- •Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
- •Задание №1 по теме "строение вещества"
- •Варианты домашнего задания по теме «Строение вещества»
- •1.Задание по теме «строение атома»
- •ЗаданиЯ по теме «ковалентная химическая связь и строение молекулярных частиц»
- •2.1.Опишите строение предложенных в варианте задания молекул и молекулярных ионов по методу валентных связей (мвс):
- •Типы межмолекулярного взаимодействия
- •Список рекомендуемой литературы
- •Задание №2 по теме: «термохимия. Направление химических реакций»
- •Примеры решения задач
- •Вычисление стандартных теплот образования веществ и тепловых эффектов химических реакций
- •2. Рекомендации для самостоятельной работы студентов и варианты заданий
- •3. Задачи для самостоятельного решения
- •4. Варианты заданий
- •Задание №3 по теме «химическая кинетика и равновесие»
- •Примеры решения задач
- •Вычисление скорости химических реакций
- •1.3. Вычисление константы химического равновесия
- •1.4. Вычисление равновесных концентраций
- •1.5. Направление смещения равновесия
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Варианты заданий
- •Список рекомендуемой литературы
- •Задание № 4 по теме «Растворы»
- •Примеры решения задач
- •1.1. Процентная концентрация
- •Молярная и эквивалентная концентрации
- •1.3. Моляльная концентрация (моляльность) , мольная доля, титр
- •1.4. Осмотическое давление. Закон вант- гоффа
- •1.5. Давление насыщенного пара растворов. Тонометрический закон рауля
- •1.6. Температуры кипения и замерзания растворов.
- •2. Задачи для самостоятельного решения
- •3. Варианты заданий
- •Список рекомендуемой литературы
- •Задание №5 по теме: "растворы электролитов"
- •Примеры решения задач
- •1.1. Вычисление степени диссоциации слабых электролитов
- •1.3. Произведение растворимости
- •1.5. Обменные реакции в растворах электролитов
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Варианты заданий
- •Список рекомендуемой литературы
- •Задание №6 по теме «гидролиз солей»
- •Примеры решения задач
- •Задания для самостоятельного решения
- •Варианты заданий
- •Список рекомендуемой литературы
- •Задание № 7 по теме «Окислительно–восстановительные реакции. Электрохимия»
- •Примеры решения задач
- •2. Задания для самостоятельного решения
- •Список рекомендуемой литературы
- •Задание № 8 по теме «Классификация и свойства неорганических веществ»
- •Примеры решения задач
- •Пример 5. С какими из перечисленных веществ вступит в реакцию серная кислота: koh, CuO, Ba(oh)2, Fe2o3, Al2o3, co2, SiO2, h3po4, o2, h2o? Составьте уравнения возможных реакций.
- •Задания для самостоятельного решения
- •Варианты заданий
- •Список рекомендуемой литературы
- •Примеры решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3.Варианты заданий
- •Задание № 10 по теме «Дисперсные системы»
- •Пример решения задачи
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Варианты заданий
- •Список РекомендуемОй литературЫ
- •Сборник заданий для самостоятельной работы студентов по дисциплине «химия
- •450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов,1
1.Задание по теме «строение атома»
-
Напишите электронно-графическую формулу атома элемента с указанным порядковым номером. Впишите в таблицу значения квантовых чисел, характеризующих электроны в основном состоянии (в задании указаны номера электронов в порядке заполнения атомных орбиталей)
-
Номер электрона
Значение квантовых чисел
n
l
ml
ms
Какие из четырех квантовых чисел определяют энергию электрона в атоме? Какие из них характеризуют форму орбитали и её расположение в пространстве?
-
Укажите тип элемента (s-, p-, d-, f-), он относится к металлам или неметаллам. Укажите валентные электроны атома данного элемента. Каковы его валентные возможности? Если возбужденные состояния возможны для данного атома, то запишите их с помощью электронных формул. Если невозможны, - объясните почему. Сколько неспаренных электронов имеется в атоме в основном состоянии и сколько – в возбужденном состояниях? Сколько вакантных орбиталей имеется в атоме в основном и возбужденном состояниях? Определите высшую и низшую степени окисления атома данного элемента. Какие свойства - окислительные, восстановительные или и те, и другие - будет проявлять атом в высшей, низшей и других степенях окисления?
-
Какие ионы может образовать атом данного элемента? Запишите их электронные формулы. Как изменяются их ионные радиусы? Приведите примеры изоэлектронных частиц.
-
Проанализируйте характер изменения первых пяти энергий (потенциалов) ионизации на основании изменения заряда частицы и её радиуса. Запишите схемы происходящих процессов. Подтвердите, по возможности, выводы справочными значениями энергий ионизации.
-
Определите электронные аналоги элемента и составьте их электронные формулы. Запишите общую электронную формулу валентных электронов для элементов данной подгруппы. Чем объяснить сходство в химических свойствах этих элементов? Как изменяются свойства атомов элементов одной подгруппы (радиусы, энергия ионизации, энергия сродства к электрону, электроотрицательность, окислительно-восстановительные свойства)? Подтвердите свои выводы справочными данными.
-
Как изменяются свойства (см.п.1.5) атомов данного элемента по сравнению с элементами-соседями по периоду? Свои выводы, по возможности, подтвердите справочными данными.
Пример решения задания 1
Вам выдано домашнее задание в виде нескольких чисел, например 20 (2,4,6,18,19). Первая цифра означает номер элемента в Периодической системе. Следовательно, элемент №20 -кальций, химический символ Са. Цифры в скобках указывают номера электронов в оболочке атома кальция, состояние которых надо охарактеризовать с помощью четырех квантовых чисел. Теперь переходим к выполнению задания 1 по пунктам 1 - 6.
Решение:
1.1. Запишем электронно-графическую формулу атома элемента №20, найдем и подчеркнем указанные в задании пять электронов в его оболочке (пользуясь правилом Гунда):
а) полная электронная формула:
20Ca 1s2 2s2 2p63s23p64s2;
б) краткая электронная формула:
20Ca [Ar]4s2;
в) электронно-графическая формула
Определим квантовые числа для заданных электронов в атоме кальция и составим табл. 2.
Таблица 2
Значения квантовых чисел для электронов в атоме кальция
Номер электрона |
Значения квантовых чисел |
|||
n |
l |
ml |
ms |
|
2 |
1 |
0 |
0 |
-1/2 |
4 |
2 |
0 |
0 |
-1/2 |
6 |
2 |
1 |
0 |
+1/2 |
18 |
3 |
1 |
+1 |
-1/2 |
19 |
4 |
0 |
0 |
+1/2 |
При определении ml исходим из предположения, что орбитали каждого подуровня заполняются в порядке увеличения ml от наименьшего отрицательного значения к наибольшему положительному, т.е. при l=1 ml изменяется [–1,0,+1], следовательно, для p-подуровня
-1
0
1
px py Pz
для d-подуровня
-2
-1
0
1
2
При определении ms условно принимаем направление стрелочки вверх за положительное значение спинового квантового числа, то есть ms= + ½; вниз - за отрицательное, то есть ms = - l/2.
1.2. Существует четыре типа элементов s-, p- ,d- f- . Валентные электроны – это электроны внешнего электронного слоя, а также предвнешнего подуровня, который заполняется в данном атоме. Таким образом, валентные электроны Са – 4s2 и, следовательно, Са - s- элемент, металл. В основном состоянии кальций 0-валентен, так как не имеет неспаренных электронов. Возбуждение возможно, так как на внешнем уровне есть вакантные орбитали: 20Са* 1s22s22p63s23p64s14p1.
Ca*…4s 4р
В возбужденном состоянии атом кальция содержит два неспаренных электрона, поэтому в соединениях кальций двухвалентен.
Таблица 3
Валентные возможности атома кальция
Показатель |
Основное состояние |
Возбужденное состояние |
Число неспаренных электро-нов |
нет |
2 |
Число вакантных орбиталей |
15(4px4py4pz;4d; 4f) |
14 (4py 4pz; 4d; 4f) |
Высшая степень окисления |
- |
+2 |
Низшая степень окисления |
0 |
- |
1.3. Характерные степени окисления элементов, его валентности и наиболее устойчивые ионы, которые он может образовать, определяются конфигурацией валентных электронных слоев. Атом кальция может образовать только ион Са2+, так как на внешнем слое у него только 2 валентных электрона. Его электронная формула 1s22s22р63s23р6; ионный радиус составляет 0.97А.
Изоэлектронными являются частицы, имеющие одинаковую электронную конфигурацию. Поэтому изоэлектронными по отношению к иону Са2+ будут следующие частицы:
|
|
|
19 |
К+ |
1s22s22p63s23p6 |
18 |
Аг |
ls22s22p63s23p6 |
17 |
Cl- |
1s22s22p63s23p6 |
16 |
S2- |
ls22s22p63s23p6 |
21 |
Sс3+ |
1s22s22p63s23p6 |
22 |
Ti4+ |
1s22s22p63s23p6 |
При ответе на этот вопрос для d– и f- элементов, полезно просмотреть учебную литературу по химии элементов.
1.4. Запишем схемы процессов последовательного отрыва пяти электронов от атома кальция, которым соответствуют первые пять энергий (потенциалов) ионизации:
Са° - е = Са+ I1 = 6,11 эВ |
Са+ - е = Са2+ I2 = 11,87 эВ |
Са2+ - е = Са3+ I3 = 51,0 эВ |
Са3+ - е = Са4+ I4 = нет данных |
Са4+ - е = Са5+ I5 = нет данных |
|
С отрывом каждого последующего электрона увеличивается заряд частицы от 0 до +5 и уменьшается её радиус, так как при одном и том же заряде ядра число электронов убывает, и оставшиеся сильнее притягиваются к ядру. Поэтому каждый последующий потенциал больше, чем предыдущий. Резкое увеличение потенциала ионизации происходит при отрыве электрона с внутреннего уровня, например, сравним I3 = 51,0эВ >> I2 = 11,87эВ.
1.5. Электронными аналогами являются элементы, имеющие подобные конфигурации валентных электронных слоев. Они могут быть описаны общей электронной формулой и являются элементами одной подгруппы Периодической системы.
Электронные аналоги кальция: Be, Mg, Sr, Ba, Ra. Общая электронная формула валентных электронов: Э ...ns2. Все элементы - металлы, относятся ко 2 группе, главной подгруппе. Радиусы атомов элементов с увеличением заряда ядра в подгруппе (в направлении сверху вниз) увеличиваются, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность в этом направлении уменьшается, восстановительная способность увеличивается (табл. 4).
Таблица 4
Изменение свойств атомов элементов одной подгруппы
Элемент |
Атомные радиусы, rат. Ао |
Энергия ионизации I1, эВ |
Энергия сродства к е Е, эВ |
Электроотрицательность (по Полин-гу) |
Be |
1,13 |
9,32 |
0,19 |
1.5 |
Mg |
1,60 |
7,64 |
-0,32 |
1.2 |
Са |
1,95 |
6,11 |
- |
1,0 |
Sr |
2,15 |
5,69 |
- |
1,0 |
Ва |
2.21 |
5,21 |
- |
0,9 |
Rа |
2,35 |
5,28 |
- |
- |
1.6. Элементами-соседями кальция по периоду являются К и Sс. Их свойства приведены в табл. 5.
Таблица 5
Изменение свойств атомов элементов одного периода
Свойства |
Элементы |
||
К (К+) |
Ca(Ca2+) |
Sc(Sс3+) |
|
Атомные радиусы, А0 |
2,31 |
1,97 |
1,6 |
Ионные радиусы, А0 |
1,33 |
0,97 |
0,81 |
Энергия ионизации I1, эВ |
4,34 |
6,11 |
6,54 |
Энергия сродства к е-, эВ |
0,82 |
- |
- |
Электроотрицательность (по Полингу) |
0,80 |
1 |
1,3 |
увеличиваются окислительные свойства ионов
увеличиваются восстановительные свойства металлов