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

а_i – активность i-го компонента

b_i – адсорбционный коэффициент i-го компонента

С – теплоемкость

С_P, С_V – теплоемкость при постоянном давлении и постоянном объеме

с_i – молярная концентрация вещества

d_i – диаметр частицы i-го вида

d₁₂ – газокинетический диаметр

D – коэффициент диффузии

D_е – энергия диссоциации молекулы

Е_i – 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

k_M – константа Михаэлиса

M – молярная масса

m – моляльная концентрация; масса частицы

N, n – число частиц в единице объема; химическое количество вещества; порядок реакции

N_A – число Авогадро

P – давление; стерический фактор

– относительное давление

Q – теплота; статистическая сумма молекулы

r – расстояние между частицами

r_i – радиус частицы i-го вида

S – энтропия

– парциальная молярная энтропия i-го компонента

T – температура в шкале Кельвина

Т₀ – температура, равная 298,15 К

Т_r, P_r, V_r – 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 C_V, l, C_P, h и др. и их интерпретация. Энтальпия, определение. Теплоемкость, средняя и истинная теплоемкость, их связь. Пределы изменения теплоемкости. Соотношения между С_Р и С_V. 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.