Задача № 13 3 Задача № 28 4 Задача № 41 5 Задача № 66 6 Задача № 85 7 Задача № 116 8 Задача № 141 9 Задача № 166 10 Задача № 191 11 Задача № 210 12 Задача № 235 13 Задача № 266 14 Задача № 291 15 Список литературы 16
Задача № 13
Некоторый элемент проявляет валентность 3 и 5 в соединениях: хлориде и оксиде соответственно. Содержание хлора в хлориде 77,45%, кислорода в оксиде 56,35%. Установите, что это за элемент, и формулы указанных соединений.
Решение
1) Валентность элемента в хлориде равна 3, следовательно, формула хлорида ЭCl3.
В соответствии с условием задачи в этом хлориде на 77,45 г хлора приходится 22,55 г элемента. Согласно закону эквивалентов,
Этот элемент – фосфор Р. Формула хлорида фосфора (III): PCl3
2) Валентность фосфора в оксиде равна 5, следовательно, формула оксида: Р2О5. Этой формуле соответствует заданное в условии %-ое содержание кислорода в оксиде:
На основании квантово-механических законов объясните, могут ли np-электроны содержаться во внешнем слое оболочки атома, если она включает конфигурации ns2, ns1, (n-1)d10, (n-2)f3? Приведите соответствующие примеры.
Решение
Распределение электронов в атоме подчиняется квантово – механическим законам: принципам минимальной энергии и Паули, правилам Гунда и Клечковского. Принцип минимальной энергии: электроны в основном состоянии заполняют орбитали в порядке повышения уровня энергии. Правило Клечковского: увеличение энергии и заполнение орбиталей электронами происходит в порядке возрастания суммы квантовых чисел (n + ℓ ), т.е. в следующей последовательности: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f ≈ 5d < 6p < 7s < 5f ≈ 6d < 7p Принцип запрета Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором квантовых чисел. Правило Гунда: заполнение орбиталей в пределах данного подуровня происходит так, чтобы их суммарный спин был максимален.
а) Если внешний электронный слой атома включает конфигурацию ns2 (завершенный s-подуровень), то он может содержать и nр – электроны в соответствии с правилом Клечковского. Такую конфигурацию имеют все р – элементы (элементы главных подгрупп III – VIII групп периодической таблицы), например, кремний: Si14: 1s2 2s22p6 3s2 3p2
б) Если внешний электронный слой атома включает конфигурацию ns1 (незавершенный s-подуровень), то он не может содержать nр – электроны, т.к. в соответствии с принципом Паули на одной орбитали может находиться 2 электрона, а ns – орбиталь более энергетически выгодна, чем np-орбиталь (правило Клечковского). Такую конфигурацию имеют s – и d – элементы I группы периодической таблицы и некоторые другие d-элементы, например, натрий (s – элемент) и хром (d-элемент): Na11: 1s2 2s22p6 3s1 Cr24: 1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s1
в) Если электронная оболочка атома включает конфигурацию (n–1)d10, (завершенный (n–1)d – подуровень), то во внешнем слое могут находиться nр – электроны в соответствии с правилом Клечковского. Такую конфигурацию имеют p – элементы больших периодов периодической таблицы, например, селен: Sе34: 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p4
г) Если электронная оболочка атома включает конфигурацию (n-2)f3 (незавершенный (n-2)f -подуровень), то он не может содержать nр – электроны в соответствии с правилом Клечковского. Такую конфигурацию имеют элементы празеодим и уран. Электронная формула празеодима: Pr59: 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f3 5s25p6 6s2
Задача № 41
Составьте электронные формулы атомов марганца и хлора. Укажите общность и различие их свойств.
Решение
Электронная формула марганца: Mn25: 1s2 2s22p6 3s23p63d5 4s2
Электронная формула хлора: Cl17: 1s2 2s22p6 3s23p5
Общность свойств обусловлена одинаковым количеством валентных электронов - 7 (3d5 4s2 у Mn и 3s23p5 у Cl). Поэтому эти элементы имеют одинаковую высшую степень окисления (+7) и соответственно аналогичные формулы высших оксидов (Э2О7), гидроксидов (НЭО4) и солей. НMnО4 и НClО4 являются сильными кислотами. Различия в свойствах этих элементов обусловлены различной электронной конфигурацией валентных электронов: Хлор – типичный неметалл. Обладая высокой электроотрицательностью, проявляет в соединениях с менее электроотрицательными элементами степень окисления (-1), образуя ионные или ковалентные связи. Может проявлять положительную степень окисления в соединениях с более электроотрицательными элементами (О, F). Простое вещество Cl2 – сильный окислитель. Марганец – типичный d – элемент. Наиболее характерные степени окисления: +2, +4, +7. Простое вещество марганец – металл; проявляет химические свойства, характерные для металлов.
Задача № 66
Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической таблицы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?
Решение.
Природа элементов III периода периодической системы при переходе слева направо закономерно изменяется: с увеличением заряда ядра и уменьшением радиуса возрастают энергия ионизации, сродство к электрону и, соответственно, электроотрицательность. Поэтому при переходе от натрия к хлору осуществляется постепенный переход от основных оксидов через амфотерные к кислотным и от оснований через амфотерный гидроксид к кислотам.
Формула оксида, отвечающего высшей степени окисления элемента Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 сильно основный слабо основный амфотерный слабо кислотный средне кислотный сильно кислотный сильно кислотный Формула гидроксида, отвечающего высшей степени окисления элемента NaOН Mg(OН) Al(OН)3 Н2SiO3 Н3PO4 Н2SO4 НClO4 сильное основание слабое основание амфотерный гидроксид слабая кислота кислота средней силы сильная кислота сильная кислота
Задача № 85
С позиций МВС объясните тетраэдрическую форму молекулы СН4 и плоское строение молекулы С2Н2. Укажите вид гибридизации АО углерода в этих соединениях и приведите их геометрические изображения.
Решение.
Электронно-графическая формула внешнего слоя атома углерода в возбужденном состоянии:
2p 2s ↑ ↑ ↑ ↑
1) В молекуле метана СН4 четыре атомные орбитали внешнего слоя атома углерода находятся в состоянии sp3 – гибридизации и направлены к вершинам тетраэдра (ориентированы под углом 109,280 друг к другу). Поэтому молекула метана имеет тетраэдрическую форму, и все связи С – Н равноценны:
Н | | С
Н Н Н
1) В молекуле ацетилена С2Н2 две атомные орбитали углерода (s – и p –) находятся в состоянии sp – гибридизации и ориентированы вдоль одной линии в противоположных направлениях ( угол 1800 ). Они образуют σ – связи между атомами углерода и с двумя атомами водорода. Оставшиеся р – электроны образуют две π – связи между атомами углерода. Поэтому молекула ацетилена имеет линейную структуру:
Н — С С — Н
Задача № 116
При температуре 423 К некоторая реакция заканчивается за 16 мин. Через сколько минут закончится эта реакция при 473 К, если температурный коэффициент реакции ( ) равен 3? Каков физический смысл и от каких факторов зависит его численное значение?
Решение.
Зависимость скорости реакции от температуры подчиняется правилу Вант-Гоффа, которое выражается уравнением:
Если при температуре 423 К реакция заканчивается за 16 мин., то при увеличении скорости в 243 раза (с возрастанием температуры до 473 К) реакция закончится в 243 раза быстрее, т.е. за 16/243 = 0,066 мин., т.е. за 4 сек. Температурный коэффициент показывает, во сколько раз возрастает скорость реакции при повышении температуры на 100. Численное значение зависит от природы веществ и для каждой отдельной реакции является постоянной величиной.
Задача № 141
Чему равно численное значение константы равновесия Кр, если на момент равновесия в системе СаСO3(КР) СаO(КР) + СO2(Г) - Q
парциальное давление СО2 равно 1 атм? Каким способом эту реакцию можно довести до конца?
Решение.
Численное значение константы равновесия Кр в равновесной системе
СаСО3 СаО + СО2↑
равно парциальному давлению СО2: КР = Р(СО2) = 1
Реакцию можно довести до конца, смещая равновесие в сторону прямой реакции. Согласно принципу Ле-Шателье, внешнее воздействие на систему смещает равновесие в сторону ослабления этого воздействия. а) Поскольку данная реакция является эндотермической, то равновесие в сторону прямой реакции смещается при повышении температуры. б) Поскольку реакция идет с увеличением давления (объема), то равновесие в сторону прямой реакции смещается при понижении давления. Следовательно, реакцию можно довести до конца, повышая температуру и понижая давление.
Задача № 166
Вычислите молярную, эквивалентную и моляльную концентрации 16%-го раствора AlCl3, плотность которого 1,149 г/см3.
Решение
16%-ый раствор AlCl3 соответствует содержанию в 100 г раствора 16 г AlCl3 и 84 г Н2О.
1) Молярная концентрация (молярность) СМ – это количество молей растворенного вещества в 1 л раствора:
3) Моляльная концентрация (моляльность) Сm – это число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя. mв-ва1000 16•1000 Сm = —————— = ———— = 1,43 моль/кг. Mв-ваmр-ля 133,5•84
Задача № 191
Запишите уравнение диссоциации слабой азотистой кислоты (HNO2) и определите молярность раствора, если С(Н+) = 2•10-3 моль/л. Как изменятся значения и КД при уменьшении молярной концентрации раствора? Ответ обосновать.
Решение
Уравнение диссоциации HNO2 в водном растворе:
HNO2 H+ + NO2 - , Кд = 4•10-4
Для слабых электролитов (α <<1) ______ С(H+) = √ СМ КД СМ(HNO2) = [C(H+)]2/КД = (2•10-3)2/(4•10-4) = 0,01 моль/л.
Выражение для степени диссоциации α слабых электролитов (α <<1) : ______ α = √ КД /СМ
Из данного уравнения следует, что при уменьшении молярной концентрации раствора численное значение степени диссоциации α будет возрастать. Численное значение константы диссоциации Кд не зависит от концентрации раствора, следовательно, при уменьшении молярной концентрации раствора оно не изменится.
Задача № 210
Запишите уравнение диссоциации слабой уксусной кислоты СН3СООН и определите ее молярную концентрацию, если рН раствора равен 5,2.
В молекулярной и краткой ионной формах запишите уравнения реакций получения и гидролиза соли Li2SO3 и рассчитайте рН 0,02н. раствора, учитывая только первую ступень гидролиза.
Решение
Уравнение реакции получения сульфита лития: 2LiOH + SO2 = Li2SO3 + H2O В краткой ионной форме: 2OH- + SO2 = SO32- + H2O
Определите заряд комплексных ионов: [Cr(NH3)5NO2], [Pd(NH3)Cl3], [Ni(CN)4], если комплексообразователи Cr3+, Pd2+, Ni2+. Напишите формулы комплексных соединений с указанными ионами.
Решение
1) Комплексный ион [Cr(NH3)5NO2] имеет заряд +2 (суммарный заряд комплексообразователя Cr3+, лигандов NH30 и NO2- ). Формула комплексного соединения с этим ионом: [Cr(NH3)5NO3]Cl2 – хлорид пентаамминнитрохрома (III).
2) Комплексный ион [Pd(NH3)Cl3] имеет заряд – 1 (суммарный заряд комплексообразователя Pd2+, лигандов NH30 и Cl- ). Формула комплексного соединения с этим ионом: K[Pd(NH3)Cl3] –амминтрихлоропалладат(II) калия.
3) Комплексный ион [Ni(CN)4] имеет заряд – 2 (суммарный заряд комплексообразователя Ni2+ и лигандов CN- ). Формула комплексного соединения с этим ионом: K2[Ni(CN)4] –тетрацианоникелат(II) калия.
Список литературы
1. Бондарь И.В., Молочко А.П., Соловей Н.П., Позняк А.А. Учебно – методическое пособие для студентов всех специальностей БГУИР. 2. Глинка Н.Л. Общая химия , под редакцией Рабиновича В.А.
