Химическое равновесие

Семинар 9. Расчет констант равновесия из экспериментальных равновесных давлений, концентраций, степеней превращений. Расчет равновесной концентрации при заданной константе равновесия с учетом влияния давления и концентрации инертного газа. Расчет степени термической диссоциации.

Домашнее задание: [1, с.283, № 1 или 2, № 13].

Семинар 10. Расчет химического сродства реагирующих веществ по уравнению изотермы реакции при Т=298 К. Расчет константы равновесия при заданной температуре по уравнению изобары реакции. Расчет стандартного химического сродства при заданной температуре по термическим данным.

Методы расчета константы химического равновесия простых и сложных реакций. Расчет термодинамических параметров химических реакций из экспериментальных зависимостей К_а = f(T). Расчет химического равновесия в гетерогенных системах

Домашнее задание: [1, с.285, № 4; с. 284, № 2; с.288, № 5; с.289, № 8 или 2, № 14,15].

Семинар 11. Итоговое занятие по теме: «Химическое равновесие».

Спектроскопические методы определения молекулярных постоянных. Элементы статистической термодинамики.

Семинар 12. Определение момента инерции, колебательной постоянной, коэффициента ангармоничности, энергии диссоциации двухатомных молекул из экспериментальных данных. Колебательные спектры многоатомных молекул.

Таблицы: [4, № 105-110];

Домашнее задание: [1, с.41, № 1 (кроме п.7) или 2, № 2].

Семинар 13. Расчет сумм состояний и распределения двухатомных молекул по вращательным, колебательным и электронным уровням при различных температурах. Статистический расчет термодинамических параметров двухатомных идеальных газов. Применение таблиц функций Эйнштейна для линейного гармонического осциллятора и таблиц молекулярных констант.

Таблицы: [4, № 46, 105-110];

Домашнее задание: [1, с.122, № 1 (Т=1000 К) или 2, № 4]

Cеминар 14. Итоговое занятие по теме «Спектральные методы определения молекулярных постоянных. Элементы статистической термодинамики».

Перечень

ключевых вопросов, знание которых является обязательными для студентов,

сдающих экзамен по курсу физической химии

Первое начало термодинамики и его приложения

1. Первое начало термодинамики, функции состояния и функции процесса. Работа и теплота процесса.

2. Закон Гесса. Обоснование закона Гесса при помощи первого начала термодинамики. Связь тепловых аффектов химических реакций при постоянном давлении и при постоянном объеме.

3. Тепловые эффекты химических реакций. Теплоты образования. Теплоты сгорания.

4. Внутренняя энергия и энтальпия термодинамической системы. Связь между ними. Зависимость внутренней энергии и энтальпии системы от температуры.

5. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры. Вывод и анализ уравнения Кирхгофа. Интегрирование уравнения Кирхгофа : приближенное ( С_р = const) и уточненное ( С_р = f (T))

6. Теплота испарения жидкости. Ее зависимость от температуры.

7. Применение таблиц стандартных термодинамических величин (Н _{f, 298}, Н_{сгор. 298,} С_р^о) для расчета тепловых эффектов химических реакций при различных температурах.

Второе начало термодинамики

1. Самопроизвольные и несамопроизвольные, обратимые и необратимые процессы. Формулировки начала термодинамики для бесконечно малого и конечного изменений состояния системы.

2. Энтропия. Свойства энтропии, изменения энтропии в различных процессах.

3. Энтропия как критерий направленности самопроизвольных процессов и условия равновесия в изолированных системах.

4. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Применение термодинамических потенциалов для определения состояния.

5. Максимальная работа обратимого процесса. Температурный коэффициент максимальной работы. Вывод и анализ уравнения Гиббса-Гельмгольца.

6. Влияние температуры и давления на энергию Гиббса и энергию Гельмгольца.

7. Методы расчета G_T^{o ,} A_T^o , S_T^o химических реакций. Применение таблиц стандартных термодинамических величин.

8. Постулат Планка.

9. Расчет абсолютных энтропий индивидуальных веществ при различных температурах в различных агрегатных состояниях.

10. Химический потенциал. Условия самопроизвольного протекания процесса и равновесия, выраженные через химический потенциал.

11. Статистическое истолкование второго начала термодинамики.

Термодинамическая теория фазовых равновесий

1. Общая характеристика равновесия в гетерогенных системах. Поня­тия фаза, компонент, термодинамическая степень свободы.

2. Вывод и анализ правила фаз Гиббса. Его применение.

3. Фугитивность (летучесть) и активность газа. Методы их расчета.

4. Методы определения давления насыщенного пара над жидкостью.

5. Термодинамика фазовых равновесий в однокомпонентных системах. Вывод и

анализ уравнения Клапейрона-Клаузиуса.

6. Зависимость давления насыщенного пара над жидкостью и твердым веществом от температуры. Анализ уравнения.

7. Зависимость температуры плавления вещества от давления.

8. Интегральные формы уравнения Клапейрона-Клаузиуса

9. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса для вычисления дав­ления насыщенного пара, теплот и энтропии фазовых превращений.

Термодинамическое учение о реакционной способности и химическое равновесие

1. Признаки и условия истинного химического равновесия. Термодинамическое условие химического равновесия

2 . Закон действующих масс и его термодинамическое обоснование

3. Константа химического равновесия и основные формы ее выражения для идеальных и реальных систем (через концентрации, активности, давления, фугитивности). Связь между константами равновесия.

4. Химическое сродство и стандартное химическое сродство Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца химической реакции. Их расчет для химической реакции. Вывод и анализ уравнения изотермы химической реакции Вант-Гоффа.

5. Зависимость химического равновесия от температуры Вывод и анализ уравнений изобары и изохоры Вант - Гоффа.

6. Интегрирование уравнения изобары Вант-Гоффа. Разобрать случаи, когда тепловой эффект реакции не зависит от температуры и зависит от температуры.

7. Влияние различных факторов на химическое равновесие на примерах конкретных реакций. Как влияет температура, концентрация реагентов, общее давление на смещение химического равновесия и на равновесный выход продукта.

8. Химическое равновесие в гетерогенных системах. Закон действующих масс и его термодинамическое обоснование.

9. Методы расчета тепловых эффектов химических реакций по данным о химическом равновесии.

10. Экспериментальные методы изучения химических равновесий.

11. Методы расчета стандартного химического сродства и констант химического равновесия на основании данных справочника.

Спектроскопическое исследование энергетического состояния молекул.

Методы определения молекулярных постоянных

1. Общая характеристика молекулярных спектров. Их классификация, природа возникновения, области применения.

2. Законы поглощения света Ламберта – Бугера - Бера. Причины откло­нения от законов поглощения.

3. Вывод уравнения для волнового числа перехода во вращательном и колебательном спектрах поглощения двухатомных молекул.

4. Вывод уравнения для волновых чисел Г- и Р-ветвей в колеба­тельно-вращательных спектрах поглощения двухтомных молекул.

5. Определение моментов инерции, межъядерных расстояний, энергии диссоциации, колебательных постоянных, коэффициентов ангармоничности из спектральных данных.

6. Основные представления о колебаниях и колебательных спектрах поглощения многоатомных молекул. Число колебательных степеней свобо­ды. Типы колебаний. Характеристические колебания.

7. Спектры комбинационного рассеяния. Механизм их возникновения и области применения.

Элементы статистической термодинамики

1. Термодинамическая вероятность и ее свойства. Анализ уравне­ния Больцмана-Планка.

2. Законы распределения молекул по квантовым состояниям для различных форм движения.

3. Поступательная, вращательная, колебательная и электронная составляющая суммы состояний. Зависимость их от природы вещества и температуры для идеального газа.

4. Вывод и анализ уравнения, связывающего внутреннюю энергию и теплоемкость газа с суммой состояний.

5. Вывод уравнения, связывающего абсолютную энтропию газообраз­ного вещества с молекулярными константами и молекулярной суммой состояний.

6. Вывод и анализ уравнений, выражающих зависимость энергии Гиббса, энергии Гельмгольца, приведенной энергии Гиббса (Ф_Т= (G^o_T - H^o_T)/Т ) с молекулярными константами и суммой состояний газообразного вещества.