Двухатомный газ – линейная молекула. Гелий – одноатомный газ, и для него Гелий одноатомный или двухатомный газ

а) 2,3-дихлорбутен-2
б) 2,3 диметилбутен-1
в) 2-метил бутен-2
г) 1,1-дихлорбутен-1

2) бутен-2, в отличие от бутена -1
а) имеет п-связь между атомами углеводорода
б)образует цис-транс- изомеры
в)плохо растворяется в воде
г)способен обесвечивать водный раствор перменганата калия

3) в результате реакции гидратации бутена-1 преимущество образуется
а) бутанол-1
б)бутанол-2
в)бутадиол-1,2
г)бутаналь

4)при окислении алкенов водным раствором kmno4 образуется
а)одноатомные спирты
б)альдегиды
в)двухатомные спирты
г)карбоновые кислоты

5) против правилу Марковникова протекает реакция схема которой:
а)CH3-CH2-CH3
б)CH2=C=CH2
в)CH2=CH2
г) CH2=CH-CH3

6)в результате реакции дегидрогалогенировании 2-бромбутана в спиртовом растворе щелочи образуется преимущество
а)бутадиен-1,3
б)бутен-2
в)бутин-1
г)бутен-1

Часть А.

1) (2 балла). Атомные ядра были открыты:
А.Д.Менделеевым. В.Дж.Томсоном.
Б.Э.Резерфордом. Г.Д.Чедвигом.

2) (2 балла). Номер периода в Периодической системе определяется:
А). Зарядом ядра атома.
Б). Числом электронов в наружном слое атома.
В). Числом электронных слоёв в атоме.
Г). Числом электронов в атоме.

3*) (2 балла). Форму электронных орбиталей характеризует:
А). Главное квантовое число.
Б). Магнитное квантовое число.
В). Орбитальное квантовое число.
Г). Спиновое квантовое число.

4) (2балла). Пара элементов, имеющих сходное строение внешнего и предвнешнего энергитических уровней:
А). S и Cl. Б). Be и B. В). Kr и Xe. Г). Mo и Se.

5) (2 балла). p-Элементом является:
А). Скандий. Б). Барий. В). Мышьяк. Г). Гелий.

6) (2 балла). Электронная конфигурация …3d104s2 соответствует элементу:
A). Кальцию. Б). Криптону. В). Кадмию. Г). Цинку.

7) (2 балла). Амфотерным гидроксидом является вещество, формула которого:
А). Zn(OH)2. Б). Mg(OH)2. В). Ca(OH)2 . Г). Cr(OH)2.

8) (2 балла). Ряд элементов, расположенных в порядке усиления металлических свойств:
А). Mg-Ca-Zn. Б). Al-Mg-Ca. В). Sr-Rb-K. Г).Ge-Si-Sb.

9) (2 балла). Элемент Э с электронной формулой 1s22s22p63s23p63d104s24p1 образует высший оксид, соответствующий формуле:
А). Э2О. Б). Э2О3. В). ЭО2. Г). ЭО3.

10) (2 балла) Изотоп железа, в ядре которого содержится 22 нейтрона, обозначают:
А). 40/20Ca. Б). 42/20Ca. В). 44/20Ca. Г). 48/20Ca.

11) (9 баллов). Установите соответствие.
А).1s22s22p63s23p1 1). Алюминий.
Б).1s22s22p63s2 2). Калий.
В).1s22s22p63s23p63d104s24p4 3). Селен.
Г).1s22s22p63s23p64s1 4). Магний.

Формула высшего оксида.
1.Э2O 2. Э2О3 3. ЭО 4.ЭО3.

Формула высшего гидроксида
1.ЭOН 2. Э(ОН)2 3. Э(ОН)3 4.Н2ЭО4.

12) (3 балла). На основании положения в Периодической системе расположите элементы: Германий, Мышьяк, Сера, Фосфор – в порядке убывания окислительныхсвойств. Обьясните ответ.

13) (6 баллов). Как и почему в Периодической системе изменяются металлические свойства?
А). В пределах периода.
Б). В пределах главной подгруппы.

14).(7 баллов). Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером 30 в Периодической системе. Сделайте вывод о принадлежности этого элемента к металлам или неметаллам. Запишите формулы его высшего оксида и гидроксида, укажите их характер.

15) (5 баллов). Какие химические свойства характерны для оксида элемента 3-го периода, главной подгруппы VI группы Периодической системы? Ответ подтвердите, написав уравнения реакций.

Полное вычисление свободной энергии (а с нею и остальных термодинамических величин) идеального газа требует конкретного вычисления статистической суммы, стоящей в аргументе логарифма в формуле (42,3)

Здесь представляют собой уровни энергии атома или молекулы (исключается кинетическая энергия поступательного движения частицы). Если производить суммирование лишь по всем различным уровням энергии, то надо учесть, что уровень может быть вырожденным, и тогда соответствующий член должен войти в сумму по всем состояниям столько раз, какова кратность вырождения. Обозначим последнюю посредством в этой связи кратность вырождения уровня часто называют его статистическим весом. Опуская для краткости штрих у напишем интересующую нас статистическую сумму в виде

Свободная энергия газа

Переходя к рассмотрению одноатомных газов, сделаем, прежде всего, следующее существенное замечание. По мере повышения температуры в газе увеличивается число атомов, находящихся в возбужденных состояниях, в том числе и в состояниях непрерывного спектра, соответствующих ионизации атома. При не слишком высоких температурах число ионизованных атомов в газе относительно совершенно ничтожно.

Существенно, однако, что газ оказывается практически полностью ионизованным уже при температурах, для которых Т порядка величины энергии ионизации (а не только при об этом § 104). Поэтому неионизованный газ имеет смысл рассматривать лишь при температурах, удовлетворяющих условию

Как известно, атомные термы (отвлекаясь от их тонкой структуры) располагаются таким образом, что расстояние от нормального до первого возбужденного уровня сравнимо по величине с энергией ионизации. Поэтому при температурах ион в газе будут практически отсутствовать не только ионизованные, но и возбужденные атомы, так что можно считать все атомы находящимися в нормальном состоянии.

Рассмотрим, прежде всего, простейший случай атомов, которые в своем нормальном состоянии не обладают ни орбитальным моментом, ни спином таковы, например, атомы благородных газов. При этом нормальный уровень не вырожден, и статистическая сумма сводится к одному члену: . Для одноатомных газов обычно полагают , т. е. отсчитывают энергию от нормального уровня атома; тогда . Разлагая логарифм в (45,2) на сумму нескольких членов, мы получим для свободной энергии выражение типа (43,1) с постоянной теплоемкостью

и химической постоянной

(О. Sackur, Н. Tetrode, 1912).

Полученное значение теплоемкости целиком связано с поступательными степенями свободы атома - по 1/2 на каждую степень свободы; напомним, что поступательное движение частиц газа всегда является квазиклассическим. «Электронные степени свободы» в данных условиях (отсутствие в газе возбужденных атомов), естественно, вообще не сказываются на термодинамических величинах.

Полученные выражения позволяют вывести критерий применимости статистики Больцмана. В этой статистике предполагаются малыми числа

(см. (37,1)). Достаточно, очевидно, потребовать выполнения условия

Для химического потенциала имеем из (43,3) со значениями из (45,3-4)

Поэтому получаем критерий

Это условие требует при заданной температуре достаточной разреженности газа. Подстановка численных значений обнаруживает, что фактически для всех атомарных (и молекулярных) газов это условие могло бы нарушиться лишь при таких плотностях, при которых становится существенным взаимодействие частиц, и газ уже все равно нельзя считать идеальным.

Полезно указать следующее наглядное истолкование полученного критерия. Поскольку большинство атомов обладает энергией порядка Т, а потому импульсом то можно сказать, что все атомы занимают в фазовом пространстве объем На этот объем приходится квантовых состояний. В больцмановском случае это число должно быть велико по сравнению с числом N частиц, откуда и получается (45,6).

Наконец, сделаем следующее замечание. Полученные в этом параграфе формулы на первый взгляд находятся в противоречии с теоремой Нернста: ни энтропия, ни теплоемкость не обращаются в нуль, при . Надо, однако, иметь в виду, что в тех условиях, в которых формулируется теорема Нернста, все реальные газы при достаточно низких температурах уже конденсируются. Действительно, теорема Нернста требует обращения в нуль при энтропии тела при заданном значении его объема.

Но при упругость насыщенного пара всех веществ становится сколь угодно малой, так что заданное конечное количество вещества в заданном конечном объеме не может оставаться при газообразным.

Если же рассмотреть принципиально возможную модель газа, состоящего из взаимно отталкивающихся частиц, то хотя такой газ не будет никогда конденсироваться, все равно при достаточно низких температурах перестанет быть справедливой статистика Больцмана; применение же статистики Ферми или Бозе приводит, как мы увидим ниже, к выражениям, удовлетворяющим теореме Нернста.

«Основные газовые законы» - Название процесса. Газовые законы. Применение закона Бойля-Мариотта. Объем грудной клетки. Какие величины сохраняются. Изохорный процесс. Особенность газообразного состояния. Сжатие воздуха компрессором. Изопроцессы в газах. В технике используется свыше 30 различных газов. Использование свойств газов в технике.

«Движение частицы» - Квантово-механическое рассмотрение. Основы теории туннельных переходов. Собственные функции. Бесконечно высокие «стенки». Соседние уровни. Квантовая механика. Энергия гармонического осциллятора. Уравнение Шредингера. График потенциальной энергии частицы. Прохождение частицы. Функция. Отличная от нуля возможность.

«Уравнение Менделеева-Клапейрона» - Как всё начиналось. Уравнение Менделеева - Клапейрона. Уравнение состояния. Для чего это нужно. Дело продолжено. Как меняется состояние системы. Первое из замечательных обобщений в физике. Уравнение позволяет определить одну из величин. Вариант уравнения. Как протекают в системе процессы. Изменение трех параметров.

«Статистические распределения» - Свойства распределения Максвелла. Закон равномерного распределения энергии. Взаимная потенциальная энергия. Скорости газовых молекул. Наиболее вероятная скорость. Масса шарика. Экспериментальное определение. Разделение вещества в центрифуге. Средняя скорость. Идеальный газ. Распределение молекул по потенциальным энергиям.

«Уравнение состояния» - Изотерма. Уравнение. Величины, характеризующие состояние макроскопических тел. Понятие «универсальная газовая постоянная». Домино. Уравнение состояния идеального газа. Взаимосвязь. Объём. Уравнение Менделеева - Клапейрона. Газ сжат изотермически. Изобарный процесс. Изотермический процесс. Макроскопические параметры.

«Уравнение идеального газа» - Давление. Изохорный процесс. Разреженный углекислый газ. Изопроцессы в газах. Зависимость объема идеального газа. Объем. Зависимость давления. Изотермический процесс. Понятие изопроцесса. Уравнение состояния идеального газа. График изотермического расширения. Количество идеального газа. График процесса.

Всего в теме 19 презентаций

Уравнение состояния - уравнение, связывающее между собой термодинамические (макроскопические) параметры системы, такие, как температура, давление, объём, химический потенциал и др. Уравнение состояния можно написать всегда, когда можно применять термодинамическое описание явлений. При этом реальные уравнения состояний реальных веществ могут быть крайне сложными. Уравнение состояния системы не содержится в постулатах термодинамики и не может быть выведено из неё. Оно должно быть взято со стороны (из опыта или из модели, созданной в рамках статистической физики). Термодинамика же не рассматривает вопросы внутреннего устройства вещества. Заметим, что соотношения, задаваемые уравнением состояния, справедливы только для состояний термодинамического равновесия. Идеальным наз. газ, уравнение состояния которого имеет вид: pV=vRT

его называют уравнением Клапейрона. Здесь v - количество вещества, измеряемое числом молей, R - универсальная газовая постоянная: R = 8,314 Дж/(моль*К). Моль - это количество вещества, содержащее число частиц, равное постоянной Авогадро: Na=6.022*10^23 моль^(-1). Молю соответствует масса - молярная масса, - разная для различных газов. С молекулярной точки зрения идеальный газ состоит из молекул, взаимодействие между которыми пренебрежимо мало. Это присуще всем газам при достаточно большом разряжении. Простота модели идеального газа делает ее наиболее подходящей для ознакомления с методами изучения макросистем и с соответствующими понятиями.

18. Одноатомный идеальный газ.

Согласно МКТ на 1-у степень свободы приходится энергия =, где к – постоянная Больцмана, а Т – абсолютная температура. Однаатомный газ имеет 3 степени свободы. Тогда внутренняя энергия:kT=T, k

19. Двухатомный идеальный газ. Вращательная и колебательная степени свободы.

Модель гантель.

3-степени свободы, и 2 вращательные степени свободы, т.е. полное число – 5 степеней свободы.

20.Классическая теория теплоемкости многоатомного идеального газа.

Основным отличием не одноатомных газов от одноатомных является наличие у них вращательных и колебательных степеней свободы. Считаем, что молекулы – это классические системы, подчиняющиеся законам Ньютона. Если молекулы газа не находятся во внешнем поле, то энергия их будет равна сумме энергии поступательного, вращательного и колебательного движений. Поступательное движение многоатомных молекул ничем не отличается от поступательного движения одноатомных молекул, поскольку оно сводится к движению центра тяжести системы.Для вращательного движения также оказывается, что на каждую степень свободы приходится энергия kT\2. Лишь при рассмотрении малых колебаний атомов в молекуле около равновесного расстояния между ними получается, что на одну колебательную степень свободы приходится в среднем энергия, вдвое большая, чем на одну степень свободы поступательного или вращательного движений. Смысл этого станет понятным, если вспомнить, что при колебательном движении средняя (за период) кинетическая энергия системы равна средней потенциальной энергии. Энергия колебательного движения состоит из 2-х слагаемых, имеющих одинаковую структуру квадратичного выражения относительно скоростей (импульсов) и координат. Для остальных степеней свободы (поступательное, вращательное движение) энергия выражается одним квадратичным (пропорциональным квадрату линейной или угловой скорости) членом на каждую степень свободы. Усреднение каждого квадратичного слагаемого в энергии колебаний приводит к средней энергии kT\2+kT\2=kT Таким образом, оказывается, что все степени свободы молекулы являются равноправными: каждое квадратичное слагаемое в энергии дает вклад в среднюю энергию молекулы, равный kT\2 (закон равномерного распределения по степеням свободы).Если в идеальном газе имеется N молекул, то средняя энергия газов равна i - общее число степеней свободы молекулы.А молярная теплоемкость Таким образом, теплоемкость идеальных газов оказывается не зависящей от температуры и определяется исключительно структурой молекулы - числом степеней свободы ее.Для одноатомных газов предсказания теории хорошо оправдываются на опыте. Но уже для 2-х атомных газов это не так; теплоемкость 2-х атомных газов должна быть равнаC v =7\2R Опыт показывает, что такой большой теплоемкостью они не обладают. Кроме того, оказывается, что теплоемкость 2-х атомных газов зависит от температуры. С понижением температуры она падает и стремится к значению 5\2R-это значение имел бы газ, состоящий из молекул с жесткими связями между атомами, при которых колебания атомов невозможны. Такое исчезновение колебательного движения, с точки зрения классической механики, является совершенно необъяснимым..Таким образом, опыт показывает, что закон равномерного распределения энергии по степеням свободы, который в частности основан на применимости представлений классической механики, выполняется только при высоких температурах

22. Неидеальный одноатомный газ. Вычисление статистического интеграла. Важное достижение С. ф. - вычисление поправок к термодинамическим величинам газа, связанных с взаимодействием между его частицами. С этой точки зрения уравнение состояния идеального газа является первым членом разложения давления реального газа по степеням плотности числа частиц, поскольку всякий газ при достаточно малой плотности ведёт себя как идеальный. С повышением плотности начинают играть роль поправки к уравнению состояния, связанные с взаимодействием. Они приводят к появлению в выражении для давления членов с более высокими степенями плотности числа частиц, так что давление изображается т. н. вириальным рядом вида:

. (15)

Коэффициенты В , С и т.д. зависят от температуры и наываются. вторым, третьим и т.д. вириальными коэффициентами. Методы С. ф. позволяют вычислить эти коэффициенты, если известен закон взаимодействия между молекулами газа. При этом коэффициенты В , С ,... описывают одновременное взаимодействие двух, трёх и большего числа молекул. Например, если газ одноатомный и потенциальная энергия взаимодействия его атомов U (r ), то второй вириальный коэффициент равен

По порядку величины В равен , гдеr 0 - характерный размер атома, или, точнее, радиус действия межатомных сил. Это означает, что ряд (15) фактически представляет собой разложение по степеням безразмерного параметра Nr 3 /V , малого для достаточно разреженного газа. Взаимодействие между атомами газа носит характер отталкивания на близких расстояниях и притяжения на далёких. Это приводит к тому, что В > 0 при высоких температурах и В < 0 при низких. Поэтому давление реального газа при высоких температурах больше давления идеального газа той же плотности, а при низких - меньше. Так, например, для гелия при Т = 15,3 К коэффициент В = - 3×10 -23 см 3 , а при T = 510 К В = 1,8 ×10 -23 см 3 . Для аргона В = - 7,1×10 -23 см 3 при Т = 180 К и В = 4,2×10 -23 см 3 при Т = 6000 К. Для одноатомных газов вычислены значения вириальных коэффициентов, включая пятый, что позволяет описывать поведение газов в достаточно широком интервале плотностей (см. также Газы ).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Идеальный одноатомный газ - это простейшая термодинамическая система. Газ молекулы, которого состоят из одного атома, называют одноатомным.

Количество атомов в молекуле оказывает влияние на то, как распределяется энергия по степеням свободы. Так для одноатомного газа молекула имеет три степени свободы (). Формулу для расчета внутренней энергии идеального одноатомного газа очень просто получить.

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа

Учтем, что молекулы идеального газа представлены как материальные точки, которые не взаимодействуют на расстоянии. Отсутствие сил взаимодействия между молекулами обозначает, что потенциальная энергия взаимодействия молекул постоянна. Суммарная энергия покоя самих молекул также неизменна, так как молекулы при тепловых процессах не изменяются. Следовательно, внутренняя энергия идеального одноатомного газа является суммой кинетических энергий поступательного движения молекул и еще некоторая постоянная.

Обозначим внутреннюю энергию газа как U, тогда сказанное выше запишем как:

где - сумма кинетических энергий поступательного движения молекул; N - число молекул в газе. Примем во внимание то, что средняя кинетическая энергия молекулы () равна:

По закону о равномерном распределении энергии по степеням свободы имеем:

для одноатомного газа:

Постоянная Больцмана; T - температура по шкале Кельвина.

Внутреннюю энергию одноатомного идеального газа можно записать как:

Обычно постоянную величину в выражении (5) опускают, так как в расчётах она роли не играет.

Выражение (5) говорит о том, что внутренняя энергия идеального газа определена его температурой. Она является функцией состояния и не зависит от процесса который провели для того чтобы газ пришел в состояние с этой температурой. При этом изменение внутренней энергии идеального газа определено только его начальным и конечным состояниями, и не связано с характером процесса.

Выражение (5) часто используют в виде:

где m - масса газа; - молярная масса газа; - универсальная газовая постоянная; - количество вещества.

Теплоемкость одноатомного идеального газа

Для изохорного процесса, проводимого в идеальном газе работа равна нулю (A), поэтому первое начало термодинамики:

запишем как:

где - теплоемкость газа при постоянном объеме. Используя выражения (8) и (6) получим:

Используя формулу (10) можно вычислить молярную теплоемкость любого одноатомного газа при постоянном объеме:

Молярная теплоемкость одноатомного газа при изобарном процессе () связана с соотношением Майера:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Получите формулу для вычисления молярной теплоемкости () одноатомного идеального газа () для процесса, в котором масса газа остается постоянной, закон изменения процесса задан выражением: .

Решение

Первое начало термодинамики запишем в дифференциальной форме:

где .

Из уравнения процесса: найдем :

Из уравнения состояния идеального газа, имеем:

Используя выражения (1.3) и (1.4) и уравнение процесса преобразуем выражение (1.2) к виду:

Ответ

ПРИМЕР 2