ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

1.Строение электронных оболочек атома. Квантовые числа,s-, p-,d-,f-состояния электронов. Принцип Паули. Правило Гунда. Электронные формулы и энергетические ячейки.

2.Понятие о волновых свойствах электрона. Уравнение Л. де- Бройля. Электронные облака s- и p-электронов.

3.Энергия ионизации атомов, энергия сродства к электрону, электроотрицательность.

4.Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Ряды, периоды, группы и подгруппы. Переходные элементы. Валентность по кислороду и водороду. Металлы, неметаллы, элементарные полупроводники в системе элементов. Современная формулировка периодического закона.

5.Порядок заполнения электронами энергетических подуровней и уровней. Ограничение принципа Паули. Правила Клечковского. Проскоки(провалы) электронов. Семейства элементов.

6.Краткая характеристика основных видов химической связи.

7.Ионная связь. Механизм возникновения, валентность элементов в ионных соединениях.

8.Ковалентная связь. Основные положения метода валентных связей. Валентность в ковалентных соединениях. ’’Возбужденное’’ состояние атомов. Энергия связи.

9.Направленность ковалентных связей. .Строение молекул Н2,Сl2,НСl, H2O, H2S, NH3, CH4, BCl3, BeCl2. Гибридизация электронных облаков. и -связи. Строение молекул этилена, азота.

10.Поляризованная ковалентная связь. Дипольный момент молекулы. Полярность связей и полярность молекул. Водородная связь. Аномальные свойства воды.

12.Донорно-акцепторная связь. Комплексные соединения, механизм их возникновения. Константа нестойкости. Двойные соли.

13.Виды межмолекулярного взаимодействия. Потенциал Леннарда-Джонса.

14.Основные агрегатные состояния вещества. Характеристика газообразного, жидкого и твердого состояний. Дальний ближний порядок.

15.p-Т-диаграмма.Кристаллическое,стеклообразное и аморфное состояние вещества. Закон Коновалова-Гиббса.

16.Кристалл,монокристалл,поликристаллическое тело. Свойства веществ в кристаллическом состоянии. Анизотропия. Закон постоянства междугранных углов.

17.Классификация кристаллов по симметрии внешней формы.Элементы и операции симметрии .Классы кристаллов. Классификация кристаллов по симметрии внутренней структуры. Сингонии. Пространственная и кристаллическая решетки.

18.Сложные пространственные решетки на примере решеток кубической сингонии. Кратность, базис, координационное число.

19.Плотность упаковки частиц в кристаллах. Плотнейшие упаковки. Тетраэдрические и октаэдрические междуузлия.

20.Типы кристаллических решеток по видам связи. Ионные, атомные и молекулярные решетки. Металлические решетки.

21.Основные виды кубических структур.

22.Полиморфизм,аллотропия,энантиоморфизм.Изоморфизм.

23.Реальные кристаллы. Точечные и протяженные дефекты структуры. Влияние дефектов структуры на свойства твердых тел.

24.Стехиометрические законы химии и особенности их применения в кристаллах.

25.Предмет и задачи химической термодинамики. Система, фаза, компонент, параметры. Функции состояния: внутренняя энергия и энтальпия.

26.Теплота и работа.Обратимый процесс. Работа различных процессов. Максимальная работа. Теплота изобарического, изохорического изотермического процессов. Круговой процесс.

27.Первое начало темодинамики. Истинная и средняя теплоемкость. Соотношение между Cp и Сv для идеального газа.

28.Закон Гесса. Первое и второе следствия из закона Гесса. Теплота горения. Стандартные условия. Стандартная энтальпия образования вещества.

29.Зависимость теплового эффекта процесса от температуры (закон Кирхгоффа).ПодсчетыН и U.Приближения при расчетах.

30.Второе начало термодинамики. Понятие энтропии. Термодинамическая вероятность. Приведенное тепло.Неравенство Клаузиуса.

31.Свободная энергия Гиббса и свободная энергия Гельмгольца. Связанная энергия. Условия самопроизвольного протекания процесса при постоянных р и Т и при постоянных V и Т.

32.Зависимость функций F и G от температуры (урвнение Гиббса-Гельмгольца).

34. Константы равновесия гомогенных и гетерогенных реакций. Различные способы выражения константы равновесия и соотношения между ними.

35. Изотерма химической реакции. Стандартное изменение свободной энергии. Изобара и изохора химической реакции.

36. Фазовые превращения. Уравнение Клапейрона- Клаузиуса. Теплота фазового превращения.

37. Тепловая теорема Нернста. Постулат Планка. Расчет абсолютного значения энтропии.

38. Методы экспериментального определения и методы расчета термодинамических функций и констант равновесия. Приближения Улиха.

39. Сущность физико-химического анализа. Число составных частей компонентов системы. Правило фаз. Диаграмма состояния воды.

40. Термографический анализ: кривые нагревания и охлаждения. принципы построения диаграмм плавкости.

41. Диаграмма плавкости бинарной системы с эвтектикой. Правило «рычага».

42. Диаграмма плавкости бинарной системы с неограниченными твердыми растворами. Правило «рычага». Ликвидация, отжиг.

43. Диаграммы плавкости бинарной системы с ограниченными твердыми растворами – с эвтектикой и с перитектикой.

44. Диаграммы плавкости бинарной системы с устойчивым и с неустойчивым химическими соединениями.

45. Дальтониды и бертоллиды. Фазы постоянного и переменного состава.

46. Понятие о тройных диаграммах плавкости.

47. Истинная и средняя скорость реакций. Закон действия масс. Активные молекулы. Физический смысл константы скорости.

48. Молекулярность и порядок реакции. Интегрирование кинетических уравнений реакций первого, второго и третьего порядка. Период полураспада реакций первого и второго порядка.

49. Кинетическая классификация реакций по степени сложности. Обратимые и необратимые реакции. Связь константы равновесия с константами скоростей.

50. зависимость скорости реакций от температуры. Правило Вант-Гоффа. Эмпирической уравнение Аррениуса. Энергия активации.

51. Аналитический вывод уравнения Аррениуса. Физический смысл энергии активации, графический и аналитический расчеты этой энергии.

52.Принцип подвижного равновесия (принцип Ле-Шателье). Разобрать на конкретных примерах.

53. Кинетика гетерогенных реакций. Много стадийность. Диффузионная и кинетическая области протекания процессов.

54. Скорость диффузии. Уравнение стационарной диффузии. Коэффициент массопередачи. Скорость гетерогенной химической реакции первого порядка при стационарном протекании. Скорость растворения твердого тела в жидкости.

55. Явление катализа. Катализаторы и ингибиторы. Механизм гомогенного и гетерогенного катализа.

56. Понятие «раствор». Разбавленные, концентрированные, насыщенные, пересыщенные растворы. Способы выражения концентрации растворов.

57. Физическая и химическая теории растворов. Сольватация. Теплота растворения. Растворение твердых тел в жидкости. Уравнение Шредера. Растворимость жидкостей в жидкостях.

58. Растворимость газов в жидкостях. Законы Генри и Дальтона. Уравнение Сивертса. закон распределению. Коэффициент распределения. Практические применения закона распределения.

60. Первый и второй законы Рауля. Определение молекулярных масс растворенных веществ (эбуллиоскопия и криоскопия).

61. Растворы электролитов. теория электролитической диссоциации. Диэлектрическая проницаемость различных растворителей.

62. Слабые электролиты. Степень диссоциации, определение ее через электропроводность. Константа диссоциации. Связь константы и степени диссоциации (закон распределения Оствальда).

63.Сильные электролиты. Ионные атмосферы. Кажущаяся степень диссоциации. Активность и коэффициент активности. Произведение растворимости.

64. Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Понятие об индикаторах.

65. Гидролиз солей. Разобрать конкретные примеры. Константа гидролиза. Степень гидролиза.

66. Окислительно-восстановительные реакции. Ионно-электронный метод уравнивания коэффициентов реакций (примеры).

67. Возникновение скачка потенциала на границе «металл-раствор» Двойной электрический слой. Равновесный потенциал.

68. Медно-цинковый гальванический элемент. Процессы на электродах. ЭДС как алгебраическая сумма скачков потенциалов.

69. Термодинамика гальванического элемента : зависимость ЭДС от природы реагирующих веществ, температуры и концентрации. Стандартная ЭДС. Элемент Вестона.

70. Водородный электрод. Формула Нернста для электродного потенциала. Стандартный потенциал. Ряд напряжений. Подсчет ЭДС элемента.

71. Типы электродов и цепей. Концентрационные и амальгамные электроды и цепи. Окислительно-восстановительные электроды и цепи.

72. Электролиз. Последовательность разряда ионов на катоде и аноде в водных растворах. Выход по току. Привести примеры электролиза раствора солей с нерастворимым и растворимым анодом.

73. Законы электролиза. Число Фарадея. Электрохимический эквивалент. Удельный расход электроэнергии.

74. Химическая и концентрационная поляризация при электролизе. Напряжение разложения. Перенапряжение.

76. Классификация химических источников тока. Работа марганцево-цинкового и оксидно-ртутного гальванических элементов.

77. Свинцовый (кислотный) аккумулятор. Процессы при заряде-разряде, влияние примесей, ЭДС.

78. Щелочные аккумуляторы: железо- никелевый, кадмиево- никелквый, серебрянно- цинковый. Процессы при заряде-разряде, ЭДС.

79. Топливные элементы. Электрохимические генераторы. Работа водородно-кислородного топливного элемента. Высокотемпературный т.э. Процессы в метанольно- перекисноводородном т.э.

80. Коррозия металлов. Классификация процессов коррозии. Атмосферная и почвенная коррозия.

81. Химическая коррозия. Защитные пленки на поверхности металлов. «Пассивация» металлов.

82. Гальванокоррозия (микро и макро). Водородная и кислородная деполяризация. Влияние pH и температуры на процесс коррозии. Электрокоррозия.

83. Основные методы борьбы с коррозией. Протекторная защита. Электрозащита (катодная и анодная). Ингибиторы коррозии.

84. Поверхностное натяжение. Принцип Гиббса-Кюри. Адсорбция. Изотерма адсорбции. Лэнгмюра, уравнение Фрейндлиха. Практическое использование адсорбции. Основы хроматографии.

85. Глубокая очистка веществ. Вакуумная возгонка, дуговая плавка, электронно-лучевая плавка.

86. Глубокая очистка веществ: разложение летучих соединений на нагретой поверхности. Направленная кристаллизация и зонная плавка. Выращивание монокристаллов и их легирование.

87. Хранение и методы обращения с высокочистыми веществами. Получение воды высокой степени чистоты.

88. Глубокая очистка газов.

1.Строение электронных оболочек атома. Квантовые числа, s-, p-, d-, f- состояния электронов. Принцип Паули. Правило Гунда. Электронные формулы и энергетические ячейки.

Состояние любого электрона в атоме может быть охарактеризовано набором 4 квантовых чисел. n – главное квантовое число, l – побочное, m – магнитное, s – спиновое. Главное к.ч. характеризует собой общий запас энергии системы, если уподобить электрон облаку, то главное к.ч. характеризует собой размеры этого облака. Электроны одного и того же энергетического уровня образуют электронную оболочку. Г.к.ч принимает целочисленные значения от 1 до 7 (1 – K, 2 – L, 3 – M, 4 – N, 5 – O, 6 – P, 7 – Q). Электроны одного и того же уровня могут различаться по энергетическому состоянию. Электронные уровни подразделяются на подуровни. Электроны одного и того же подуровня различны по величине момента количества движения mvr (m – масса, v - скорость на орбите, r – радиус орбиты). Электроны различных подуровней имеют различную форму облака. Энергетическое состояние электрона на подуровне характеризуется с помощью побочного к.ч. (l=n-1). Max число подуровней-4 (K – s; L – s, p; M – s, p, d; N – s, p, d, f). m – магнитное к.ч. – ориентация электронного облака в пространстве ( –l,0,+l; summa=2l+1 ). Спиновое к.ч. – характеризует направление вращения электрона. Принимает два значения – _0h/2) и –_ов-h/2).

Принцип Паули: в атоме не может быть 2 электронов с одинаковым набором всех 4 к.ч. Максимальное число электронов на подуровне – 2(2l+1). Число электронов на уровне – 2n². Максимальное число электронов на уровне - 32.

Распределение электронов по уровням и подуровням изображается с помощью электронных формул или ячеек.

Правило Гунда: суммарный спин данного подуровня должен быть максимален. Электроны стремятся занять max возможное число свободных квантовых состояний.

0. Понятие о волновых свойствах электрона. Уравнение л. Де Бройля. Электронные облака s- и p- электронов.

О наличии волновых свойств электрона первым высказался французский учёный Л. де Бройль. Уравнение де Бройля: =h/mV. Если электрон обладает волновыми свойствами, то пучок электронов должен испытывать действие явлений дифракции и интерференции. Волновая природа электронов подтвердилась при наблюдении дифракции электронного пучка в структуре кристаллической решётки. Поскольку электрон обладает волновыми свойствами, положение его внутри объёма атома не определено. Положение электрона в атомном объёме описывается вероятностной функцией, если её изобразить в трёхмерном пространстве, то получим тела вращения (Рис).

0. Энергия ионизации атомов, энергия сродства к электрону, электроотрицательность.

Э.о. – энергия, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон от нейтрального атома и удалить его на бесконечно большое расстояние (эВ). Атом превращается в + ион. Потенциал ионизации – напряжение, которое необходимо приложить, чтобы оторвать электрон от атома. Существует несколько ионизирующих потенциалов (1-ый = энергии связи, 2-ой > энергии связи). Наиболее важный – 1 (Li 1 – 5,39 B; 2 – 75,62 B; 3 – 122,4 B). Скачкообразный характер потенциалов ионизации указывает на то, что электроны вокруг ядра расположены слоями. Чем больше э.о. тем более выражены неметаллические свойства элемента. Энергия сродства к электрону – энергетический эффект присоединения электрона к атому (атом превращается в – ион). Чем больше э.с.э. тем ярче неметаллические свойства. Электроотрицательность – количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе электроны. Сумма энергии сродства к электрону и энергии ионизации. Чем больше электроотрицательность, тем легче его атомы превращаются в – ион.