шпора_химия_50 вопросов
.doc
46. Основные положения квантово-механической модели строения атома. Основные положения: 1.в-ва состоят из молекул.Молекула наименьшая частица в-ва определяющая его свойтсва.Состоит из одинаковых или разных атомов. 2.Атом-наименьшая хим частица являющаяся пределом хим разложения любого в-ва 3.молекулы и атомы непрерывно движуться 4.молекулы сохраняются при физических явлениях и разрушаются при хим реакциях 5.хим р-ции особый вид движения атомов заключающийся в их перегруппировке. Развитие совр. теории строения атома начиналось с модели Резерфорда: 1. центре атома находится положительно заряженное ядро, оно занимает ничтожную часть пр-ва внутри атома. 2.Вокруг ядра вращаются по стационарн. круговым орбиталям электроны, их число опр. положительным зарядом ядра атома. Недостатки модели: электрон , двигаясь вокруг ядра с ускороением, согласно электромагнитной теории, должен непрерывно излучать энергию и упасть на ядро. Непрерывное излучение энергии должно давать сплошные линии в спектре, полученные к тому времени спектры испускания атома Н2 имели 3 серии линий,т.е. были дискретны. Модель строения атома Нильса Бора(1913) объеденяет устойчивость планетарной модели атома, спектральн. данные для атома Н2 с позиции квантовой теории(теории квантования Макса Планка) Согласно постулатам Бора: 1.В атоме сущ. стационарные орбиты, вращаясь по кот. электрон не излучает энергию. 2.При переходе электрона с одной орбиты на другую излучается квант энергии.Энергия всегда излуч. целым числом порций 2hʋ, 3hʋ 3.Момент кол-ва движ. вращ-ся электрона пропорционален квантовому числу, т.е. номеру орбитали. mvR=nh/2π,где n=1,2,3 Рассч. на основе спектр. данных показал радиусы электр. орбит. относятся как 1^2:2^2:3^2:…n^2 Немецк. физик Заммерфельд предложил: кроме круговых, электрон может двигаться и по эллиптич. орбиталям, при этом, почти одинаковому уровню энергии соотв. число типов, орбит равное n. Дополнил модель побочным (орбитальным) квантовым числом и зависимость массы электрона от скорости. Недостатки модели:нельзя описать строение атомов, более сложных, чем водород. В основе совр. квантово механич. модели строени атома, лежат сл. полож: 1.Электр. имеет двойственную корпускулярно-волновую природу:как частица обладает массой m и зарядом; в своем диж. вокруг ядра проявл. волновы св-ва, характ длиной волны, кот. можно оценивать с помощью уравн де Бройля λ=h/mV{E=m*c^2;E=hv;v=c/λ} Урав. де Бройля объеденяет характ. волнового проц.(λ) и корпускулярного движения(mv-импульс) 2.Неопред. в пов. электрона.Поскольку электр. обладает волновыми св-ами, тоего движ. не может быть описано четкой траект. она «размывается» возникает область неопределенности, в пределах кот находится электрон.Для электрона применим принцип неопр-ти Гейзенберга(1927): невозможно одновр. точно определить и положение эл. в пр-ве и его импульс, минимальн возможн. неточность равна h. Δx Δp͌=h; Δр-неопр. в величине импульса, Δх-неопр.в полож. частицы пр-ва.Область пр-ва атома, внутри кот. сущ. наибольшая веротность нахожд. электрона, назыв. орбиталью. 3.Формы атомной орбитали т.е. формы пов. огранич-ей область с наиб. веротн. нахожд. электрона, а так же их кол-ва в пределах электр Уровня опр. квантовыми числами кот. получ. при решении волн. уравн Шрёдингера.
Волновая ф-ия Ψ-это характ. электр. она им. опред. знач. в любой точке пр-ва и формально явл. трехмерным аналогом аплитуды плоской волны. Физ. смысл волновой ф-иизакл. в том, что её квант Ψ^2 пропорционален веротности нахождения электрона в элементарном объеме атома ΔV с координатами x,y,z |
47-48. Квантовые числа и уравнение Шредингера. Что означает термин «волновая функция»? Каков физический смысл квадрата волновой функции? Атом характ. 3 фундаментальные элементарные частицы: протон, нейтрон, электрон. Ядро заряжено положительно и в нем соср. основная масса атома. Массовое число А-соотв. относит. атомной массе элемента, кот. приведена в периодич. сист., число нейтронов и электронов равно порядковому номеру. Электрон имеет 4 степени свободы и для хар. его пов в атоме требуется 4 квантовые числа. Главное квантовое число опр. осн. хар. элект. в атоме, его полн. энерг. т.е. его энерг.уровень. --n имеет знач. ряда целых чисел -энергия электр.зависит от расст. электр. до ядра, чем ближе к ядру, тем мешьше энерг. -при n=1 электр. наход. на 1 энергоуровне и характ наим. велич. энерг. -чем больше n тем слабее електр. связан я ядром и более емким станов. квантовый уровень -число знач n опр. емкостью квантового уровня-ко-во подуровней на данном квантовом уровне. Электр., кот нах. на одинаков. расст. от одинаков. расст. от ядра,образ. 1 электр. слой. n 1 2 3 4 5 6 7 эерг. уров. K L M N O P Q Знач. гл. квантового числа n соотв. номеру периода в периодич. сист. Менделеева Орбитальное квантовое число l характ. форму электр. облака и приним значение от 0 до n-1 . Орбитальн. квантовое число l опр. структ. слоя(число подуровней), характ. форму электр. облака L 1 2 3 4 5 6 Подуровни s p d f q h У реальн. атомов макс. знач. l=3 -s при l=0 (s-подуровень) электронное облако имеет форму шара и не обл. направл в пр-ве -р-подуровни им. форму гантели, кот. может быть ориент.в напр. осей x,y,z -d u f подуровни им. более сл. форму Магнитное квантовое число m, опред Простр. направл. электр. облаков под влиянием внешнего магнитн. поля Приним. любое целочисленн. знач От –l до +l, через 0 Число возм. квант. знач. магнитн. квант. числа равно 2l+1 и оно равно кол-ву орбиталей на данном подуровне. У подуровня шарообр. формы может быть только 1 проекция имеющ знач 0 Вне зав-ти от формы орбиталь всегда симметр. относит. ядра Энерг. подуровни возраст. сл. обр. Es<Ep<Ed<Ef Форма орбиталей и направл. играют сущ. роль при образов. хим. связей Эти два фактора опред. хар. и степень перекрыв. электр. облаков соед. атомов. Спиновое квантовое число m-это число хар. собств. момент кол-ва движен. электр-на-направление вращения электрона вокруг своей оси-спин. Спин может приним. знач. +1/2 и -1/2 кот. связаны с напр. вращ. Электр. имеющ. одинаков. напр. спинов, наз. параллельными, при противоположном направлении-антипараллельными. Волновая ф-ия Ψ-это характ. электр. она им. опред. знач. в любой точке пр-ва и формально явл. трехмерным аналогом аплитуды плоской волны. Физ. смысл волновой ф-иизакл. в том, что её квант Ψ^2 пропорционален веротности нахождения электрона в элементарном объеме атома ΔV с координатами x,y,z уравн Шрёдингера: |
49. Многоэлектронные атомы. Основные квантово-механические законы. Принцип минимальной энергии. Принцип Паули. Правило Гунда. Правило Клечковского. Электронные конфигурации атомов. В многоэлектронных(МЭ) атомах электр. движется не только в поле собств. ядра, но и в поле других электронов.Внутр. электронные уровни экранируют электр. внешних уровней от действия ядра, притяжение внешн. уровней к ядру меньше приятяжения электр. внутр. уровней. Принцип мин. энергии В невозб. атоме электроны располог. таким образом, чтобы обеспечивались их наиболее прочная связь с ядром и энергия атома была мин. Низшие по энергии орбитали заполн первыми, все послед. энергет уровни будут заполн в строгой посл-ти от 1 до 7,подуровни s->p->d->f Принцип минимальной энергии справедли только для основн. сост атома. Если атом наход. в возб. сост. электр. могут быть на любых его орбиталх. Принцип запрета Паули В атоме не может быть двух электр. с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. В соотв с принципом Паули, каждая орбиталь не может содержать более 2-х электронов. Следствие из принципа Паули Емкость уровня равна 2n^2 Емкость подуровн равна 2(2l+1) Правило Хунда объясняет порядок заполнения электронами квантового подуровня. В данном подуровне электроны стремятся занять энергетич. сост. таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным(сначала по одному электрону на орбиталь, а затем спаривание) Правило Клечковского При увеличени заряда ядра атома последовательное заполнение электронами орбиталей происходит в порядке возрастания суммы(n+l). При равенстве этих сумм сначала заполняется орбиталь с меньшим значением n В соотв с правилом Клечковского, после заполнения электронами 3p подуровней (n+l)=(3+1)=4 заполняется не 3d подуровни, (n+l)=(3+2)=5, а 4S подуровни (n+l)=(4+0)=4 На подуровне 3p, 3d u 5s сумма (n+l)=5 В этом случае сначала происходит заполнение подуровня с наим. знач т.е. 3d->4p->5s Порядок заполн энерг уровней и подуровней без учета возможного проскока электронов след(фото Проскоки электронов набл. у тех атомов, кот. имеют на d-орбитали по 4 и 9 электронов. Это обусловлено более низкой энергетической конфигурацией d5 u d10 по сравнению с d4 u d9 В тех случаях,когда до таких конфигураций не хватает одного электрона наблюдается проскок электрона с внешего s-подуровня на предыдущий d-подуровень
|
50. Периодический закон Д.И. Менделеева. Периодический закон, периодическая система элементов Д.И. Менделеева и электронная конфигурация атомов. Структура периодической таблицы. Классификация конструкционных материалов по периодической таблице элементов: металлы, неметаллы, полупроводники. .Периодич. закон – св-ва элементов и их соед. наход. в периодич. зависимости от заряда ядра атома или порядкового номера элемента. Физ. смысл:монотонное измен. зарядов ядер хим. элементов приводит к повторению электронного строения последних энерг. уровней элементов, что в свою очередь определяет переодичность повторений(сходства) свойств хим. элементов и веществ образованных ими. Электронная конфигурация атома-это запись распред электронов в атоме по уровням, подуровням, орбиталям. В первую очередь заполняються наиболее низкие по энергииуровни и подуровни в соответствии с их емкостью и квантово-механическими законами. Для упрощения записи электроно графич. схемы чаще изображают без учета различия энергет. уровней. Запись электр. конфигурации атома может быть полной или сокращенной -> указывает распределение электронов только внешнего уровня: так электронная конфигурация атома мышьяка As записывается 1S22S22P63S23P64S23D104P3 Сокращенная 4S24P3 Из записи следует:элем находится в 4 периоде(арабская цифра) в 5-й группе(5 электронов на вннешн. энергет уровне), в главной подгруппе, так как внешний электронный слой содержит только s и р электроны. Невозбужденное(основное) и возбужденное сост. атомов Квантовое сост. атома с наим. энергией называется нормальным(основным). Квантовое сост. с более высокими энергиями наз. возбужденным. Возбужденное сост. атома возникает при переходе электронов с уровней(подуровней) с меньшей энергией на уровни(подуроовни) с большей энергией
|
1. Предмет, задачи и основные понятия химической кинетики: система, фаза, процесс, механизм реакции, скорость реакции, средняя и истинная скорость химической реакции. Кинетика-раздел химии, изуч. скорость и механизм р-ций. Задачи хим. кинет: кол-ное описание проц.;установ. факторов влияющих на скорость р-ции;уст. механизима проц.; Предмет изучения-система. Система-совокупн. мат-их объектов наход. во взаимод.,мысленно или факт. выделенных из окр. среды. Фаза-однородн. часть сист., одинаков. во всех своих точках по хим. сост. и св-ам и отдел. от других частей сист. поверхн разд. В зависмости от числа фаз сист. бывают: гомогенные(1фаза); гетерогенные(2 и более фаз). В зависимости от взаимод. с окр средой: открытве, закрытые,изолированные. Процесс.-это любое изменение хотя бы 1-го из парам сост. сист(T,P,V,C). В зависимости от наличия или отсутств. энергет. затрат проц. бывают:самопроизв., вынужденные, циклические. В зависимости от условия протекания проц бывают: изотермические, изобарные, изохорные, адиобатические. Механизм р-ции-совокупность всех стадий, через кот. происх. превращ. исходных в-в в продукты р-ции. Скорость р-ции- число элементарных взаимод.(эффективных соудар. частиц) в еденицу времени в единице реакционного пространства. V(гомог.)=+- Δn/V* Δt=+- ΔC/ Δt моль/л*с V(гетерог)=+- Δn/S Δt = +- ΔCs/ Δt моль/м2*с Ср. скорость р-ции-изм. кол-ва в-ва в еденицу времени в еденице реакц. пр-ва Если Δt стремится к 0, то в пределе ср. скорость становится скоростью р-ции в данный момент времени или мгновенной скоростью. Практ. оценка V(относительная)=1/t.
10. Влияние изменения концентрации на положение равновесия обратимой реакции. Обосновать на конкретных примерах с использованием ЗДМ. При увеличении С исходных в-в равновесие смещается в направлении прямой р-ции, а при увеличении С прод р-ции равновесие смещается в направлении обратной реакции. FeCl3 + 3KCNS<=>Fe(CNS)3 +3KCl Используя ЗДМ: При увеличении СFeCl3 => увеличение Vпр. Т.к.Vпр=kпр*СFeCl3*C3KCNS Где kпр,CKCNS = const Увеличение прямой скорости приводит к нарушению кин условия равновесия и равновесие смещается в направлении р-ции идущей с болшей скоростье тоесть вправо.
11. Влияние изменения температуры на положение равновесия обратимой реакции. Обосновать на конкретных примерах с использованием энергетической диаграммы обратимой реакции. Влияние Т на положение равновесия. При изменении Т в разной степени изменяются скорость прямой и скорость обратно реакций. Для выяснения направ. смещения равновес. необход. знать знак теплового эффекта. При увеличении температуры равновесие смещвется в направлении эндотермической реакции(ΔH>0, Q<0) и наоборот. Анализ энергет. диаграммы эндотермической: ΔН=Еапр-Еаобр Еапр>Еаобр и с увеличением температуры скорость прямой реакции увеличится больше, чем скорость обратной(увеличение Кпр>увеличения Кобр) Следовательно равновесие смещ. в направ. р-ции, идущей с большей скоростью.тоесть вправо
|
5. Энергия активации процесса. Уравнение Аррениуса. Анализ уравнения Аррениуса. Ea-энергия активации-миним. доп. энергия, кот. нужн. сообщ. ср. энергии частиц, чтобы произошло взаимод. Зависит от природы в-в и катализатора . Ea>0. Хим. взаимод. приводят столкновения только активных частиц, запас энергии кот. >=Ea. Величина Еа опред. высоту энергет. барьера реакции.Преодоление этого барьера частицами исх. в-в связано с обр. активного комплекса. Активный комплекс-группа взаим. частиц. в момент соударения: старые связи ослаблены, новые наметились, но ещё не образов. уравн. Аррениуса: k=A*e^-Ea/R*T lnk=lnA-Ea/RT А-постоян. величина для данной р-ции, характ. общее число сталкнов. частиц с благоприятной ариентацией. Уравн. Аррениуса позволяет рассчитать: 1.как изменится V(K) при известном изменнении температуры и значении Еа. lg Kt2/Kt1=Ea*(T2-T1)/2,3*R*T1*T2 2.Ea, Если известно как изм скорость при известном изменении T. Ea=(R*T1*T2)/(T2-T1)*lnKt2/Kt1 3.Скорость реакции при постоянной конц. возраст. с увеличением Т по экспоненциальному закону, т.к. по экспоненте возраст доля активн. молекул 4.Чем больше значение энергии активации, тем меньше V реакции. 5.С увеличением темп. в большей степени возраст. скорость тех реакций, энергия активации кот. больше Есть две возможности ускор. хим реакцию: увеличение темп; снижение энергии активации с помощ. катализатора. Введение в сист. катализатора разбивает проц. на ряд промежут. стадий, энергия активации кот. меньше Еа самого проц.
4. Влияние температуры на скорость процессов. Правило Вант-Гоффа. Температурный коэффициент реакции (γ). Уравнение Аррениуса. Скорость хим. р-ции зависит от температуры, причём при повышении температуры скорость р-ции увеличивается. Правило Вант-Гофа: при повышении температуры на 10Со скорость большинства реакций увелич. в 2-4 раза. VT2=VT1* γ ^ΔT/10 kT2=kT1* γ ^ΔT/10 VT2/V T1=k T2/k T1= γ Физ. смысл γ: -показ. во сколько раз повыш. скорость при увелич. темп. на 10 градусов. Зависит от природы в-в и катализатора. γ эндо> γ экзo Точную функц. зависимоть V реакции от темп. даёт уравн. Аррениуса: k=A*e^-Ea/R*T lnk=lnA-Ea/RT
9. Кинетическое условие наступления равновесия в системе, условия его сохранения и смещения. Принцип Ле-Шателье. Кинетич. условие равновес. Vпр=Vобр. Признаки хим. равновес: 1.Хим. равновес. не зависит от пути его достижения. 2.Сост. равновесия не изм. при пост. Р,Т,С 3.Явл. динамичным, т.е.изменяется при изменении Р,Т,С. 4.Концентрация в-в или парцианально давление газов, устанав.к моменту равновес., наз. равновесным, они ост. постоян. до нарушения хим. равновес. Состояние хим равновесия существует при строго определённых условиях:С.P.T.при изменении одного из этих условий-равновесие нарушается. Смещение хим равновесия-переход системы из одного равновесного состояния в другое, вызванный неодинаковым изменением Vпр и Vобр, вследствии изменения одного из условий при котором система находилась в равновесии. Если Vпр>Vобр то равн смещ. вправо Если Vпр<Vобр то равн смещ. влево Напрвление смещения равновесия определятся принципом Ле Шателье:Если на систему находящуюся в равновесии оказывается внешнее воздействие, то равновесие смещается в направлении той р-ции, которая ослабляет это воздействие.
|
2. Скорость гомогенных и гетерогенных процессов. Многостадийность гетерогенных процессов. Факторы, влияющие на скорость реакций. Основные кинетические законы и правила. V(гомог.)=+- Δn/V* Δt=+- ΔC/ Δt моль/л*с V(гетерог)=+- Δn/S Δt = +- ΔCs/ Δt моль/м2*с Гетерогенные реакции представ. собой сложные взаимод. и в общем случае вкл. след. стадии: 1.проц. переноса (диффузия)исходных в-в и пов. раздела фаз; 2.адсорбция-.осаждение реаг. в-в на пов-ти; 3.химическая р-ция; 4.десорбция-удаление продуктов р-ции от границ раздела фаз;5.диффузия продуктов р-ции по всему объему; Скорость р-ции завист:от природы реаг. в-в.; условий протекания р-ции(C,T,P); присутсвие катализаторов; величины реагир. поверхности .(для гетерог. р-ций). ЗДМ-скорость гомог. хим. р-ции при пост. температуре пропорциональна произв. концентраций реагирующ. в-в взятых в степенях стехеометр. коэф. в уравн. р-ции. aA+bB=cC+dD V=k*CAa*CBb ЗДМ выполн. только для прост. р-ций. Скорость сложной р-ции определена скоростью самой медлен. стадии, кот назыв. лимитной стадией процесса. Основные кинетические законы и правила: Закон действующих масс, правило Вант-Гофа, уравнение Аррениуса, принцип Ле Шателье.
6. Энергетические диаграммы реакций, активированный комплекс. Влияние катализаторов на скорость химических реакций. Энергетические диаграммы реакций- описание хода реакции через изменение энергии исходных веществ. Величина Еа опред. высоту энергет. барьера реакции.Преодоление этого барьера частицами исх. в-в связано с обр. активного комплекса. Активный комплекс-группа взаим. частиц. в момент соударения: старые связи ослаблены, новые наметились, но ещё не образов. Ослабление старых связей через переходн. сост.-необходимое усл. перегруппировки атомов и образов. новых молекул. В общем случае активация частиц достигается: увеличением температуры; действием электронного поля; облучением и т.д. В газовых реакциях основн. источником активации явл. соударение частицами обл. большим запасом энергии. Есть две возможности ускор. хим реакцию: увеличение темп; снижение энергии активации с помощ. катализатора. Введение в сист. катализатора разбивает проц. на ряд промежут. стадий, энергия активации кот. меньше Еа самого проц. Действие катализаторов: 1.не изменяет теплового эффекта р-ции. 2.снижает энергию активации как прямой так и обратной р-ции на одну и туже величину, поэтому не смещает равновесия. 3.увеличивая в одинаковой степени скорость прямой и обратной р-ции, сокращает время достижения равновесия. 4.является избирательным,что определяется природой катализатора и условиями его применения.
8. Константа хим равновесия (КС и КР, их взаимосвязь). Физ смысл. Факторы, влияющие на численное значение. Зависимость КС и КР от температуры. Кол. сост. хим. равновесия характериз. конст. равновесия Кс и Кр: Кс=kпр/kобр=СCc*CDd/CAa*CBb=const Kр=kпр/kобр= PCc*PDd/PAa*PBb=const Кс!=Кр=>Кр=Кс*(RT)^ Δn Где Δn=∑Δn(продуктов)-∑ Δn(исходных) Физ. смысл. Кс(Кр)-определяет глубину протекания процесса к моменту достижения системой равновесного состояния.Чем больше Кс, тем с большей скоростью до достижения равновесия идет прямая реакция, тем больше превращ. исходных в-в в продукты р-ции. Константа равновесия зависит: от природы реаг. в-в; от температуры(Поскольку температура есть мера средней кинетической энергии частиц, повышение температуры приводит к увеличению доли частиц, энергия которых равна или больше энергии активации, что приводит к увеличению константы скорости реакции). Конст. равновесия не зависит: С,Р, от наличия катализаторов. Повышение температуры увеличивает константу равновесия эндотермической р-ции (H>0, Q<0) т.к. увеличивается отношение kпр/kобр Повышение температуры уменьшает константу равновесия экзотермической р-ции (H<0, Q>0) т.к. уменьшается отношение kпр/kобр
|
3. Зависимость скорости хим. р-ций от кон-ций (парциальных давлений) реагирующих веществ. ЗДМ для гом и гет р-ций. Константа скорости. Физический смысл зависимости: В хим. кинетике исходят из положения, что реагируют те частицы, которые сталкиваются.Вероятность столкновения, следовательно, вероятность взаимодействия, пропорционально концентрациям реагентов. ЗДМ-скорость гомог. хим. р-ции при пост. температуре пропорциональна произв. концентраций реагирующ. в-в взятых в степенях стехеометр. коэф. в уравн. р-ции. aA+bB=cC+dD V=k*CAa*CBb ЗДМ выполн. только для прост. р-ций. Скорость сложной р-ции определена скоростью самой медлен. стадии, кот назыв. лимитной стадией процесса. Константа V зависит от: природы реаг. в-в; температуры; присутствия катализаторов; Константа V не зависит от: С,P Физический смысл k-показывает с какой скоростью идёт р-ция при концентрациях реаг. в-в равных 1 моль/л(еденичн. конц) Химический смысл k-константа скорости явл. количественной мерой реакционной способности молекул.
7. Обратимые процессы. Химическое равновесие (кинетическое условие равновесия и факторы, влияющие на его состояние). Вывод константы равновесия. Обратим. р-ция-при данных условиях протекает одновременно в двух противоположных направлениях, ни одно из реаг. в-в не расх. полностью.Обратим. р-ции в закрытой сист. при сonst T,P идут до сост. равновесия. Хим. равновесие-сост. обратим. проц., при кот. скорости прямой и обратной р-ции равны. Кинетич. условие равновес. Vпр=Vобр. Признаки хим. равновес: 1.Хим. равновес. не зависит от пути его достижения. 2.Сост. равновесия не изм. при пост. Р,Т,С 3.Явл. динамичным, т.е.изменяется при изменении Р,Т,С. 4.Концентрация в-в или парцианально давление газов, устанав.к моменту равновес., наз. равновесным, они ост. постоян. до нарушения хим. равновес. Кол. сост. хим. равновесия характериз. конст. равновесия Кс и Кр. Вывод константы равновесия Кс и Кр. Для обратимой р-ции в сост. равновесия скорость прямой р-ции равна скорости обратной. kпр* CAa*CBb = kобр* СCc*CDd Кс=kпр/kобр=СCc*CDd/CAa*CBb=const Kр=kпр/kобр= PCc*PDd/PAa*PBb=const
|