ВОПРОСЫДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ I ФАКУЛЬТЕТA
Часть 1
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
1. Основные понятия и постулаты термодинамики: термодинамическая система (изолированная, открытая, закрытая); функции состояния и функции процесса; равновесие. Внутренняя энергия, теплота, работа. Первое начало термодинамики.
2. Работа расширения (сжатия) идеального газа в изотермическом, изобарном и изобарно-изотермическом процессах.
3. Теплота процессов при постоянном объеме и при постоянном давлении. Энтальпия.
4. Закон Гесса. Теплоты образования и теплоты сгорания веществ. Их использование для расчетов тепловых эффектов химических реакций. Теплоты фазовых превращений.
5. Определение теплоемкости. Истинная и средняя теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры (интерполяционные уравнения).
6. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Уравнение Кирхгофа, его анализ.
7. Интегрирование уравнения Кирхгофа. Составление уравнения для расчета теплового эффекта химической реакции при заданной температуре.
8. Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Работа термодинамически обратимого процесса.
9. Энтропия. Математическое выражение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов.
10. Изменение энтропии в изолированной системе как критерий направления процесса и состояния равновесия.
11. Изменение энтропии при нагревании, расширении, смешении идеальных газов и при фазовых переходах.
12. Постулат Планка. Расчет абсолютной энтропии.
13. Изменение энтропии в химических реакциях. Составление уравнения для расчета изменения энтропии химической реакции при заданной температуре.
14. Максимальная и максимальная полезная работа. Термодинамические потенциалы как мера работоспособности системы.
15. Термодинамические потенциалы как критерий направления процесса и состояния равновесия в закрытых системах.
16. Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал). Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Свободная и связанная энергия.
17. Зависимость энергии Гиббса от температуры и давления.
18. Уравнение Гельмгольца – Гиббса.
19. Зависимость энергии Гиббса от состава системы. Химический потенциал компонента системы.
20. Химический потенциал идеального и реального газа. Фугитивность, коэффициент фугитивности, активность, коэффициент активности реального газа.
21. Вывод уравнения изотермы химической реакции.
22. Термодинамические и практические константы равновесия. Связь между ними.
23. Равновесие в гетерогенных химических реакциях. Константа равновесия гетерогенной реакции.
24. Зависимость константы равновесия химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения изобары химической реакции.
25. Интегральная форма уравнения изобары химической реакции. Составление уравнения для расчета константы равновесия химической реакции от температуры.
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ И РАСТВОРЫ
- Правило фаз Гиббса. Понятие "фаза", "составляющее вещество", "число компонентов", "термодинамическая степень свободы".
- Условие термодинамического равновесия между фазами.
- Вывод, анализ и интегрирование уравнения Клаузиуса-Клапейрона.
- Диаграмма состояния однокомпонентной системы. Разбор диаграммы с применением правила фаз Гиббса.
- Общая характеристика растворов. Закон Рауля.
- Идеальные и неидеальные растворы. Предельно разбавленные, атермальные, регулярные растворы.
- Парциальные мольные величины, методы их определения. Уравнения Гиббса-Дюгема.
- Химический потенциал компонента в идеальном и неидеальном растворах.
- Активность и коэффициент активности. Выбор стандартного состояния для растворителя и растворенного вещества.
- Вычисление активностей растворителя и растворенного вещества по давлению пара, понижению температуры замерзания, повышению температуры кипения и из осмотического давления.
- Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри. Влияние давления и температуры на растворимость газов в жидкостях.
- Неограниченно растворимые друг в друге жидкости. Вычисление давления и состава пара над идеальными растворами. Первый закон Гиббса-Коновалова.
- Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав раствора – состав пара для идеальных растворов.
- Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав раствора – состав пара для неидеальных растворов. Азеотропные растворы. Второй закон Гиббса-Коновалова.
- Перегонка (ректификация) растворов.
- Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Влияние температуры на растворимость.
- Диаграммы общее давление – состав, температура кипения – состав, состав раствора – состав пара для систем с ограниченной взаимной растворимостью жидкостей.
- Давление и состав пара над смесью взаимно нерастворимых жидкостей. Перегонка с водяным паром.
- Идеальная растворимость твердых веществ в жидкости (уравнение Шредера). Термический анализ, кривые охлаждения.