Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015



Скачать 118,2 Kb.
Дата01.06.2015
Размер118,2 Kb.
ТипПрограмма

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования



Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского
Химический факультет

«Утверждаю»:

Проректор по научной работе

________________С.В. Белим

«_____» ___________2015

Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению

Химические науки. Кинетика и катализ


Омск 2015

Программа рассмотрена на заседании ученого совета химического факультета



Декан химического факультета _______________________ И.В. Власова

(подпись)

Процедура проведения вступительного испытания
Вступительное испытание проводится в форме устного экзамена. Объем требований соответствует подготовке выпускников ОмГУ им. Ф.М. Достоевского по специальностям (направлениям) «Химия» и «Химическая технология».

В состав экзаменационного билета входят два теоретических вопроса. Первый вопрос проверяет знания абитуриента в части основ физической химии. При ответе на второй вопрос студент должен продемонстрировать знания в области адсорбции, катализа и каталитических процессов.

Время подготовки к экзамену: 40 минут.

Программа вступительного испытания
1. Основы термодинамики

Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева). Уравнение состояния и изотерма газа Ван-дер-Ваальса. Критические параметры. Уравнения состояния: Дитеричи, Бертло, с вириальными коэффициентами.

Первый закон термодинамики. Виды работы. Расчёт работы объёмного расширения идеального газа. Расчёт теплоты. Энтальпия. Теплоемкость. Классическая теория теплоемкости (КТТ) идеальных газов и одноатомных кристаллов. Связь между изобарной и изохорной теплоемкостями. Уравнение Майера.

Процесс обратимого адиабатического расширения идеального газа, его работа. Уравнение адиабаты.

Тепловой эффект при постоянных объёме и давлении и связь между ними. Закон Гесса. Стандартные молярные энтальпии химических реакций и других физико-химических процессов. Расчеты энтальпии реакции через энтальпии образования, сгорания веществ и энтальпии диссоциации ковалентной связи. Комбинирование термохимических уравнений и их тепловых эффектов. Влияние температуры на тепловой эффект реакции – уравнение Кирхгофа.

Второй закон термодинамики: его формулировка, связанная с энтропией (неравенство Клаузиуса). Термодинамическое определение энтропии. Статистическое определение энтропии (формула Больцмана). Расчёт изменения энтропии в химических реакциях и других физико-химических процессах. Постулат Планка. Абсолютная энтропия вещества и её расчёт.

Энергии Гельмгольца и Гиббса. Критерии самопроизвольности процессов и равновесия в неизолированных изотермических системах. Максимальная работа. Тердинамические потенциалы и их естественные переменные. Соотношения Максвелла. Расчёты энергии Гиббса химических реакций. Определения направленности процесса.

Фундаментальное термодинамическое уравнение Гиббса. Химический потенциал и его свойства. Условие равновесия, выраженное через химические потенциалы участников реакции. Уравнения Гиббса-Дюгема. Связь химического потенциала с парциальным давлением газа (концентрацией). Химический потенциал идеального и реальных газов.

Закон действующих масс (ЗДМ) и его термодинамический вывод.

Константа химического равновесия, ее различные виды. ЗДМ в реальных системах (метод активности). Активность, коэффициент активности. Расчёты констант равновесия химических реакций. Расчёты выхода продуктов химических реакций. Гетерогенные химические равновесия и особенности их термодинамического описания.Уравнение изотермы химической реакции Вант-Гоффа.

Зависимость констант равновесия от температуры. Уравнения изобары и изохоры реакции, их термодинамический вывод. Принцип Ле-Шателье. Влияние температуры, давления и концентрации на химическое равновесие.
2. Основы химической кинетики

Предмет, метод и задачи химической кинетики. Механизм химической реакции. Элементарный акт и стадия химического превращения. Простые и сложные химические реакции. Классификация простых реакций по числу частиц, участвующих в элементарном акте. Классификация сложных химических реакций по механизму, природе частиц, числу фаз. Лимитирующая стадия реакции.

Скорость гомогенной и гетерогенной химической реакции. Кинетическая кривая. Экспериментальные методы изучения кинетики реакций. Основное уравнение (постулат) химической кинетики. Константа скорости химической реакции. Порядок реакции по веществу (частный порядок). Общий порядок реакции. Формально-простые реакции.

Формальная кинетика. Кинетические уравнения нулевого, первого, второго и третьего порядков. Их интегрирование. Время полупревращения и порядок реакции. Определение констант скорости методом подстановки и графическим методом. Определение порядка реакции методом начальных скоростей и методом времени полупревращения.

Обратимая реакция I порядка. Параллельные и последовательные реакции. Интегрирование их кинетических уравнений. Метод квазистационарных концентраций (МКК).

Зависимость скорости химической реакции от температуры. Пправило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и предэкспоненциальный множитель. Эффективная (эмпирическая) энергия активации. Путь реакции и координата реакции. Потенциальный (энергетический) барьер. Переходное состояние (активированный комплекс). Истинная энергия активации элементарной реакции. Взаимосвязь между энергией активации прямой и обратной реакции и тепловым эффектом реакции.

Цепные реакции. Стадии зарождения, продолжения, разветвления и обрыва цепей. Звено цепи, длина цепи. Реакции линейного и квадратичного обрыва цепей, обрыв цепи на молекулах ингибиторов. Факторы разветвления и обрыва цепи, их зависимость от размера и формы реакционного сосуда, температуры и давления. Цепное воспламенение, область самовоспламенения, нижний и верхний пределы воспламенения. Стадийность разветвленной реакции горения водорода (РГВ). Полуостров воспламенения. Тепловой взрыв и условия воспламенения на третьем пределе. Вырожденное разветвление цепей (на примере реакции окисления углеводородов).

Фотохимические реакции. Элементарные фотохимические процессы. Основные законы фотохимии: Гротгуса-Дрепера, фотохимической эквивалентности Эйнштейна. Квантовый выход. Первичные и вторичные фотохимические процессы. Цепные фотохимические процессы. Радиационно-химические реакции.


3. Макрокинетика химических реакций.

Реакции в потоке. Модели реакторов идеального смешения и идеального вытеснения для реакций первого и высших порядков. Стадийность гетерогенных реакций.Области протекания реакций в гетерогенно-каталитических реакторах: внешнедиффузионная, внутридиффузионная, кинетическая. Основные закономерности стадии массопереноса: первый и второй законы Фика. Типы диффузии. Уравнение Нернста для расчета скорости диффузии вещества к поверхности. Уравнение Нернста для расчета скорости диффузии вещества к поверхности. Диффузия в зерне катализатора. Кнудсеновская диффузия. Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора.


4. Поверхностные явления и адсорбция

Адсорбция. Адсорбент, адсорбат. Виды адсорбции. Структура поверхности и пористость адсорбента. Локализованная и делокализованная адсорбция. Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция. Динамический характер адсорбционного равновесия.

Изотермы и изобары адсорбции. Уравнение Генри. Константа адсорбционного равновесия. Уравнение Лэнгмюра. Уравнение Фрейндлиха. Потенциальная теория адсорбции Поляни. Адсорбция из растворов. Уравнение Брунауэра – Эмета – Теллера (БЭТ) для полимолекулярной адсорбции. Определение площади поверхности адсорбента. Адсорбция в микропорах. Уравнение Дубинина-Радушкевича.

Капиллярные явления. Зависимость давления пара от кривизны поверхности жидкости. Капиллярная конденсация. Уравнение Томсона-Кельвина. Явления гистерезиса при адсорбции. Порометрия.


5. Катализ

Определение катализа и катализатора. Энергетический профиль каталитической и некаталитической реакций. Понятие об активном центре катализатора. Классификация катализаторов. Стадии каталитической реакции. Электронные и структурные факторы. Понятие о каталитическом цикле. Активность и селективность катализаторов.

Гетерогенный катализ. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Теории катализа: мультиплетная теория А.А. Баландина; теория активных ансамблей Н.И. Кобозева; электронная теория Ф.Ф. Волькенштейна, С.З. Рогинского; теория активной кристаллической поверхности (теория катализа кристаллической поверхностью) Г.К. Борескова; теория пересыщения (теория приготовления катализаторов) С.З. Рогинского; радикальная теория Н.Н. Семенова и В.В. Воеводского.

Катализ кислотами и основаниям. Принципы действия кислотных и основных катализаторов. Механизм кислотно-основного катализа. Общий и специфический катализ. Особенности катализа кислотами и основаниями Льюиса. Гетерогенный кислотно-основный катализ.

Катализ металлами. Основные реакции, катализируемые металлами. Промышленные процессы на металлических катализаторах. Факторы, определяющие активность металлических катализаторов.

Примеры каталитических процессов. Каталитическое гидрообессеривание. Каталитический крекинг углеводородов. Бифункциональные катализаторы риформинга и изомеризации углеводородов, их принцип действия. Катализаторы и процессы гидрирования. Катализаторы и процессы окисления. Полное окисление. Парциальное окисление.


6. Растворы. Фазовые равновесия

Основные представления о природе растворов. Способы выражения состава растворов. Парциальные молярные величины и методы их определения. Уравнения Гиббса-Дюгема. Растворы: идеальные, предельно разбавленные, неидеальные, регулярные, атермальные.

Давление насыщенного пара компонента над раствором. Закон Рауля и его термодинамический вывод. Уравнение Генри. Растворимость газов.

Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов. Растворимость твёрдых веществ. Осмос. Уравнение Вант-Гоффа для осмотического давления, его термодинамический вывод и область применения.

Распределение растворённого вещества между двумя несмешивающимися растворителями. Экстракция.

Равновесие жидкость-пар в двухкомпонентных системах. Зависимости давления пара и температуры кипения от равновесного состава раствора. Правило рычага. Законы Гиббса-Коновалова. Разделение летучих жидких смесей. Перегонка с водяным паром. Азеотропные смеси и их свойства.

Гетерогенная система. Понятия фазы, компонента. Основной закон фазового равновесия (правило фаз Гиббса) и его вывод. Равновесие чистого вещества в двух фазах однокомпонентной системы (фазовые переходы первого рода). Уравнение Клапейрона-Клаузиуса и его применение к разным фазовым переходам первого рода.

Однокомпонентные гетерогенные системы. Диаграммы состояния воды. Моно- и энантиотропные фазовые превращения. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем. Физико-химический анализ. Термический анализ. Различные типы фазовых диаграмм для бинарных систем и их анализ на основе правила фаз (с простой эвтектикой; с конгруэнтно и инконгруэнтно плавящимися химическими соединениями; с твёрдыми растворами). Диаграммы состояния трёхкомпонентных систем. Треугольники Гиббса и Розебума.


7. Элементы электрохимии

Растворы электролитов. Ион-дипольное взаимодействие как основной процесс, определяющий устойчивость растворов электролитов. Коэффициенты активности в растворах электролитов. Средняя активность и средний коэффициент активности, их связь с активностью отдельных ионов. Основные положения теории Дебая – Хюккеля. Потенциал ионной атмосферы.

Условия электрохимического равновесия на границе раздела фаз и в электрохимической цепи. Термодинамика гальванического элемента. Электродвижущая сила, ее выражение через энергию Гиббса реакции в элементе. Уравнения Нернста и Гиббса – Гельмгольца для равновесной электрохимической цепи. Понятие электродного потенциала. Определение коэффициентов активности на основе измерений ЭДС гальванического элемента.

Электропроводность растворов электролитов; удельная и эквивалентная электропроводность. Числа переноса, подвижность ионов и закон Кольрауша. Электрофоретический и релаксационные эффекты.



Литература для подготовки

Основная литература

1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высшая школа, 2001.-527 с.

2. Физическая химия. / Под ред. К.С. Краснова. М.: Высшая школа, 2001.- Кн. 1, - 512 с; кн. 2, - 319 с.

3. Крылов О.В. Гетерогенный катализ. М.: Академкнига, 2004.- 679 с.

4. Воюцкий С.С. Коллоидная химия. М.: Химия, 1975. -512 с.

5. Сеттерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 520 с.


Дополнительная литература

  1. Курс физической химии. / под ред. Я.И. Герасимова. М.: Химия, 1964.

  2. Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. – М.: Высшая школа, 1984.

  3. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. – М.: Высшая школа, 1987.

  4. Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Изд. 8-е. - Л.: Химия, 1983.

  5. Кудряшов И.В., Каретников Г.С. Сборник примеров и задач по физической химии.- М.: Высшая школа,1991.

  6. Курс физической химии в 2-х томах / Под ред. Я.И. Герасимова. - М.: Химия, 1969.

  7. Эткинс П. Физическая химия: в 2-х томах. – М.: Мир, 1980.

  8. Физическая химия. /Под ред. Б.П. Никольского.-Л.:Химия,1993..

  9. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. - М.: Мир, 1978.

  10. Кнорре Д.Г., Крылова Р.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия.- М.:Высшая школа, 1990.

  11. Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. - М.: ИЛ,1962. Кн.1 и 2.

  12. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. - М.: Высшая школа, 1974.

  13. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. - М.: Росвузиздат, 1963.

  14. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. - М.: Высшая шола, 1991.

  15. Киреев В.А. Методы практических расчётов в термодинамике химических реакций.–М., 1970.

  16. Полторак О.М. Лекции по химической термодинамике. - М., 1971.

  17. Ерёмин Е.Н. Основы химической кинетики. - М.: Высшая школа, 1976.

  18. Эвери Г. Основы кинетики и механизмы химических реакций. - М.: Мир, 1978.

  19. Бенсон С. Основы химической кинетики.- М.: Мир, 1964.

  20. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. - М.: Высшая школа, 1984.

  21. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия. - Л.: Химия, 1981.

  22. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику.–М.: Высшая школа, 1983.

  23. Измайлов Н.А. Электрохимия растворов. - М.: Химия, 1966.

  24. Физическая химия в вопросах и ответах/ Под ред. К.В. Топчиевой, Н.В. Федорович.-М.: МГУ, 1981.

  25. Карапетьянц М.Х. Примеры и задачи по химической термодинамике.- М.: Химия, 1974.

  26. Казанская А.С., Скобло В.А. Расчёты химических равновесий. Сборник примеров и задач. М.: Высшая школа, 1974.

  27. Смирнов Н.Н., Волжинский А.И. Химические реакторы в примерах и задачах.- Л.: Химия, 1986.

  28. Справочник химика. Т.1-6. - М.-Л.: Химия, 1964 - 1968.

  29. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических соединений. - М.: Химия, 1968.

  30. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: «Наука», 1968.

  31. Гейтс Б., Кетцир Дж. Шуйт Г. Химия каталитических процессов. М.: Мир, 1981.


Критерии оценок
Максимальная оценка за ответы на вопросы билета – 100 баллов, в т.ч. 50 баллов за ответ на первый вопрос и 50 баллов за второй вопрос. Уровень минимальной положительной оценки – 40 баллов, при условии ненулевого ответа на каждый из вопросов. При оценке ответов абитуриентов на вступительных экзаменах в учитываются такие критерии как полнота и правильность ответа на вопросы экзаменационного билета, логичное изложение и структурирование материала.

Основаниями для снижения оценки являются: фактические ошибки и (или) неточности в ответе абитуриента, искажение смысла излагаемых теоретических положений (научных концепций), пропуск абитуриентом существенной части программного материала по соответствующему вопросу, нарушение логики изложения материала, стилистические погрешности и т.д. Ответ на каждый вопрос экзаменационного билета оценивается отдельно каждым экзаменатором. Оценка комиссии за экзамен выставляется на основе обсуждения ответа абитуриента и оценок, выставленных всеми членами комиссии по каждому вопросу экзаменационного билета. Итоговая оценка выводится посредством суммирования оценок комиссии по всем вопросам экзаменационного билета.



Образец контрольно-измерительных материалов
БИЛЕТ № 1
1. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и предэкспоненциальный множитель.
2. Катализ кислотами и основаниям. Принципы действия кислотных и основных катализаторов. Механизм кислотно-основного катализа. Общий и специфический катализ.
Составители:

к.х.н. Булучевский Е.А.



к.х.н. Калинина Т.А.

д.х.н. Лихолобов В.А.

Похожие:

Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Физическая химия Омск 2015
Составитель программы: Голованова О. А., доктор геолого-минералогических наук, профессор
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного испытания в аспирантуру по иностранному (английскому) языку по направлению 40. 06. 01 Юриспруденция
Основные положения и требования к уровню владения иностранным языком на вступительном испытании в аспирантуру
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного испытания в аспирантуру по философии по направлению 40. 06. 01 Юриспруденция Москва 2015
Предмет философии. Эволюция представлений о предмете философии. Основные философские проблемы, их эволюция в процессе становления...
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: "Катализ", "Кинетика химических реакций"
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру для поступающих на обучение по направлению подготовки: 44. 06. 01 Образование и педагогические науки
Образование и педагогические науки. По окончании обучения выпускнику присваивается квалификация «Исследователь»
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного испытания в адъюнктуру по направлению подготовки 40. 06. 01
Программа предназначена для лиц, осуществляющих подготовку к сдаче вступительного испытания по предмету «Философия» в адъюнктуру...
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconЦель проведения вступительного испытания
При поступлении в аспирантуру по направлению «Информатика и вычислительная техника» сдается вступительное испытание, включающее в...
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного испытания по направлению 03. 04. 02
Вступительное испытание для магистров по направлению 03. 04. 02 Физика проводится в форме собеседования
Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительных испытаний в аспирантуру по образовательным программам высшего образования программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре. Направление: 04. 06. 01 «Химические науки»

Программа вступительного испытания в аспирантуру по направлению Химические науки. Кинетика и катализ Омск 2015 iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по направлению подготовки 37. 06. 01 Психологические науки
Критика закона специфических энергии И. Мюллера. Основные характеристики ощущений: модальность, интенсивность, пространственно-временные...
Разместите кнопку на своём сайте:
docs.likenul.com


База данных защищена авторским правом ©docs.likenul.com 2015
обратиться к администрации
docs.likenul.com