. Химия.Шиманович. Решение типовых задач, программированные вопросы для самопроверки и контрольные задания для студентовзаочников инженернотехнических (нехимических) специальностей вузов
Химия.Шиманович. Решение типовых задач, программированные вопросы для самопроверки и контрольные задания для студентовзаочников инженернотехнических (нехимических) специальностей вузов

Химия.Шиманович. Решение типовых задач, программированные вопросы для самопроверки и контрольные задания для студентовзаочников инженернотехнических (нехимических) специальностей вузов

Каждый студент выполняет вариант заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шиф­ра). Например, номер студенческого билета 98594, две последние цифры 94, им соответствует вариант контрольного задания 94.КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 1Моль. Количество вещества эквивалента (эквивалент) и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) простых и сложных веществ. Закон эквивалентовС 1 января 1963 г. в СССР введена Международная система единиц измерения (СИ), состоящая из шести основных единиц: метр (м) — длина, килограмм (кг) — масса, секунда (с) — время, ампер (А) — сила тока, кельвин (К) — 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 ± 0,000031) 10 23 моль -1 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- 10 2 3 ē и отвечает количеству электричества, равному 1 фараде (F). Масса моля атомов или масса моля молекул (молярная масса), выраженная в граммах (г/моль), есть грамм-атом данного элемента или

  1. Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58% кис­лорода. Вычислите молярную массу эквивалента, молярную и атомную массы этого элемента.
  2. Чему равен при н.у. эквивалентный объем водорода? Вычис­лите молярную массу эквивалента металла, если на восстанов­ление 1,017 г его оксида израсходовалось 0,28 л водорода (н.у.). Ответ: 32,68 г/моль.
  3. Вычислите в молях: а) 6,02 • 10 22 молекул С2Н2; б) 1,80 · 10 24 атомов азота; в) 3,01 · 10 23 молекул NH3. Какова молярная масса указанных веществ?
  4. Вычислите количество вещества эквивалента и молярную массу эквивалента Н3Р04 в реакциях образования: а) гидрофос­фата; б) дигидрофосфата: в) ортофосфата.
  5. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите молярную массу эквивалента металла и его оксида. Чему равна молярная и относительная атомная масса этого металла?
  1. Чему равен при н.у. эквивалентный объем кислорода? На сжигание 1,5 г двухвалентного металла требуется 0,69 л кислорода (н.у.) Вычислите молярную массу эквивалента, молярную массу и относительную атомную массу этого металла.
  2. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла. Ответ: 103, 6 г/моль.
  3. Напишите уравнение реакций Fe(OH)3 с хлороводородной (соляной) кислотой, при которых образуются следующие соеди­нения железа: а) хлорид дигидроксожелеза; б) дихлорид гидрок-сожелеза; в) трихлорид железа. Вычислите количество вещества эквивалента и молярную массу эквивалента Fe(OH)3 в каждой из этих реакций.
  4. Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия; б) нитрата дигидроксовисмута (III). Напи­шите уравнение реакций этих веществ с КОН и определите коли­чество вещества эквивалентов и молярные массы эквивалента.

15. Избытком хлороводородной (соляной) кислоты подейст-вовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция; б) дихлоридагидроксоалюминия. Напишите уравнения реакций этих веществ сНС1 и определите количество вещества эквивалентов и молярныемассы эквивалента.

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 nl х , где n — главное квантовое число, l — орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение — s. р, d, f) х — 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:

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

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 прямоуго­льникам □ , кружка ○ или линейки — , а электроны в этих ячейках обозначают стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух элементов с противоположными спинами:

В данном пособии применяют прямоугольники. Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противо­положными спинами (правило Хунда):

Пример 3. Изотоп 101-го элемента — менделевия (256) был получен бомбардировкой α-частицами ядер атомов эйнштейния (253). Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.

Решение. Превращение атомных ядер обусловливается их взаимодействием с элементарными частицами или друг с другом. Ядерные реакции связаны с изменением состава ядер атомов химических элементов. С помощью ядерных реакций можно из атомов одних элементов получить атомы других.

Превращение атомных ядер как при естественной, так и при искусственной радиоактивности записывают в виде уравнений ядерных реакций. При этом следует помнить, что суммы массовых чисел (цифры, стоящие у символа элемента вверху слева) и алгебраические суммы зарядов (цифры, стоящие у символа элемента внизу слева) частиц в левой и правой частях равенства должны быть равны. Данную ядерную реакцию выражают уравнением

Es+ He= Md+ n

Часто применяют сокращенную форму записи. Для приведенной реакции она имеет вид: 253 Es (α, n) 256 Md. В скобках пишут бомбардирующую частицу, а через запятую — частицу, образующуюся при данном процессе. В сокращенных уравнениях частицы He; H; D; n обозначают соответственно α, р, d, n.

Пример 4. Исходя из сокращенных уравнений ядерных реакций (табл. 2), напишите их полные уравнения.

Решение. Ответ на вопрос см. в табл. 2.

  1. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение элемен­тов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
  2. 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?
  3. Какое максимальное число электронов могут занимать s - р-d- и f- орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.
  1. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 25 и 34. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
  1. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5 sили 4p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.
  1. Изотоп никеля-57 образуется при бомбардировке α -частицами ядер атомов железа-54. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.
  2. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4dили 5 s; 6sили 5p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.
  1. Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы
  1. Изотоп кремния-30 образуется при бомбардировке α -частицами ядер атомов алюминия-27. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.
  2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных З d -орбиталей у атомов последнего элемента?
  1. Изотоп углерода-11 образуется при бомбардировке протонами ядер атомов азота-14. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.
  2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 28. Чему равен максимальный спин
  1. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных З d -орбиталей в атомах этих элементов?
  2. 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- р-d- и f-элементами? Приведите примеры.
  3. Какие значения могут принимать квантовые числа п,l, тlи ms, характеризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?
  1. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: а) 1S 2 2S 2 2р 5 3 S 1 ; б) 1S 2 2S 2 2p6 в) 1S 2 2S 2 2p63s23p63d4; г) 1S 2 2S 2 2p63s23p64s2 д) 1s22s22pb3s23d2? Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?
  2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит «провал» одного 4s-электрона на Зd-подуровень. Чему равен максимальный спин d-электронов у атомов первого и p-электронов у атомов второго элемента?
  1. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р 7 - или d 12 -электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.
  2. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного 5s-электрона на 4d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Периодическая система элементов Д.И. МенделееваПример 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, как правило, номер группы периодической системы Д.И. Менде­леева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом при присоединении того числа электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки (ns 2 , nр 6 ).

Данные элементы находятся соответственно в VA-, VIA-, VIIA-группах и имеют структуру внешнего энергетического уровня s 2 p 3 s 2 p 4 и s 2 p 5 - Ответ на вопрос см. в табл. 3.

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

Решение. Электронные формулы данных элементов

25Mn 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2

35Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5

Марганец — d-элемент VIIB- группы, а бром — p-элемент VIIA-труппы. 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 р- и d- элементы, является преобладание металлических свойств у d-элементов. Следо­вательно, металлические свойства у марганца сильнее выражены, чем у брома.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎