Химия_УМП

Смиров Г.В., Якунина Г.М.

Химия: Учебное методическое пособие. - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2000. – 149 с.

В учебно-методическом пособии по курсу “Химия” собран практический материал, апробированный при многолетнем преподавании химии для студентов ТУСУРа. Материал в пособии разбит по темам, в той же последовательности, что и в учебном пособии. Вначале каждой темы идет краткое напоминание теоретического материала, изложенного в лекциях, затем разбираются решения нескольких типовых задач и примеров. Для тем: основные понятия и законы химии, основные классы морганических соединений, окислительно-восстановительные реакции и электрохимические процессы

– решения типовых задач и примеров в настоящем пособии не приводятся, т.к. они приведены в учебном пособии.

После рассмотрения задач по каждой из тем приводятся варианты двух контрольных работ. В каждом варианте работы имеется вопросы из соответствующих тем. В конце пособия приведены приложения, необходимые для написания контрольных работ.

♥ Смиров Г.В., Якунина Г.М., 2000

♥Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2000

3

СОДЕРЖАНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ …………………………………………… 5

1.ТЕРМОДИНАМИКА …………………………………………….. 6

1.1.Первое начало термодинамики …………………………….. 6

1.2.Расчеты, основанные на соотношениях между

теплоемкостью и теплотой процесса …………………….... 14

1.3.Термохимия. Закон Гесса …………………………………... 21

1.4.Зависимость теплового эффекта химической реакции

от температуры. Закон Кирхгофа …………………………. 25

1.5.Второе начало термодинамики …………………………….. 29

1.6.Вычисление изменения энергии Гиббса и Гельмгольца

вразных процессах …………………………………………. 37

2.4.Примеры вычисления концентрации ………………………. 46

2.5.Вычисление скорости химической реакции ………………. 48

2.6.Порядок реакции …………………………………………….. 49

2.7.Правило Вант-Гоффа ………………………………………... 50

2.8.Уравнение Аррениуса. Энергия активации

химического процесса ……………………………………… 51

3.КИНЕТИЧЕСКИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ХИМИЧЕСКОМ РАВНОВЕСИИ ……... 56

3.1. Необратимые и обратимые химические реакции, химическое равновесие ……………………………………. 56

3.2.Закон действия масс для обратимых реакций.

Константа равновесия ………………………………………. 56

3.3.Термодинамический вывод константы равновесия ………. 58

3.4.Соотношения между изменением изобарного потенциала реакции и константой равновесия. Уравнение изотермы реакции …………………………………………... 61

3.5.Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнения изохоры и изобары реакции …………………... 64

3.6.Смещение равновесия. Принцип Ле-Шателье …………….. 66

3.9.Гетерогенные равновесия …………………………………... 74

3.10.Контрольные вопросы ……………………………………... 80

4.СТРОЕНИЕ АТОМА …………………………………………….. 81

5.ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ ………………………………………….. 92

6.ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ………………………… 100

6.1.Контрольная работа № 1 ……………………………………. 100

6.2.Контрольная работа № 2 ……………………………………. 116

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ………………………………. 128

ПРИЛОЖЕНИЕ ……………………………………………………… 129

5

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Для выполнения контрольных работ студенту необходимо освоить теоретический материал, изложенный в учебном пособии и разобраться с решением задач и примеров по каждой из тем. Примеры решения типовых задач приведены либо в учебном пособии, либо в учебно-методическом пособии часть 2.

Вварианты первой контрольной работы включены вопросы следующих тем: основные понятия и законы химии; основные классы неорганических соединений; термодинамика; кинетика и гетерогенные равновесия.

Вварианты второй контрольной работы включены вопросы следующих тем: строение атома и периодическая система Д.И. Менделеева; химическая связь; строение молекулы; окислительно-востановительные реакции и электрохимические процессы.

Все необходимые сведения для решения задач приведены в приложениях пособия.

Основные требования к оформлению отчета по контрольным работам: текст должен быть выполнен в текстовом редакторе Word версий не ниже 6.0, шрифт Arial или Times New Roman, размер – 12, междустрочный интервал одинарный или полуторный, текст должен быть выровнен слева и справа. Абзац начинается с пробела 1 см. Поля: слева – 3 см, справа – 1,5 см, сверху – 1,5 см, снизу – 2 см. Страницы должны быть пронумерованы с помощью средств Word (Вставка | Номера страниц | Вверху страницы; От центра).

6

1.ТЕРМОДИНАМИКА

1.1.Первое начало термодинамики

Математическое выражение первого закона термодинамики имеет вид:

т.е. теплота, поглощаемая системой, расходуется на увеличение внутренней энергией и на совершение работы.

Для конечного изменения состояния системы уравнения можно запи-

сать:

где U = U2 −U1 считается положительным, если внутренняя энергия систе-

мы возрастает, и отрицательным, если убывает. Теплота Q считается положительной, если она поглощается системой, Q – отрицательной, если она выделяется. Работа А считается положительной, если система совершает работу, и отрицательной, если работа затрачивается на изменение системы.

Теплота, поглощенная в изобарном процессе, служит мерой приращения энтальпии системы. Как и внутренняя энергия, энтальпия есть функция состояния системы и может быть выражена через независимые параметры, характеризующие состояние системы (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Основные формулы, применяемые для расчета работы, теплоты, энтальпии

7

Используя энтальпию и допустив, что в изучаемой системе имеет место только работа расширения, аналитическое выражение первого начала термодинамики можно записать в виде:

Пример 1

При нагревании 0,005 м3 криптона при постоянном объеме давление газа увеличилось на 3,35 105 Нм2 . Определить количество поглощенного теп-

ла, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии, если γ =1,67 . Криптон считать идеальным газом.

Дано: V = 0.005м3 = const ,

P= 3.35 105 Hм2 ,

γ=1,65.

Подставляем (3) в уравнение (2) и затем, преобразовывая полученное выражение, получим:

8

Изменение энтальпии в изохорном процессе определяем по формуле:

1)при изотермическом расширении до объема 0,2 м3 ;

2)при изобарном расширении до того же объема;

3)при изохорном нагревании до достижения давления 2,026 105 Нм2 ;

4)при адиабатическом сжатии до 2,026 105 Нм2 ;

9

Уравнение состояния идеального газа для изобарного процесса равно:

Работа расширения газа в изобарном процессе (табл.1.1) равна

10

A = P(V2 − V1 ) =1,013 105 (0,200 − 0,0509) =1500 Дж = 15 кДж.

Из уравнения Qp = U + A находим изменение внутренней энергии:

U = Qp − A = 67,4 −15,0=52,4 кДж;

3) для изохорного процесса ( V = const ) А=0; V = 0 ;

Qv = U = nCv (T2 − T1 ) , сделав следующие преобразования, но при этом учитывая, что известна температура T1 :

Далее T2 заменяем из уравнения идеального газа для изохорного про-

T1

цесса T2 = P2 , получим выражение для расчета Qv :

T1 P1

H=17,9 +0,0509 (2,016 −1,013) 105 10−3 = 23,1 кДж;

4)для адиабатического сжатия.