0. Перечень контрольных вопросов для самопроверки студентов Химическая термодинамика

1. Предмет, содержание, методы физической химии и ее место среди естественных наук.

2. Возникновение, характерные особенности и методы термодинамики. Основные понятия термодинамики: тепло, окружающая среда, система (классификация), термодинамические параметры экстенсивные и интенсивные.

3. Формы существования материи и энергии. Форма обмена энергии системы с окружающей средой. Закон взаимосвязи массы и энергии.

4. Характеристика термодинамических процессов: адиабатного, кругового, изобарно-изотермического, изохорно-изотермического.

5. Работа расширения идеального газа. Теория теплоемкости газов. Число степеней свободы. Теплоемкость идеального газа при постоянном давлении, ее зависимость от температуры. Связь между Ср и Сv.

6. Что такое внутренняя энергия системы, из чего она складывается? Что такое кинетическая и потенциальная энергия. Чем отличается внутренняя энергия идеальных и реальных газов. Уравнение состояния реальных газов. Почему термодинамика рассматривает не абсолютные значения внутренней энергии, а только ее изменения?

7. Приведите несколько формулировок первого закона термодинамики и покажите, что они не противоречат одна другой. Почему первый закон термодинамики часто называют первым началом термодинамики? Напишите уравнение первого закона термодинамики для всех систем и процессов. Какие величины, входящие в эти уравнения, зависят от пути процесса.

8. Дайте определение функции состояния. Покажите, что любой параметр состояния можно рассматривать как функцию состояния, а теплоту и работу – нет. Как рассчитать теплоту, работу, изменение энтальпии и внутренней энергии системы при адиабатическом и изопроцессах?

9. Что называется тепловым эффектом химической реакции? Сформулируйте закон Гесса и следствия, вытекающие из него. Каково значение этого закона? Термохимические уравнения.

10. Объясните, почему закон Гесса есть частный случай первого закона термодинамики. Покажите, что тепловой эффект при постоянном давлении есть изменение энтальпии, а тепловой эффект при постоянном объеме – изменение внутренней энергии химической реакции. Почему для конденсированных систем разница между энтальпией и внутренней энергией мала, а для газообразных значительна? Напишите уравнение, выражающее связь между тепловым эффектом реакции, проведенной в изобарно-изотермических и изохорно-изотермических условиях.

11. Сформулируйте зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Напишите математическое выражение закона Кирхгофа в дифференциальной и интегральной формах. В каких случаях тепловой эффект реакции не зависит от температуры? Почему?

12. Два газа, одноатомный и двухатомный, адиабатически расширяются. Для какого из них работа расширения будет больше, если число молей обоих газов одинаково, а температура того и другого газа понизилась на одинаковую величину?

13. Какой газ называется идеальным? Каким законам он подчиняется? Каковы отклонения реальных газов от законов идеальных газов? Кем обнаружены эти отклонения? Как можно их объяснить? Напишите уравнения Ван-дер-Ваальса для состояния реального газа и поясните входящие в него величины. Постройте изотермы состояния реального газа.

14. Критерии для определения самопроизвольного процесса. Расчет энергий Гельмгольца и Гиббса для химической реакции. Зависимость энергии Гиббса от давления, энергии Гельмгольца от объема.

15. Почему энтропия системы всегда больше нуля? Третий закон термодинамики, его значение.

16. Уравнение изобары и изохоры химической реакции. Каково их практическое значение?

17. Методы расчета изменения энтропии в химической реакции.

18. Замечено, что экзотермические реакции протекают самопроизвольно при любой температуре, а эндотермические – при температуре выше некоторой Т_мин. Объясните это явление и выведите формулу для расчета Т_мин.

19. Равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые термодинамические процессы. Характерные особенности равновесных процессов, использование их в термодинамике. Максимальная работа, Уравнение Гиббса-Гельмгольца, его применение.

20. Формулировки второго закона термодинамики. Доказательства существования энтропии. Математическое выражение второго закона термодинамики. Термодинамическая вероятность состояния.

21. Как изменяется энтропия изолированной системы, в которой обратимо кристаллизуется вещество?

22. Химические потенциалы идеальных и реальных газов, растворенных веществ.

23. Фазовые переходы I и II рода. Примеры.

24. Фазовые переходы I рода. Характеристика агрегатных состояний вещества.Какими изменениями в системе сопровождаются фазовые переходы I рода?

25. Как зависит давление насыщенного пара над твердым телом от температуры? Объясните характер зависимости при помощи уравнения Клаузиуса-Клапейрона.