- •Р а з д е л 1. «химическая термодинамика» м о д у л ь 1. Основные понятия, терминология и постулаты термодинамики
- •Тестовые вопросы к модулю 1
- •М о д у л ь 2. Второй закон термодинамики и его приложения. Фундаментальные уравнения термодинамики
- •Тестовые вопросы к модулю 2
- •М о д у л ь 3. Термодинамика растворов и гетерогенных систем
- •Тестовые вопросы к модулю 3
- •М о д у л ь 4. Химические равновесия
- •Тестовые вопросы к модулю 4
- •М о д у л ь 5. Элементы статистической термодинамики
- •Тестовые вопросы к модулю 5
- •Р а з д е л 2. «химическая кинетика и катализ»
- •Химической кинетики
- •Тестовые вопросы к модулю 1
- •М о д у л ь 2. Кинетика реакций в статических и динамических условиях
- •Тестовые вопросы к модулю 2
- •М о д у л ь 3. Теории химической кинетики
- •Тестовые вопросы к модулю 3
- •М о д у л ь 4. Особенности кинетики некоторых типов реакций
- •Тестовые вопросы к модулю 4
- •М о д у л ь 5. Катализ
- •Тестовые вопросы к модулю 5
- •Литература
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра физической химии
А. В. Блохин,
Л. М. Володкович,
Л. А. Мечковский
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
ПО ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ,
КИНЕТИКЕ И КАТАЛИЗУ
Учебно-методическое пособие для студентов химического факультета
специальности 1-31 05 01 Химия (по направлениям)
МИНСК
БГУ
2009
УДК
ББК
А в т о р ы:
А.В. Блохин, Л.М. Володкович, Л.А. Мечковский
Рекомендовано Ученым советом
химического факультета
20 октября 2009 г., протокол № 2
Р е ц е н з е н т ы:
кандидат химических наук, доцент Г.С. Петров;
кандидат химических наук, доцент А.Ф.Полуян
Печатается по решению
Редакционно-издательского совета
Белорусского государственного университета
Тестовые задания по химической термодинамике, кинетике и катализу : для студентов хим. фак. спец. 1-31 05 01 Химия (по направлениям) / А.В. Блохин и др. . – Минск : БГУ, 2009. – 100 с.
Учебно-методическое пособие содержит большое число тестовых вопросов различного уровня сложности в соответствии с типовой программой курса физической химии, составленной по модульному принципу.
Предназначено для проведения практических занятий и самостоятельной работы студентов 2-го и 3-го курсов химического факультета.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Физическая химия является теоретическим фундаментом современной химии, а физико-химические теории химических процессов лежат в основе самого широкого круга научных и технических проблем. Основной задачей изучения физической химии является развитие у студентов умения грамотно применять теоретические законы к решению конкретных задач, проводить расчеты выхода продуктов химических реакций, пользоваться современными справочниками физико-химических величин для предсказания свойств многокомпонентных систем и материалов, делать грамотные оценки приближенных значений физико-химических параметров.
Лекционные и семинарские занятия помогают студентам изучить основные законы физической химии и показать связь между ними, однако их ограниченный объем не позволяет в полной мере охватить все темы и разделы, предусмотренные программой. В то же время важнейшей задачей любого педагогического процесса является обеспечение надежной и эффективной методики контроля качества усвоения материала. Поэтому на практике возникает необходимость найти такие формы контроля и самостоятельной работы студентов, которые были бы доступны и интересны для всех, независимо от уровня подготовки.
Этим требованиям, безусловно, отвечает тестовая форма контроля знаний, несомненным достоинством которой является также оперативность, позволяющая педагогам вносить своевременные коррективы в содержание педагогического процесса.
Предлагаемое пособие предназначено как для самоконтроля студентов университетов, обучающихся по специальности «Химия» (по направлениям), так и для преподавателей во время практических и лабораторных занятий, проведении контрольных работ. Оно в определенной мере обобщает опыт оперативного контроля знаний на химическом факультете Белорусского государственного университета по разделам «Химическая термодинамика» и «Химическая кинетика и катализ».
Пособие основано на типовой программе курса «Физическая химия» и состоит из 10 разделов, каждому из которых предшествует соответствующий раздел программы. Для удобства студентов в пособии приведен список рекомендуемой основной и дополнительной литературы.
Пособие содержит тестовые задания различного типа и уровня сложности, в том числе расчетные задачи и задания, требующие от студента нестандартного подхода. На каждое задание дается четыре варианта ответа. Верными могут быть один и более ответов. При этом в качестве правильного рекомендуется засчитывать наиболее полный и мотивированный ответ.
Замечания и пожелания по содержанию пособия просим направлять по адресу: Белорусский государственный университет, химический факультет, кафедра физической химии, 220030, г. Минск-30.
СПИСОК ВАЖНЕЙШИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
А – энергия Гельмгольца; химическое сродство
аi – активность i-го компонента
bi – адсорбционный коэффициент i-го компонента
С – теплоемкость
СP, СV – теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме
сi – молярная концентрация вещества
di – диаметр частицы i-го вида
d12 – газокинетический диаметр
D – коэффициент диффузии
Dе – энергия диссоциации молекулы
Еi – энергия i-го энергетического уровня системы; энергия активации химической реакции
f – вариантность системы; число степеней свободы; фугитивность; удельная скорость реакции разветвления цепи
g – удельная скорость стадии обрыва цепи
G – энергия Гиббса
– парциальная молярная энергия Гиббса i-го компонента
H – энтальпия
– парциальная молярная энтальпия i-го компонента
I – момент инерции; ингибитор каталитической реакции
K – константа химического равновесия; число компонентов
– стандартная (термодинамическая) константа равновесия
k – постоянная Больцмана; константа скорости химической реакции
kM – константа Михаэлиса
M – молярная масса
m – моляльная концентрация; масса частицы
N, n – число частиц в единице объема; химическое количество вещества; порядок реакции
NA – число Авогадро
P – давление; стерический фактор
– относительное давление
Q – теплота; статистическая сумма молекулы
r – расстояние между частицами
ri – радиус частицы i-го вида
S – энтропия
– парциальная молярная энтропия i-го компонента
T – температура в шкале Кельвина
Т0 – температура, равная 298,15 К
Тr, Pr, Vr – приведенные температура, давление, объем
t – время
U – внутренняя энергия
– парциальная молярная внутренняя энергия i-го компонента
V – объем
– парциальный молярный объем i-го компонента
W – работа; скорость химической реакции
W* – полезная работа
x – мольная доля компонента; количество вещества, превратившегося к моменту времени t; число частиц, участвующих в образовании активного комплекса
Z – статистическая сумма системы; фактор сжимаемости; число двойных соударений частиц в единицу времени в единице объема
Ф – число фаз; приведенная энергия Гиббса; экстенсивная аддитивная функция
– коэффициент термического расширения; степень диссоциации
– изохорный коэффициент давления
– адиабатический коэффициент; коэффициент активности; температурный коэффициент скорости химической реакции
– коэффициент полезного действия
– характеристическая температура
æ – изотермический коэффициент сжатия; трансмиссионный коэффициент
– химический потенциал
– стехиометрический коэффициент; частота
– осмотическое давление
– плотность
– статистический вес (термодинамическая вероятность)
СПИСОК ВАЖНЕЙШИХ СОКРАЩЕНИЙ
адсорб – адсорбированный
г – газообразное состояние
ж, liq – жидкое состояние
идеал – идеальный
ион – ионный
исп – испарение
кип – кинение
кр – кристаллический
насыщ – насыщенный
необр – необратимый
н.т.кип – нормальная точка кипения
н.т.пл – нормальная точка плавления
обр – обратимый
пер. – перитектика
пл – плавление
расш – расширение
реал – реальный
суб – сублимация
т, solid – твердое состояние
эвт – эвтектика
эфф – эффективный
max – максимальный
mix – смешение
– символ активированного комплекса
* – символ активной промежуточной частицы, свободного атома или радикала
Р а з д е л 1. «химическая термодинамика» м о д у л ь 1. Основные понятия, терминология и постулаты термодинамики
Предмет и методы исследования термодинамики. Термодинамический и статистический методы исследования, их преимущества и недостатки. Термодинамическая система и окружающая среда. Характеристика граничной (контрольной) поверхности. Типы термодинамических систем: изолированные, закрытые, адиабатически изолированные, замкнутые, открытые. Равновесное состояние системы, его описание. Стационарное состояние системы. Параметры состояния системы, их классификация: внешние и внутренние, интенсивные и экстенсивные, независимые параметры и функции, основные параметры. Функции состояния и функции процесса, их математическое описание. Термодинамические процессы: равновесные (квазистатические), неравновесные, обратимые, необратимые, циклические (круговые). Характеристики равновесных и обратимых процессов. Уравнения состояния. Термические и калорические уравнения состояния, их значение для полного термодинамического описания системы. Термические коэффициенты α, β, χ , связь между ними. Термические уравнения состояния для газов: Менделеева-Клапейрона, Ван-дер-Ваальса, Бертло, Дитеричи, Редлиха-Квонга. Уравнения состояния газов в вириальной форме. Особенности изотермы газа Ван-дер-Ваальса, бинодаль и спинодаль. Критическое состояние. Связь индивидуальных постоянных двухпараметрических уравнений состояния с критическими параметрами. Термические уравнения состояния в приведенной форме. Принцип соответственных состояний и его роль в химии.
Исходные постулаты (положения) термодинамики. Постулат о термодинамическом равновесии (исходное положение термодинамики) и его значение для термодинамики. Релаксация и флуктуации. Постулат о существовании температуры (нулевой закон термодинамики). Постулат о внутренних параметрах (постулат о монотонной зависимости внутренней энергии от температуры) или постулат об аддитивности энергии. Общая вариантность системы, вытекающая из исходных постулатов термодинамики, правило Дюгема для изолированных, закрытых и открытых систем. Внутренняя энергия системы, теплота, работа, их определение, единицы измерения. Правила выбора знаков теплоты и работы. Первый закон термодинамики, его формулировки. Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Виды работы, потерянная работа. Работа расширения идеальных и реальных газов в различных обратимых и необратимых процессах. Калорические коэффициенты CV, l, CP, h и др. и их интерпретация. Энтальпия, определение. Теплоемкость, средняя и истинная теплоемкость, их связь. Пределы изменения теплоемкости. Соотношения между СР и СV. Классическая теория теплоемкости идеального газа. Эмпирические правила для теплоемкости твердых тел Дюлонга и Пти, Коппа и Неймана. Основные положения теории теплоемкости одноатомного кристалла по Эйнштейну и Дебаю. Недостатки теории теплоемкости кристаллических тел Эйнштейна и Дебая. Характеристическая температура по Эйнштейну и Дебаю, соотношения между ними. Оценка характеристических температур по формулам Линдемана. Теплоемкость газов и жидкостей. Составляющие теплоемкости газов, их определение. Зависимость теплоемкости от температуры, различные степенные полиномы, температурные интервалы их применимости. Адиабатическое расширение газа. Уравнение политропы и адиабаты идеального газа, уравнение Пуассона.
Термохимия. Теплота и тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса как следствие первого закона термодинамики. Формулировки закона Гесса и следствий из него. Стандартное состояние и стандартные условия, базисные температуры. Выбор стандартного состояния газов и конденсированных фаз. Стандартные теплоты (энтальпии) образования химических соединений, нуль отсчета. Базисная (стандартная) энтальпия образования элементов. Стандартные теплоты сгорания и их определения. Стандартные энтальпии химических реакций, их обозначения.