Вопросы к экзамену по физической химии (кинетика, катализ, электрохимия) (Вопросы к экзамену по физической химии (кинетика, катализ, электрохимия))

Вопросы к экзамену по физической химии (кинетика, катализ, электрохимия) для студентов IV курса Химического факультета МГУ (зима 2005 года)

1. Основные понятия и постулаты формальной кинетики. Прямая и обратная кинетические задачи. Параметры кинетических уравнений.

2. Молекулярность и порядок реакции. Методы определения порядка реакции. Реакции переменного порядка (привести примеры).

3. Уравнение Аррениуса. Способы определения опытной энергии активации и ее связь с энергиями активации элементарных процессов.

4. Кинетическое описание необратимых реакций первого порядка в закрытых системах. Время полупревращения и среднее время жизни исходных молекул.

5. Обратимая реакция первого порядка и определение ее кинетических параметров. Скорость реакции и химическое сродство.

6. Необратимые реакции нулевого и второго порядков, определение константы скорости из опытных данных. Время полупревращения (при одинаковых концентрациях компонентов).

7. Необратимые последовательные реакции первого порядка (точное и приближенное решения кинетической задачи). Принцип квазистационарных концентраций и область его применения.

8. Методы квазистационарных и квазиравновесных концентраций в химической кинетике (на любом промере).

9. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Определение его кинетических параметров из опытных данных. Сопоставление со схемой Ленгмюра-Хиншельвуда в гетерогенном катализе.

10. Кинетика ферментативных реакций с конкурентным ингибированием.

11. Неразветвленные цепные реакции. Скорость темновой и фотохимической реакции образование HBr. Уравнение Боденштейна-Линдаю

12. Вывод кинетического уравнения для разветвленных цепных реакций и его анализ (на примере горения водорода). Метод квазистационарности Семенова.

13. Разветвленные цепные реакции: полуостров воспламенение и причины появления нескольких пределов воспламенения. Положение первого предела воспламенения для смеси водорода с кислородом.

14. Положение второго предела воспламенения для реакции H₂+O₂

15. Использование адиабатического приближения для описания химической реакции частиц: поверхность потенциальной энергии, путь реакции, энергия активизации.

16. Теория активированного комплекса и статический вывод основного уравнения. Взаимосвязь опытной и истинной энергии активации.

17. Термодинамический аспект теории активированного комплекса. Реакции в растворах. Уравнение Бренстеда-Бьеррума.

18. Теория активных соударений. Уравнение Траутца-Льюиса.

19. Применение теории активных соударений к бимолекулярным реакциям.

20. Использование теории активированного комплекса для оценки стерического множителя теории активных соударений.

21. Интерпретация предэкспоненциального множителя в статическом и термодинамическом аспектах теории активированного комплекса. Энтропия активации.

22. Мономолекулярные реакции и их описание в теории активированного комплекса (в статистическом и термодинамических аспектах).

23. Кинетические особенности мономолекулярных реакций. Применение теории соударений. Схема Линдемана. Поправка Хиншельвуда.

24. Реакции в растворах. Уравнение Смолуховского (без вывода) и его применение в кинетике бимолекулярных реакций. "Клеточный эффект".

25. Кинетические характеристики элементарных процессов фотохимии. Принцип Франка-Кондона. Физические и химические свойства молекул в электронно-возбужденном состоянии.

26. Законы фотохимии. Квантовый выход. "Двухквантовые процессы". Кинетическая схема Штерна-Фольмера.

27. Основные понятия и классификации в катализе. Механизмы каталитических реакций. Особенности гетерогенно-каталитических процессов.

28. Механизмы кислотно-основных каталитических реакций и их классификация. Цеолиты и их свойства. Твердые кислоты как катализаторы.

29. Кинетика реакций специфического кислотного катализа. Механизмы лимитирующие стадии. Функции кислотности Гаммета.

30. Кинетика реакций общего кислотного и общего основного катализа. Механизмы реакций и лимитирующие стадии процесса. Уравнение Бренстеда и его анализ.

31. Корреляционные соотношения между теплотами и энергиями активации различных процессов. Уравнение Бренстеда. Уравнение Семенова для радикальных реакций.

32. Кинетика Ленгмюра-Хиншельвуда для реакций на однородной поверхности катализатора. Особенности кинетики и записи константы равновесия в адсорбционном слое (общий случай).

33. Кинетика гетерогенно-каталитических реакций с диффузионными ограничениями. Внешняя диффузия (метод равнодоступной поверхности). Внутренняя диффузионная кинетика (без вывода).

34. Кинетика каталитических реакций во внутренней диффузионной области. Решение кинетической задачи Зельдовича-Тиле для необратимой реакции первого порядка.

35. Основные положения теории Аррениуса. Причины устойчивости ионов в растворах электролитов. Энергии кристаллической решетки и сольватации ионов.

36. Теория сильных электролитов Дебая-Хюккеля: вывод формулы для потенциала ионной атмосферы в растворе 1,1-валентного электролита.

37. Первое и второе приближения теории Дебая-Хюккеля для расчета среднего ионного коэффициента активности.

38. Современные подходы к теории сильных электролитов.

39. Удельная и эквивалентная электропроводности электронов. Подвижности отдельных ионов. Первоначальная современная формулировки закона Кольрауша.

40. Числа переноса, их зависимость от концентрации раствора. Методы определения чисел переноса.

41. Зависимость эквивалентной электропроводности от температуры и концентрации раствора. Уравнение Онзагера.

42. Процессы диффузии и миграции в растворах электролитов. Формула Нернста-Эйнштейна. Диффузионный потенциал на границе двух разделов.

43. Разности потенциалов в электрохимических системах. Потенциалы Вольта и Гальвани. Потенциал нулевого заряда и методы его определения.

44. Электрохимический потенциал. Условия равновесия на границе электрода с раствором и в электрохимической цепи.

45. Относительные и стандартные электродные потенциалы. Расчет ЭДС с помощью таблиц стандартных потенциалов.

46. Классификация электродов и электрохимических цепей.

47. Уравнение Гиббса-Гельгольца и его применение к электрохимическим системам.

48. Определение методом ЭДС энергии Гиббса, энтальпии и энтропии химической реакции.

49. Определение методом ЭДС коэффициентов активности, рН раствора и чисел переноса.

50. Применение кондуктивности и потенционометрии для определения термодинамических величин и аналитических цепей.

51. Электрокапиллярные явления. Основное уравнение электрокапиллярности и уравнение Лаппмана. Потенциал нулевого заряда.

52. Модельные представления о двойном электрическом слое (модели Гельгольца, Гуи -Чапмена, Штерна и Грэма)

53. Лимитирующие стадии в электрохимических реакциях. Поляризация электрода и ток обмена.

54. Диффузионная кинетика электродных процессов: три основных уравнения, вывод уравнения поляризационной кривой для реакции типа О+ne=R

55. Полярография: сущность метода, вывод уравнения полярографической волны. Уравнение Ильковича.

56. Основные теории замедленного заряда: Вывод основного уравнения Батлера-Фольмера и его анализ. Уравнение Тафеля.

57. Теория замедленного заряда: влияние двойного электрического слоя на скорость электровосстановления ионов Н₃О⁺ и S₂O₈^2-

58. Электрохимическая теория коррозии: Стационарный потенциал и ток саморастворения металла. Методы защиты металлов от коррозии.

59. Химические источники тока. Термодинамические и кинетические аспекты их работы. Причины саморазряда.