Учебное пособие. - Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. –
Ярославль: ЯрГУ, 2011. – 236 с. ISBN 978-5-8397-9787-0
Учебное пособие для студентов специальностей "Биология", "Экология"
и направления "Экология и природопользование" (дисциплина
"Физическая химия") очной и заочной формы обучения. 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.
Оглавление
Предисловие
Газы
Общие понятия об агрегатных состояниях вещества
Газовые законы
Газовые смеси. Законы для идеальных газовых смесей
Реальные газы
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Первый закон термодинамики. термохимия
Основные понятия и определения
Первое начало термодинамики
Первое начало термодинамики для круговых процессов
Первое начало термодинамики для некруговых процессов
Первое начало термодинамики для бесконечно малого изменения системы
Применение первого начала термодинамики к отдельным процессам
Первое начало термодинамики и биологические процессы
Работа расширения идеального газа
Термохимия
Закон Гесса. Следствия из закона Гесса
Стандартный тепловой эффект
Влияние температуры на тепловой эффект химической реакции. Уравнения Кирхгофа
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Второй закон термодинамики. Характеристические функции и термодинамические потенциалы
Равновесные и неравновесные процессы
Обратимые и необратимые процессы
Формулировки второго начала термодинамики
Энтропия
Энтропия как критерий самопроизвольности и равновесия процесса в изолированной системе
Статическая природа второго начала термодинамики
Характеристические функции и термодинамические потенциалы
Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал)
Объединенное уравнение первого и второго начала термодинамики. Максимальная и максимальная полезная работа
Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал)
Энергия Гельмгольца и Гиббса как критерий самопроизвольности процессов и равновесия
Способы расчета изменения энергии Гиббса
Химическое сродство. Принцип Бертло и его несостоятельность
Уравнение Гиббса-Гельмгольца
Химический потенциал
Химическое равновесие. Константа равновесия и способы ее выражения
Уравнение изотермы химической реакции
Уравнение изобары и изохоры
Равновесие в реальных системах
Понятие о летучести и активности
Второй закон термодинамики и биологические процессы
Фазовое равновесие в однокомпонентных системах
Условия равновесия фаз
Oднокомпонентные системы
Фазовая диаграмма однокомпонентной системы
Равновесие чистого вещества в двух фазах однокомпонентной системы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Растворы
Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля
Реальные растворы
Состав пара растворов. Законы Коновалова
Диаграмма «состав – давление пара»
Диаграмма «состав – температура кипения»
Дистилляция и ректификация
Давление насыщенного пара в системах с ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Перегонка с водяным паром
Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри
Закон распределения Нернста. Экстракция из растворов
Температура замерзания разбавленных растворов
Температура кипения разбавленных растворов
Криоскопия и эбулиоскопия
Осмос. Осмотическое давление
Коллигативные свойства растворов
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Электрохимия
Растворы электролитов
Проводники электрического тока
Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса
Причины и механизм электролитической диссоциации
Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель
Буферные растворы
Растворы сильных электролитов
Понятие об активностях и коэффициентах активности в теории сильных электролитов
Ионная сила растворов
Скорость движения ионов
Числа переноса
Электропроводность растворов электролитов
Удельная электропроводность
Молярная электропроводность
Подвижность ионов. Закон Кольрауша
Вычисление степени диссоциации и константы диссоциации через электропроводность. Коэффициент электропроводности
Кондуктометрия
Кондуктометрическое титрование
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Электродные процессы и электродвижущие силы
Гальванический элемент
Возникновение скачка потенциала на границе «металл – раствор соли»
Причины возникновения диффузионного скачка потенциала
Обратимые и необратимые цепи
Связь между химической и электрической энергиями
Электродный потенциал
Классификация электродов
Водородный электрод
Электроды сравнения
Окислительно-восстановительные электроды (редокс-электроды)
Классификация гальванических элементов
Потенциометрия. Потенциометрическое титрование
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Химическая кинетика и катализ
Скорость химической реакции
Кинетическая классификация химических реакций
Формулировка закона действия масс
Реакции различных порядков
Методы определения порядка реакции
Константа скорости химической реакции
Уравнение Аррениуса. Энергия активации
Сложные реакции
Обратимые (равновесные) реакции
Параллельные реакции
Конкурирующие реакции
Последовательные реакции
Квазистационарные концентрации
Сопряженные реакции
Цепные реакции
Неразветвленные цепные реакции
Разветвленные цепные реакции
Теории химической кинетики
Теория активных соударений
Теория активированного комплекса (переходного состояния, или абсолютных скоростей реакций)
Кинетика реакций в растворах
Применение теории активированного комплекса к кинетике реакций в растворах
Влияние среды на скорость гомолитических реакций
Влияние среды на скорость гетеролитических реакций
Введение в фотохимию
Фотохимические реакции
Законы фотохимии
Основы катализа
Особенности катализаторов
Типы катализа
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Рекомендуемая литература
Учебники и учебные пособия
Адреса электронных библиотек и web-сайтов
Предисловие
Газы
Общие понятия об агрегатных состояниях вещества
Газовые законы
Газовые смеси. Законы для идеальных газовых смесей
Реальные газы
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Первый закон термодинамики. термохимия
Основные понятия и определения
Первое начало термодинамики
Первое начало термодинамики для круговых процессов
Первое начало термодинамики для некруговых процессов
Первое начало термодинамики для бесконечно малого изменения системы
Применение первого начала термодинамики к отдельным процессам
Первое начало термодинамики и биологические процессы
Работа расширения идеального газа
Термохимия
Закон Гесса. Следствия из закона Гесса
Стандартный тепловой эффект
Влияние температуры на тепловой эффект химической реакции. Уравнения Кирхгофа
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Второй закон термодинамики. Характеристические функции и термодинамические потенциалы
Равновесные и неравновесные процессы
Обратимые и необратимые процессы
Формулировки второго начала термодинамики
Энтропия
Энтропия как критерий самопроизвольности и равновесия процесса в изолированной системе
Статическая природа второго начала термодинамики
Характеристические функции и термодинамические потенциалы
Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал)
Объединенное уравнение первого и второго начала термодинамики. Максимальная и максимальная полезная работа
Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал)
Энергия Гельмгольца и Гиббса как критерий самопроизвольности процессов и равновесия
Способы расчета изменения энергии Гиббса
Химическое сродство. Принцип Бертло и его несостоятельность
Уравнение Гиббса-Гельмгольца
Химический потенциал
Химическое равновесие. Константа равновесия и способы ее выражения
Уравнение изотермы химической реакции
Уравнение изобары и изохоры
Равновесие в реальных системах
Понятие о летучести и активности
Второй закон термодинамики и биологические процессы
Фазовое равновесие в однокомпонентных системах
Условия равновесия фаз
Oднокомпонентные системы
Фазовая диаграмма однокомпонентной системы
Равновесие чистого вещества в двух фазах однокомпонентной системы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Растворы
Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля
Реальные растворы
Состав пара растворов. Законы Коновалова
Диаграмма «состав – давление пара»
Диаграмма «состав – температура кипения»
Дистилляция и ректификация
Давление насыщенного пара в системах с ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Перегонка с водяным паром
Растворимость газов в жидкостях. Закон Генри
Закон распределения Нернста. Экстракция из растворов
Температура замерзания разбавленных растворов
Температура кипения разбавленных растворов
Криоскопия и эбулиоскопия
Осмос. Осмотическое давление
Коллигативные свойства растворов
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Электрохимия
Растворы электролитов
Проводники электрического тока
Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса
Причины и механизм электролитической диссоциации
Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель
Буферные растворы
Растворы сильных электролитов
Понятие об активностях и коэффициентах активности в теории сильных электролитов
Ионная сила растворов
Скорость движения ионов
Числа переноса
Электропроводность растворов электролитов
Удельная электропроводность
Молярная электропроводность
Подвижность ионов. Закон Кольрауша
Вычисление степени диссоциации и константы диссоциации через электропроводность. Коэффициент электропроводности
Кондуктометрия
Кондуктометрическое титрование
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Электродные процессы и электродвижущие силы
Гальванический элемент
Возникновение скачка потенциала на границе «металл – раствор соли»
Причины возникновения диффузионного скачка потенциала
Обратимые и необратимые цепи
Связь между химической и электрической энергиями
Электродный потенциал
Классификация электродов
Водородный электрод
Электроды сравнения
Окислительно-восстановительные электроды (редокс-электроды)
Классификация гальванических элементов
Потенциометрия. Потенциометрическое титрование
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Химическая кинетика и катализ
Скорость химической реакции
Кинетическая классификация химических реакций
Формулировка закона действия масс
Реакции различных порядков
Методы определения порядка реакции
Константа скорости химической реакции
Уравнение Аррениуса. Энергия активации
Сложные реакции
Обратимые (равновесные) реакции
Параллельные реакции
Конкурирующие реакции
Последовательные реакции
Квазистационарные концентрации
Сопряженные реакции
Цепные реакции
Неразветвленные цепные реакции
Разветвленные цепные реакции
Теории химической кинетики
Теория активных соударений
Теория активированного комплекса (переходного состояния, или абсолютных скоростей реакций)
Кинетика реакций в растворах
Применение теории активированного комплекса к кинетике реакций в растворах
Влияние среды на скорость гомолитических реакций
Влияние среды на скорость гетеролитических реакций
Введение в фотохимию
Фотохимические реакции
Законы фотохимии
Основы катализа
Особенности катализаторов
Типы катализа
Примеры решения задач, задачи, тестовые задания, вопросы для собеседования
Рекомендуемая литература
Учебники и учебные пособия
Адреса электронных библиотек и web-сайтов