Модуль 2. 1. Что называется термодинамической системой?

Тема 1

1. Что называется термодинамической системой?

2. Что называется гомогенной системой?

3. Что называется гетерогенной системой?

4. Что называется фазой?

5. Что называется тепловым эффектом химической реакции? Как и в каких единицах он выражается? Чем различаются экзо- и эндотермические реакции? Для чего используются тепловые эффекты химических реакций?

6. Как экспериментально определяют тепловые эффекты химических реакций?

7. Зависит ли тепловой эффект химической реакции от способа ее проведения? Ответ поясните.

8. Что называется энтальпией химической реакции? Поясните соотношение понятий «энтальпия химической реакции» и «тепловой эффект химической реакции». Какие данные необходимы для расчета энтальпии химической реакции?

9. Что называется энтальпией образования химического вещества? Поясните соотношение понятий «энтальпия образования химического вещества» и «энтальпия химической реакции». Какие данные необходимы для расчета энтальпии образования химического вещества?

10. Что называется термохимическим уравнением?

11. Какие условия называются стандартными?

12. Сформулируйте термодинамический критерий самопроизвольности протекания процесса.

13. Какие процессы могут приводить к увеличению и к уменьшению энтропии системы?

14. Почему энтропия производится только в необратимых процессах?

15. В чем состоит статистический смысл энтропии?

16. Сформулируйте термодинамические критерии самопроизвольности протекания процесса и равновесности состояния для изолированных систем. Почему эти критерии справедливы только для изолированных систем?

17. Можно ли энтальпии системы приписать абсолютное значение? Ответ поясните.

18. Можно ли энтропии системы приписать абсолютное значение? Ответ поясните. На основании чего выбирается точка отсчета по энтропийной шкале?

19. Что называется энергией Гиббса (свободной энтальпией) системы? Какие составляюшие имеет энергия Гиббса?

20. Что называется энергией Гиббса (свободной энтальпией) химической реакции? Поясните соотношение понятий «энергия Гиббса химической реакции» и «энергия Гиббса системы». Какие данные необходимы для расчета энергии Гиббса химической реакции?

21. Что называется энергией Гиббса (свободной энтальпией) образования химического вещества? Поясните соотношение понятий «энергия Гиббса образования химического вещества» и «энергия Гиббса химической реакции». Какие данные необходимы для расчета энергии Гиббса образования химического вещества?

22. Можно ли определить экспериментально энергию Гиббса (свободную энтальпию) образования химического вещества и энергию Гиббса (свободную энтальпию) химической реакции? Приведите пример.

23. Что называется химическим потенциалом вещества? Можно ли определить его экспериментально? Ответ поясните.

24. Что называется химическим сродством? Можно ли определить его экспериментально? Ответ поясните.

25. Проанализируйте соотношения понятий «энергия Гиббса (свободная энтальпия)», «химический потенциал», «химическое сродство».

26. Сформулируйте термодинамические критерии самопроизвольности протекания процесса и равновесности состояния для термостатированных систем.

27. Проанализируйте соотношение понятий «энергия Гиббса (свободная энтальпия) химической реакции» и «стандартная энергия Гиббса (свободная энтальпия) химической реакции». Как выглядит уравнение изотермы химической реакции?

28. Как выглядит связь между концентрационной константой равновесия и равновесными концентрациями реагентов и продуктов химической реакции?

29. Какие воздействия на систему приводят к изменению константы равновесия, а какие – нет? Приведите примеры.

30. Сформулируйте принцип Ле Шателье-Брауна.

31. Перечислите известные Вам способы смещения химического равновесия. Ответ проиллюстрируйте примерами. Происходит ли при смещении химического равновесия изменение константы равновесия?

32. Как выглядит и называется уравнение, показывающее температурную зависимость константы равновесия?

33. Сформулируйте критерий и приведите примеры для практически не идущих и практически необратимых химических реакций.

34. Выделяется или поглощается теплота при расширении идеального газа? Ответ пояснить.

35. Фазовое превращение α→β эндотермично. Какая фаза существует при температурах более низких, чем температура фазового превращения?

36. Что называется кинетической кривой?

37. Что называется кинетическим уравнением?

38. Что называется скоростью химической реакции? В каких единицах она выражается? От чего она зависит? Как практически можно ее регулировать? Приведите примеры.

39. Как выглядит основное кинетическое уравнение? На каком основании принята именно такая его форма?

40. Каков физический смысл константы скорости химической реакции?

41. Проанализируйте соотношение между скоростью двусторонней химической реакции и скоростями прямой и обратной реакции.

42. Что такое кинетически элементарная химическая реакция? Как отличить ее от кинетически неэлементарной?

43. Сформулируйте закон действующих масс.

44. Почему формальная кинетика называется формальной?

45. Почему температура влияет на скорость химической реакции?

46. Сформулируйте правило Вант-Гоффа. Какова область его применимости?

47. В чем заключается физический смысл параметров уравнения Аррениуса – энергии активации и предэкспоненциального множителя?

48. Перечислите феноменологические проявления катализа (каталитические эффекты).

49. Что называется катализатором?

50. Какие типы каталитических систем, реакций и катализаторов Вам известны?

51. Какими величинами можно охарактеризовать каталитический эффект, каталитическую реакцию, катализатор?

52. Как экспериментально определить активность катализатора?

53. В чем разница между селективностью и избирательностью действия катализатора?

54. Каковы причины влияния катализатора на кинетику химической реакции?

55. Что называется активным центром катализатора? В чем разница между активным центром и молекулой (атомом)?

56. Что называется каталитическим комплексом?

57. Сформулируйте принципы соответствия – электронного, геометрического, энергетического.

58. Что называется каталитическим ядом? Каков механизм их отравляющего действия на катализатор?

59. Что называется ингибированием? Есть ли принципиальные различия между катализом и ингибированием? Ответ поясните.

60. Каково практическое значение катализа как средства регулирования кинетики химических процессов?

61. Каковы принципиальные особенности ферментативного катализа? Какова его роль в процессах жизнедеятельности?

62. В чем принципиальные отличия микроскопических химических превращений от макроскопических химических реакций?

63. Как описать ход микроскопических химических превращений?

64. Что представляет собой поверхность потенциальной энергии (ППЭ)? Как ее установить?

65. Какие особенности ППЭ отражаются энергетическими картами и энергетическими профилями?

66. Как выглядит типичный энергетический профиль элементарного химического акта?

67. Откуда берется потенциальный энергетический барьер, разделяющий две химические формы? Чем обусловлены его высота и толщина?

68. Что называется энергией активации элементарного химического акта? Есть ли принципиальные отличия ее от аррениусовской энергии активации? Ответ поясните.

69. Дает ли химическое строение молекул-реагентов качественную информацию о порядке величины энергии активации элементарного химического акта? Ответ поясните.

70. Что представляют собой переходное состояние и активированный комплекс?

71. Как влияет высота потенциального барьера на скорость реакции?

72. Чем, кроме энергии активации, определяется константа скорости, с позиций теории абсолютных скоростей (ТАС) химических реакций?

73. Как повлиять на высоту потенциального барьера, величину стерического множителя, величину трансмиссионного коэффициента?

74. Как выглядит энергетический профиль элементарного акта каталитической реакции?

75. Что называется механизмом химической реакции?

76. Каково влияние среды (растворителя) и внешних факторов (давление, температура, облучение, катализаторы, примеси и т.д.) на механизм химической реакции?

77. Обсудить термодинамику (энтальпию и энтропию) получения молекулярного углерода (С₂), кристаллизации кварцевого стекла, а также синтеза сероуглерода из простых веществ и предсказать (на качественном уровне) температурные условия для этих процессов.

78. Вычислить энтальпию диссоциации окиси углерода. Энтальпия ее образования составляет -110,54 кДж/моль, энтальпия сублимации графита 695 кДж/моль, энтальпия диссоциации кислорода 494 кДж/моль.

79. Вычислить стандартную энтальпию реакции 4KClO₃=3KClO₄+KCl, пользуясь следующими данными: KClO₃=KCl+1,5O₂;DH^o=-49,4 кДж;

KClO₄= KCl+2O₂; DH^o=33 кДж.

80. Вычислить стандартную энтальпию превращения графита в алмаз, если известно, что стандартные энтальпии их сгорания соответственно равны –393,5 и –395,3 кДж/моль. Здесь и далее (если специально не оговорено иное) Т=298 К.

81. Пользуясь справочными таблицами, вычислите двумя способами стандартную энергию Гиббса получения водяного газа.

82. В реактор поместили 0,3 г водорода и 0,8 г иода. После установления равновесия в реакторе обнаружили 0,7 г иодоводорода. Вычислить концентрационную константу равновесия. Считать, что температура достаточна для того, чтобы все вещества находились в газообразном состоянии.

83. В реакторе в состоянии равновесия находится 0,1 моля водорода, 0,2 моля иода и 0,6 моля иодоводорода. В реактор дополнительно ввели 1 моль водорода. Рассчитать новый равновесный состав смеси. Считать, что температура достаточна для того, чтобы все вещества находились в газообразном состоянии.

84. Энтальпия окисления аммиака до окиси азота равна –267,5 кДж/моль, а до азота равна –328,5 кДж/моль. Вычислить энтальпию образования окиси азота.

85. Стандартная энтальпия образования воды равна –285,8 кДж/моль. Стандартная энтальпия перехода моля озона в кислород равна –144,2 кДж. Вычислить DH^о₂₉₈ реакции H₂(г) + 1/3 O₃(г) = H₂O(ж).

86. Вычислить энтальпии образования и сгорания гидразина, пользуясь следующими термохимическими уравнениями:

H₂(г) + ½ O₂(г) = H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-286 кДж

2 NH₃(г) + 3 N₂O(г) = 4N₂(г) + 3 H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-1010 кДж

2 NH₃(г) + 1/2 O₂(г) = N₂H₄(ж) + H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-143 кДж

N₂O(г) + 3 H₂(г) = N₂H₄(ж) + H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-317 кДж

87. Сколько теплоты потребовалось бы для разложения 1 кг карбоната натрия?

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂SiO₃ + CO₂; DH^о₂₉₈=81,04 кДж

Na₂O + SiO₂ = Na₂SiO₃; DH^о₂₉₈=-243,17 кДж

88. Вычислить удельную энтальпию образования пероксида водорода, пользуясь следующими термохимическими уравнениями:

H₂O₂(ж) = H₂O(ж) + ½ O₂; DH^о₂₉₈=-97,9 кДж

H₂ + ½ O₂ = H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-285,8 кДж

89. Вычислить удельную энтальпию разложения пероксида водорода, пользуясь следующими термохимическими уравнениями:

SnCl₂(aq) + 2 HCl(aq) + H₂O₂(aq) = SnCl₄(aq) + 2 H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-393,3 кДж

SnCl₂(aq) + 2 HCl(aq) + ½ O₂(г) = SnCl₄(aq) + H₂O(ж); DH^о₂₉₈=-296,6 кДж

90. Вычислить энергию связи N-H в аммиаке, пользуясь следующими данными:

стандартная энтальпия сгорания аммиака равна –382,4 кДж/моль;

стандартная энтальпия образования воды равна –285,8 кДж/моль;

стандартная энтальпия диссоциации азота равна 711,3 кДж/моль;

стандартная энтальпия диссоциации водорода равна 431,0 кДж/моль.

91. Пользуясь справочными таблицами, оценить, при каких температурах можно синтезировать из простых веществ селеноводород.

92. Не пользуясь справочными таблицами, расположить следующие процессы в порядке увеличения энтропии:

1) Al₂O₃(к) + 3 SO₃(г) = Al₂(SO₄)₃(к)

2) CaO(к) + H₂O(г) = Сa(OH)₂(к)

3) CaO(к) + H₂O(ж) = Сa(OH)₂(к)

4) CaO(к) + H₂O(ж) = Сa²⁺(aq) + 2 OH^-(aq)

5) CaO(к) + CO₂(г) = СaCO₃(к)

6) 4 Fe(к) + 3 O₂(г) = 2 Fe₂O₃(к)

7) 2 H₂O(г) = 2 H₂(г) + O₂(г)

8) NH₃(г) + HCl(г) = NH₄Cl(к)

9) N₂O₄(г) = 2 NO₂(г)

93. Константа равновесия реакции H₂(г) + I₂(г) Û 2 HI(г) при некоторой температуре равна 50. В каком мольном соотношении следует взять простые вещества, чтобы конверсия одного из них составила 99,9%?

94. Окись углерода и хлор смешали в закрытом сосуде в эквимолярных количествах при нормальном атмосферном давлении. К моменту наступления равновесия конверсия составила 50%. Каким стало давление в сосуде?

95. Константа равновесия реакции 2 HI(г) Û H₂(г) + I₂(г) при 360^оС равна 0,0162, а при 445^оС равна 0,0240. Вычислить стандартные энтальпию и энтропию разложения иодоводорода в указанном температурном интервале.

96. При некоторой температуре 2 моля фосгена в сосуде емкостью 1 л диссоциируют на 50%. Сколько фосгена следует поместить в сосуд, чтобы при той же температуре степень диссоциации составила 25%?

97. При некоторой температуре в системе N₂O₄(г) Û 2 NO₂(г) концентрация димера равна 0,02 моль/л, а мономера – 0,03 моль/л. Давление увеличили втрое (втрое уменьшили объем). Вычислить равновесные концентрации веществ в системе.

98. Три моля NO₂ поместили в сосуд емкостью 1 л, после чего в сосуде установилось равновесие 2 NO₂(г) Û N₂O₄(г), характеризующееся концентрационной константой равновесия, равной 7,15. Рассчитать процент превращения мономера в димер.

99. Плотность равновесной газовой смеси N₂O₄ и NO₂ при 25^оС и нормальном атмосферном давлении равна 3,18 г/л. Вычислить константу равновесия процесса N₂O₄(г) Û 2 NO₂(г).

100. 0,5 г N₂O₄ поместили в сосуд емкостью 2 л при 25^оС и выдержали до достижения равновесия N₂O₄(г) Û 2 NO₂(г). Вычислить парциальные давления газов (N₂O₄ и NO₂), если концентрационная константа равновесия при этой температуре равна 0,114.

101. При некоторой температуре термодинамическая константа равновесия процесса SO₂Cl₂(г) Û SO₂(г) + Cl₂(г) равна 0,029. Вычислить степень диссоциации хлористого сульфурила по приведенной схеме, если равновесное давление газовой смеси равно 0,5 атм.

102. Определить направление протекания в водном растворе реакции [Ni(H₂O)₆]²⁺ + 6 NH₃ Û [Ni(NH₃)₆]²⁺ + 6 H₂O

при некоторой температуре, если при этой температуре стандартная энтальпия реакции равна –79 кДж/моль, а стандартная энтропия реакции равна –92 Дж/(моль·К).

103. Для реакции мономолекулярного распада некоторого вещества имеются следующие экспериментальные данные (t – время в с, С – концентрация исходного вещества в моль/л):

Вычислить константу скорости.

104. Скорость разложения некоторого вещества описывается кинетическим уравнением первого порядка. Известно, что за 50 с степень разложения составила 25%. За какое время она достигнет 99%?

105. Скорость некоторой реакции при повышении температуры от 27 до 37^оС удваивается. Вычислить аррениусову энергию активации.

106. В закрытом сосуде протекает необратимая бимолекулярная газофазная реакция X +Y = Z. Энергия активации этой реакции равна 100 кДж/моль. Во сколько раз увеличится скорость реакции при увеличении температуры от 100 до 150^оС, если реакция протекает а) при постоянном объеме; б) при постоянном давлении?

107. Кубический кристалл хлорида натрия с ребром 1 см растворяется в воде за 6 часов. Оцените время, которое потребуется на растворение того же образца, если его предварительно разрезать на кубики с ребром 10^{-5 см.}

108. Константы скорости некоторой реакции при 25 и 60^оС равны соответственно 1,4 и 9,9. Вычислить константу скорости этой реакции при 75^оС.

109. Катализатор снижает энергию активации некоторой реакции при 25^оС на 20 кДж/моль. Во сколько раз увеличивается скорость реакции при действии катализатора?

Тема 2

1. Все ли гидроксиды являются основаниями? Ответ проиллюстрируйте примерами.

2. В чем состоит уникальность сверхкислот?

3. Осуществить ряд превращений (укажите необходимые условия): FeOHSO₄ → FeSO₄ → FeO → FeS

FeSO₄ → Fe(OH)₃ → FeSO₄

H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ → P → H₃PO₄ → CaHPO₄

Na₂CO₃ → NaHCO₃ → Na₂SiO₃ → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → CaCO₃ → CaOCl₂ → Cl₂ → FeCl₂ → HCl → FeCl₃

4. 2H₂SO₄ + … = SO₂ + …

H₂SO₄ + … = SO₂ + …

2H₂SO₄ + … = 3SO₂ + …

H₂SO₄ + … = 2SO₂ + …