Влияние температуры на тепловой эффект химической реакции. <...> Энтропия как критерий самопроизвольности и равновесия процесса в изолированной системе . <...> Энергия Гельмгольца и Гиббса как критерий самопроизвольности процессов и равновесия . <...> Равновесие чистого вещества в двух фазах однокомпонентной системы. <...> Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса . <...> Теория активированного комплекса (переходного состояния, или абсолютных скоростей реакций) . <...> Влияние среды на скорость гомолитических реакций . <...> Закон Бойля – Мариотта Количественное соотношение между объемом и давлением газа впервые установил Роберт Бойль в 1662 г. (Э. <...> Однако обычно закон Бойля – Мариотта записывают в виде: р1·V1 = p2·V2. <...> Идеальный газ – газ, который при любых температурах и давлениях полностью подчиняется уравнению состояния идеального газа (простым газовым законам). <...> Реальные газы хорошо подчиняются уравнению состояния идеального газа при низких давлениях (p → 0) и высоких температурах. <...> Идеальный газ обладает следующими свойствами: объем молекул газа бесконечно мал; молекулы между собой не взаимодействуют (при столкновении ведут себя как упругие шары). <...> Закон Дальтона (закон аддитивности парциальных давлений): общее давление газовой смеси равняется сумме парциальных давлений компонентов газовой смеси: робщ. = рA + рB + рC +… <...> 18 общ PnRT. i V Следствие из закона Дальтона: парциальное давление компонента газовой смеси равно произведению мольной доли этого компонента на общее давление газовой смеси. <...> Реальные газы Реальные газы не подчиняются строго уравнению состояния идеального газа. <...> Закон Бойля – Мариотта А Б Графические формы представления: В V. <...> Она позволяет, не прибегая к опыту, решать следующие задачи: 1) определить условия, при которых данный процесс становится возможным; 2) выяснить, каким путем можно устранить или вообще избежать протекания побочных процессов; 3) найти оптимальные условия (температуру <...>
Курс_физической_химии_учебное_пособие.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
В. Н. Казин
Е. М. Плисс
А. И. Русаков
КУРС ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Учебное пособие
Допущено
Учебно-методическим Советом по биологии
Учебно-методического объединения
по классическому университетскому образованию
в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся
по направлению 020200 «Биология», специальности 020201
«Биология» и другим биологическим специальностям
Ярославль 2011
Стр.1
УДК 544
ББК Г 5я73+Г 6я73
К 14
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2009/2010 учебного года
Рецензенты:
О. Т. Касаикина, доктор химических наук, профессор
Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова;
кафедра физической и коллоидной химии Ивановского
государственного химико-технологического университета
К 14
Казин, В. Н. Курс физической химии: учебное пособие / В. Н. Казин,
Е. М. Плисс, А. И. Русаков; Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. –
Ярославль : ЯрГУ, 2011. – 236 с.
ISBN 978-5-8397-0787-0
В учебном пособии изложены основные разделы физической
химии: газовые законы, химическая термодинамика, химическое и
фазовое равновесие, растворы, электрохимия, химическая кинетика
и катализ. Материал иллюстрируется справочными данными,
графиками и примерами. Показана тесная связь физической химии
с другими дисциплинами, изучаемыми студентами биологических
специальностей.
В конце каждого раздела приведены примеры решения задач и
варианты задач для самостоятельной работы, контрольно-тестовые
задания, даны контрольные вопросы для собеседования.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям
020201.65 Биология, 020801.65 Экология и направлению 020800.62
Экология и природопользование (дисциплина «Физическая химия»,
блок ЕН), очной и заочной формы обучения.
УДК 544
ББК Г 5я73+Г 6я73
ISBN 978-5-8397-9787-0
2
Ярославский
государственный университет
им. П. Г. Демидова, 2011
Стр.2
Оглавление
Предисловие ............................................................................................. 9
1. Газы ...................................................................................................... 11
1.1. Общие понятия об агрегатных состояниях вещества .............. 11
1.2. Газовые законы ................................................................................ 12
1.3. Газовые смеси. Законы для идеальных
газовых смесей .................................................................................. 17
1.4. Реальные газы .................................................................................. 19
Примеры решения задач ....................................................................... 20
Задачи ........................................................................................................ 21
Тестовые задания .................................................................................... 22
Вопросы для собеседования .................................................................. 25
2. Первый закон термодинамики. термохимия ............................... 26
2.1. Основные понятия и определения ................................................ 26
2.2. Первое начало термодинамики ..................................................... 28
2.2.1. Первое начало термодинамики
для круговых процессов .................................................... 28
2.2.2. Первое начало термодинамики
для некруговых процессов ................................................ 29
2.2.3. Первое начало термодинамики
для бесконечно малого изменения системы ................... 30
2.2.4. Применение первого начала термодинамики
к отдельным процессам ..................................................... 31
2.2.5. Первое начало термодинамики
и биологические процессы ................................................ 32
2.3. Работа расширения идеального газа ............................................ 34
2.4. Термохимия ....................................................................................... 35
2.4.1. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса .......................... 36
2.4.2. Стандартный тепловой эффект ........................................ 38
2.4.3. Влияние температуры на тепловой эффект
химической реакции. Уравнения Кирхгофа .................... 39
Примеры решения задач ....................................................................... 42
Задачи ........................................................................................................ 43
3
Стр.3
Тестовые задания .................................................................................... 44
Вопросы для собеседования .................................................................. 47
3. Второй закон термодинамики. Характеристические функции
и термодинамические потенциалы ................................................ 48
3.1. Равновесные и неравновесные процессы ................................... 49
3.2. Обратимые и необратимые процессы .......................................... 51
3.3. Формулировки второго начала термодинамики ....................... 51
3.4. Энтропия ............................................................................................ 53
3.4.1. Энтропия как критерий самопроизвольности
и равновесия процесса в изолированной системе ............. 55
3.5. Статическая природа второго начала термодинамики .......... 56
3.6. Характеристические функции и термодинамические
потенциалы ......................................................................................... 58
3.6.1. Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический
потенциал) ............................................................................ 59
3.6.2. Объединенное уравнение первого и второго
начала термодинамики. Максимальная
и максимальная полезная работа ........................................ 60
3.6.3. Энергия Гиббса (изобарно-изотермический
потенциал) ............................................................................ 60
3.6.4. Энергия Гельмгольца и Гиббса как критерий
самопроизвольности процессов и равновесия ................... 61
3.6.5. Способы расчета изменения энергии Гиббса .................. 64
3.7. Химическое сродство. Принцип Бертло
и его несостоятельность .................................................................. 65
3.8. Уравнение Гиббса – Гельмгольца ................................................ 66
3.9. Химический потенциал ................................................................... 67
3.10. Химическое равновесие. Константа равновесия
и способы ее выражения ............................................................... 69
3.10.1. Уравнение изотермы химической реакции ................... 70
3.10.2. Уравнение изобары и изохоры ....................................... 72
3.10.3. Равновесие в реальных системах.
Понятие о летучести и активности ..................................... 73
3.11. Второй закон термодинамики и биологические процессы .... 75
4
Стр.4
3.12. Фазовое равновесие в однокомпонентных системах .............. 77
3.12.1. Условия равновесия фаз .................................................. 78
3.12.2. Oднокомпонентные системы .......................................... 79
3.12.3. Фазовая диаграмма однокомпонентной системы ......... 80
3.12.4. Равновесие чистого вещества в двух фазах
однокомпонентной системы.
Уравнение Клапейрона – Клаузиуса .................................. 81
Примеры решения задач ....................................................................... 82
Задачи ........................................................................................................ 86
Тестовые задания .................................................................................... 89
Вопросы для собеседования .................................................................. 92
4. Растворы ............................................................................................. 93
4.1. Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля ..... 93
4.2. Реальные растворы ......................................................................... 96
4.3. Состав пара растворов. Законы Коновалова ............................. 98
4.4. Диаграмма «состав – давление пара» ........................................ 100
4.5. Диаграмма «состав – температура кипения» .......................... 101
4.6. Дистилляция и ректификация .................................................... 103
4.7. Давление насыщенного пара в системах
с ограниченной взаимной растворимостью компонентов.
Перегонка с водяным паром ........................................................ 106
4.8. Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри .................... 107
4.9. Закон распределения Нернста. Экстракция из растворов .... 109
4.10. Температура замерзания разбавленных растворов .............. 111
4.11. Температура кипения разбавленных растворов ................... 113
4.12. Криоскопия и эбулиоскопия ...................................................... 114
4.13. Осмос. Осмотическое давление ................................................. 115
4.14. Коллигативные свойства растворов ........................................ 117
Примеры решения задач ..................................................................... 118
Задачи ...................................................................................................... 119
Тестовые задания .................................................................................. 120
Вопросы для собеседования ................................................................ 123
5
Стр.5