ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ХИМИИ для ФФКЭ и 037 ГР.
Основы химической термодинамики
Термодинамическая система, параметры и функции состояния (энтальпия, энтропия, энергия Гиббса) Вероятность протекания химических реакций с учетом термодинамических функций.
Энергетические эффекты химических реакций. Эндотермические и экзотермические процессы.
Закон Гесса и его следствия. Стандартные энтальпии образования и сгорания химических соединений и их использование для расчета стандартных энтальпий химических реакций.
I-й и II-й закон термодинамики. Понятие об энтропии, роль энтропийного фактора в гетерогенных реакциях. Особенности определения вероятности протекания реакций в твердой фазе.
Направление протекания химических реакций. Энергия Гиббса. Изотерма Вант - Гоффа.
Основы химической кинетики
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.
Влияние температуры на скорость химических реакций. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Понятие энергии активации (энергетические диаграммы). Катализ.
Константа скорости химической реакции. Определение константы скорости и порядка реакции из кинетического уравнения V = KCn.
Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие и его константа. Связь константы равновесия и G0. Факторы, влияющие на сдвиг химического равновесия. Принцип Ле- Шателье.
Диффузионный и кинетический механизмы протекания химических превращений.
Особенности кинетики для газофазных и твердофазных систем.
Роль фотонов и плазмы в кинетике химических взаимодействий. Анизотропия травления. Примеры создания микромеханических структур с помощью анизотропного травления.
Растворы, дисперсные системы
Способы выражения концентрации растворов. Растворимость.
Идеальные растворы, осмотическое давление, закон Вант - Гоффа. Давление пара растворителя над раствором. Кипение и замерзание растворов. Законы Рауля.
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.
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).
Реальные растворы. Ионная сила. Активность, Коэффициент активности.
Диссоциация сильных и слабых электролитов. Ступенчатая диссоциация многоосновных кислот и оснований. Привести примеры.
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
Окислительно-восстановительные реакции. Привести примеры основных окислителей и восстановителей. Методы электронного баланса и полуреакций для определения коэффициентов.
Основные понятия электрохимии, Электродный потенциал. Водородный электрод, Таблица стандартных электродных потенциалов и пользование ею.
Уравнение Нернста для отдельного электрода в нестандартных условиях. Ряд напряжений металлов.
Типы электродов: электроды 1 и 2 рода, электроды сравнения.
Гальванические элементы, расчет ЭДС различных гальванических элементов по уравнению Нернста. Вероятность протекания химических процессов по величине ЭДС.
Кислотный и щелочные аккумуляторы. Их схемы написания, характеристика. Реакции на аноде и катоде кислотного аккумулятора, суммарная реакция. Уравнение Нернста.
Фазовые равновесия в гетерогенных системах
Основные понятия. Правило фаз Гиббса.
Физико- химический анализ двухкомпонентных систем. Кривые охлаждения и диаграмма состояния для двухкомпонентных систем с неограниченной растворимостью в жидком и не растворяющихся в твердом состояниях.
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
Характеристика энергетического состояния электронов. Квантовые числа. Уровни, подуровни, орбитали. Состояние электронов в многоэлектронных атомах.
Правила заполнения атомных орбиталей электронами. Принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правила Гунда, Клечковского. Электронные формулы атомов s-,p-,d-,f-элементов.
Изменение радиусов атомов с ростом заряда ядра Z в периоде и группе (главных и побочных подгруппах). Лантаноидное сжатие.
Энергетические характеристики атомов – энергия ионизации и сродство к электрону. Изменение энергии ионизации и сродства к электрону в периоде и группе и связанных с ними окислительно-восстановительных свойств элементов. Электроотрицательность.
Периодический закон Д.И. Менделеева. Структура периодической системы. Связь электронной структуры атома с его химическими свойствами. Привести примеры.
s-, p-, d-, ,f- электронные семейства элементов, их особенности и положение в Периодической системе .
Химическая связь и строение молекул
Молекула и супрамолекула. Привести примеры. Понятие и виды химической связи. Основные характеристики химической связи; длина, энергия, угол связи.
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.
Специфические свойства ковалентной связи – насыщаемость и направленность. σ- и π- связи, образование и характеристика.
Теория гибридизации. sp-, sp2-, sp3- гибридизация. Пространственная конфигурация молекул.
Строение молекул CH4, C2H6, C2H4, C2H2, C6H6, NH3, NH4+, с позиций метода валентных связей. Какова гибридизация центрального атома, тип и углы связей в соединениях?
Полярная и неполярная химическая связь. Дипольный момент. Полярность связи и полярность молекулы на примере NH3, NF3
Водородная связь, энергия этой связи. Вода, характерные свойства воды. Понятие о деионизованной воде.
Химическая связь в полупроводниках Аллотропы углерода, виды гибридизации электронов при образовании аллотропов углерода. Применение углеродных наноматериалов.
Почему кристаллическая структура кремния и арсенида галлия одинакова (тетраэдрическая). Какова валентность кремния, галлия и мышьяка по МВС, тип химической связи.
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.
Дальнодействующие силы Ван Дер Вальса. Физические свойства элементов инертных газов. Понятие химической и физической адсорбции. Механизм атомарно-слоевого осаждения химических соединений.
Характеристика видов химической связи по энергии.
Обзор основных свойств элементов периодической системы
Общая характеристика s- и p- элементов
Положение s- и p- элементов в периодической системе Д.И. Менделеева. Общая характеристика.
Водород и его соединения. Классификация гидридов по типу химической связи. Примеры ковалентных и ионных гидридов. Водородная энергетика, топливные гальванические элементы, проблемы хранения водорода.
Сравнительная характеристика окислительно-восстановитель-ных свойств s- и p- элементов и их соединений.
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.
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.
Полупроводниковые соединения типа А3В5. Кристаллическая структура, валентность элементов в этих соединениях. Применение в микроэлектронике.
Почему для элементов-полупроводников 4-ой группы C Si Ge Sn ширина запрещенной зоны уменьшается с 5,4 до 0,1 эВ
Приведите примеры примесей в виде химических элементов 3-ей и 5-ой групп Периодической системы для получения кремния с электронной и дырочной типами проводимости.
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.
Благородные газы и их соединения, соединения включения и соединения валентного типа.
Почему методом валентных связей нельзя объяснить образование фторидов ксенона? Реакции диспропорционирования XeF2, XeF4.
Общая характеристика d-элементов
Положение в Периодической системе Д.И. Менделеева, Физические и химические свойства. Отношение к кислотам, щелочам.
Изменение кислотно- основных свойств гидроксидов (группировка Э-О-Н) d-элементов в периоде и группе. Гидриды и оксиды.
Комплексные соединения, их диссоциация в водных растворах, устойчивость комплексных соединений. Константа нестойкости. Классификация и номенклатура комплексных соединений.
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).
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.
Магнитные и оптические свойства комплексных соединений.
Описание химической связи в октаэдрическом комплексе [TiF6]3- с позиций метода валентных связей (МВС) и теории кристаллического поля (ТКП).
f-элементы
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.
Изменение кислотно-основных свойств в периоде.
Возможные степени окисления элементов 58Ce и 63Eu и сравнительная характеристика их окислительно - восстановительных и кислотно-основных свойств в этих степенях окисления.
Сходство и различие лантаноидов и актиноидов.
ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ (для ФФКЭ)
Вычислить РН раствора 0,1н уксусной кислоты, содержащего, кроме того, 0,1 моль/л CH3COONa. Коэффициенты активности считать равными единице.
В 500 мл воды растворяется 0,0165 г Ag2CrO4 . Чему равно произведение растворимости этой соли?
Осмотическое давление раствора, в 250 мл которого содержится 0,66 г мочевины, равно 111,1 кПа при 33 0С. Вычислите молекулярную массу мочевины.
Указать, какие из реакций образования оксидов азота и при каких температурах (высоких или низких) могут протекать самопроизвольно:
а) N2 (газ) + 2О2(газ) = 2NO2(газ) DН0 > 0,
б) 2NO(газ) + О2(газ) = 2NO2 (газ) DН0 < 0,
в) ) N2 (газ) + О2(газ) = 2NO(газ) DН0 > 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 мкм.(плотность Si-2.3 г/см3, 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 → |
