Методическое пособие

по физической и коллоидной химии для студентов очно-заочной формы обучения

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОРАБОТКИ ПРИ САМОСТОЯТЕЛЬНОМ ИЗУЧЕНИИ

КУРСА

“ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ”

Составители:

доцент А.А.Артемьева

доцент Г.А.Афанасьева

доцент В.В.Жильцов

доцент Г.Б.Колесник

ассистент М.В.Рождественская

под редакцией профессора К.И.Попова

Москва

МГУПП

2000 г.

Содержание курса физическая и коллоидная химия

1. Дайте определение физической химии. Что изучает эта наука?

2. Перечислите основные разделы физической химии.

3. Дайте определение коллоидной химии. Что изучает эта наука?

4. Перечислите основные разделы коллоидной химии.

Элементы учения о строении вещества

1. Что такое диполь? Что называется дипольным моментом? В каких единицах измеряется дипольный момент?

2. Чем отличаются полярные молекулы от неполярных? Как оценить степень полярности молекулы?

3. Что называется поляризацией молекул?

4. Какие виды поляризации Вы знаете? Дайте определение каждого вида поляризации.

5. Чем различаются поляризации полярных и неполярных молекул?

6. Что такое наведенный или индуцированный дипольный момент? Приведите формулу, связывающую индуцированный дипольный момент ( m_инд ) c напряженностью электрического поля Е при малых значениях напряженности. Что такое постоянный дипольный момент?

7. Напишите уравнение Клаузиуса-Моссоти. Укажите названия всех величин, входящих в него.

8. Приведите уравнение Дебая. Укажите названия всех величин, входящих в него.

9. Что такое диэлектрическая проницаемость вещества? Как ее экспериментально определяют?

10. Какие характеристики вещества необходимо измерить экспериментально, чтобы пользуясь уравнением Дебая рассчитать величину постоянного дипольного момента. Приведите график зависимости поляризации от температуры и дайте соответствующие пояснения.

11. Экспериментально установлено, что постоянный дипольный момент молекулы диоксида углерода (CO₂) m_CO2 =0, а дипольный момент молекулы воды равен 1.84 D. Что можно сказать о геометрическом строении этих молекул на основании данных об их дипольных моментах? Ответ поясните.

12. Чем отличается поляризация в поле видимого света от поляризации в постоянном электрическом поле?

13. Напишите уравнение Лоренц-Лоренца. Укажите названия всех величин, входящих в это уравнение.

14. Что такое молярная рефракция ?

15. Дайте определение показателя преломления.

16. Какова размерность рефракции ?

17. Что такое аддитивность рефракции? Приведите формулу для расчета молярной рефракции по правилу аддитивности для произвольно выбранной молекулы.

18. С каким видом поляризации связана рефракция?

19. Почему в поле видимого света наблюдается только электронная поляризация?

20. Как с помощью метода рефрактометрии проводят определение строение молекул? Ответ поясните.

21. Что такое диэлектрический нагрев? Какие молекулы обеспечивают разогрев пищевых продуктов? Почему не нагревается керамическая тарелка?

Химическая термодинамика.

1. Что изучает химическая термодинамика?

2. Что такое термодинамическая система и термодинамический процесс?

3. Сформулируйте первый закон (начало) термодинамики. Приведите его математическое выражение для бесконечно малого и конечного изменения состояния системы.

4. Проанализируйте математическое выражение первого закона термодинамики. Укажите, какие величины, фигурирующие в этом законе, зависят от пути проведения процесса, а какие не зависят.

5. Укажите условия, при которых теплота не зависит от пути проведения процесса.

6. В чем различие понятий работы и теплоты?

7. Что понимают под внутренней энергией?

8. Что понимают под энтальпией?

9. Как связаны изменения внутренней энергии и энтальпии с теплотами реакции?

10. Приведите уравнение, связывающее теплоту при постоянном объеме (Q_V) c теплотой при постоянном давлении (Q_P) ?

11. Какая зависимость существует между теплотами Q_V и Q_Р для реакции:

N_2(газ) +3H_2(газ) = 2NH_{3 (газ)}

12. Сформулируйте закон Гесса. Какой термодинамический закон лежит в основе закона Гесса.

13. Приведите термодинамическое обоснование закона Гесса.

14. Приведите примеры применения закона Гесса.

15. Что изучает термохимия?

16. Что называется тепловым эффектом химической реакции?

17. Какие следствия вытекают из закона Гесса?

18. Как рассчитать тепловой эффект реакции, зная теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции?

19. Что называется теплотой (энтальпией) образования вещества? Напишите уравнение реакции, теплота которой является теплотой образования твердого гидроксида калия.

20. Как рассчитать тепловой эффект реакции, зная теплоты сгорания исходных веществ и продуктов этой реакции?

21. Что называется теплотой сгорания?

22.Что называется стандартной величиной (изменением стан-дартной энергии Гиббса DG^o, cтандартной теплотой DН^o) ?

23. Дайте определение стандартного состояния вещества. Для чего введено это понятие?

24. Опишите зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Приведите соответствующие уравнения и объясните их.

25. Приведите уравнения Кирхгофа в дифференциальной форме. Проинтегрируйте это уравнение:

а) полагая DС = const.

б) полагая, что изменение молярной теплоемкости (DC) зависит от температуры.

26. Дайте определение теплоемкости (C_V и C_Р) ? Как зависят теплоемкости от температуры? Приведите соответствующие уравнения.

27. Что такое термодинамически обратимый и необратимый процессы?

28. Что называется самопроизвольным процессом?

29. Приведите формулировки второго закона (начала) термодинамики.

30. Напишите математическое выражение второго начала термодинамики: соотношение между бесконечно малым изменением энтропии и теплот:

а) в случае самопроизвольного необратимого процесса;

б) в случае термодинамически обратимого процесса и равновесия;

31. Примените математическое выражение второго начала термодинамики к изолированным системам. Выведите соответствующее выражение. Изменение какой термодинамической функции будет определять возможность самопроизвольного протекания процесса и условие равновесия.

32. В чем заключается статистическое истолкование понятия энтропии? Приведите уравнение, связывающее энтропию с термодинамической верятностью (уравнение Больцмана-Планка).

33. Как изменяется энтропия вещества при его нагревании? Ответ поясните.

34. Как применяется второе начало термодинамики к изобарно-изотермическим процессам? Что такое энергия Гиббса (G) ?

35. Укажите, изменение какой термодинамической функции является критерием самопроизвольного протекания процесса и равновесия для изобарно-изотермического процесса?

36. К каким результатам приводит применение второго начала термодинамики к изохорно-изотермическим процессам? Что такое энергия Гельмгольца (F)?

37. В закрытом автоклаве при постоянной температуре протекает реакция. Укажите, изменение какой термодинамической функции определяет направление самопроизвольного протекания этой реакции.

38. Как изменяются изобарно-изотермический и изохорно-изотермический потенциалы в самопроизвольно идущем процессе (реакции) ?

39. Как рассчитать изменение энергии Гиббса (DG) химической реакции. Какие справочные термодинамические величины необходимы для расчета ?

40. Приведите формулу для расчета изменения энергии Гельмгольца.

41. Как рассчитать изменение энтропии в ходе реакции? Какие справочные термодинамические величины необходимы для расчета?

42. Сформулируйте постулат Планка.

43. Напишите уравнение для вычисления абсолютной энтропии вещества. Приведите расшифровку всех входящих в уравнение величин.

44. Сформулируйте признаки химического равновесия. Что такое закон действующих масс? Что такое константа химического равновесия? Каковы способы ее выражения? Как формулируется принцип Ле-Шателье?

45. Как связаны константа равновесия, выраженная через давления (K_Р- читается “ка пэ”) с константой равновесия, выраженной через концентрацию (K_С - читается “ка цэ”). Приведите соответствующее уравнение.

46. Запишите уравнение изотермы (уравнение изотермы Вант-Гоффа ) для химической реакции:

2СH_4(газ) =C₂H_2(газ) + 3H_{2 (газ)}

47. Что позволяет узнать уравнение изотермы химической реакции?

48. Запишите уравнение изотермы для гетерогенной реакции:

СuO_(тв) +СО_(газ) = Сu _(тв) + СО_2(газ)

49. Как теоретически рассчитать константу равновесия реакции, если для этой реакции известны DS^о DН^о и температура T?

50. Напишите уравнение изобары Вант-Гоффа в дифференциальной форме. Какую зависимость описывает это уравнение?

51. Приведите уравнение изобары Вант-Гоффа в интегральной форме. Какие упрощения были сделаны при интегрировании?

52. Как зависит константа равновесия экзотермической реакции от температуры? Приведите уравнение этой зависимости, ответ поясните.

53. Изобразите график зависимости lnK_P от 1/Т для эндотермической реакции. Какие выводы можно сделать на основании этого графика?

Вопросы по растворам и фазовым равновесиям.

1. Чем отличается гомогенная система от гетерогенной?

2. Что называется фазой, компонентом, числом степеней свободы?

3. Каковы условия фазовых равновесий?

4. Какой вид принимает правило фаз Гиббса для однокомпонентных систем?

5. Для каких фазовых переходов применимо уравнение Клайперона?

6. Что характеризует фазовая диаграмма?

7. Какая зависимость между температурой плавления и давлением типична для большинства веществ?

8. Что называется раствором?

9. Дайте классификацию растворов.

10. Как объяснить понижение растворимости газа с повышением температуры?

11. Чем заканчивается взаимное растворение ограниченно смешивающихся жидкостей при температуре ниже критической температуры растворения?

12. Чем можно объяснить, что растворение некоторых твердых веществ сопровождается выделением теплоты?

13. Какой может быть тепловой эффект при растворении жидкости в жидкости?

14. От чего зависит осмотическое давление раствора?

15. Как определить молярную долю вещества, если известны молярные доли двух веществ раствора?

16. Чем объяснить, что море не замерзает тогда, когда реки, впадающие в него, уже замерзли?

17. Как можно определить мольную массу растворенного вещества? Какие величины надо знать или найти из опыта?

18. Как измеряется состав жидкой фазы при замерзании раствора?

19. На чем основан криоскопический метод определения молекулярной массы растворенного вещества?

20. Назовите способы выражения концентраций.

21. Что называют парциальными молярными величинами и какое значение они имеют? Где их применяют?

22. В чем заключается закон Вант-Гоффа и для решения каких вопросов его применяют?

23. Какие формы закона Рауля существуют?

24. Какие растворы называют идеальными? предельно разбавленными? неидеальными?

25. Что такое эбулиоскопическая и криоскопическая постоянные? Чему они равны и что характеризуют?

26. Отличаются ли температура замерзания растворителя и раствора?

27. Напишите формулы для расчета молярной массы вещества при использовании криоскопического, эбулиоскопического и осмотического методов?

28. Какие существуют отклонения от законов идеальных растворов?

29. На каком условии фазовых равновесий основан вывод закона распределения?

30. Какие факторы влияют на значение коэффициента распределения?

31. Назовите типы неограниченно растворимых и ограниченно растворимых жидкостей.

32. Изобразите диаграмму состояния трехкомпонентной системы, если два компонента ограниченно растворимы друг в друге, а третий смешивается с ними неограниченно.

33. Покажите гомогенную и гетерогенную области на ней.

34. Какое количество компонентов имеется внутри треугольника Гиббса? на сторонах треугольника? в вершинах треугольника?

35. Что такое ноды?

36. Как определить состав равновесных фаз в гетерогенной области?

37. На чем основана экстракция вещества из раствора?

38. Какими свойствами обладают азеотропные смеси?

39. Назовите методы разделения азеотропных смесей.

40. Что такое жидкая и твердая эвтектика?

41. Назовите типы твердых растворов.

42. Нарисуйте диаграмму состояния двух компонентной системы с химическим соединением, плавящимся конгруэнтно.

43. Нарисуйте диаграмму состояния двух компонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.

44. Что такое термический анализ?

45. Покажите принцип построения диаграммы состояния системы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и взаимной нерастворимостью в твердом состоянии.

46. Сформулируйте первый закон Коновалова.

47. Изобразите и объясните диаграмму кипения идеальной двухкомпонентной системы.

48. Сформулируйте второй закон Коновалова.

49. Изобразите зависимости давления насыщенного пара и температуры кипения от состава раствора.

50. В чем заключается простая и фракционная перегонка?

51. Что такое ректификация?

52. На чем основана перегонка с водяным паром?

53. В каком случае применяется перегонка с водяным паром?