Программа к экзамену ХТ


Программа экзамена I и II семестры

Для студентов направлений «Химическая технология» и «Биотехнология»



I семестр

Основы химической термодинамики

Сведения о предмете и его основных задачах. Определение физической химии как науки, связь с другими разделами химии. Эволюция взглядов ученых о целях и задачах физической химии как науки. Периодизация истории и краткая характеристика основных разделов физической химии и методов исследования. Основы химической термодинамики, начала термодинами-ки. Первый закон термодинамики. Основные понятия и определения химиче-ской термодинамики. Теплота и работа формы передачи энергии. Внутренняя энергия системы. Формулировки и уравнения первого закона термодинамики. Термодинамические функции. Теплота процесса при постоянном объеме и постоянном давлении. Энтальпия. Закон Гесса. Тепловой эффект процесса. Способы вычисления тепловых эффектов химических реакций: по теплотам образования и сгорания, метод комбинирования реакций.

Стандартные состояния веществ. Таблицы теплот образования из про-стых веществ и сгорания соединений в стандартных условиях. Теплоемкость истинная и средняя. Зависимость теплоемкости от температуры. Расчет сред-ней теплоемкости по данным для истинной. Связь между CP и CV. Зависимость теплового эффекта от температуры. Уравнение Кирхгоффа.

Второй закон термодинамики. Самопроизвольные и несамопроизволь-ные процессы. Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Термодинамическое равновесие. Превращение теплоты в работу. Принцип адиабатической недостижимости. Энтропия. Формулировки и уравнения второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Изменение энтропии в различных процессах. Изменение энтропии в изолированной системе как критерий направления процесса. Энергия Гиббса и энергия Гельмгольца. Изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца критерии направления процесса и равновесия в неизолированных системах. Характеристические функции. Зависимость энергии Гиббса от температуры. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Термодинамические характеристики хими-ческой реакции. Методы расчета GоТ.

Постулат Планка. Тепловая теорема Нернста. Абсолютная энтропия вещества. Вычисление абсолютных стандартных величин энтропии веществ из термохимических данных.

Термодинамика многокомпонентных систем. Химический потенциал компонента в смеси. Общее условие равновесия в многокомпонентной системе.

Применение законов термодинамики к химическим процессам. Химическое равновесие

Химическое равновесие, термодинамическая теория химического сродства. Закон действующих масс. Константа равновесия гомогенной хими-ческой реакции. Выражение констант равновесия через парциальные давления, концентрации, мольные доли. Влияние давления и добавок индифферентных газов на равновесный состав смеси. Уравнение изотермы химической реакции Вант-Гоффа.

Константа равновесия гетерогенной реакции. Особенности выражения константы равновесия для гетерогенной реакции. Расчет равновесного состава реакционной смеси в идеальных и в реальных гетерогенных реакциях.



Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнения изобары и изохоры реакции.

Расчет равновесного состава при протекании одной или нескольких химических реакций в идеально-газовой системе.

Равновесие в реальных системах. Особенности химического равновесия в растворах. Летучесть, активность, коэффициент активности. Методы расчета летучести.

Термодинамика растворов. Фазовые равновесия

Термодинамические свойства растворов. Парциальные мольные величины. Уравнения Гиббса-Дюгема. Расчет парциальных мольных величин. Тепловые эффекты при растворении. Идеальные, предельно разбавленные и неидеальные растворы. Зависимость равновесных свойств растворов (давление пара компонента над раствором, понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения, растворимость твердых веществ, распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися растворителями) от химического потенциала и других парциальных мольных величин. Положительные и отрицательные отклонения от законов идеальных растворов. Методы определения активности компонентов раствора. Условия термодинамического равновесия между фазами. Связь между температурой и давлением при фазовом переходе. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Зависимость давления насыщенного пара жидкости и твердого тела от температуры. Фазовые переходы второго рода.

Гетерогенные равновесия. Основные понятия и определения: фаза, составная часть смеси, число компонентов, термодинамическая степень свободы. Правило фаз Гиббса. Общие представления о диаграммах состояния. Применение правила фаз для анализа однокомпонентных систем. Фазовые равновесия в однокомпонентных системах. Диаграммы состояния воды и серы. Монотропные и энантиотропные превращения.

Растворы летучих жидкостей. Соотношение между составом раствора и составом пара, равновесного с раствором. Законы Коновалова. Азеотропы. Диаграммы состояния раствор пар в координатах: общее давление состав, температура кипения состав, состав раствора состав пара. Правило рычага. Разделение раствора на компоненты: фракционная перегонка. Перегонка с водяным паром. Равновесие твердое-жидкость в бинарных системах. Физико-химический анализ. Диаграммы плавкости с эвтектикой, химическими соединениями и твердыми растворами.

Равновесия жидкость-жидкость. Ограниченная растворимость двух жид-костей. Распределение компонента в системе несмешивающихся жидкостей. Экстракция.

II семестр

Кинетика химических реакций. Катализ

Формальная кинетика. Скорость химической реакции. Понятия и определения. Основной постулат химической кинетики. Константа скорости реакции. Молекулярностъ и порядок реакции. Кинетические уравнения необратимых реакций нулевого, первого, второго и третьего порядков. Период полуреакции. Способы определения порядка реакции. Кинетические уравнения обратимых, параллельных и последовательных реакций. Метод стационарных концентраций. Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Теории химической кинетики.

Кинетика сложных гомогенных реакций фотохимических, цепных и гетерогенных реакций. Теория активных соударений. Выражение для кон-станты скорости. Применение теории к мономолекулярным реакциям. Схема Линдемана. Теория переходного состояния. Теория активированного ком-плекса, расчет скорости. Энтальпия и энтропия активации.

Реакции в растворах, фотохимические и цепные реакции. Роль растворителя. Применение теории переходного состояния к реакциям в растворах. Уравнение Бренстеда-Бъеррума. Влияние ионной силы на скорость реакций в растворах. Сопряженные реакции. Фотохимические реакции. Основные законы фотохимии. Квантовый выход. Типы фотохимических реакций. Цепные реакции. Особенности и классификация. Критические явления. «Полуостров воспламенения». Кинетика гетерогенных процессов. Характерные особенности. Диффузионная, кинетическая и переходная области протекания. Диффузионная кинетика: законы Фика, кинетика диффузии при стационарном и нестационарном состоянии диффузионного потока. Коэффициент диффузии. Кинетическая область протекания гетерогенных реакций: кинетика разложения минералов. Смешанная кинетика: реакции, протекающие на границе твердое тело-жидкость и газ-жидкостъ.

Каталитические процессы. Катализ: определение и классификация, общие характерные особенности. Гомогенный катализ. Кинетические урав-нения гомогенно-каталитических реакций. Активация гомогенно-каталитиче-ких реакций. Гетерогенный катализ. Свойства гетерогенных катализаторов. Активация гетерогенно-каталитических реакций. Оценка активности катали-заторов. Теории гетерогенного катализа: промежуточных соединений, мульти-плетная, активных ансамблей. Ферментативный катализ.

Основы электрохимии

Основные положения теории сильных электролитов. Транспортные свой-ства растворов. Электропроводность растворов. Методы измерения электро-проводности. Удельная и эквивалентная электропроводность, зависимость электропроводности от концентрации раствора. Уравнение Кольрауша. Электропроводность растворов сильных электролитов, эффекты релаксацион-ного и электрофоретического торможения движения ионов. Закон незави-симости ионного движения. Числа переноса ионов. Равновесия в растворах электролитов.



Гальванические элементы. Скачки потенциалов на границах фаз. Уравнение Нернста. Термодинамическая теория ЭДС. Электродвижущая сила гальванического элемента. Методы измерения ЭДС. Зависимость ЭДС от температуры. Типы электродов: обратимые относительно катионов и анионов, газовые, окислительно-восстановительные. Элементы кинетики электрохими-ческих реакций. Перенапряжение. Уравнение Тафеля.




Предыдущий:

Следующий: