Вопросы и примеры задач для подготовки к экзамену по курсу

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО КУРСУ
ОБЩЕЙ ХИМИИ для ФФКЭ и 037 ГР.
Основы химической термодинамики
1.
Термодинамическая система, параметры и функции состояния
(энтальпия, энтропия, энергия Гиббса) Вероятность протекания
химических реакций с учетом термодинамических функций.
2.
Энергетические
эффекты
химических
реакций.
Эндотермические и экзотермические процессы.
3.
Закон Гесса и его следствия. Стандартные энтальпии
образования и сгорания химических соединений и их использование
для расчета стандартных энтальпий химических реакций.
4.
I-й и II-й закон термодинамики. Понятие об энтропии, роль
энтропийного фактора в гетерогенных реакциях. Особенности
определения вероятности протекания реакций в твердой фазе.
5.
Направление протекания химических реакций. Энергия Гиббса.
Изотерма Вант - Гоффа.
Основы химической кинетики
6
Скорость химических реакций и ее зависимость от
концентраций реагирующих веществ в гомогенных и гетерогенных
системах. Особенности кинетики для газофазных и твердофазных
систем. Порядок реакции, закон действующих масс.
7
Влияние температуры на скорость химических реакций.
Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Понятие энергии
активации (энергетические диаграммы). Катализ.
8
Константа скорости химической реакции. Определение
константы скорости и порядка реакции из кинетического уравнения V
= KCn.
9
Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие и
его константа. Связь константы равновесия и G0. Факторы,
влияющие на сдвиг химического равновесия. Принцип Ле- Шателье.
10
Диффузионный и кинетический механизмы протекания
химических превращений.
11
Особенности кинетики для газофазных и твердофазных
систем.
12
Роль фотонов и плазмы в кинетике химических
взаимодействий. Анизотропия травления. Примеры создания
микромеханических структур с помощью анизотропного травления.
Растворы, дисперсные системы
13
Способы выражения концентрации растворов. Растворимость.
14
Идеальные растворы, осмотическое давление, закон Вант Гоффа. Давление пара растворителя над раствором. Кипение и
замерзание растворов. Законы Рауля.
15
Слабые электролиты. Степень диссоциации электролита.
Константа диссоциации, От чего зависят степень и константа
диссоциации слабого электролита. Связь константы диссоциации со
степенью
диссоциации
(закон
разбавления
Оствальда).
Изотонический коэффициент.
16
Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный
показатели pH и pOH. Понятие об индикаторах рН. Определить pH
0.1 М раствора HCL (γ = 0.80) и 0.1 М раствора CH3COOH (К =
1.8۰10-5).
17
Реальные растворы. Ионная сила. Активность, Коэффициент
активности.
18
Диссоциация сильных и слабых электролитов. Ступенчатая
диссоциация многоосновных кислот и оснований. Привести примеры.
19
Произведение растворимости. Для каких веществ применяется
это понятие? Катионы какого металла (Cd2+, Fe2+, Cu2+) наилучшим
образом уменьшат концентрацию сероводорода в воде, если ПРCuS =
7.9۰10-27, ПРFeS = 5۰10-18, ПРCdS = 6.3۰10-36?
Химия и электрический ток
20
Окислительно-восстановительные
реакции.
Привести
примеры основных окислителей и восстановителей. Методы
электронного
баланса
и
полуреакций
для
определения
коэффициентов.
21
Основные понятия электрохимии, Электродный потенциал.
Водородный
электрод,
Таблица
стандартных
электродных
потенциалов и пользование ею.
22
Уравнение Нернста для отдельного электрода в нестандартных
условиях. Ряд напряжений металлов.
23
Типы электродов: электроды 1 и 2 рода, электроды сравнения.
24
Гальванические
элементы,
расчет
ЭДС
различных
гальванических элементов по уравнению Нернста. Вероятность
протекания химических процессов по величине ЭДС.
25
Кислотный и щелочные аккумуляторы. Их схемы написания,
характеристика. Реакции на аноде и катоде кислотного аккумулятора,
суммарная реакция. Уравнение Нернста.
Фазовые равновесия в гетерогенных системах
26
Основные понятия. Правило фаз Гиббса.
27
Физико- химический анализ двухкомпонентных систем.
Кривые охлаждения и диаграмма состояния для двухкомпонентных
систем с неограниченной растворимостью в жидком и не
растворяющихся в твердом состояниях.
28
Диаграмма
плавкости
двухкомпонентной
системы
с
неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях на
примере системы Si-Ge.
Электронное строение атома и периодическая система
элементов Д.И. Менделеева
29
Характеристика энергетического состояния электронов.
Квантовые числа. Уровни, подуровни, орбитали. Состояние
электронов в многоэлектронных атомах.
30
Правила заполнения атомных орбиталей электронами.
Принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правила Гунда,
Клечковского. Электронные формулы атомов s-,p-,d-,f-элементов.
31
Изменение радиусов атомов с ростом заряда ядра Z в периоде и
группе (главных и побочных подгруппах). Лантаноидное сжатие.
32
Энергетические характеристики атомов – энергия ионизации и
сродство к электрону. Изменение энергии ионизации и сродства к
электрону в периоде и группе и связанных с ними окислительновосстановительных свойств элементов. Электроотрицательность.
33
Периодический
закон
Д.И.
Менделеева.
Структура
периодической системы. Связь электронной структуры атома с его
химическими свойствами. Привести примеры.
34
s-, p-, d-, ,f- электронные семейства элементов, их особенности
и положение в Периодической системе .
Химическая связь и строение молекул
35
Молекула и супрамолекула. Привести примеры. Понятие и
виды химической связи. Основные характеристики химической
связи; длина, энергия, угол связи.
36
Квантово - механическая теория ковалентной связи. Метод
валентных связей (МВС). Обменный и донорно-акцепторный
механизм ковалентной связи на примере NH3, BF3, NH4+, BF4-.
Валентность с позиции МВС.
37
Специфические свойства ковалентной связи – насыщаемость и
направленность. σ- и π- связи, образование и характеристика.
38
Теория гибридизации. sp-, sp2-, sp3- гибридизация.
Пространственная конфигурация молекул.
39
Строение молекул CH4, C2H6, C2H4, C2H2, C6H6, NH3, NH4+, с
позиций метода валентных связей. Какова гибридизация
центрального атома, тип и углы связей в соединениях?
40
Полярная и неполярная химическая связь. Дипольный момент.
Полярность связи и полярность молекулы на примере NH3, NF3
41
Водородная связь, энергия этой связи. Вода, характерные
свойства воды. Понятие о деионизованной воде.
42
Химическая связь в полупроводниках Аллотропы углерода,
виды гибридизации электронов при образовании аллотропов
углерода. Применение углеродных наноматериалов.
43
Почему кристаллическая структура кремния и арсенида
галлия одинакова (тетраэдрическая). Какова валентность кремния,
галлия и мышьяка по МВС, тип химической связи.
44
Метод молекулярных орбиталей (ММO), его основные
характеристики по сравнению с МВС. Строение двухатомных
молекул, энергия и кратность связи, магнитные свойства с позиций
метода молекулярных орбиталей (ММО) на примере B2, C2, N2,
О2,CO, NO.
45
Дальнодействующие силы Ван Дер Вальса. Физические
свойства элементов инертных газов. Понятие химической и
физической адсорбции. Механизм атомарно-слоевого осаждения
химических соединений.
46
Характеристика видов химической связи по энергии.
Обзор основных свойств элементов периодической системы
Общая характеристика s- и p- элементов
47
Положение s- и p- элементов в периодической системе Д.И.
Менделеева. Общая характеристика.
48
Водород и его соединения. Классификация гидридов по типу
химической связи. Примеры ковалентных и ионных гидридов.
Водородная энергетика, топливные гальванические элементы,
проблемы хранения водорода.
49
Сравнительная характеристика окислительно-восстановительных свойств s- и p- элементов и их соединений.
50
Основные степени окисления p- элементов IIIA, IYA, YA, VIA
и VIIA групп? Оксиды и соответствующие им кислоты или
основания. Изменение химических свойств в одной подгруппе
сверху-вниз.
51
Изменение кислотных свойств с ростом ядра атома Z в главных
подгруппах
для
кислот,
содержащих
группировки
Э-Н
(бескислородные), и кислотно-основных свойств гидроксидов Э-О-Н.
52
Полупроводниковые соединения типа А3В5. Кристаллическая
структура, валентность элементов в этих соединениях. Применение
в микроэлектронике.
53
Почему для элементов-полупроводников 4-ой группы C  Si
Ge Sn ширина запрещенной зоны уменьшается с 5,4 до 0,1 эВ
54
Приведите примеры примесей в виде химических элементов 3ей и 5-ой групп Периодической системы для получения кремния с
электронной и дырочной типами проводимости.
55
Элементарные полупроводники. Кремний. Нахождение в
природе. Физические и химические свойства. Взаимодействие с
кислотами и щелочами. Получение кремния полупроводниковой
чистоты. Очистка зонной плавкой., явление сегрерации (роль
энтропийного фактора). Особенности травления полупроводников и
металлов. Роль плавиковой, азотной, уксусной кислот и брома при
жидкостном травлении кремнии. Реакции кремния с их участием.
Роль электронов и дырок при жидкостном травлении кремния.
56
Благородные газы и их соединения, соединения включения и
соединения валентного типа.
57
Почему методом валентных связей нельзя объяснить
образование фторидов ксенона? Реакции диспропорционирования
XeF2, XeF4.
Общая характеристика d-элементов
58
Положение в Периодической системе Д.И. Менделеева,
Физические и химические свойства. Отношение к кислотам,
щелочам.
59
Изменение кислотно- основных свойств гидроксидов
(группировка Э-О-Н) d-элементов в периоде и группе. Гидриды и
оксиды.
60
Комплексные соединения, их диссоциация в водных растворах,
устойчивость комплексных соединений. Константа нестойкости.
Классификация и номенклатура комплексных соединений.
61
Химическая связь в комплексных ионах [Cr(H2O)6]3+ и
[Fe(CN)6]4- с позиций метода валентных связей (МВС) и теории
кристаллического поля (ТКП).
62
С позиций теории кристаллического поля (ТКП) и величины
электронной стабилизации кристаллическим полем (ЭСКП)
объясните, почему ВС гексааквакомплекс Cr(II) легко окисляется, а
низкоспиновый комплексный ион Fe(II) → [Fe(CN)6]4- устойчив.
63
Магнитные и оптические свойства комплексных соединений.
64
Описание химической связи в октаэдрическом комплексе
[TiF6]3- с позиций метода валентных связей (МВС) и теории
кристаллического поля (ТКП).
f-элементы
65
Положение f-элементов в периодической системе. Электронное
строение f-элементов на приеме лантаноидов. Валентные электроны
и валентные орбитали f-элементов. Характерные и аномальные
степени окисления.
66
Изменение кислотно-основных свойств в периоде.
67
Возможные степени окисления элементов 58Ce и 63Eu и
сравнительная характеристика их окислительно - восстановительных
и кислотно-основных свойств в этих степенях окисления.
68
Сходство и различие лантаноидов и актиноидов.
ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ (для ФФКЭ)
1. Вычислить РН раствора 0,1н уксусной кислоты, содержащего,
кроме того, 0,1 моль/л CH3COONa. Коэффициенты активности
считать равными единице.
2. В 500 мл воды растворяется 0,0165 г Ag2CrO4 . Чему равно
произведение растворимости этой соли?
3. Осмотическое давление раствора, в 250 мл которого содержится
0,66 г мочевины, равно 111,1 кПа при 33 0С. Вычислите
молекулярную массу мочевины.
4. Указать, какие из реакций образования оксидов азота и при каких
температурах (высоких или низких) могут протекать
самопроизвольно:
а) N2 (газ) + 2О2(газ) = 2NO2(газ) Н0 > 0,
б) 2NO(газ) + О2(газ) = 2NO2 (газ) Н0 < 0,
в) ) N2 (газ) + О2(газ) = 2NO(газ)
Н0 > 0.
5. Энтальпия реакции плазмохимического травления Si: Si + 4F =
SiF4 равна 1550 кДж/моль. С какой скоростью выделяется тепло
при травлении со скоростью 1 мкм/мин.кремневой пластины
диаметром 100мм и толщиной 0.25 мм. Пластина
теплоизолирована. На сколько градусов повышается температура
пластины в результате стравливания слоя
толщиной 5
3,
мкм.(плотность Si-2.3 г/см уд теплоемкость Si-0.74 Дж/град г.
6. Какие процессы происходят на электродах гальванического
элемента
Zn | Zn2+ (C1)|| Zn2+ (C2) | Zn, причем C1 < С2 ? В каком
направлении перемещаются электроны во внешней цепи.
7. В какую сторону пойдет реакция в химическом источнике тока
(-) Pt|Fe3+, Fe2+||Ag+|Ag (+), если Е0Fe3+/Fe2+ = 0,77 B, Е0Ag+/Ag = 0,80
B, aFe3+ = aFe2+ = 1 моль/л, aAg+ = 1·10-4 моль/л?
8. Скорость окисления Si в сухом кислороде V1 = 2 нм/мин при Т1 =
8000С, а при Т2 = 10000С – V2 = 3 нм/мин. Определить
эффективную энергию активации процесса и назвать механизм
реакции (кинетический или диффузионный).
9.Реакция между веществами А и В выражается уравнением: А +2В =
С. Начальные концентрации А и В соответственно равны 0,3 и 0,5
моль/л. Константа скорости равна 0,4 л2/ (моль2.сек). Вычислите
скорость реакции в начальный момент и в тот момент, когда
концентрация вещества А уменьшится на 0,1 моль/л..
10. Какая гибридизация при образовании химической связи у
молекул: BeCl2,
BCl3, SiF4, H2S, [PF6]- и какая геометрическая структура?
11.Используя теорию кристаллического поля (ТКП), обоснуйте,
возможна ли реакция
2[Fe(CN)6]3 + H2S  2[Fe(CN)6]4 + S + 2H+
H.C.
H.C.
12. Объяснить, почему соединения золота (1) не окрашены, а
соединения золота (3) – окрашены.
13. Учитывая электронную структуру элементов 4А подгруппы
объяснить, почему они являются полупроводниками и почему
сверху вниз в подгруппе у них уменьшается ширина запрещенной
зоны?
14. Закончите реакции:
Si + HNO3 →
Si + KOH →