Федеральное

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

филиал в городе Ишимбае


Кафедра ОПД

Задачник по химии

Для студентов заочного отделения

Составитель: ст. преподаватель

Костернова С.П.

Ишимбай 2012

Тема I. СТРОЕНИЕ АТОМА
Задание 1.1. Для приведенных в варианте (табл. I.1) 4-х химических элементов определить:

А) группу и период, в которых находится данный элемент в периодической таблице Д.И. Менделеева. Сколько протонов и нейтронов у данного атома?

Б) электронную формулу атома элемента, валентные электроны и указать, к какому семейству относится данный элемент;

В) электронную конфигурацию атома в возбуждённом состоянии, перечислить все теоретически возможные степени окисления для нормального и возбужденного состояния атома и привести примеры соединений, в которых данный элемент имеет разные степени окисления;

Г) набор четырёх квантовых чисел для последнего электрона атома;

Д) как изменяются радиус атома, энергия ионизации, электроотрицательность, окислительные и восстановительные свойства по периодам и группам таблицы Д.И. Менделеева.

Пример решения 1.1

Элемент ₃₄Se (Селен)

А) Исходя из положения данного элемента в таблице Д.И. Менделеева определяем, что селен, имеющий порядковый номер 34, находится в 4 периоде и VI A группе.

Число протонов (p⁺) равно порядковому номеру элемента в таблице Д.И. Менделеева. Число нейтронов рассчитывается по формуле:

n⁰ = A_r- p⁺.

Для селена: число протонов- p⁺ = 34,

Число нейтронов - n

---

⁰ = 79- 34=45.

Б). Чтобы записать электронную формулу атома селена воспользуемся общей формулой распределения электронов по энергетическим уровням и подуровням:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹4f¹⁴5d^2-106p⁶7s²6d¹5f¹⁴6d^2-10 ...

Записываем электронную формулу, валентные электроны и определяем, к какому семейству относится данный элемент.

Электронная формула селена: ₃₄Se 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴.

Валентные электроны находятся на 4-м энергетическом уровне: 4s²4p⁴. Так как последний электрон на р-подуровне, то селен относится к элементам р-семейства.

В) Чтобы записать степени окисления элемента, нужно иметь ввиду, что степень окисления – это условный заряд атома в соединении, указывающий сколько электронов оттянуто или притянуто к атому элемента. Все металлы способны только отдавать электроны, они находятся слева от границы Цинтля, проходящей по линии, соединяющей элементы ₅В и ₈₅At. Отдавая электроны, атом элемента приобретает положительный заряд. Все металлы являются восстановителями.

Справа от границы Цинтля находятся элементы, которые являются окислителями. Самый электроотрицательный элемент – ₉F. Это самый сильный окислитель. Фтор способен только принимать электроны и, кроме степени окисления, равной "0" (в соединении F₂) может иметь степень окисления (-1).

Остальные элементы, расположенные между границей Цинтля и фтором, несмотря на преимущественные окислительные свойства могут как отдавать, так и принимать электроны и имеют степени окисления как со знаком "+", так и со знаком "-" в зависимости от атома элемента, вступающего с ним в связь. Знаки при степенях окисления показаны на схеме.

Чтобы определить степени окисления селена записываем валентные электроны для селена в нормальном состоянии.
₃₄Se


4р









4s







Селен может не только принимать, но и отдавать электроны.

Учитывая число "посадочных мест", определяем, что селен может принять 1 или 2 электрона, а имея в виду, что неспаренных электронов также 2, делаем вывод, что селен может отдать 1 или 2 электрона. Селен в нормальном состоянии имеет следующие степени окисления: –2, –1, 0, +1, +2, устойчивыми из них являются –2, 0, +2.

Далее записываем валентные электроны для селена в возбужденном состоянии. При получении дополнительной энергии происходит распаривание неподеленных пар электронов. Электроны переходят в более высокое энергетическое состояние. Следует отметить, что переход электронов происходит только в пределах внешнего уровня, в данном случае четвертого.




4d









4p



4s











_{3 4}Se^*

В возбужденном состоянии увеличиваются возможности селена к отдаче электронов, поэтому теоретически возможные степени окисления Se в возбужденном состоянии атома следующие: -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6. Однако устойчивыми степенями окисления являются: - 2, 0, +2, +4, +6.

Приведем примеры соединений, в которых селен имеет различные степени окисления (табл. 1.1). В случае затруднений при ответе на данный вопрос следует воспользоваться учебниками по химии для ВУЗов.

Таблица 1.1

Степень окисления	Формула соединения	Название
0	Se	Селен
2-	H2Se	Селенистый водород
4+	H2SeO3	Селенистая кислота
6+	H2SeO4	Селеновая кислота

Г

4p
) Определим последний электрон атома селена:



4s


-1 0 1 -m<sub>l

34</sub>Se
Набор квантовых чисел для данного электрона:

n=4, (электрон находится на 4 энергетическом уровне)

l=1 (электрон находится на p- подуровне, значит у него p-орбиталь)

m_l=1

s=+1/2

Д) В справочной литературе приводятся разные выражения для радиуса атома (металлический, орбитальный, эффективный и др.). За эффективный радиус атома принимают половину расстояния между ядрами атомов, связанных в молекулу в ее устойчивом состоянии.

Энергия ионизации, I (эВ/атом) – это энергия, которая необходима, чтобы оторвать от невозбуждённого атома один электрон. Энергия ионизации выражается в размерности энергии кДж/моль.

Э⁰ – 1e^- →Э⁺, процесс окисление

восстановитель ион

Энергия сродства к электрону,F,(кДж/моль) – энергетический эффект присоединения электрона к нейтральному атому или иону.

Э⁰ + 1e^- →Э^-, процесс восстановление

Окислитель ион

Электроотрицательность, (Э.О.) - способность атома принимать электроны.

Рассмотрим изменение свойств атомов элементов по периоду слева направо:

1) заряд ядра и суммарный заряд электронов увеличиваются – сила притяжения между ядром и электронами возрастает;

2) число энергетических уровней остается постоянным;

3) у элементов больших периодов заполняется d-подуровень (а начиная с 6 периода и f-подуровень) – действует эффект d- и f-сжатия.

В конечном итоге: сила притяжения между ядром и электронами возрастает, радиус атома уменьшается, энергия ионизации увеличивается, восстановительная активность снижается, усиливаются окислительные свойства и электроотрицательность.

Рассмотрим изменение свойств атомов s- и p-элементов (по группам сверху вниз):

1) заряд ядра и суммарный заряд электронов возрастают;

2) число энергетических уровней увеличивается, электроны уда-ляются от ядра, и сила притяжения уменьшается;

3) d- и f-сжатие действует слабо, так как эти электроны остаются во внутренних оболочках.

Таким образом по группе сверху вниз: радиус атома увеличивается; энергия ионизации уменьшается, восстановительная активность возрастает, а окислительные свойства и электроотрицательность уменьшаются.

Проанализируем изменение свойств атомов d-элементов по группе сверху вниз (правая часть d-семейства):

1) заряд ядра и суммарный заряд электронов возрастают;

2) число энергетических уровней увеличивается, но незначи-тельно;

3) очень сильно действует эффект d и f-cжатия, так как d- и f- подуровни все более близки к заполнению.

В результате – радиус атома уменьшается, энергия ионизации возрастает, восстановительная активность уменьшается, электроотрицательность также уменьшается.

Следует иметь в виду, что, если элемент находится в левой части d-семейства, эффект d- и f-сжатия действует слабо, так как на d- и f-подуровнях еще мало электронов. Поэтому сохраняются закономерности, характерные для изменения по группам свойств s- и p-элементов.

Данный элемент (селен) относится к семейству р-элементов. По периоду слева направо от калия до криптона сила взаимодействия между ядром и электронами увеличивается, радиус атома уменьшается, энергия ионизации возрастает, восстановительная активность уменьшается, электроотрицательность возрастает.

По группе сверху вниз от кислорода до полония сила взаимодействия между ядром и электронами возрастает, радиус атома уменьшается, восстановительная активность уменьшается, электроотрицательность уменьшается.
Таблица I.1

Номер	Символы химических элементов
варианта	s-	p-	d-	f-
1	87Fr	5B	80Hg	71Lu
2	88Ra	6C	79Au	70Yb
3	56Ba	7N	78Pt	69Tm
4	55Cs	8O	77Ir	68Er
5	38Sr	9F	76Os	67Ho
6	37Rb	13Al	75Re	66Dy
7	55Cs	14Si	74W	65Tb
8	56Ba	15P	73Ta	64Gd
9	87Fr	16S	72Hf	63Eu
10	88Ra	17Cl	57La	62Sm
11	56Ba	31Ga	89Ac	61Pm
12	55Cs	32Ge	104Rf	60Nd
13	87Fr	33As	105Db	59Pr
14	88Ra	34Se	106Sg	58Ce
15	20Ca	35Br	48Cd	90Th
16	4Be	50Sn	47Ag	91Pa
17	3Li	51Sb	46Pd	92U
18	38Sr	52Te	45Rh	93Np
19	20Ca	53I	44Ru	94Pu
20	37Rb	49In	43Tc	95Am
21	19K	81Tl	42Mo	96Cm
22	12Mg	82Pb	41Nb	97Bk
23	11Na	83Bi	40Zr	98Cf
24	4Be	84Po	39Y	99Es
25	3Li	85At	30Zn	100Fm
26	19K	81Tl	29Cu	101Md
27	20Ca	82Pb	28Ni	102No
28	11Na	83Bi	27Co	103Lr
29	12Mg	84Po	26Fe	98Cf
30	38Sr	85At	25Mn	99Es

Тема II. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

---

Задание 2.1. Для указанных по варианту молекул (табл. II.1), с позиций метода валентных связей показать образование молекул, дать характеристику связям и молекуле.
Пример решения 2.1
Алгоритм характеристики химических связей и молекул.
Характеристика связи:

1. 
   Определить сколько связей. Атомы каких элементов образуют связи?
   
2. 
   Определить перекрыванием каких орбиталей образована связь? Какова связь по положению?
   
3. 
   На основании данных об относительной электроотрицательности определить какова полярность связи.
   

Характеристика молекулы:

1. 
   Определить какова форма молекулы?
   
2. 
   Определить каков валентный угол?
   
3. 
   Определить электрический момент диполя молекулы μ_м, который равен векторной сумме электрических моментов диполей связи, имеющихся в молекуле. Сделать заключение о полярности молекулы. Если суммарный момент диполя молекулы равен нулю (молекула симметрична), то молекула неполярная, если суммарный момента диполя молекулы не равен нулю (молекула не симметрична), то молекула полярная.
   

Примеры характеристик химических связей и молекул.

Молекула BeH₂.(Рис. 1).

Характеристика связей:

1. 
   2 Be-H
   
2. 
   s-sp-σ – связь
   
3. 
   ОЭО(Be) =1,47 ; ОЭО (H) = 2,1, следовательно сдвиг электронной плотности происходит в сторону атома H, и связь полярная.
   

Be^δ+ H^δ-.

Характеристика молекулы:

1. 
   Форма молекулы: линейная.
   
2. 
   Валентный угол: 180⁰ .
   
3. 
   Молекула неполярная, т.к. μ_м = 0.
   

Молекула BH₃.(Рис. 2).

Характеристика связей:

1. 
   3 B-H
   
2. 
   s-sp²-σ – связь
   
3. 
   ОЭО(B) =2,01 ; ОЭО (H) = 2,1, следовательно сдвиг электронной плотности происходит в сторону атома H, и связь полярная.
   

B^δ+ H^δ-.

Характеристика молекулы:

1. 
   Форма молекулы: плоский треугольник.
   
2. 
   Валентный угол: 120⁰ .
   
3. 
   Молекула неполярная, т.к. μ_м = 0.
   

Молекула CH₄.(Рис. 3).

Характеристика связей:

1. 
   4 C-H
   
2. 
   s-sp³-σ – связь
   
3. 
   ОЭО(C) =2.50 ; ОЭО (H) = 2,1, следовательно сдвиг электронной плотности происходит в сторону атома C, и связь полярная.
   

---

C^δ- H^δ+.

Характеристика молекулы:

1. 
   Форма молекулы: тетраэдр.
   
2. 
   Валентный угол: 109⁰ .
   
3. 
   Молекула неполярная, т.к. μ_м = 0.
   

Молекула NH₃.(Рис. 4).

Характеристика связей:

1. 
   3 N-H
   
2. 
   s-sp³-σ – связь
   
3. 
   ОЭО(N) =3,07 ; ОЭО (H) = 2,1, следовательно сдвиг электронной плотности происходит в сторону атома N, и связь полярная.
   

N^δ- H^δ+.

Характеристика молекулы:

1. 
   Форма молекулы: пирамида.
   
2. 
   Валентный угол: 107⁰ . (В атоме N есть неподелённая электронная пара, поэтому валентный угол уменьшается со 109⁰ до 107⁰.)
   
3. 
   Молекула полярная, т.к. в атоме N есть неподелённая электронная пара.
   

Молекула H₂O.(Рис. 5).

Характеристика связей:

1. 
   2 O-H
   
2. 
   s-sp³-σ – связь
   
3. 
   ОЭО(O) =3,50 ; ОЭО (H) = 2,1, следовательно сдвиг электронной плотности происходит в сторону атома O, и связь полярная.
   

O^δ- H^δ+.

Характеристика молекулы:

1. 
   Форма молекулы: угловая.Валентный угол: 104⁰ . (В атоме O есть 2 неподелённые электронные пары, поэтому валентный угол уменьшается со 109⁰ до 104⁰.)
   
2. 
   Молекула полярная, т.к. в атоме О есть неподелённые электронные пары.
   

Рис. 1. Модель молекулы BeH₂.



Рис. 2. Модель молекулы BH₃.





Рис. 3. Модель молекулы CH₄.


Рис. 4. Модель молекулы NH₃.



Рис. 5. Модель молекулы H₂O.


Задание 2.2. Для двух приведенных комплексных соединений (табл. II. 3): определить степени окисления всех составляющих и указать комплексообразователь, лиганды, ионы внешней и внутренней сферы и координационное число.

---

Записать уравнение диссоциации комплексного соединения.

Пример решения 2.2

Решение данного задания рассмотрим на примере 2-х комплексных соединений: Na[Co(SCN)₄(H₂O)₂] и [Fe(NH₃)₅(NO₂)]Cl₂.

Сначала проанализируем состав комплексного соединения. В комплексном соединении содержится сложный комплексный ион, который показан в квадратных скобках. Комплексный ион состоит из комплексообразователя и лигандов. Комплексообразователь записывается первым в квадратной скобке, а далее следуют лиганды. Лигандами могут быть как заряженные частицы: I , Cl , F , NO , NO , OH , CN , SCN , так и нейтральные молекулы: Н₂О, NH₃. Количество лигандов вокруг комплексообразователя называется его координационным числом.

Комплексообразователь и лиганды связаны прочной ковалентной связью донорно-акцепторного типа. Комплексный ион является ионом внутренней сферы. Снаружи располагаются ионы внешней сферы. Ионы внешней и внутренней сферы связаны ионной связью.

Если сложный комплексный ион заряжен отрицательно, т.е. является анионом, то ион внешней сферы записывается слева, и комплекс называется анионным. Если комплексный ион заряжен положительно, т.е. представляет из себя катионный комплекс, то ион внешней сферы записывается справа. В некоторых соединениях ионы внешней сферы отсутствуют, тогда внутренняя сфера имеет нулевой заряд, такие комплексы называются нейтральными.

Учитывая степень окисления комплексных ионов (в первом соединении – [Co(SCN)₄(H₂O)₂]^1-, а во втором – [Fe(NH₃)₅NO₂]²⁺, определяем, что первое соединение содержит анионный, а второе – катионный комплекс. Вокруг комплексообразователя Со

---

Смотрите также файлы

• Планируемые результаты освоения ооп ноо.docx

• Практическая работа Педагогическаязадача Обобщеннаяформулировказадачи.docx

• Профессиональный модуль пм.docx

• Памятка для обучающихся, родителей по профилактике неблагоприятных для здоровья и обучения детей эффектов от воздействия устройств мобильной связи.docx

• Основные этапы становления и развития маркетинга.doc