Файл: Периодический закон и периодические свойства элементов Пример 1.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 13
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ Периодический закон и периодические свойства элементов Пример 1. В какой группе ив каком периоде Периодической системы элементов Д. И. Менделеева находится элемент с порядковым номером 42?
Решение.Расположение элементов в периодической системе в соответствии со строением их атомов следующее в первом периоде – 2, во втором – 8, в третьем – 8. Третий период заканчивается элементом с порядковым номером 18 (2+8+8). В четвертом периоде 18 элементов, те. он заканчивается элементом с порядковым номером 36. В пятом периоде также
18 элементов, поэтому элемент с порядковым номером 42 попадает в пятый период. Он занимает шестое место, следовательно, находится в шестой группе (побочной подгруппе. Это элемент – молибден Мо. Пример 2. Опишите химические свойства элемента с порядковым номером 23 по его положению в Периодической системе. Решение. По Периодической системе определяем, что элемент с порядковым номером 23 находится в четвертом периоде ив побочной подгруппе пятой группы. Этот элемент – ванадий V. Электронная формула
V: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
3
4s
2
, сокращенно – [Ar]3d
3
4s
2
. Следовательно, V – d- элемент. Элемент может легко отдавать два электрона с го уровня, проявляя степень окисления +2. При этом он образует оксид VO и гидроксид V(OH)
2
, проявляющие основные свойства. Газообразных водородных соединений ванадий не образует. так как расположен в побочной подгруппе. Атом ванадия может отдавать электроны с подуровня предпоследнего энергетического уровня (3 электрона) и, таким образом, проявлять высшую степень окисления +5 (численно равную номеру группы, в которой расположен элемент. Оксид, соответствующий высшей степени окисления,
V
2
O
5
. Этот оксид обладает кислотными свойствами. В качестве гидроксида ему соответствует неустойчивая метаванадиевая кислота Н (соли ее – ванадаты – устойчивые соединения. Пример 3. Какие соединения с водородом образуют элементы главной подгруппы VI группы Назовите наиболее и наименее прочные из них. Решение. Элементы главной подгруппы VI группы – р-элементы. У их атомов на внешнем энергетическом уровне находится по 6 электронов
ns
2
np
4
. Следовательно, в соединениях с водородом (общая формула H
2
R) они проявляют степень окисления – 2.
Решение.Расположение элементов в периодической системе в соответствии со строением их атомов следующее в первом периоде – 2, во втором – 8, в третьем – 8. Третий период заканчивается элементом с порядковым номером 18 (2+8+8). В четвертом периоде 18 элементов, те. он заканчивается элементом с порядковым номером 36. В пятом периоде также
18 элементов, поэтому элемент с порядковым номером 42 попадает в пятый период. Он занимает шестое место, следовательно, находится в шестой группе (побочной подгруппе. Это элемент – молибден Мо. Пример 2. Опишите химические свойства элемента с порядковым номером 23 по его положению в Периодической системе. Решение. По Периодической системе определяем, что элемент с порядковым номером 23 находится в четвертом периоде ив побочной подгруппе пятой группы. Этот элемент – ванадий V. Электронная формула
V: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
3
4s
2
, сокращенно – [Ar]3d
3
4s
2
. Следовательно, V – d- элемент. Элемент может легко отдавать два электрона с го уровня, проявляя степень окисления +2. При этом он образует оксид VO и гидроксид V(OH)
2
, проявляющие основные свойства. Газообразных водородных соединений ванадий не образует. так как расположен в побочной подгруппе. Атом ванадия может отдавать электроны с подуровня предпоследнего энергетического уровня (3 электрона) и, таким образом, проявлять высшую степень окисления +5 (численно равную номеру группы, в которой расположен элемент. Оксид, соответствующий высшей степени окисления,
V
2
O
5
. Этот оксид обладает кислотными свойствами. В качестве гидроксида ему соответствует неустойчивая метаванадиевая кислота Н (соли ее – ванадаты – устойчивые соединения. Пример 3. Какие соединения с водородом образуют элементы главной подгруппы VI группы Назовите наиболее и наименее прочные из них. Решение. Элементы главной подгруппы VI группы – р-элементы. У их атомов на внешнем энергетическом уровне находится по 6 электронов
ns
2
np
4
. Следовательно, в соединениях с водородом (общая формула H
2
R) они проявляют степень окисления – 2.
С ростом порядкового номера элемента (от кислорода к полонию) увеличивается радиус атома, что обуславливает уменьшение прочности соединения с водородом (от НО к Н
2
Ро). Таким образом, из названных соединений наиболее прочными является вода НО, наименее прочным –
Н
2
Ро. Пример 4. Какой из элементов – литий или калий – обладает более выраженными металлическими свойствами Решение. Строение электронных оболочек атомов лития и калия представляем следующим образом Li – 1s
2
2s
1
, K – 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
1 или сокращенно или [Ar]4s
1
. Как видим, у обоих атомов на внешнем энергетическом уровне находится по одному электрону. Однако у атома калия внешний электрон расположен дальше от ядра (на четвертом энергетическом уровне, ау лития – на втором) и, следовательно, легче отрывается. Поскольку металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они сильнее выражены у калия. Пример 5. Состав оксида некоторого металла может быть выражен простейшей формулой Ме
2
О
3
. Известно, что оксид массой 76,5 г содержит металл массой 40,5 г. Какой металл образует оксид. Решение. Определяем массу кислорода, содержащегося в оксиде массой
76,5 г
m (O) = m (Me
2
O
3
) – m (Me), m (O) = 76,5 – 40,5 = 36 г. Находим количество вещества кислорода
n = m/M, n (O) = 36,0/16 = 2,25 моль.
Из формулы оксида следует, что на 3 моль атомного кислорода приходится 2 моль металла, тех, х = (2· 2,25)/3 = 1,5 моль. Таким образом, металл массой 40,5 г составляет 1,5 моль.
M = m/n; M (Me) = 40,5/1.5 = 27. Металл – алюминий. Пример 6. Напишите соединения в высшей и низшей степенях окисления для химических элементов I–VII главных подгрупп 1 и 2 периодов периодической системы элементов (оксиды, гидроксиды, гидриды. Укажите степени окисления элементов.
2
Ро). Таким образом, из названных соединений наиболее прочными является вода НО, наименее прочным –
Н
2
Ро. Пример 4. Какой из элементов – литий или калий – обладает более выраженными металлическими свойствами Решение. Строение электронных оболочек атомов лития и калия представляем следующим образом Li – 1s
2
2s
1
, K – 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
1 или сокращенно или [Ar]4s
1
. Как видим, у обоих атомов на внешнем энергетическом уровне находится по одному электрону. Однако у атома калия внешний электрон расположен дальше от ядра (на четвертом энергетическом уровне, ау лития – на втором) и, следовательно, легче отрывается. Поскольку металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они сильнее выражены у калия. Пример 5. Состав оксида некоторого металла может быть выражен простейшей формулой Ме
2
О
3
. Известно, что оксид массой 76,5 г содержит металл массой 40,5 г. Какой металл образует оксид. Решение. Определяем массу кислорода, содержащегося в оксиде массой
76,5 г
m (O) = m (Me
2
O
3
) – m (Me), m (O) = 76,5 – 40,5 = 36 г. Находим количество вещества кислорода
n = m/M, n (O) = 36,0/16 = 2,25 моль.
Из формулы оксида следует, что на 3 моль атомного кислорода приходится 2 моль металла, тех, х = (2· 2,25)/3 = 1,5 моль. Таким образом, металл массой 40,5 г составляет 1,5 моль.
M = m/n; M (Me) = 40,5/1.5 = 27. Металл – алюминий. Пример 6. Напишите соединения в высшей и низшей степенях окисления для химических элементов I–VII главных подгрупп 1 и 2 периодов периодической системы элементов (оксиды, гидроксиды, гидриды. Укажите степени окисления элементов.
Решение. Период Номер группы
I
II
III
IV
V
VI
VII
1
+1
HCl;
+1 -2
H
2
O;
+1 -1
LiH;
+3 -1
AlH
3
2
+1 -2
Li
2
O;
+1
LiOH;
+1 -1
LiH
+2 -2
BeO;
+2
Be(OH)
2
+3
B
2
O
3
;
+3
B(OH)
3
;
+3
H
3
BO
3
;
+ 3 -1
BH
3
+4 -2
CO
2
;
+4
H
2
CO
2
;
-
4 +1
С
+5 -2
N
2
O
5
;
+5
HNO
3
;
-3 +1
NH
3
+1 -2
H
2
O;
+1 -1 -1 +1
H-O-O-H
+2 -1
OF
2
;
+1 -1
HF Пример 7. Приведите электронную формулу атома серы. Определите степень окисления атома серы в соединениях сернистая кислота H
2
SO
3
, серная кислота H
2
SO
4
. В каких промежуточных степенях окисления может находиться сера Приведите формулы и названия соответствующих оксидов, гидроксидов и водородного соединения серы. Решение Электронная формула серы
16
S – 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
4
(6 валентных электронов на внешнем энергетическом уровне 3s
2 3p
4
).
x
1
x
2
H
2
SO
3
H
2
SO
4
H(+1); S(x
1
); O(-2) H(+1); S(x
2
); O(-2)
2(+1) + x
1
+ 3(-2) = 0 2(+1) + x
2
+ 3(-2) = 0
Отсюда степень окисления серы равна
+
4 +6
x
1
= +4,H
2
SO
3
; x
2
= +6, Сера находится подгруппе периодической системы элементов. Высшая степень окисления ее +6, низшая (N – 8= –2), элементарная сера в виде простого вещества имеет степень окисления 0
S
+6
S
o
S
-2 6e
+2e
4e
2e
+4
S
I
II
III
IV
V
VI
VII
1
+1
HCl;
+1 -2
H
2
O;
+1 -1
LiH;
+3 -1
AlH
3
2
+1 -2
Li
2
O;
+1
LiOH;
+1 -1
LiH
+2 -2
BeO;
+2
Be(OH)
2
+3
B
2
O
3
;
+3
B(OH)
3
;
+3
H
3
BO
3
;
+ 3 -1
BH
3
+4 -2
CO
2
;
+4
H
2
CO
2
;
-
4 +1
С
+5 -2
N
2
O
5
;
+5
HNO
3
;
-3 +1
NH
3
+1 -2
H
2
O;
+1 -1 -1 +1
H-O-O-H
+2 -1
OF
2
;
+1 -1
HF Пример 7. Приведите электронную формулу атома серы. Определите степень окисления атома серы в соединениях сернистая кислота H
2
SO
3
, серная кислота H
2
SO
4
. В каких промежуточных степенях окисления может находиться сера Приведите формулы и названия соответствующих оксидов, гидроксидов и водородного соединения серы. Решение Электронная формула серы
16
S – 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
4
(6 валентных электронов на внешнем энергетическом уровне 3s
2 3p
4
).
x
1
x
2
H
2
SO
3
H
2
SO
4
H(+1); S(x
1
); O(-2) H(+1); S(x
2
); O(-2)
2(+1) + x
1
+ 3(-2) = 0 2(+1) + x
2
+ 3(-2) = 0
Отсюда степень окисления серы равна
+
4 +6
x
1
= +4,H
2
SO
3
; x
2
= +6, Сера находится подгруппе периодической системы элементов. Высшая степень окисления ее +6, низшая (N – 8= –2), элементарная сера в виде простого вещества имеет степень окисления 0
S
+6
S
o
S
-2 6e
+2e
4e
2e
+4
S
Пример 8. Напишите формулы оксидов и гидроксидов бора В и алюминия Al. С помощью уравнений химических реакций докажите кислотность оксидов этих элементов и амфотерность гидроксидов алюминия. Решение Оксид бора B
2
O
3
. Оксид алюминия кислотный ВО + НО = 2Н
3
ВО
3 оксид
ВО + КОН = КВО + НО
4Н
3
ВО
3
+ 2 NaOH + 3H
2
O = Na
2
B
4
O
7
10H
2
O борная тераборат натрия кислота (кристаллогидрат) или бура
Al
2
O
3
– пассивирующая (защитная)
пленка на металлическом алюминии, так как без нее может протекать реакция с водой до гидроксида
Al + 6H
2
O = 2Al(OH)
3
+ 3H
2
Вследствие образования защитной пленки, алюминий устойчив в очень разбавленной азотной кислоте HNO
3
и концентрированных растворах
HNO
3
и H
2
SO
4
на холоду. Эта устойчивость позволяет использовать его при изготовлении емкостей для хранения и транспортировки HNO
3
. Оксид алюминия (корунд) не взаимодействует с водой и с кислотами щелочами
(ОН
–
)
разрушается при длительном хранении + 2NaOH = 2NaAlO
2
+ H
2
O. алюминат натрия Амфотерность гидроксида алюминия проявляется во взаимодействии с кислотами и со щелочами
2Al(OH)
3
+ 3H
2
SO
4
= Al
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O. Если сократить одноименные ионы в левой и правой части уравнения, то получают ионно-молекулярное уравнение
Al(OH)
3
+ Н = Al
3+
+ 3H
2
O запись ионно-молекулярных уравнений см. с. 83-84).
2Al(OH)
3
+ 3NaOH = Na
3
[Al(HO)
6
]
Al(OH)
3
+ 3OH
–
= Пример 9. Исходя из закономерностей периодической системы элементов, определите, какой из гидроксидов является более сильным основанием Ca(OH)
2
; Ba(OH)
2
; Zn(OH)
2
; Fe(OH)
2
; Fe(OH)
3
или Sr(OH)
2
? Расположите гидроксиды вряд по возрастанию их основности. Решение. В зависимости о степени диссоциации основания на катионы и анионы Э Э + определяется сила основания. Чем больше
2
O
3
. Оксид алюминия кислотный ВО + НО = 2Н
3
ВО
3 оксид
ВО + КОН = КВО + НО
4Н
3
ВО
3
+ 2 NaOH + 3H
2
O = Na
2
B
4
O
7
10H
2
O борная тераборат натрия кислота (кристаллогидрат) или бура
Al
2
O
3
– пассивирующая (защитная)
пленка на металлическом алюминии, так как без нее может протекать реакция с водой до гидроксида
Al + 6H
2
O = 2Al(OH)
3
+ 3H
2
Вследствие образования защитной пленки, алюминий устойчив в очень разбавленной азотной кислоте HNO
3
и концентрированных растворах
HNO
3
и H
2
SO
4
на холоду. Эта устойчивость позволяет использовать его при изготовлении емкостей для хранения и транспортировки HNO
3
. Оксид алюминия (корунд) не взаимодействует с водой и с кислотами щелочами
(ОН
–
)
разрушается при длительном хранении + 2NaOH = 2NaAlO
2
+ H
2
O. алюминат натрия Амфотерность гидроксида алюминия проявляется во взаимодействии с кислотами и со щелочами
2Al(OH)
3
+ 3H
2
SO
4
= Al
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O. Если сократить одноименные ионы в левой и правой части уравнения, то получают ионно-молекулярное уравнение
Al(OH)
3
+ Н = Al
3+
+ 3H
2
O запись ионно-молекулярных уравнений см. с. 83-84).
2Al(OH)
3
+ 3NaOH = Na
3
[Al(HO)
6
]
Al(OH)
3
+ 3OH
–
= Пример 9. Исходя из закономерностей периодической системы элементов, определите, какой из гидроксидов является более сильным основанием Ca(OH)
2
; Ba(OH)
2
; Zn(OH)
2
; Fe(OH)
2
; Fe(OH)
3
или Sr(OH)
2
? Расположите гидроксиды вряд по возрастанию их основности. Решение. В зависимости о степени диссоциации основания на катионы и анионы Э Э + определяется сила основания. Чем больше
заряд катиона металла, тем меньше радиус катиона Э, образующего гидроксид, тем прочнее химическая связь в гидроксиде. Сила оснований, имеющих одинаковый заряд катиона и исходное электронное строение атома металла, зависит от радиуса иона. Чем больше радиус иона, тем легче осуществляется диссоциация на ионы. В пределах одной подгруппы (IIA) радиусы ионов Ca
2+
, Sr
2+
, Ba
2+ увеличивается, следовательно Ва(ОН)
2
оказывается наиболее сильным основанием. Zn(OH)
2
, Fe(OH)
2
и относятся к гидроксидам элементов в пределах одного четвертого периода радиусы ионов при переход от s– к элементам уменьшается, так как число электронных слоев не изменяется, а порядковый номер и заряд ядра соответственно увеличиваются. Поэтому основание Са(ОН)
2
более сильное, чем Fe(OH)
2
. Однако кальций и цинк, хотя и находятся водном периоде ив одной группе, но радиус иона главной подгруппы Са
2+ элемент) больше радиуса иона побочной подгруппы Zn
2+
(элемент) по вышеуказанным причинам. Следовательно, Са(ОН)
2
более сильное основание, чем Заряд иона Fe(III) больше заряда иона Fe(II), а размер иона Fe
3+
немного меньше, чем иона Fe
2+
, поскольку больше заряд (+3) атома железа Следовательно, Fe(OH)
3
менее сильное основание, чем Fe(OH)
2
. Основание
Zn(OH)
2
является амфотерным соединением, реагирующим как с кислотой, таки с основаниями (растворяется в щелочах ив растворе аммиака. Следовательно, основность гидроксидов возрастает в ряду
Zn(OH)
2
, Fe(OH)
3
, Fe(OH)
2
, Ca(OH)
2
, Sr(OH)
2
, Ва(ОН)
2
2+
, Sr
2+
, Ba
2+ увеличивается, следовательно Ва(ОН)
2
оказывается наиболее сильным основанием. Zn(OH)
2
, Fe(OH)
2
и относятся к гидроксидам элементов в пределах одного четвертого периода радиусы ионов при переход от s– к элементам уменьшается, так как число электронных слоев не изменяется, а порядковый номер и заряд ядра соответственно увеличиваются. Поэтому основание Са(ОН)
2
более сильное, чем Fe(OH)
2
. Однако кальций и цинк, хотя и находятся водном периоде ив одной группе, но радиус иона главной подгруппы Са
2+ элемент) больше радиуса иона побочной подгруппы Zn
2+
(элемент) по вышеуказанным причинам. Следовательно, Са(ОН)
2
более сильное основание, чем Заряд иона Fe(III) больше заряда иона Fe(II), а размер иона Fe
3+
немного меньше, чем иона Fe
2+
, поскольку больше заряд (+3) атома железа Следовательно, Fe(OH)
3
менее сильное основание, чем Fe(OH)
2
. Основание
Zn(OH)
2
является амфотерным соединением, реагирующим как с кислотой, таки с основаниями (растворяется в щелочах ив растворе аммиака. Следовательно, основность гидроксидов возрастает в ряду
Zn(OH)
2
, Fe(OH)
3
, Fe(OH)
2
, Ca(OH)
2
, Sr(OH)
2
, Ва(ОН)
2