Вопросы к самостоятельной работе студентов

6.2 Вопросы к самостоятельной работе студентов.
«I-ое и II-е начала термодинамики»
1. Предмет и задачи физической химии. Методы физической химии
(термодинамический, кинетический, квантово-механический, статистический).
Значение термодинамики в химии и химической технологии.
2. Основные понятия термодинамики: термодинамическая система и внешняя сpеда,
открытые, закрытые, изолированные, гомогенные, гетерогенные системы,
компонент,
фаза,
экстенсивные
и
интенсивные
свойства
системы,
термодинамические параметры состояния, уравнение состояния, функция
состояния, термодинамическое равновесие, термодинамический процесс,
обратимые и необратимые, равновесные и неравновесные пpоцессы. Давление и
температура, абсолютная шкала температур.
3. Пеpвое начало термодинамики: основные формулировки, запись для круговых и
некруговых процессов. Теплота, работа, энергия, внутренняя энергия, энтальпия.
Различие между теплотой и работой.
4. Частные случаи применения первого начала термодинамики: математические
соотношения для расчета теплоты, работы, изменения энтальпии и внутренней
энергии в изотермическом, изобарическом, изохоpическом и адиабатическом
процессах изменения состояния идеального газа. «Нулевое начало»
термодинамики.
5. Тепловой эффект. Закон Гесса. Выводы и следствия из закона Гесса. Применение
закона Гесса для расчета тепловых эффектов физико-химических процессов.
Стандартные тепловые эффекты образования и сгорания. Приближенный расчет
тепловых эффектов образования и сгорания с помощью термохимических
закономерностей. Связь тепловых эффектов при постоянном давлении и объеме.
6. Интегральные теплоты растворения. Вычисление теплот смешения и разведения с
помощью закона Гесса.
7. Теплоемкость. Удельная, молярная, истинная, средняя, изобарная и изохорная
теплоемкости. Связь истинной и средней теплоемкости. Связь изобарной и
изохорной теплоемкости. Зависимость теплоемкости от температуры,
интерполяционные уравнения. Теория теплоемкости газа. Приближенные правила
Дюлонга и Пти, Неймана и Коппа, для оценки теплоемкости.
8. Зависимость тепловых эффектов физико-химических процессов от температуры.
Уравнение Киpхгоффа. Расчет теплового эффекта через высокотемпературные
составляющие энтальпии.
9. Второе начало термодинамики. Формулировки Карно, Клаузиуса, Оствальда,
Томсона. Статистический, вероятностный характер второго начала термодинамики.
Цикл Карно.
10. Самопроизвольные и несамопроизвольные пpоцессы. Энтропия. Изменение
энтропии - критерий протекания самопроизвольных процессов в изолированной
системе. Обобщенное уравнение 1-го и 2-го законов термодинамики.
11. Расчет абсолютных значений энтропии с помощью третьего закона термодинамики.
Постулат Планка. Принцип недостижимости абсолютного нуля.
12. Расчет изменения энтропии при фазовых переходах, в ходе химической реакции,
для процессов нагревания системы в изобарных и изохорных условиях (частный
случай – нагревание идеального газа), при взаимной диффузии двух идеальных
газов.
13. Расчет изменения энтропии для необратимых процессов через представление их
как несколько последовательных обратимых процессов.
«Характеристические функции, химический потенциал»
14. Свободная и связанная энергия. Энергии Гиббса и Гельмгольца, их связь.
15. Термодинамические потенциалы. Максимальная полезная работа. Условия
протекания самопроизвольных процессов и состояния равновесия. Уравнение
Гиббса-Гельмгольца.
16. Характеристические функции.
17. Вычисление величин изменения изобарно-изотермического и изохорноизотермического потенциалов для физико-химических процессов при
произвольных температурах.
18. Химический потенциал. Выражение для химического потенциала при постоянстве
различных параметров. Химический потенциал как парциальная молярная
величина. Условие равновесия в системе с переменным количеством компонентов
при постоянстве соответствующих параметров.
19. Химический потенциал идеального газа.
20. Химический
потенциал
реального
газа.
Фугитивность.
Коэффициент
фугитивности. Фактор сжимаемости. Зависимость коэффициента фугитивности и
фактора сжимаемости от давления и температуры.
21. Вычисление фугитивности и коэффициента фугитивности реальных газов методом
объемных поправок.
22. Уравнения состояния реальных газов Ван-дер-Ваальса и Битти-Бриджмена.
23. Определение коэффициента фугитивности по принципу соответственных
состояний. Критическое состояние, его константы. Диаграмма состояния вещества
в координатах «давление-объем», содержащая критическую точку. Уравнение
Кальете и Матиаса. Расчет коэффициентов уравнения Ван-дер-Ваальса по
критическим константам.
«Химическое равновесие »
24. Химическое равновесие. Признаки химического равновесия. Общее условие
химического равновесия. Химическая переменная.
25. Стандартная константа равновесия. Закон действующих масс. Константы
химического равновесия, выраженные через равновесные парциальные давления,
равновесные концентрации, равновесные мольные доли, равновесные
фугитивности и активности, их взаимная связь и связь со стандартной константой
равновесия.
26. Влияние давления и добавок инертных примесей на состав равновесной смеси.
27. Уравнение изотермы химической реакции. Химическое сродство.
28. Уравнения изобары и изохоры химической реакции. Принцип смещения
равновесия Ле Шателье и Брауна. Влияние температуры на химическое
равновесие. Вычисление теплового эффекта химической реакции через
зависимость константы равновесия от температуры.
29. Химическое равновесие в гетерогенных системах.
30. Тепловая теорема Нернста. Постулат Планка, условия его применимости. Принцип
недостижимости абсолютного нуля.
31. Расчет констант равновесия реакций при любых температурах без проведения
эксперимента. Стандартные энергии Гиббса образования веществ. Метод
Темкина Шварцмана.
«Фазовое равновесие»
1.
2.
Гетерогенная система. Фаза. Компонент. Число независимых компонентов. Степень
свободы. Условие фазового равновесия. Условие самопроизвольного фазового
перехода.
3. Фазовые переходы первого и второго рода.
4. Однокомпонентные
системы.
Равновесие
двух
фаз.
Уравнение
, его
вид для различных фазовых переходов, применение для расчета различных физикохимических величин. Правило Трутона.
5. Диаграммы состояния: назначение, составные элементы, общие подходы к анализу.
Диаграмма состояния воды как пример диаграммы состояния однокомпонентной
системы.
6. Энантиотропные и монотропные превращения.
7. Диаграмма состояния серы.
8.
9. Термический анализ, различные виды кривых охлаждения.
10. Диаграмма плавкости системы с неограниченной растворимостью в жидком и
твердом
состояниях. Твердые растворы внедрения и замещения.
11. Диаграмма плавкости системы с неограниченной растворимостью в жидком и
нерастворимостью в твердом состояниях. Эвтектическая смесь.
12. Диаграммы плавкости систем с неограниченной растворимостью в жидком и
ограниченной растворимостью в твердом состояниях: а) без перитектики; б) с
перитектикой.
13. Диаграммы плавкости систем с образованием а) устойчивых и б) неустойчивых
химических соединений.
14. Диаграммы растворимости систем с ограниченной растворимостью в жидкой фазе.
Критические температуры. Правило Алексеева.
15. Трехкомпонентные системы. Графическое представление состава по способам
Гиббса и
Розебума.
«Растворы»
32. Понятие о растворах. Растворитель и растворенное вещество. Классификация
растворов. Твердые, жидкие, газообразные растворы. Идеальные, неидеальные,
предельно разбавленные, атермальные, регулярные растворы.
33. Теории растворов (физическая, химическая). Сольватация, гидратация.
Термодинамическая теория растворов, ее задачи.
34. Способы выражения состава растворов.
35. Парциальные молярные величины. Уравнения Гиббса-Дюгема. Определение
парциальных молярных величин методом отрезков.
36. Давление насыщенного пара компонента над идеальным раствором. Закон Рауля.
37. Давление насыщенного пара компонента над предельно разбавленным раствором.
Закон Генри.
38. Растворимость газов в жидкости. Уравнение Сеченова.
39. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов.
Криоскопия. Эбуллиоскопия.
40. Растворимость твердых веществ. Уравнение Шредера, его связь с диаграммами
плавкости двухкомпонентных систем.
41. Осмотическое давление растворов.
42. Распределение растворенного вещества между двумя несмешивающимися
жидкостями. Закон Нернста-Шилова. Экстракция. Дробная экстракция.
43. Определение активности и коэффициента активности компонентов раствора.
44. Жидкие летучие смеси. Диаграммы состояния систем пар-жидкость. Законы
Коновалова.
45. Азеотропные смеси. Законы Вревского.
46. Перегонка летучих жидких смесей. Простая перегонка.
47. Фракционная перегонка. Ректификация.
48. Гетероазеотропные смеси. Разделение азеотропных
гетероазеотропов.
49. Перегонка с водяным паром.
смесей
с
помощью