3. Основы химической термодинамики и химической кинетики

Термодинамические системы и параметры. Первый закон термодинамики. Изменение внутренней энергии системы. Энтальпия. Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса. Второй закон термодинамики. Понятие об энтропии. Роль энтальпийного и энтропийного факторов в направленности процессов при различных условиях. термодинамические потенциалы (энергия Гиббса, энергия Гельмгольца), как критерии самопроизвольности химического процесса.

Необратимые и обратимые химические реакции, условия обратимости и необратимости химических процессов. Химическое равновесие. Константа химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагирующих веществ, давления, температуры.

Скорость химической реакции, её количественное выражение. Истинная и средняя скорость. Факторы, влияющие на скорость химических реакций. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс. Его применение для гомогенных и гетерогенных систем. Зависимость скорости реакции от температуры, температурный коэффициент скорости реакции, правило Вант-Гоффа. Понятие об активных молекулах и энергии активации процесса, уравнение Аррениуса. Понятие диффузии и адсорбции. Катализ. Влияние катализаторов на скорость реакций, виды катализа: гомогенный, гетерогенный и микрогетерогенный катализ, автокатализ, понятие об ингибиторах. Использование катализа в промышленности.

Литература: ОЛ3-ОЛ4, ДЛ5, ДЛ6.

4. Процессы в растворах

Физико-химические процессы при образовании растворов. Сольватация (гидратация). Термодинамика процесса растворения. Связь теплоты растворения вещества с энергией кристаллической решетки и теплотой гидратации молекул вещества и продуктов его диссоциации. Способы выражения количественного состава растворов. Коллигативные свойства растворов. Закон Рауля для неэлектролитов. Следствия из закона Рауля.

Основные положения теории электролитической диссоциации С. Аррениуса. Степень электролитический диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Факторы, влияющие на степень диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Ступенчатая диссоциация. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель.

Элементы теории сильных электролитов Дебая-Хюккеля. Электропроводность растворов электролитов. Подвижность ионов. Кондуктометрия. Реакции в растворах электролитов. Гидролиз солей. Различные случаи гидролиза солей. Степень и константа гидролиза.

Литература: ОЛ1, ОЛ2, ОЛ4, ДЛ7.

ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Техника безопасности. Строение вещества. Химическая связь

Изучение состава атома, описание расположения электронов в атоме с помощью квантовых чисел, составление полных и кратких электронных формул элементов; изучение видов химической связи, влияния типа связи на свойства веществ; расчет параметров элементарной ячейки кристалла.

2. Закономерности протекания окислительно-восстановительных реакций

Ознакомление с процессами окисления и восстановления и составлением химических уравнений на основе электронной теории валентности.

3. Химическая термодинамика

Термодинамические расчеты химических реакций; научить прогнозировать направление протекания реакций и рассчитывать равновесные концентрации реагентов и продуктов.

4. Скорость химических реакций

Изучение зависимости скорости химической реакции взаимодействия гипосульфиту натрия с серной кислотой от температуры и концентрации гипосульфита натрия.

5. Растворы неэлектролитов

Ознакомление с основными свойствами растворов неэлектролитов.

6. Растворы электролитов

Ознакомление с основными свойствами растворов электролитов, гидролизом солей.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Домашнее задание 1. «Строение вещества. Закономерности протекания химических процессов. Процессы в растворах»

Выдача – 02 неделя, сдача – 07 неделя.

Домашнее задание состоит из дести задач.

Первая задача посвящена составу атома: число протонов (заряд ядра), нейтронов, электронов; необходимо изобразить электронно-структурную формулу валентного уровня; определить возможные значения степеней окисления; указать наиболее устойчивые степени окисления для данного элемента; описать физические свойства простого вещества; привести уравнения реакций характеризующие химические свойства простого вещества; записать формулы и приведите уравнения реакций, характеризующие химические свойства характеристических соединений: высшего оксида и высшего гидроксида.

Вторая задача относится к определению химической связи молекулы. С позиций метода валентных связей (МВС) объяснить строение предложенных молекул. Указать тип гибридизации центрального атома, изобразить перекрывание орбиталей, указать порядки всех связей и их тип, определить, полярна ли данная молекула.

Третья задача посвящена методу электронного баланса. Используя этот метод необходимо расставить коэффициенты в уравнении окислительно-восстановительной реакции.

Четвертая задача относится к химической термодинамике. Необхолимо вычислить энтропию, энтальпию, энергию Гиббса и константу равновесия. На основе расчетов сделайте вывод о тепловом эффекте процесса, его термодинамической возможности при заданных температурах и положении химического равновесия.

Пятая и шестая задачи относятся к химической кинетике. Необходимо уметь определять энергию активации, константу скорости, температурный коэффициент скорости и количество вещества, израсходованного за известное время.

Седьмая задача на определение различных видов концентрации. Необходимо рассчитать массовую долю растворенного вещества, молярную концентрацию, моляльность раствора, мольную долю растворенного вещества растворов, полученных при растворении веществ в воде.

Восьмая задача относиться к растворам не электролитов, используя закон Рауля и следствия из него для не электролитов, необходимо найти температуру замерзания или температуру кипения.

Девятая задача относиться к растворам электролитов, используя закон Рауля и следствия из него для электролитов. Необходимо определить температуру замерзания или температуру кипения, кажущуюся степень диссоциации.

Десятая задача посвящена гидролизу солей. Необходимо вычислить константу, степень гидролиза и pH в водном растворе соли.

КОНТРОЛЬ ПО МОДУЛЮ 1

Рубежный контроль по модулю 1 проводится в виде тестирования на 7 неделе в часы проведения лабораторной работы.

ЗАДАНИЯ К РУБЕЖНОМУ КОНТРОЛЮ ПО МОДУЛЮ 1

Типовые варианты заданий:

Пример 1.

№	Вопрос	Варианты ответов
1	На третьем энергетическом уровне имеется по 8 электронов у каждой из частиц:	1) и ; 3) и ; 2) и ; 4) и .
2	В ряду химических элементов	1) увеличивается число валентных электронов в атомах; 2) уменьшается число электронных слоев в атомах; 3) уменьшается число протонов в ядрах атомов; 4) увеличиваются радиусы атомов.
3	Ионный характер связи наиболее выражен в соединении	1) ; 3) ; 2) ; 4) .
4	Процесс окисления отражен схемой	1) ; 3) ; 2) ; 4) .
5	В соответствии с термохимическим уравнением при образовании 12 моль углекислого газа	1) выделяется 2800 кДж теплоты; 2) поглощается 2800 кДж теплоты; 3) выделяется 5600 кДж теплоты; 4) поглощается 5600 кДж теплоты.
6	При одновременном повышении температуры и понижении давления химическое равновесие сместится вправо в системе	1) ; 2) ; 3) ; 4)
7	На сколько градусов нужно увеличить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 81 раз, учитывая, что температурный коэффициент скорости равен 3.	1) 20; 3) 40; 2) 25; 4) 30.
8	Как изменится скорость прямой реакции если давление уменьшить в 3 раза	1) увеличится в 2 раза; 2) уменьшится в 9 раз; 3) увеличится в 9 раз; 4) уменьшится в 3 раза.
9	Сокращенное ионное уравнение соответствует взаимодействию веществ	1) и ; 3) и ; 2) и ; 4) и .
10	Щелочную среду имеет раствор	1) ; 3) ; 2) ; 4) .

Пример 2.

№	Вопрос	Варианты ответов
1	Число нейтронов в ядре атома равно:	1) 19; 3) 20; 2) 39; 4) 58.
2	В ряду химических элементов металлические свойства	1) ослабевают; 3) не изменяются; 2) усиливаются; 4) изменяются периодически.
3	Соединением с ковалентной неполярной связью является	1) ; 3) ; 2) ; 4)
4	В реакции оксида хрома(III) с алюминием восстановительные свойства проявляет	1) ; 3) ; 2) ; 4) .
5	В соответствии с термохимическим уравнением при окислении 92 г натрия в избытке хлора	1) выделяется 411,3 кДж теплоты; 2) поглощается 411,3 кДж теплоты; 3) выделяется 822,6 кДж теплоты; 4) поглощается 822,6 кДж теплоты.
6	Равновесия в системе будет смещаться в сторону продукта реакции при	1) увеличении концентрации кислорода; 2) увеличении давления; 3) уменьшении давления; 4) понижении температуры.
7	Во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 20 градусов, если температурный коэффициент скорости равен 4	1) в 2 раза; 2) в 10 раз; 3) в 16 раз; 4) в 40 раз.
8	Как изменится скорость прямой реакции , если объем газовой смеси увеличить в 3 раза	1) увеличится в 9 раз; 2) уменьшится в 9 раз; 3) увеличится в 27 раз; 4) уменьшится в 27 раз.
9	Сокращенное ионное уравнение Соответствует взаимодействию	1) сульфата меди и сульфида аммония; 2) гидроксида меди и сероводорода; 3) карбоната меди и сульфида аммония; 4) нитрата меди и сероводорода.
10	В водном растворе какого вещества среда нейтральная?	1) ; 3) ; 2) ; 4) .