ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16

1. Понятие о катализе. Отличительные черты катализаторов, механизм их действия. Примеры промышленных катализаторов.

2. Химические источники тока. Первичные гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы.

Ответ:

Катализом называется явление изменения скорости реакции под воздействием небольших добавок специфических веществ, количество которых в ходе реакции не изменяется.В каталитических процессах скорость основной реакции может и увеличиваться, и уменьшаться. Вещества, ускоряющие реакцию, называются катализаторами, а замедляющие - ингибиторами.

Катализ принято подразделять на следующие типы:

1. гомогенный(реагенты и катализатор в (ж) и (г)).

2. гетерогенный (реагенты (ж) или (г), а катализатор (тв)).

3. ферментативный (К-сложные белковые образования - ферменты; он бывает гомогенный и гетерогенный, но из-за специфических особенностей действия ферментов его выделяют в самостоятельный тип катализа).

Отличительные черты катализаторов:

1. Вводится в систему в очень небольших количествах по сравнению с массой реагентов.

2. Имеет очень высокую эффективность. Например, одна частица мелкодисперсной платины (платиновая чернь) в одну секунду разлагает 10⁵ молекул Н₂О₂.

3. По окончании реакции катализатор остается в химически неизменном состоянии и не расходуется, т.е. его участие в реакции не отражается общим стехиометрическим уравнением. Однако физически катализатор изменяется. Например, кристаллический MnO₂ в процессе каталитического разложения хлората калия KClO₃ превращается в мелкодисперсный порошок. Эти изменения свидетельствуют о том, что в ходе реакции на определенных стадиях катализатор вступает во взаимодействие с реагентами, а по окончании ее вновь выделяется.

4. Катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакцию, т.е. не смещает равновесие и не влияет на его константу, а лишь уменьшает время достижения равновесного состояния.

5. Действие катализатора сводится к понижению Еа при образовании промежуточных нестойких соединений, которые в дальнейшем распадаются на продукты реакции с выделением катализатора в химически неизменном виде. Следует отметить одну важную особенность катализаторов. Они не влияют на термодинамику реакций, т.е. не изменяют энтальпию и энергию Гиббса реакции. Если DG>0, то в присутствии катализаторов она не станет самопроизвольной.

6. Как правило катализаторы обладают специфичностью (селективностью), т.е. способностью изменять скорость и (или) направление только конкретной химической реакции или группы однородных реакций. Это позволяет из одних и тех же исходных веществ в зависимости от вида катализатора получать разные продукты.

К наиболее распространенным промышленным катализаторам относятся: Pt, Rh, Pd, Fe, Ni, CuO, RuO₂, V₂O₅, NiO, Fe₂O₃, ZnO, SiO₂, Cr₂O₃, Al₂O₃, Ag₂O, алюмосиликаты.

механизм:

О₃+NO=NO₂+O₂

NO2+O=NO+O2

О3+O=2O2

А2В+К = К…А2…В = АК+АВ

АК+В = В…А…К=К+АВ

А2В+В=2АВ

Химические источники тока

Каждый гальванический элемент состоит из двух электродов (окислительно-восстановительных пар), один из которых является поставщиком электронов (анод), а другой их принимает (катод). В гальванических элементах источником электрического тока является химическая реакция. Любая химическая реакция термодинамически разрешена, если ΔG < 0. Из соотношений ΔG = –nFE и ΔG^° = –nFE^°следует, что электрохимическая реакция, а в общем случае любая окислительно-восстановительная реакция может протекать самопроизвольно, если E > 0 или для стандартных условий E^° > 0.

ЭДС гальванического элемента равна разности электродных потенциалов составляющих его электродов. В соответствии с принятой формой записи гальванического элемента его ЭДС равна электродному потенциалу правого электрода (окислителя) минус электродный потенциал левого электрода (восстановителя).

Пользуясь этими соотношениями и таблицей стандартных электродных потенциалов, можно предсказать возможность осуществления многих окислительно-восстановительных реакций.

В случае элемента Даниэля–Якоби (–)Zn¦Zn²⁺||Cu²⁺¦Cu(+)

Для нестандартных условий ЭДС элемента Даниеля–Якоби находится из разности электродных потенциалов, вычисленных по уравнению Нернста:

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

1. Понятие о внутренней энергии. Первый закон термодинамики. Энтальпия, ее физи­ческий смысл.

2. Сплавы, интерметаллиды, композиционные материалы. Современные конструкционные материалы.

Ответ:

Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии хаотического движения молекул, потенциальной энергии взаимодействия между ними и внутримолекулярной энергии.

Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Первый закон термодинамики:количество теплоты, полученное системой,
идет на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы над внешними телами.

Энтальпия

Энтальпия системы (от греч. enthalpo нагреваю), однозначная функция H состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении P, связана с внутренней энергией U соотношением.

H = U + PV

В химии чаще всего рассматривают изобарические процессы (P = const), и тепловой эффект в этом случае называют изменением энтальпии системы или энтальпией процесса:

ΔH = ΔU + PΔV

Энтальпия имеет размерность энергии (кДж). Ее величина пропорциональна количеству вещества; энтальпия единицы количества вещества (моль) измеряется в кДж∙моль^–1.

В термодинамической системе выделяющуюся теплоту химического процесса условились считать отрицательной (экзотермический процесс, ΔH < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔH > 0.

Уравнения химических реакций с указанием энтальпии процесса называют термохимическими. Численные значения энтальпии ΔH указывают через запятую в кДж и относят ко всей реакции с учетом стехиометрических коэффициентов всех реагирующих веществ. Поскольку реагирующие вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях, то оно указывается нижним правым индексом в скобках: (т) – твердое, (к) – кристаллическое, (ж) – жидкое, (г) – газообразное, (р) – растворенное. Например, при взаимодействии газообразных H₂ и Cl₂ образуются два моля газообразного HCl. Термохимическое уравнение записывается так:

Сплавыметаллические, макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов),с характерными металлическими свойствами. В широком смысле сплавами называют любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, оксидов, органических веществ и т. д.

Металлиды (металлические соединения), химические соединения металлов между собой (интерметаллиды), а также соединения переходных металлов с некоторыми более электроположительными элементами. Металлы могут входить в состав металлидов в стехиометрических соотношениях, образуя дальтониды, или в нестехиометрических, давая бертоллиды. Многие металлиды применяются как магнитные материалы, полупроводники, сверхпроводники. Композиционные материалы (композиты), материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности. Различают композиционные материалы волокнистые (упрочненные волокнами или нитевидными кристаллами), дисперсно-упрочненные (упрочнитель в виде дисперсных частиц) и слоистые (полученные прокаткой или прессованием разнородных материалов). По прочности, жесткости и др. свойствам превосходят обычные конструкционные материалы.