Химия Шпоры. 1. Сформулируйте определения понятий химический элемент, атом, молекула, ион, вещество. Хим элемент

• Название: 1. Сформулируйте определения понятий химический элемент, атом, молекула, ион, вещество. Хим элемент
• Анкор: Химия Шпоры.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 302 Kb.
• Имя файла: Химия Шпоры.doc
• Тип: Документы; #4688
• Категория: Химия
• страница: 1 из 3

1.Сформулируйте определения понятий: химический элемент, атом, молекула, ион, вещество.

Хим элемент – это вид атома с опр-ным зарядом ядра. Атом – мельчайшая хим-ки неделимая электронейтральная частица вещества. Молекула – мельчайшая электронейтральная частица вещества, кот обуславливает хим и физ свойства этого вещ-ва.

Ион – мельчайшая заряженная частица вещества (электролита), которая обуславливает хим и физ свойства этого вещ-ва. Вещество - вид материи, обладающее массой покоя и состоящий главным образом из элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов). Любое в-во состоит из структурных единиц – атомов, молекул, ионов.

2.Сколько химических элементов известно в настоящее время? В чём заключаются различия между химическим элементом и простым веществом?

В наст время известно 110 видов атомов. Об атомах одного вида говорят, что они являются атомами одного хим элемента. Т.е. хим эл-т – то же самое, что вид атома.

Если молекулы состоят из атомов только одного вида, то вещество называют простым.

3.Чем отличаются вещества молекулярного строения от веществ немолекулярного строения? Какие физические свойства присущи тем и другим веществам?

Среди органических веществ преобладают молекулярные вещества, среди неорганических - немолекулярные.
Молекулярные вещества состоят из молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными связями, к ним относятся: H₂, O₂, N₂, Cl₂, Br₂, S₈, P₄ и другие простые вещества; CO₂, SO₂, N₂O₅, H₂O, HCl, HF, NH₃, CH₄, C₂H₅OH, органические полимеры и многие другие вещества. Эти вещества не обладают высокой прочностью, имеют низкие температуры плавления и кипения, не проводят электрический ток, некоторые из них растворимы в воде или других растворителях.
Немолекулярные вещества с ковалентными связями или атомные вещества (алмаз, графит, Si, SiO₂, SiC и другие) образуют очень прочные кристаллы (исключение - слоистый графит), они нерастворимы в воде и других растворителях, имеют высокие температуры плавления и кипения, большинство из них не проводит электрический ток (кроме графита, обладающего электропроводностью, и полупроводников - кремния, германия и пр.)
Все ионные вещества, естественно, являются немолекулярными. Это твердые тугоплавкие вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Многие из них растворимы в воде. Следует отметить, что в ионных веществах, кристаллы которых состоят из сложных ионов, есть и ковалентные связи, например: (Na⁺)₂(SO₄^2-), (K⁺)₃(PO₄^3-), (NH₄⁺)(NO^3-) и т. д.

4.Чем определяется химическое количество вещества? Сформулируйте определение понятия моль. Каков физический смысл постоянной Авогадро и чему равно ее значение?

Количество вещества п - физическая величина, определяе­мая числом элементарных объектов (структурных единиц), из которых это вещество состоит. Под элементарными объектами понимают атомы, молекулы, ионы, электроны, любые условные части или фрагменты молекулы. За единицу количества вещества принят моль, определяе­мый как количество вещества системы, содержащей столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг уг­лерода ¹²С. Эта величина является фундаментальной физической константой, называется постоянной Авогадро и обозначается N_A:= 6,02*10²³ моль^-1




5.Сформулируйте закон Авогадро. К веществам в каком агрегатном состоянии он применим и почему?

Закон Авогадро: при постоянном давлении и температуре в равных объемах газов содержится одинаковое число молекул.

Изобрано-изотермический процесс
6.Сформулируйте основные следствия из закона Авогадро. Какие условия считаются нормальными и чему равен молярный объем газа при этих условиях.

Следствие из закона Авогадро: один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объём. В частности, при нормальных условиях, т.е. при 0° С (273К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа, равен 22,4 л. Этот объём называют молярным объёмом газа Vm.
7.Что характеризует относительная плотность одного газа по другому газу? Как рассчитывается плотность газа и каков ее физический смысл?

Отношение масс равных объемов двух газов при одинаковых условиях называется плотностью одного газа по другому, т. е.



8.Сформулируйте законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, запишите их математические выражения.

Закон Бойля-Мариотта отражает взаимосвязь между дав­лением р и объемом V определенного количества газа при по­стоянной температуре: при постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объему газа: pV = const. Другими словами, при переходе газа из состояния с пара­метрами р₁ и V₁ в состояние с параметрами р₂ и У₂ (при Т, п = const) выполняется условие: p₁V₁=p₂V₂.

Этим соотношением пользуются при расчетах.

Закон Гей-Люссака связывает объем газа V с его температу­рой Т (при р = const): при постоянном давлении объем газа изме­няется прямо пропорционально абсолютной температуре:

При расчетах обычно используется соотношение

9.Сформулируйте объединённый газовый закон и запишите его математическое выражение. В каких расчетах он используется?

На осн-ии з-нов Бойля-Мариотта,Гей-Люссака и Авогадро выводится объед-ый газ з-н:

= const. Для расчетов используется соотношение: . Физ смысл закона в следующем: изменение любого из параметров р, V, Т при переходе из состояния 1 в состояние 2 ведет к изменению других параметров, но соотношение - величина постоянная. Видно, что при Т = const (T₁ = T₂) мы полу­чаем закон Бойля-Мариотта (p₁V₁ = p₂V₂), а при р = const (p₁ =р₂) - закон Гей-Люссака-Шарля , т. е. эти законы являются частным случаем объединенного газового закона. Объед-ный з-н используется для расчета параметров газа при переходе из одного состояния в другое и, чаще всего, одно из этих состояний соответствует норм-ным условиям. За норм-ные усл-я приняты давление 101325 Па (1 атм) и тем­пература 273,15 К (0 °С). Для расчетов обычно используют при­ближенные значения: 1 • 10^s Па и 273 К.

10.Запишите уравнение Клайперона-Менделеева. Каков физический смысл универсальной газовой постоянной? Какие значения она может принимать и от чего зависит ее величина?

Объединенный газовый закон справедлив для любого коли­чества газа. Для идеального газа количеством 1 моль отношение обозначается R. Эта величина является фундаментальной физической константой и называется универсальной (молярной) газовой постоянной. Для 1 моль газа pV_m = RT, а для п молей pV= nRT. С учетом п полученное уравнение примет вид

pV = RT.

Последнее ур-ие известно как уравнение Менделеева-Клапейрона и наиболее часто исп-ся при расчетах. Оно устанавливает связь между давлением, объемом, температурой и количеством вещества. Ур-е Менделеева-Клапейрона спра­ведливо для идеального газа, но позволяет производить расчеты параметров реальных газов при физ условиях, прибли­жающихся к норм-ным, или точнее при не слишком больших давлениях и не слишком низких температурах.

R=8,32*Па*м³/моль*К

11.Какое давление называется парциальным давлением газа? Как оно связано с общим давлением газовой смеси? Сформулируйте закон парциальных давлений газов.

Парциа́льное давление (лат. partialis — частичный, от лат. pars — часть) — давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре. При этом пользуются также законом парциальных давлений: общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений отдельных газов, составляющих данную смесь, то естьРобщ = Р1 + Р2 + .. + Рп

Из формулировки закона следует, что парциальное давление представляет собой частичное давление, создаваемое отдельным газом. И действительно, парциальное давление - это такое давление, которое бы создавал данный газ, если бы он один занимал весь объем.

12.Дайте определение понятиям: система, фаза, среда, макро- и микросостояние.

Системой называется совокупность находящихся во взаимодей­ствии веществ, обособленная от окружающей среды. Различают гомогенные и гетерогенные системы.

Систему называют термодинамической, если между телами, ее составляющими, может происходить обмен теплотой, вещест­вом и если система полностью описывается термодинамически­ми понятиями.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы открытые, закрытые и изолиро­ванные.

Каждое состояние системы характеризуется определенным набором значений термодинамических параметров (параметров состояния, функций состояния).

13.Назовите основные термодинамические величины, характеризующие состояние системы. Рассмотрите смысл понятий "внутренняя энергия системы и энтальпия".

Осн параметрами состояния системы явл такие пара­метры, кот можно непосредственно измерить (температура, давление, плотность, масса и т. д.).

Параметры состояния, которые не поддаются непосредст­венному измерению и зависят от основных параметров, называ­ются функциями состояния (внутренняя энергия, энтропия, эн­тальпия, термодинамические потенциалы).

В ходе химической реакции (переходе системы из одного
состояния в другое) изменяется внутренняя энергия системы U:

U = U₂-U₁, где U₂ и U₁ - внутренняя энергия системы в конечном и на­чальном состояниях.

Значение U положительно (U> 0), если внутренняя энер­гия системы возрастает.

Энтальпия системы и ее изменение.

Работу А можно разделить на работу расширения A = pV (p = const)

и другие виды работ А' (полезная работа), кроме работы расши­рения: A = A' + pV,

где р - внешнее давление; V- изменение объема (V= V₂ - V\); V₂ - объем продуктов реакции; V₁ - объем исходных веществ.

Соответственно уравнение (2.2) при постоянном давлении запишется в виде: Q_p = U + A' + pV.

Если на систему не действуют никакие другие силы, кроме постоянного давления, т. е. при протекании хим про­цесса единственным видом работы является работа расширения, тоА' = 0.

В этом случае уравнение (2.2) запишется так: Q_p = U + pV.

Подставив U= U₂ – U₁, получим: Q_P=U₂ -U₁₊ pV₂ + pV₁=(U₂ +pV₂)-(U₁ + pV₁). Характеристическая функцияU + pV = Hназывается энтальпией системы. Это одна из термодинамических функций, характеризующих систему, находящуюся при постоян­ном давлении. Подставив уравнение (2.8) в (2.7), получим: Q_p = H₂-H₁=_rH.

14.Сформулируйте закон Гесса. Какая связь между тепловым эффектом (энтальпией) и реакции и энтальпиями образования исходных веществ и продуктов реакции?

Закон Гесса: тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении и (или) объеме, зависит от природы и со­стояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зави­сит от пути реакции.Закон Гесса лежит в основе термохимических расчетов. Про­иллюстрируем закон Гесса на примере реакции сгорания метана:

СH₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О (г), _rH⁰ =-802,34 кДж.

Эту же реакцию можно провести через стадию образова­ния СО:

СН₄+ 3/2О₂ = СО + 2Н₂О (г),А,}?₂ = -519,33 кДж,

СО + 1/2 О₂ = СО₂, Д_ГД°₃ = -283,01 кДж,

_rH⁰₁ = _rH⁰ ₂+ _rH⁰ з = (-519,33) кДж + (-283,01) кДж = -802,34 кДж.

Следствие из закона Гесса: энтальпия химических реакций равна сумме энтальпий образования продуктов реакций за вы­четом суммы энтальпий образования исходных веществ с уче­том их стехиометрических коэффициентов.

В результате протекания реакции bВ + dD=lL + mM ее тепловой эффект рассчитывается по формуле:

_rH°₁ = l_fH°_L + m_fH°_M - d_fH°_D -b_fH°_B.

Стехиометрические коэффициенты в уравнениях реакций показывают, в каких количественных соотношениях находятся реагенты и продукты реакции на микро- и макроуровнях: на микроуровне соотношения между молекулами веществ, на мак­роуровне - между химическими количествами веществ.

15.Дайте объяснение понятия "энтропия".

Мерой неупорядоченного состояния системы служит термо­динамическая функция, получившая название энтропии. Состояние системы можно характеризовать микросостоя­ниями составляющих ее частиц, т. е. их мгновенными координа­тами и скоростями различных видов движения в различных на­правлениях. Число микросостояний системы называется термо­динамической вероятностью системы W. Так как число частиц в системе огромно (например, в 1 моль имеется 6,02-10²³ частиц), то термодинамическая вероятность системы выражается огром­ными числами. Поэтому пользуются логарифмом термодинами­ческой вероятности lnW. Величина, равная klnW = S, где к- по­стоянная Больцмана, а S - энтропия системы. Энтропия, отне­сенная к одному молю вещества, имеет единицу величины Дж/(мольК). Энтропия вещества в стандартном состоянии назы­вается стандартной энтропией вещества S°. Изменение энтропии системы в результате протекания хи­мической реакции (_rS°) (энтропия реакции) равно сумме энтро­пии продуктов реакции за вычетом суммы энтропии исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. В резуль­тате протекания химической реакции (2.13) происходит измене­ние энтропии системы (энтропия реакции). _rS° = lS⁰_L+mS⁰_M-dS⁰_D-bS⁰_B

16.Дайте определение понятия "энергия Гиббса". Каково соотношение между величиной изменения энергии Гиббса и величинами изменения энтальпии и энтропии системы?

Энергия Гиббса является функцией состояния. При переходе системы из одного состояния в другое изменение ее величины не зависит от пути проте­кания процесса, а лишь от природы исходных и конечных ве­ществ и их состояний. Поэтому энергию Гиббса химической ре­акции _rG° можно рассчитать через стандартные энергии Гиббса образования веществ, используя следствие из закона Гесса. Энергия Гиббса реакции равна сумме энергий Гиббса образова­ния продуктов за вычетом энергий Гиббса образования исход­ных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов. В результате протекания химической реакции (2.13) энергия Гиббса рассчитывается по формуле

_rG° = l_fG°_L + m_fG°_M - d_fG°_D - b_fG°_B (2.16)

Энтальпийный и энтропийный факторы - стремление к объединению, порядку и стремление к разъединению, беспоряд­ку, взятые по отдельности, - не могут быть критериями само­произвольного течения химических реакций. Для изобарно-изотермических процессов разность между этими значения и дает ту энергию, которая идет на совершение полезной работы при переходе системы из одного состояния в другое, называемую энергией Гиббса процесса (_rG°) и равную

_rG° =_rH° -T_rS° (2.17)

Энергия Гиббса служит критерием самопроизвольного про­текания химической реакции в изобарно-изотермических про­цессах:

- если энергия Гиббса уменьшается, т. е _rG° < 0, то реакция принципиально возможна;

- если энергия Гиббса систем возрастает, т. е. _rG° > 0, то реакция не может протекать самопроизвольно;

- если _rG° = 0, то реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлениях, т. е. обратима, в системе уста­навливается равновесие.

Направление химических реакций зависит oi их характера. Для экзотермических реакций (_rH° < 0) условие (2.17) соблюда­ется при любой температуре, если в ходе нее возрастает количе­ство газообразных веществ и энтропия возрастает (_rS⁰ > 0). В данных реакциях обе движущие силы (_rH°) и (T_rS⁰) направле­ны в сторону протекания прямого процесса и _rG° < 0 при лю­бых температурах. Такие реакции могут самопроизвольно идти только в прямом направлении, т. е. являются необратимыми.