli kidolgozásával, és megválaszolásával történik. Vizsgakérdések: a félév végére kerül kidolgozásra a leadott előadási pontos ismeretében. A hallgatók időben meg fogják kapni a szóbeli vizsgára való felkészüléshez.