Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей




НазваниеМетодические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей
страница2/18
Дата публикации04.07.2013
Размер2.43 Mb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Химия > Методические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18
^

Б. ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ-ЭНЕРГЕТИКОВ


1. Химия конструкционных и электротехнических материалов

Металлы и сплавы; физико-химический анализ. Магний, бериллий; свойства, соединения, применение в технике. Алюминий, свойства, соединения, применение в технике. Переходные металлы, их свойства, соединения, применение в энергетике, электротехнике и радиотехнике.

Кремний, германий, олово, свинец, их свойства и применение. Химия полупроводниковых материалов. Методы получения материалов высокой чистоты.
^ 2. Полимерные материалы в энергетике и электротехнике

Методы получения полимерных материалов. Зависимость свойств полимеров от состава и структуры. Полимерные конструкционные материалы. Полимерные диэлектрики. Органические полупроводники.

^ 3. Электрохимические процессы в энергетике и электронике

Химические источники тока. Электрохимические генераторы. Электрохимические преобразователи (хемотроны). Электрохимическая анодная обработка металлов и сплавов. Получение и свойства гальванопокрытий. Гальванопластика.

^ 4. Химия воды и топлива

Строение молекул и свойства воды. Природные воды. Основные методы очистки воды.

Состав и свойства органического топлива. Теплота сгорания и теплотворная спо­собность топлива. Твердое топливо и продукты его переработки. Жидкое и газообраз­ное топливо. Области применения топлива.

^ 5. Химия и охрана окружающей среды

Технический прогресс и экологические проблемы. Роль химии в решении эколо­гических проблем. Продукты горения топлива и защита воздушного бассейна от загрязнений. Методы малоотходной технологии. Водородная энергетика. Получение и использование водорода.

Охрана водного бассейна. Характеристика сточных вод. Методы очистки сточных вод. Методы замкнутого водооборота.
^ 6. Ядерная химия. Радиохимия

Состав атомных ядер; изотопы. Радиоактивность. Радиоактивные ряды. Использование радиоактивных изотопов. Искусственная радиоактивность. Ядерные реакции. Ядерная энергетика. Торий, уран, плутоний и другие радиоактивные элементы и материалы.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Лучинский Г.П. Курс химии. — М.: Высшая школа, 1985.

  1. Курс общей химии/ Под ред. Н.В. Коровина. — М.: Высшая школа, 2002.

  2. Зубов И.А. Неорганическая химия. – М : Высшая школа, 1989.

Дополнительная


4.. Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 2001.

5. Введение в общую химию/ Под ред. Г.П. Лучинского. - М Высшая школа, 1980.

6. Фролов В.В. Химия. - М.: Высшая школа, 1979.

7. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Курс химии. - М.: Высшая школа, 1983.
8. Курс химии. Ч. 2, специальная для строительных вузов/ Под ред. В.А. Киреева - М.: Высшая школа, 1974.

9. Левант Г.Е. и Райцын Г.А. Практикум по общей химии. - М.: Высшая школа, 1978.

10. Павлов Н.Н. Теоретические основы общей химии. - М.: Высшая школа. 1978.

11. Васильева З.Г., Грановская А.А., Таперова А.А. Лабораторные работы по общей и неорганической химии. - М.: Химия, 1979

12. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - Л.: Химия, 2001

13. Гольбрайх З.Е. Сборник задач и упражнений по химии- - М.: Высшая школа, 1984.

^

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ


Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 85073, две последние цифры 73, им соответствует вариант контрольного задания 73.

^

Основные понятия химии


В большинстве стран мира принята Международная система единиц измерения (СИ), состоящая из шести основных единиц: метр (м) — длина, килограмм (кг) — масса, секунда (с) — время, ампер (А) — сила тока, Кельвин (K) — термодинамичес­кая температура, кандела (кд) — сила света. XIV Генеральная конференция по мерам и весам (1971) утвердила в качестве седьмой основной единицы Международной сис­темы моль (моль) — единицу количества вещества. Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц. Моль вещества соот­ветствует постоянной Авогадро NA = 6,022045×1023 структурных элементов. При применении понятия "моль" следует указывать, какие структурные элементы имеются в виду, например моль атомов Н, моль молекул Н2, моль прото­нов, моль электронов и т.п. Так, заряд моля электронов равен 6,022-1023 е и отвечает количеству электричества, равному 1 фараде (F). Масса моля атомов или масса моля молекул (мольная или молярная масса), выраженная в граммах (г/моль), есть грамм-атом данного элемента.

Пример 1. Выразите в молях: а) 6,02×1021 молекул СО2; б) 1,20×1024 атомов кислорода; в) 2,00×1023 молекул воды. Чему равна мольная (молярная) масса указанных веществ?

Решение. Моль - это количество вещества, в котором содержится число частиц любого определенного сорта, равное постоянной Авогадро (6,02×1023 ). Отсюда а) 6,02×1021, т.е. 0,01 моль; б) 1,20 × 1024, т.е. 2 моль; в) 2,00 × 1023, т.е. 1/3 моль.

Масса моля вещества выражается в кг/моль или г/моль. Молярная масса вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной (атом­ной) массе, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м).

Так как молекулярные массы СО2 и Н2О и атомная масса кислорода соответ­ственно равны 44; 18 и 16 а.е.м., то их мольные (молярные) массы равны: а) 44 г/моль; б) 18 г/моль; в) 16 г/моль.
Пример 2. Определите эквивалент (Э) и молярную массу эквивалента m^ Э азота, серы и хлора в соединениях NH3, Н2S и HCI.

Решение. Масса вещества и количество вещества — понятия неидентичные. Масса выражается в килограммах (граммах), а количество вещества — в молях.

Эквивалент элемента (Э) — это такое количество вещества, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Масса 1 эквивалента элемента называется, его молярной массой эквивалента (mЭ). Таким образом, эквиваленты выражаются в молях, а молярные массы эквивалентов — в г/моль.

В данных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1/3 моль азота, 1/2 .моль серы и 1 моль хлора. Отсюда Э(N) = 1/3 моль, Э(S) = 1/2 моль, Э(С1) = 1 моль. Исходя из мольных масс этих элементов, определяем их молярные массы эквивалентов : mЭ(N) =1/3×14= 4,67 г/моль; mЭ(S) = =1/2×32 = 16 г/моль; mЭ(Cl)=1×35,45 =35,45 г/моль.

Пример 3. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 дм3 водорода (н.у.). Вычислите эквивалентную массу оксида и молярную массу эквивалента металла. Чему равна атомная масса металла?

Нормальные условия по Международной системе единиц (СИ) : давление 1,013 × 105 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм.), температура 273 K или 0°С.

Решение. Согласно закону эквивалентов массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ m1и m2 пропорциональны их молярным массам (объемам) эквивалентов:

(1)

(2)

Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см3, дм3, м3, л).

Объем, занимаемый при данных условиях мольной или молярной массой эквивалента газообразного вещества, называется мольным или, соответственно, молярным объемом эквивалента этого вещества.

Мольный объем любого газа при н.у. равен 22,4 дм3. Отсюда молярный объем эквивалента водорода VЭ(H2), молекула которого состоит из двух атомов, т.е. содержит два моля атомов водорода, равен 22,4 : 2 =11,2 дм3. В формуле (2) отношение m(H2):mЭ(H2) заменяем равным ему отношением V(H2): VЭ(H2), где V(H2)- объем водорода, VЭ(H2)- молярный объем эквивалента водорода:

(3)

Из уравнения (3) находим молярную массу эквивалента оксида металла mЭ(MeO):



Согласно закону эквивалентов :

mЭ(MeO) = mЭ(Me) + mЭ(O2),

mЭ(Me) = mЭ(MeO) - mЭ(O2) = 35,45 - 8 = 27,45 г/моль. Мольная масса металла определяется из соотношения mЭ = A/B, где mЭ - молярная масса эквивалента, A - мольная масса металла, B - стехиометрическая валентность элемента; A = mЭ × B = 27,45 х 2 =54,9 г/моль.

Так как атомная масса в а.е.м. численно равна молярной) массе, выражаемой в г/моль, то искомая атомная масса металла 54,9 а.е.м.

Пример 4. Сколько металла, молярная масса эквивалента которого 12,16 г/моль, взаимодействует с 310 см3 кислорода (н.у.) ?

Решение. Так как молярная масса O2 (32 г/моль) при н.у. занимает объем 22,4 дм3, то объем молярной массы эквивалента кислорода (8 г/моль) будет 22,4 : 4 = 5,6 дм3.

По закону эквивалентов:



откуда m(Me) =12,16 ×310/5600 = 0,673г.

Пример 5. Вычислите эквиваленты и молярные массы эквивалентов H2SO4 и Al(OH)3 в реакциях, выраженных уравнениями:

H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O (1)

H2SO4 + Mg = MgSO4 + H2 (2)

Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O (3)

Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O (4)

Решение. Эквивалент (молярная масса эквивалента) сложного вещества, как и эквивалент (молярная масса эквивалента) элемента, может иметь различные значения и зависит от того, в какую реакцию обмена вступает это вещество. Молярная масса эквивалента кислоты (основания) равна мольной массе (М), деленной на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл (на число вступающих в реакцию гидроксильных групп).

Следовательно, молярная масса эквивалента H2SO4 в реакции (1) mЭ(H2SO4) = M(H2SO4) = 98 г/моль, а в реакции (2) - mЭ(H2SO4) = M(H2SO4)/2 = 49 г/моль. Молярная масса эквивалента А1(ОН)3 в реакции (3) mЭ(Al(OH)3) = M(Al(OH)3) =78г/моль, а в реакции (4) - mЭ(Al(OH)3) = M(Al(OH)3)/3 = 26 г/моль.

Задачу можно решить и другим способом. Так как H2SO4 взаимодействует с одной молярной массой эквивалента KOH и двумя молярными массами эквивалента магния, то ее молярная масса эквивалента равна в реакции (1) M(H2SO4)/1 г/моль, а в реакции (2) - M(H2SO4)/2 г/моль. А1(ОН)з взаимодействует с одной молярной массой эквивалента HCI и тремя молярными массами эквивалента HNO3, поэтому его молярная масса эквивалента в реакции (3) равна M(Al(OH)3)/1 г/моль, а в реакции (4) - M(Al(OH)3)/3 г/моль. Эквиваленты H2SO4 в уравнениях (1) и (2) соответствен­но равны 1 моль и 1/2 моль; эквиваленты Al(OH)3 в уравнениях (3) и (4) соответственно равны 1 моль и 1/3 моль.

Пример 6. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите молярную массу эквивалента металла (mЭ (Ме)).

Решение. При решении задачи следует иметь в виду: а) эквивалент (молярная масса эквивалента) гидроксида равен сумме эквивалентов (молярных масс эквивалентов) металла и гидроксильной группы; б) эквивалент (молярная масса эквивалента) соли равен сумме эквивалентов (молярных масс эквивалентов) металла и кислотного остатка. Вообще эквивалент (молярная масса эквивалента) химического соединения равен сумме эквивалентов (молярных масс эквивалентов) составляющих его частей. Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в уравнение (1) примера 3:




Пример 7. В какой массе Са(ОН)2 содержится столько же эквивалентов, сколько в 312г А1(ОН)3?

Решение. Молярная масса эквивалента А1(ОН)3 равна 1/3 его мольной массы, т.е. 78/3 = 26 г/моль. Следовательно, в 312 г А1(ОН)3 содержится 312/26 =12 эквивалентов. Молярная масса эквивалента Са(ОН)2 равна 1/2 его мольной массы, т.е. 37 г/моль. Отсюда 12 эквивалентов составляют 37 г/моль ×12 моль = 444г.

Пример 8. Вычислите абсолютную массу молекулы серной кислоты в граммах.

Решение. Моль любого вещества (см. пример 1) содержит постоянную Авогадро (Na) структурных единиц (в нашем примере молекул). Мольная масса H2SO4 равна 98,0 г/моль. Следовательно, масса одной молекулы 98/(6,02 × 1023 ) = 1,63 × 10-22 г
^ Контрольные вопросы
1. Определите эквивалент и молярную массу эквивалента фосфора, кислорода и брома в соединениях PH3, H2O, HBr.

2. Вычислите массу 50 дм3 кислорода при 25С и давлении 150 КПа. Какое число молекул О2 содержится в этой массе?

3. Из 1,35 г оксида металла получится 3,15 г его нитрата. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла. Ответ: 32,5 г/моль.

4. Из 1, 3 г гидроксида металла получается 2,85 его сульфата. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла. Ответ: 9 г/моль.

5. Вычислите массу 10 дм3 водорода при 0С и давлении 300 КПа. Какое число молекул H2 содержится в этой массе?

6. Чему равен при н.у. эквивалентный объём водорода? Вычислите молярную массу эквивалента металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовалось 0,28 дм3 водорода (н.у). Ответ: 32,68 г/моль.

7. Выразите в молях: а) 6,02 × 1022 молекул C2 H2; б) 1,80 × 1024 атомов азота; в) 3,01 × 1023 молекул NH3. Какова мольная масса указанных веществ?

8. Газ массой 30 г занимает объём 15 дм3 при давлении 122 KПа и температуре 18С. Определите молярную массу газа.

9. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида. Чему равна молярная и атомная масса этого металла?
10. Чему равен при н.у. эквивалентный объём кислорода? На сжигание 1,5 г двухвалентного металла требуется 0,69 дм3 кислорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалента, молярную массу и атомную массу этого металла.

^ 11. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла. Ответ: 103,6 г/моль.

12. Напишите уравнение реакций Fe(OH)3 с хлороводородной (соляной) кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) хлорид дигидроксожелеза; б) дихлорид гидроксожелеза; в) трихлорид железа. Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалента Fe (OH)3 в каждой из этих реакций.

13. Какой объём при н.у. занимают 5,38×1022 молекул газа? Определите молярную массу этого газа, зная, что вычисленный объём газа имеет массу 2,5 г.

^ 14. Плотность газов по воздуху равна: а) 0,9; б) 2,45. Определите молярную массу и массу одного дм3 каждого газа.

15. Избытком хлороводородной (соляной) кислоты подействовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция; б) дихлорида гидроксоалюминия. Напишите уравнения реакции этих веществ с HCl и определите эквиваленты и молярные массы их эквивалентов.

16. При некоторой температуре плотность паров серы по азоту равна 9,14. Из скольких атомов состоит молекула серы при этой температуре? Вычислите массу одной молекулы серы в граммах.

17. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 дм3 водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалента, молярную и атомную массы металла.

^ 18. Исходя из молярной массы углерода и воды, определите абсолютную массу атома углерода и молекулы воды в граммах.

19. На нейтрализацию 9,797 г ортофосфорной кислоты израсходовано 7,998 г NaOH. Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалента H3PO4 в этой реакции. На основании расчета напишите уравнение реакции. Ответ: 0,5 моль, 49 г/моль.

^ 20. Сколько молей заключает в себе 3 м3 любого газа при н.у.? Какое число молекул содержится в этом объёме?
Строение атома

Пример 1. Что такое квантовые числа? Какие значения они могут принимать?

Решение. Движение электрона в атоме носит вероятностный характер. Околоядерное пространство, в котором с наибольшей вероятностью (0,9—0,95) может находиться электрон, называется атомной орбиталью (АО).

Атомная орбиталь, как любая геометрическая фигура, характеризуется тремя параметрами (координатами), получившими название квантовых чисел (n, l, ml) . Квантовые числа принимают не любые, а определенные, дискретные (прерывные) значения. Соседние значения квантовых чисел различаются на единицу.

Квантовые числа определяют размер (n), форму (l) и ориентацию (ml) атомной орбитали в пространстве. Занимая ту или иную атомную орбиталь, электрон образует электронное облако, которое у электронов одного и того же атома может иметь различную форму. Формы электронных облаков аналогичны АО. Их также называют электронными или атомными орбиталями.

Электронное облако характеризуется четырьмя квантовыми числами(n, l, ml и ms) . Эти квантовые числа связаны с физическими свойствами электрона, и число n (главное квантовое число) характеризует энергетический (квантовый) уровень электрона, число l (орбитальное) - момент количества движения (энергетический подуровень), число ml (магнитное) - магнитный момент, ms - спин.

Спин электрона возникает за счет вращения его вокруг собственной оси. Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в АО могут находиться не более двух электронов, отличающихся своими спинами (ms = ± 1 /2).

Пример 2. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 22. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым (энергетическим) ячейкам.

Решение. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nlx где n - главное квантовое число, l - орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение— s, p, d, f), x - число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией - меньшая сумма n + l (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s → 2s → 2р → 3s → Зр → 4s→3d →4р →5s → 4d → 5р → 6s→ (5d1) →4f→ 5d →6p→7s→(6d1-2)→5f→6d→7p

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядко­вому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для элементов № 16 (сера) и № 22 (титан) электронные формулы имеют вид:

16 S 1s22s22p63s23p4

22 Ti 1s22s22p63s23p63d24s2

Электронная структура атома может быть изображена также в виде схем размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическим изображением атомных орбиталей (АО). Квантовую ячейку обозначают в виде прямоугольника, кружка или линейки, а электроны в этих ячейках обозначают стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами (различие в спинах обозначают различным направлением стрелок).

Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спи
16 S

s

n=1 ↑↓ p

n=2 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ d

n=3 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
нами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда):

22 Ti

s

n=1 ↑↓ p

n=2 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ d

n=3 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ f

n=3 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓



16 S

s

n=1 ↑↓ p

n=2 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ d

n=3 ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓


^ Контрольные вопросы.
21. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

22. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 26. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

23. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, p-, d- и f- орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

24. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 25 и 34. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

25. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d ; 5s или 4p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

26.Напишите электронные формулы ионов Zn2+, Cl¯ и Al 3+ . К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

27.Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s; 6s или 5p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

28. Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?

29. Чему равно количество подуровней в уровне? По какой формуле можно определить максимальное число электронов в подуровне? Вычислите максимальное число электронов в 3d- и 4p- подуровнях.

^ 30. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных d-орбиталей у атомов последнего элемента?

31. В чём сущность правила Хунда? Разместите шесть электронов по атомным орбиталям 3d – подуровня. Чему равно их суммарное спиновое число?

32. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 28. Чему равен максимальный спин p-электронов у атомов первого и d-электронов у атомов второго элемента?

33. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных d-орбиталей в атомах этих элементов?

34. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число ml при орбитальном числе l = 0, 1, 2 и 3? Какие элементы в периодической системе называют s-, p-, d- и f – элементами? Приведите примеры.

35. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m и s, характеризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?

36. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: а) 1s2 2s2 2p5 3s1; б) 1s2 2s2 2p6; в) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4; г) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2; д) 1s2 2s2 2p6 3s2 3d2? Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?

37. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит «провал» одного из 4s-электрона на 3d–подуровень. Чему равен максимальный спин d–электронов у атомов первого и p–электронов у атомов второго элементов?

38. Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторого элемента имеют следующие значения: n = 4; l = 0; m = 0; s = 1/2. Напишите электронную формулу атома этого элемента и определите, сколько свободных 3d-орбиталей он содержит.

39. В чём заключается принцип Паули? Может ли быть на каком–нибудь подуровне атома p 7 – или d12 –электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

40. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного из 5s-электронов на 4d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
^ Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Пример 1. Какую высшую и низшую степени окисления проявляют мышьяк, селен и бром? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

Решение. Высшую степень окисления элемента определяет номер группы периодической системы Д. И. Менделеева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом при присоединении того количества электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки (ns2np6 )

Данные элементы находятся соответственно в VA, VIA, VIIA-группах и имеют структуру внешнего энергетического уровня s2p3, s2p4 и s2p5 .Ответ на вопрос см. табл.



элемент


степень окисления


соединения


высшая

низшая


As

Se

Br


+5

+6

+7


-3

-2

-1


H3AsO4 ; H3As

SeO3 ; Na2Se

KBrO4 ; KBr

Пример 2. У какого из элементов четвертого периода - марганца или брома - сильнее выражены металлические свойства?

Решение. Электронные формулы данных элементов

25 Mn 1s22s22p63s23p63d54s2

35 Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5

Марганец - d-элемент VIIB - группы, а бром - р-элемент VIIA-группы. На внешнем энергетическом уровне у атома марганца два электрона, а у атома брома - семь. Атомы типичных металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне, а, следовательно, тенденцией терять эти электроны. Они обладают только восстановительными свойствами и не образуют элементарных отрицательных ионов.

Элементы, атомы которых на внешнем энергетическом уровне содержат более трех электронов, обладают определенным сродством к электрону, а следовательно, приобретают отрицательную степень окисления и даже образуют элементарные отрицательные ионы.

Таким образом, марганец, как и все металлы, обладает только восстановительными свойствами, тогда как для брома, проявляющего слабые восстановительные свойства, более свойственны окислительные функции. Общей закономерностью для всех групп, содержащих p- и d-элементы, является преобладание металлических свойств у d-элементов. Следовательно, металлические свойства у марганца сильнее выражены, чем у брома.

Пример 3. Как зависят кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов от степени окисления атомов элементов, их образующих? Какие гидроксиды называются амфотерными (амфолитами) ?

Решение. Если данный элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства последних меняются от основных к амфотерным и кислотным. Это объясняется характером электролитической диссоциации (ионизации) гидроксидов ЭОН, которая в зависимости от сравнительной прочности и полярности связей Э − O и O − H может протекать по двум типам:

(I) Э−OH ↔ Э+ + OH (II) ЭO−H ↔ ЭO + H+

Полярность связей, в свою очередь, определяется разностью электроотрицательностей компонентов, размерами и эффективными зарядами атомов. Диссоциация по кислотному типу (II) протекает, если EOH << EЭ−O (высокая степень окисления), а по основному типу, если EOH >> EЭ−O (низкая степень окисления). Если прочности связей Э − O и O − H близки или равны, диссоциация гидроксида может одновременно протекать и по (I), и по (II) типам. В этом случае речь идет об амфотерных электроли­тах (амфолитах) :

Эn+ + nOH Э(OH)n = HnЭOn ↔ nH+ + ЭOnn

как основание как кислота

Э - элемент, n - его положительная степень окисления. В кислой среде амфолит проявляет основной характер, а в щелочной среде - кислый характер:

Ga(OH)3 + 3HCI = GaCl3+3H2O

Ga(OH )з + 3 NaOH = Nа3GаО3 + 3 Н2О
^ Контрольные вопросы.

41. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, составьте формулы мета-, ортогерманиевой кислот и оксида технеция, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

42. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s- и p- элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

43. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность p- элементов в периоде, в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

44. Исходя из положения германия, молибдена и рения в периодической системе, составьте формулы водородного соединения германия, оксида молибдена и рениевой кислоты, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

45.Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

46. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется кислотно-основной характер этих соединений при переходе от натрия к хлору? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида алюминия.

47. Какой из элементов четвертого периода – ванадий или мышьяк – обладает более выраженными металлическими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов данных элементов.

48. Марганец образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида марганца (IV).

49. У какого элемента четвертого периода – хрома или селена – сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов данных элементов.

50. Какую низшую степень окисления проявляет хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой степени окисления. Как называются соответствующие соединения?

51. У какого из p-элементов пятой группы периодической системы - фосфора или сурьмы – сильнее выражены неметаллические свойства? Какое из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атома данных элементов.

52. Как изменяется окислительная активность элементов в периоде с увеличением порядкового номера? Почему? Ответ дайте, основываясь на строении атомов соответствующих элементов.

53. Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: CuOH или Cu(OH)2; Fe(OH)2 или Fe(OH)3; Sn(OH)2 или Sn(OH)4? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксидов олова (II).

54. Какую низшую степень окисления проявляет водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?

55. Какую низшую и высшую степени окисления проявляют кремний, мышьяк, селен и хлор? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

56. Хром образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3, +6. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида хрома (III).

57. Атомные массы элементов в периодической системе непрерывно увеличиваются, тогда как свойства простых тел изменяются периодически. Чем это можно объяснить? Дайте мотивированный ответ.

58. Какова современная формулировка периодического закона? Объясните, почему в периодической системе элементов аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и протактинием, хотя и имеют большую атомную массу?

59. Какую низшую и высшую степени окисления проявляют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

60. Как изменяется восстановительная активность s- и p- элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера элемента? Почему? Дайте мотивированный ответ.
^ Химическая связь и строение молекул.

Конденсированное состояние вещества.

Пример 1. Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами (спин-валентность), может проявлять фосфор в нормальном и возбужденном состоянинх?

Решение. Распределение электронов внешнего энергетического уровня фосфора

...3 s2 3p3 (учитывая правило Хунда, 3s2 3px 3py 3pz) по квантовым ячейкам имеет

вид:

s | p | d

↑↓























Атомы фосфора имеют свободные d-орбитали, поэтому возможен переход одного 3s-электрона в 3d-состояние:

s | p | d























Соответственно валентность (спинвалентность) фосфора в нормальном состоянии равна трем, а в возбужденном - пяти.

Пример 2. Что такое гибридизация валентных орбиталей? Какое строение имеют молекулы типа ABn, если связь а них образуется за счет sp-, sp2 -, sp3 - гибридизации орбиталей атома А?

Решение. Теория валентных связей (ВС) предполагает участие в образовании ко-валентных связей не только "чистых" АО, но и "смешанных", так называемых гибридных, АО. При гибридизации первоначальная форма и энергия орбиталей (электронных облаков) взаимно изменяются и образуются орбитали (облака) новой одинаковой формы и одинаковой энергии. Число гибридных орбиталей равно числу исходных. Ответ на поставленный вопрос отражен в табл.

Тип молекулы

Исходные орбитали атома А

Тип гибридизации

Число гибридных орбиталей атома А

Пространственная конфигурация молекулы

AB2

AB3

AB4

s + p

s + p + p

s + p + p + p

sp

sp2

sp3

2

3

4

Линейная

Треугольная

Тетраэдрическая


^ Контрольные вопросы

61. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы воды?

62. Какую ковалентную связь называют полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Исходя из значений электроотрицательности атомов соответствующих элементов определите, какая из связей: HI, ICl, BrF – наиболее полярна.

63. Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NH4+ и BF4¯? Укажите донор и акцептор.

64. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы BeCl2 и тетраэдрическое СH4?

65. Какую ковалентную связь называют σ-связью и какую π-связью? Разберите на примере строения молекулы азота.

66. Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами?

67. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют её атомы в нормальном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами?

^ 68. Что называют электрическим моментом диполя? Какая из молекул HCl, HBr, HI имеет наибольший момент диполя? Почему?

69. Какие кристаллические структуры называют ионными, атомными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк – имеют указанные структуры?

^ 70. Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекул H2S и линейное молекулы CO2?

71. В чем заключается гибридизация атомных орбиталей? Каким будет расположение в пространстве относительно центрального атома sp - ,sp2-,sp3- гибридных орбиталей?

72. Какую химическую связь называют водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему H2O и HF, имея меньшую молекулярную массу, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги?

73. Какую химическую связь называют ионной? Каков механизм её образования? Какие свойства ионной связи отличают её от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

74. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов, в соединениях CH4, CH3^ OH, HCOOH, CO2.

75. Какие силы молекулярного взаимодействия называют ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают эти силы и какова их природа?

76. Какая химическая связь называется ионной и как она образуется? В чём проявляется ненаправленность и ненасыщенность ионной связи? Назовите молекулу в которой наиболее сильнее проявляется ионная связь: а) КCl, б)СаCl2, в)GeCI4, г)GaCI3

77. Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей объясняет симметричную треугольную форму молекулы BF3?

^ 78. Какая химическая связь проявляется в металлах? Как она образуется? Характеризуется ли химическая связь в металлах направленностью?

79. Как метод валентных связей обьясняет строение молекул ВF3 и CH4 ?

80. Какой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным? Рассмотрите образование сложных ионов NH4+ и BF-

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

Похожие:

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconПрограмма, методические указания и контрольные задания для студентов...
...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconБелорусская государственная политехническая академия
С., Журавкевич Е. В., Малаховская В. Э., Новоселов А. М., Чапланов А. М., Черный В. В. Контрольные работы и методические указания...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconВ. А. Вилькоцкий Д. С. Доманевский
В. А., Доманевский Д. С., Малаховская В. Э., Новоселов А. М. Контрольные работы и методические указания по общей физике для студентов...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconВ. А. Вилькоцкий Д. С. Доманевский
Бумай Ю. А., Вилькоцкий В. А., Доманевский Д. С., Малаховская В. Э. Контрольные работы и методические указания по общей физике для...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconНемецкий язык методические указания и контрольные задания для студентов...
Немецкий язык : методические указания и контрольные задания для студентов 2 курса железнодорожных специальностей заочной формы обучения...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconМетодические указания и контрольные задания для студентов специальностей...
Статистика: методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-26 02 02 «Менеджмент» и 1-26 02 03 «Маркетинг»...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconУчебно-методическое пособие и контрольные задания для студентов инженерно-строительных...
...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconМетодические указания и задачи к практическим занятиям для студентов...
Математика. Интегральное исчисление [Текст]+[Электронный ресурс]: методические указания и задачи к практическим занятиям для студентов...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconМетодические указания и контрольные задания к выполнению контрольных...
Статистика: методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ для студентов специальностей 1-25 01 08 «Бухгалтерский...

Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочной формы обучения инженерно педагогических и инженерно технических (нехимических) специальностей iconУчебная программа, методические Указания и контрольные задания для...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов