Вопросы к госэкзамену по химии (бакалавры)
1. Предмет термодинамики. Термодинамическая система. Термодинамические параметры и функции. Энергия, закон сохранения энергии; теплота, работа. Первый закон термодинамики: формулировки, интегральная и дифференциальная форма записи. Внутренняя энергия. Применение первого закона термодинамики к процессам с участием идеального газа. Энтальпия.
2. Энтропия в случае равновесных и неравновесных процессов. Условия равновесия в изолированной системе.
3. Растворы. Термодинамика многокомпонентных систем, химический потенциал. Уравнения Гиббса – Дюгема. Давление насыщенного пара бинарных жидких растворов. Закон Рауля, идеальные растворы, предельно разбавленные растворы. Отклонения от закона Рауля.
4. Химическое равновесие, общее условие химического равновесия. Закон действующих масс, константа равновесия. Уравнение изотермы химической реакции. Стандартные изобарные потенциалы реакций, их применение. Тепловой закон Нернста, расчет химических равновесий.
5. Основной постулат химической кинетики. Скорость химической реакции, скорость реакции средняя и истинная. Кинетическая классификация реакций, различие понятий «порядок реакции» и «молекулярность реакции», понятие об элементарной реакции. Необратимые реакции первого, второго, n-го и нулевого порядка.
6. Удельная и эквивалентная электропроводность, ее зависимость от концентрации и температуры. Подвижность ионов, закон Кольрауша, формула Стокса. Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксила (механизм).
7. Гальванические элементы. ЭДС. Связь ЭДС с константой равновесия реакции. Электродный потенциал. Диффузионный потенциал. Термодинамический вывод формулы Нернста для электродного потенциала. Стандартный электродный потенциал.
8. Классификация электродов. Электроды первого и второго рода, газовые электроды, амальгамные электроды, окислительно-восстановительные электроды, правило Лютера. Применение электродов (электроды сравнения, индикаторные электроды и пр.).
1. Предмет термодинамики. Термодинамическая система. Термодинамические параметры и функции. Энергия, закон сохранения энергии; теплота, работа. Первый закон термодинамики: формулировки, интегральная и дифференциальная форма записи. Внутренняя энергия. Применение первого закона термодинамики к процессам с участием идеального газа. Энтальпия
Предмет термодинамики
Предмет термодинамики изучение законов взаимных превращений различных видов энергии, связанных с переходом энергии между телами в форме теплоты и работы. Химическая термодинамика применяет термодинамические методы для описания химических и физико-химических явлений: химических реакций, фазовых переходов и процессов в растворах.
Различие между теплотой и работой, принимаемое термодинамикой как исходное положение, имеет смысл только для тел, состоящих из множества молекул. Поэтому термодинамика рассматривает лишь макроскопические системы, не принимая во внимание поведение и свойства отдельных молекул.
Объект изучения термодинамики – термодинамическая система, то есть макроскопическая часть пространства, ограниченная реальной или мысленной поверхностью от окружающей среды. По типу взаимодействия системы с окружающей средой различают:
открытые системы – возможен обмен массой, теплообмен, изменение объема;
закрытые системы – нет обмена массой, но возможен теплообмен, изменение объема, электрического заряда и т.п.;
изолированные системы – нет обмена массой, теплотой и нет изменения объема.
Система является гомогенной, если каждый параметр ее имеет во всех частях системы одно и то же значение или непрерывно изменяется от точки к точке; внутри нее нет поверхностей раздела, которые отделяли бы друг от друга части системы, отличающиеся по свойствам. Система является гетерогенной, если она состоит из нескольких макроскопических частей, отделенных одна от другой видимыми поверхностями раздела; на этих поверхностях некоторые параметры изменяются скачком. Однородная система такая, в которой все участки объема обладают одинаковым составом и свойствами. Неоднородная система может быть и гомогенной, если ее состав и свойства изменяются постепенно, без образования поверхностей раздела.
Фаза совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу, физическим и химическим свойствам и отграниченных друг от друга поверхностью раздела. Гомогенная система представляет собой одну фазу, гетерогенная содержит не менее двух. Фазы, состоящие из химически индивидуальных веществ простые (чистые); фазы, состоящие из двух или более веществ смешанные.
Для описания свойств системы используются специальные термодинамические переменные (или термодинамические параметры). Это физические величины, с помощью которых описывают явления, связанные с взаимными превращениями теплоты и работы. Всё это макроскопические величины, выражающие свойства больших групп молекул.
Состояние любой термодинамической системы может быть охарактеризовано количественно с помощью термодинамических переменных. Все они взаимосвязаны, и для удобства построения математического аппарата их условно делят на независимые переменные и термодинамические функции. Термодинамические функции разделяют на
функции состояния, которые зависят только от состояния системы и не зависят от пути, по которому это состояние получено;
функции перехода, значение которых зависит от пути, по которому происходит изменение системы.
Примеры функций состояния: внутренняя энергия U, энтальпия H, энергия Гельмгольца F, энергия Гиббса G, энтропия S. Термодинамические переменные – объем V, давление р, температуру Т – также можно считать функциями состояния, так как они однозначно характеризуют состояние системы. Функции состояния характеризуются следующими свойствами:
1) бесконечно малое изменение функции f является полным дифференциалом и обозначается df ;
2) изменение функции при переходе из состояния 1 в состояние 2 определяется только этими состояниями:
=
f2
– f1
;
3)
в результате любого циклического
процесса функция состояния не изменяется:
= 0.
Примеры функций перехода: теплота Q и работа А.
Состояние системы – совокупность физических и химических свойств, характеризующих эту систему. Изменение каких-либо свойств (даже одного) означает изменение термодинамического состояния системы. Если хотя бы один из параметров системы изменяется, то говорят, что в системе происходит термодинамический процесс.