Фонд оценочных средств по дисциплине Физическая химия (стр. 2 )

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Перечень тем

1 семестр: Определение теплоты растворения неизвестной соли Определение теплоты нейтрализации кислоты щелочью. Исследование равновесия жидкий раствор-пар в летучих бинарных системах. Определение температур кипения жидкости при различных давлениях. Определение теплоты  парообразования летучих жидкостей. Изучение фазового равновесия жидкость - жидкость в двухкомпонентной системе с ограниченной растворимостью компонентов. Термический анализ системы фенол-нафталин. Определение химического равновесия этерификации и гидролиза сложного эфира в жидких системах. Определение порядка реакции окисления иодид-ионов ионами трехвалентного железа. Изучение скорости омыления ацетоуксусного эфира в присутствии ионов гидроксила. Вывод эмпирического уравнения. Определение постоянных  коэффициентов уравнения Антуана по экспериментальным данным давления пара над жидкостью при различных  температурах. Вычисление термодинамических функций идеального газа методом статистической термодинамики. 2 семестр Исследование гомогенно-каталитического разложения пероксида водорода газометрическим методом. Исследование гетерогенно-каталитического разложения пероксида водорода газометрическим методом. Изучение скорости реакции иодирования ацетона. Первичный солевой эффект. Измерение электропроводности растворов электролитов и расчет константы электролитической диссоциации слабого электролита. Определение растворимости труднорастворимой соли при различных температурах методом электрической проводимости. Расчет термодинамических функций растворения. Потенциометрическое определение pH образования и произведение растворимости гидроксида меди (II) и цинка. Определение произведения растворимости труднорастворимой соли серебра по ЭДС концентрационного элемента. Определение среднего коэффициента активности измерением ЭДС концентрационного элемента. Определение потенциала ферри-ферро электрода, расчет константы равновесия электродной реакции. Определение константы равновесия химической реакции в жидких системах методом pH – потенциометрического титрования.

ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ

Изучение скорости гидролиза сложного эфира при различных рН раствора. Изучение влияния ионной силы и диэлектрической проницаемости на кинетику ионной реакции спектрофотометрическим методом. Исследование активности различных катализаторов в реакции разложения перекиси водорода. Изучение кинетики активации комплексных ионов кобальта (Ш) фотометрическим методом. Изучение кинетики разложение муравьиной кислоты в серной кислоте газометрическим методом. Изучение кинетики растворения малорастворимого вещества кондуктометрическим методом. Изучение коэффициента активности и активности электролита по зависимости давления насыщенного пара растворителя. Метод активности в термодинамике двухкомпонентных жидких систем, эмпирические формулы концентрационной зависимости коэффициентов активности. Экспериментальный метод определения коэффициентов активности в растворах неэлектролитов с помощью ГЖХ. Экспериментальные методы изучения кинетики быстрых реакций. Классификация двухкомпонентных жидких систем с одним химическим равновесием (этерификация, переэтерификация, образование ацеталей и гидролиз продуктов): методы изучения и изотермы эмпирических констант равновесия. Метод активности в термодинамике двухкомпонентных жидких систем, эмпирические формулы концентрационной зависимости коэффициентов активности. Прямая и обратная задача химического равновесия в неидеальных жидких системах. Стандартные состояния растворенного вещества и растворителя в методе активности; гипотетическое стандартное состояние. Представления об эмпирических методах вычисления коэффициентов активности неэлектролитов. Влияние стехиометрии на предельные равновесные степени превращения реагента в двухкомпонентных системах. Решение обратной задачи химического равновесия: требования к математической модели, квазихимическая модель равновесия, выражение состава систем, выбор постоянных, учет стехиометрии реакции, концентрационный квадрат. Степенной ряд Тейлора для функции двух независимых переменных. Физический (математический) смысл постоянных коэффициентов ряда. Параболическая модель равновесия для двухкомпонентных систем. Аномалия температурной зависимости эмпирических констант равновесия. Метод центра неопределенности (МЦН): его сущность или преимущества. Расчетные задания: математическая обработка экспериментальных данных по параболической модели для двух реакций этерификации. Обобщенные параметры равновесия и их взаимосвязь с термодинамической константой равновесия. Метод термодинамических потенциалов в физической химии Термодинамические потенциалы сложных систем в физической химии Термодинамические потенциалы идеального газа двухатомных молекул. Фазовое равновесие многокомпонентной системы Правило фаз Гиббса и его применение в аналитической химии. Правило фаз Гиббса и его применение в неорганической химии. Правило фаз Гиббса и его применение в органической химии. Фазовые переходы первого рода. Плавление кристаллов. Фазовые переходы первого рода и полиморфизм кристаллических тел. Фазовые переходы порядок –беспорядок в двухкомпонентных сплавах. Фазовые переходы второго рода в жидком гелии из сверхтекучего состояния в нормальное состояние. Фазовые переходы второго рода в ферромагнетике в точке Кюри. Роль поверхностного натяжения при образовании новой фазы. Термодинамические системы с отрицательными температурами. Химические лазеры. Термодинамика низких температур. Способы получения состояний с низкой температурой. Эффект Джоуля-Томпсона. Термодинамика низких температур. Способы получения состояний с низкой температурой. Магнитное и ядерное охлаждение. Исходные положения неравновесной термодинамики. Принцип локального равновесия и уравнение неравновесной термодинамики. Исходные положения неравновесной термодинамики. Уравнения баланса и законы сохранения. Исходные положения неравновесной термодинамики. Линейный закон. Соотношение взаимности Онзагера. Исходные положения неравновесной термодинамики. Устойчивость стационарных состояний. Исследование активности различных катализаторов в реакции разложения перекиси водорода. Модифицирование катализаторов окисления спиртов. Модифицирование катализаторов крекинга. Модифицирование катализаторов гидрирования на основе оксидов кобальта и никеля. Применение металлуглеродных катализаторов в процессах превращения низших алифатических спиртов. Влияние химического модифицирования на каталитические свойства Ni. Кинетика цепной реакции горения водорода в кислороде. Кинетика фотохимической реакции фотосинтеза. Кинетика реакций цепного окисления липидов. Кинетика цепных реакций в современных процессах химической конверсии природного газа

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

Перечень вопросов

1 семестр Физическая химия. Предмет и методы физической химии. Основные понятия и ограничения термодинамики. Экстенсивные и интенсивные свойства систем. Термодинамическая система и ее разновидности. Нулевой закон термодинамики Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия, теплота и работа. Приложение первого закона термодинамики к идеальным газам. Вычисление работы в различных процессах. Графическое изображение работы расширения в различных процессах. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Метод расчета тепловых эффектов химических реакций. Приближенные методы расчета теплот образования и сгорания. Теплоемкость. Зависимость теплоемкости от температуры. Теплоемкость газов и твердых тел. Закон Дюлонга-Пти и уравнение Дебая. Закон Кирхгоффа. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Принцип Каратеодори. Второе начало термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Изменение энтропии для различных процессов. Постулат Планка. Термодинамические потенциалы. Характеристические функции. Уравнение Гиббса-Гельмгольца. Уравнения Максвелла. Химический потенциал. Химический потенциал идеального и реального газов. Фугитивность. Коэффициент фугитивности. Способы выражения концентраций растворов. Их взаимный перерасчет. Парциальные мольные величины. Активность. Коэффициент активности. Уравнение Гиббса-Дюгема. Метод отрезков. Растворы. Равновесные свойства раствора и их зависимость от химического потенциала. Идеальные растворы. Предельно разбавленные растворы. Неидеалные растворы. Закон Рауля. Закон Генри. Активность и коэффициент активности компонентов раствора. Законы Коновалова. Летучие жидкие смеси. Равновесие жидкость-пар. Перегонка азеотропных летучих смесей. Перегонка зеотропных летучих смесей. Перегонка гетероазеотропных летучих смесей. Основные понятия теории фазовых равновесий: гетерогенные и гомогенные системы, фаза, составляющие вещества, компоненты, параметры состояния, число термодинамических степеней свободы, диаграмма состояния. Условие равновесия в гетерогенной системе. Основной закон фазового равновесия. Применение правила фаз Гиббса к однокомпонентным, двухкомпонентным и трехкомпонентным системам. Фазовый переход I рода. Фазовый переход II рода. Вывод уравнения Клапейрона-Клаузиуса. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессу плавления. Применение уравнения Клапейрона-Клаузиуса к процессу испарения. Диаграмма состояния воды при средних давлениях. Диаграмма состояния серы. Энантиотропные фазовые переходы. Монотропные фазовые переходы. Принцип непрерывности и принцип соответствия. Метод физико-химического анализа. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с эвтектикой. Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы с конгруэнтно плавящимся химическим соединением. Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы с инконгруэнтно плавящимся химическим соединением. Твердые растворы. Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии I типа (диаграмма с эвтектикой). Фазовая диаграмма двухкомпонентной системы с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии II типа (диаграмма с перитектикой). Фазовая диаграмма состояния двухкомпонентной системы с ограниченной взаимной растворимостью компонентов в жидком состоянии. Трехкомпонентные жидкие системы. Трехкомпонентные системы с тройной эвтектикой. Вывод уравнения изотермы химической реакции. Константа равновесия. Выражения константы равновесия для различных систем. Анализ уравнения изотермы химической реакции. Стандартная энергия Гиббса. Стандартная константа равновесия. Влияние давления на равновесие химической реакции. Вывод уравнений изобары и изохоры реакции. Анализ уравнения изобары. Определение констант равновесия химической реакции при различных температурах. Предмет химической кинетики. Классификация химических реакций в кинетике. Общее понятие скорости для: гомогенной химической реакции, для гетерогенной химической реакции. Привести примеры выражений для скорости гомогенной химической реакции (по исходным реагентам, по продуктам реакции). Основной постулат химической кинетики гомогенных реакций. Молекулярность и порядок химической реакции. Привести примеры. Прямая задача химической кинетики. Обратная задача химической кинетики. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа, вывод уравнения Аррениуса. Графическое и аналитическое определение постоянных уравнения Аррениуса. Связь температурного коэффициента с энергией активации химической реакции. Вывод уравнений кинетических кривых необратимой реакции первого порядка (A → B) в закрытой системе. Графическое представление кинетических кривых. Уравнение константы скорости необратимой реакции первого порядка в закрытой системе. Время полупревращения. Степень превращения. Вывод уравнений кинетических кривых необратимой реакции второго порядка (A + B → C) в закрытой системе, в случае СA0 ≠ CB0. Графическое представление кинетических кривых. Уравнение константы скорости необратимой реакции второго порядка в закрытой системе. Степень превращения. Вывод уравнений кинетических кривых необратимой реакции второго порядка (A + B → C) в закрытой системе, в случае СA0 = CB0. Графическое представление кинетических кривых. Уравнение константы скорости необратимой реакции второго порядка в закрытой системе. Время полупревращения. Вывод уравнений кинетических кривых необратимой реакции второго порядка (2A → B) в закрытой системе. Графическое представление кинетических кривых. Уравнение константы скорости необратимой реакции второго порядка в закрытой системе. Время полупревращения. Вывод уравнений кинетических кривых необратимой реакции третьего порядка (A + B + C → Продукты) в закрытой системе, в случае СA0 = CB0 = CC0. Графическое представление кинетических кривых. Уравнение константы скорости необратимой реакции третьего порядка в закрытой системе. Время полупревращения. Дифференциальные способы определения порядка реакции. Интегральные способы определения порядка реакции. Вывод уравнений кинетических кривых обратимой реакции (A ↔ B) в закрытой системе. Графическое представление кинетических кривых. Способ определения констант скоростей прямой и обратной реакций. Вывод уравнений кинетических кривых параллельной реакции (A → B, A → C ) в закрытой системе. Графическое представление кинетических кривых. Способ определения констант скоростей k1 и k2 . Интегральная селективность процесса. Вывод уравнений кинетических кривых последовательной реакции (A → B → C) в закрытой системе. Графическое представление кинетических кривых. Получить выражения для концентрации промежуточного вещества B (A → B → C) при условии k2 > k1, k2 >> k1. Получить выражение для максимальной концентрации промежуточного вещества B (A → B → C). Провести анализ данного выражения при условии k1 >> k2, k2 >> k1. 16. Метод квазистационарных концентраций. С помощью метода квазистационарных концентраций получите выражение скорости для реакции: Н2 + Br2 → 2HBr. Цепные реакции. Стадии зарождения, роста и обрыва цепи. Примеры. Цепные реакции. Разветвленные и неразветвленные цепные реакции. Предельные явления в разветвленных цепных реакциях. Полуостров воспламенения, период индукции, тепловой и цепной взрывы. Фотохимические реакции. Первый закон фотохимии. (Гротгуса - Дрейпера). Второй закон фотохимии (Эйнштейна-Штарка) и его роль в кинетике фотохимических реакций. Расчет числа молей вещества, активизирующихся под действием радиации в первичной фотохимической реакции. Классификация фотохимических реакций на основе квантового выхода и термодинамических признаков. 2 семестр Элементарные акты химических реакций. Поверхность потенциальной энергии (ППЭ). Карта ППЭ а) для системы из двух атомов, б) для системы из трех атомов. Активированный комплекс, число степеней свободы активированного комплекса АВС ≠ и молекулы АВС. Координата и путь реакции. Основные положения теории активированного комплекса. Преимущества и недостатки теории активированного комплекса. Вывод основного уравнения для константы скорости реакции в теории активированного комплекса. Трансмиссионный коэффициент. Термодинамический аспект теории активированного комплекса. Понятия об активных столкновениях, расчет общего числа столкновений и числа активных столкновений в бимолекулярных реакциях. Основные положения теории активных столкновений. Преимущества и недостатки. Определение энергии активации. Как связаны между собой величины энергии активации, опытной и входящей в основное уравнение теории активных столкновений. Стерический фактор Р. Вывод основного уравнения для константы скорости бимолекулярной реакции по теории активных столкновений. Мономолекулярные реакции, примеры, экспериментальные данные. Схема Линдемана. Вывод кинетического уравнения мономолекулярной реакции на основе схемы Линдемана. Сопоставление с опытными данными. Поправка Хиншельвуда. Применение теории абсолютных скоростей реакций к растворам для случая бимолекулярной реакции. Применение теории абсолютных скоростей реакций к растворам для случая мономолекулярной реакции. Первичный солевой эффект. Вторичный солевой эффект. Гетерогенные процессы, стадии гетерогенных процессов. Диффузия, виды диффузии. Количественные закономерности диффузии (первое уравнение Фика, второе уравнение Фика). Определение катализа и катализатора. Классификация каталитических процессов. Влияние катализатора на термодинамические параметры, на константу химического равновесия, на скорость прямого и обратного направления химической реакции. Слитный и раздельный механизмы каталитических процессов. Энергетические диаграммы для указанных механизмов, причины ускорения реакций. Примеры. Каталитическая активность, удельная активность катализатора в гомогенном и гетерогенном процессах. Дифференциальная и интегральная селективность катализатора. Специфичность катализатора. Примеры. Гомогенный катализ. Классификация гомогенно-каталитических реакций. Примеры реакций, протекающих в газовой фазе и растворах. Вывод уравнения для скорости гомогенно-каталитической реакции в случае, когда промежуточные вещества являются веществами Аррениуса. Вывод уравнения для скорости гомогенно-каталитической реакции в случае, когда промежуточные вещества являются веществами Вант-Гоффа. Кислотно-основной катализ. Классификация реакций кислотно-основного типа. Кислоты и основания по Бренстеду, кислоты и основания по Льюису. Примеры. Специфический кислотный катализ. Специфический основной катализ. Понятие эффективной и истинной констант скорости кислотно-каталитического превращения. Определение истинной константы скорости по экспериментальным данным. Понятия кислотности и функции кислотности Гамета. Кинетика и механизм общего кислотного и общего основного катализа. Примеры. Уравнение Бренстеда. Нуклеофильный и электрофильный катализ. Примеры. Ферментативный катализ. Особенность ферментов как катализаторов. Специфичность ферментов. Вывод кинетического уравнения ферментативной реакции, состоящей из двух элементарных односторонних реакций. Вывод кинетического уравнения ферментативной реакции, состоящей из двух взаимно противоположных элементарных реакций и третьей элементарной односторонней реакции. Гетерогенный катализ. Определение скорости гетерогенной каталитической реакции. Явления отравления и старения катализаторов. Промоторы (структурообразующие и модифицирующие). Нанесенные катализаторы. Смешанные катализаторы. Основные компоненты катализатора (примеры). Стадии гетерогенно-каталитического процесса (примеры). Роль адсорбции в кинетике гетерогенно-каталитических реакций. Кажущаяся и истинная энергии активации гетерогенно-каталитических реакций. Кривая потенциальной энергии вдоль координаты реакции для гетерогенно-каталитического процесса. Предмет электрохимии. Проводники первого и второго рода. Электрохимические реакции. Законы Фарадея. Теория электролитической диссоциации Аррениуса, ее недостатки Причины электролитической диссоциации. Удельная электропроводность. Ее зависимость от концентрации и температуры. Эквивалентная электропроводность. Ее зависимость от концентрации и температуры. Подвижность ионов. Аномальная подвижность ионов гидроксония и гидроксида. Связь между подвижностью ионов и их концентрацией Электрофоретический и релаксационный эффекты .Эффекты Вина и Дебая-Фалькенгагена. Уравнение Онзагера. Числа переноса, методы определения чисел переноса. Закон Кольрауша Метод активности в термодинамике растворов электролитов, средний коэффициент активности электролита. Теория Дебая-Хюккеля, допущения и три приближения. Ионно равновесие в растворах электролитов. Диссоциация воды. pH растворов. Диссоциация слабых электролитов. Константа диссоциации. Степень диссоциации. Гидролиз. Буферные растворы. Произведение растворимости. Электрохимические элементы. ЭДС электрохимической цепи. Двойной электрический слой. Теория конденсированного двойного слоя Гельмгольца. Теория диффузного двойного слоя Гуи-Чапмана. Адсорбционная теория Штерна. Электродный потенциал. Водородная шкала потенциалов. Формула Нернста. Стандартный электродный потенциал. Классификация электродов. Электроды первого Электроды второго рода. Электроды сравнения. Газовые электроды. Амальгамные электроды. Окислительно-восстановительные электроды. Хингидронный электрод Классификация электрохимических цепей. Физические цепи. Концентрационные цепи. Химические цепи. Аккумуляторы. Электролиз. Токи обмена. Поляризация электрода, перенапряжение. Концентрационная и электрохимическая поляризация. Напряжение разложения. Перенапряжение выделения водорода. Уравнение Тафеля. Теории водородного перенапряжения Электроосаждение металлов. Анодное растворение и пассивность металлов. Коррозия металлов и борьба с ней.

Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций

Экзамен проходит в устной форме по вопросам, приведенным выше. В экзаменационный билет включено три теоретических вопроса, соответствующие содержанию формируемых компетенций. Экзамен проводится в устной форме. На подготовку к ответу студенту отводится 60 минут. Вопросы в билете равноценны, за ответы на вопросы студент может получить максимально 100 баллов. Перевод баллов в оценку: 85-100 баллов – «отлично», 70-84 балла – «хорошо», 50-69 баллов – «удовлетворительно», 0-49 баллов – «неудовлетворительно».