
Мади (гту)
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ХИМИИ
СТУДЕНТА ГРУППЫ 13 ПП
ДОРОФЕЕВА
ВАДИМА ГЕННАДЬЕВИЧА
ВАРИАНТ 99
Москва
2005
Тема: Моль. Количество вещества эквивалента (эквивалент)
и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) простых и сложных веществ. Закон эквивалентов.
№4.
Из 1.3г гидроксида металла получается 2,85г его сульфата. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла.
Решение.
Молярная масса эквивалента гидроксида металла Ме равна сумме молярных масс эквивалентов металла Ме и гидроксильной группы ОН¯;
Молярная масса сульфата металла равна сумме молярных масс эквивалентов металла Ме и кислотного остатка SО4¯² ;
Молярная масса эквивалента ОН¯ равна 17 (16+1);
Молярная масса эквивалента кислотного остатка SО4¯² равна молярной массе кислотного остатка SО4¯² (96), деленной на основность кислоты (2), т.е. 96/2=48.
По закону эквивалентов составляем пропорцию
1.3г - mЭ(Ме)+17
2.85г - mЭме+48
1.3*mЭме +1.3*49 = 2.85*mЭме + 2.85*17
1.55mЭме = 13.95
MЭме = 9 г/моль.
Тема: Строение атома
№25
Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.
Решение.
Орбиталь – это пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Электроны, движущиеся в орбиталях близкого размера, образуют электронные слои, или энергетические уровни.
Энергетические уровни нумеруют в порядке возрастания от ядра: 1,2,3,4,5,6,7. Иногда их обозначают соответственно: K, L, M, N, O, P, Q.
Целое число n, обозначающее номер уровня, называют квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого уровня, поэтому они сильнее притягиваются к ядру. Чем больше номер энергетического уровня, тем, соответственно, выше энергия электронов этого уровня.
Число энергетических уровней в атоме равно номеру периода в системе Менделеева, в котором он стоит.
Наибольшее число электронов на энергетическом уровне равно удвоенному квадрату номера уровня:
N=2n²;
N – число электронов; n- номер уровня(считая от ядра) или главное квантовое число.
В соответствии с эти уравнением наибольшее число электронов:
на 1-ом уровне-не более2; на 2-ом не более 8; на 3-ем не более 18, на 4-ом не более32.
Строение электронного уровня.
Начиная со 2-го уровня, уровни разделяются на подуровни. Число подуровней равно значению главного квантового числа, т.е. числу уровня, но не более 4.
Подуровни состоят из орбиталей. Подуровни обозначают в направлении от ядра: s, p, d, f.
Первый подуровень s состоит из одной s-орбитали;
Второй подуровень p состоит из 3-ех p-орбиталей;
третий подуровень d –из 5-ти d-орбиталей;
четвертый подуровень f состоит из 7-ми f-орбиталей.
Принцип Паули: в каждой орбитали может находиться не более 2-ух электронов.
Принцип наименьшей энергии: Каждый электрон в атоме занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его прочной связи с ядром. Наименьшей энергией обладают электроны 1-го энергетического уровня. С ростом порядкового номера элемента электроны заполняют орбитали и уровни в порядке их возрастания: уровни от1 к 7, подуровни от s до f.
В соответствии с этим составляется электронная формула атомов периодической системы элементов Менделеева.
Электронная конфигурация обозначается : nl^, где n-главное квантовое число, l-орбиталь (s, p, d, f), ^- число электронов.
Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:
1s/2s/2p/3s/3p/4s/3d/4p/5s/4d/5p/6s/5d'/4f/5d/6p/7s/(6d¹¯²)/5f/6d/7p
Ответ:
Так как по принципу наименьшей энергии электроны заполняют орбитали и уровни в порядке возрастания их энергий: уровни от1 до 7, орбитали от s до f, то из орбиталей 4s и 3d раньше заполнится орбиталь 3 уровня, т.е. 3d, а из орбиталей 5s и 4p раньше заполнится орбиталь 4 уровня, т.е. 4p.
Электронная формула атома элемента с порядковым номером 21 будет содержать 4 уровня, т.к. число уровней равно номеру периода в системе Менделеева.
Итак, электронная формула элемента скандия выглядит так:
21 Sc 1s²/2s²2p6/ 3s²3p63d¹ / 4s²
-
4 уровень 4s²
-
3 уровень3s²3p63d¹
-
2 уровень2s²2p6
-
1 уровень1s²
Тема: Периодическая система элементов Д.И. Менделеева
№51.
У какого из p-элементов пятой группы периодической системы – фосфора или сурьмы сильнее выражены неметаллические свойства? Какое из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атома этих элементов.
Решение.
Электронные формулы фосфора P и сурьмы Sb:
15P 1s²/2s²2p6/ 3s²3p3
-
3 уровень3s²3p3
-
2 уровень2s²2p6
-
1 уровень1s²
51 Sb 1s²/2s²2p6/ 3s²3p63d10 / 4s²4p64d10/5s²5p3
-
5 уровень 5s²5p3
-
4 уровень 4s²4p64d10
-
3 уровень3s²3p63d10
-
2 уровень2s²2p6
-
1 уровень1s²
Атом фосфора относится к V группе III периода, на внешнем энергетическом уровне у него 5 электронов, он относится к p-элементам.
Атом сурьмы относится к V группе V периода, на внешнем энергетическом уровне тоже 5 электронов, идет заполнение p-подуровня.
Неметаллические свойства атома определяются сродством к электрону, т.е. способностью присоединять электроны. У фосфора электроны на 3 внешнем уровне, в p-орбитали сильнее притянуты к ядру, чем у сурьмы в 5 уровне, ему легче притянуть электроны, т.е. легче проявить неметаллические свойства. Поэтому, несмотря на одинаковое количество электронов на внешнем уровне, неметаллические свойства сильнее выражены именно у фосфора.
В случае образования водородного соединения фосфором или сурьмой электрон с внешней оболочки водорода перейдет на внешнюю оболочку атома фосфора и сурьмы, но в случае фосфора это притяжение будет сильнее, и, соответственно, восстановительные свойства (способность отдавать электроны) слабее проявятся у фосфора, сильнее у сурьмы.
Тема: Химическая связь и строение молекул.
Конденсированное состояние вещества.
№63.
Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным?
Какие химические связи имеются в ионах NH4¯ и BF4 ¯? Укажите донор и акцептор.
Решение.
При наличии незавершенных внешних энергетических уровней атома он стремится к их заполнению путем химического взаимодействия и образования химической связи с другими атомами. В образовании химической связи участвуют валентные электроны, т. е. электроны незавершенного внешнего уровня. Химические связи могут быть 3-ех типов:
ковалентная, ионная и металлическая.
Ковалентная связь. Когда два атома приближаются друг к другу на близкое расстояние, электронные орбитали внешних незавершенных уровней перекрывают друг друга, притягивают ядра атомов и образуют общее электронное облако или ковалентную связь.
Если возникает одно общее электронное облако или ковалентная связь, то связь называется одинарной, если две пары электронов образуют связь – она называется двойной и т.д.
Итак, ковалентная связь это химическая связь, осуществляемая электронными парами. Это двухэлектронная и двухцентровая (удерживает два ядра) связь. Соединения с ковалентной связью называются гомеополярными или атомными. Связь может быть неполярной (электронное облако равномерно удалено от центров ядер атомов, как в двухатомных молекулах О2 N2 H2) и полярной (смещенной в сторону атома с большей электроотрицательностью как NH3, HCl).
Разновидностью ковалентной связи является донорно-акцепторная связь. В этом случае химическая связь возникает за счет двухэлектронного облака одного атома и свободной орбитали другого атома как в случае образования иона аммония NH4+.
Схема образования связей иона аммония NH4+.
Строение атома N: N7 1s²/2s²2p3
-
2 уровень2s²2p3
-
1 уровень1s²
Строение атома Н: 1s¹
-
1 уровень1s¹
В молекуле аммиака каждый из 3-ех p-электронов азота N участвует в образовании ковалентной связи с одним электроном атома водорода, образуется тройная связь. При этом у атома азота N осталась неподеленная пара s-электронов. У иона же водорода H+ имеется свободная 1s-орбиталь.
При образовании иона аммония связь образуется за счет неподеленной пары s-электронов молекулы аммиака NH3 и свободной s-орбитали иона водорода H+.
Атом, предоставляющий неподеленную пару электронов (в данном случае N), называется донором, атом, принимающий ее (в данном случае H) называется акцептором.
Схема образования связей в ионе BF4¯.
Строение атома B: B5 1s²/2s²2p¹
-
2 уровень2s²2p¹
-
1 уровень1s²
Строение атома F: F9 1s²/2s²2p5
-
2 уровень2s²2p5
-
1 уровень1s²
Атом бора имеет на внешнем уровне один неспаренный p-электрон и два спаренных s- электрона
Атом фтора имеет на внешнем уровне два спаренных s-электрона, две пары спаренных p-электронов и один неспаренный p-электрон.
В образовании молекулы BF3 участвуют три электрона внешнего уровня атома бора и остается свободная p-орбиталь (т.к. из возможных 3-ех орбиталей на 2-ом подуровне занята лишь одна), а также по одному неспаренному p-электрону внешнего уровня от 3-ех атомов азота). В этом соединении фтор донор, бор акцептор.
Ион фтора F¯ образуется присоединением электрона к атому фтора, при этом на внешнем уровне атома фтора заполняется 3-ий последний подуровень 2 –ого уровня, свободной орбитали нет.
Далее в образовании иона фтора BF4¯ участвует пара электронов атома фтора и свободная орбиталь атома бора.
Связь ковалентная, донорно-акцепторная, донор – фтор F, акцептор – бор B.
Тема: Энергетика химических процессов (термохимические расчеты)
Задача №99.
При сгорании 1л ацетилена (н.у.) выделяется 56.053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите теплоту образования С2Н2 (г).
Решение.
Реакция горения ацетилена (н.у.) выражается термохимическим уравнением6
С2Н2 (г) + 2½О2 = 2 СО2(г) + Н2О (г)
Теплотой образования (энтальпией) С2Н2 называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях (н.у.).
Обычно теплоту образования относят к
стандартному состоянию, т.е. 25ºС (298ºК)
и 1.013-10
Па и обозначают через ∆Н
.
Так как тепловой эффект с температурой
изменяется незначительно, то в дальнейшем
индексы опускаются, и тепловой эффект
обозначается через ∆Н.
Для определения теплоты образования ацетилена нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид:
2 С (графит) + Н2(г) + = С2Н2 (г); ∆Н = ?
исходя из следующих данных:
а). С2Н2 (г) + 2½О2 = 2 СО2(г) + Н2О (г); ∆Нх.р.
б). С (графит) + О2(г) = СО2 (г); ∆Н = -393.51 кДж (см. табл.5)
в). Н2 +½О2 (г) = Н2О (г); ∆Н = - 241.83 кДж (см. табл.5)
Из закона Авогадро вытекает, что при одинаковых условиях 1 г/моль любого газа занимает объем 22.4л.
Тепловой эффект реакции сгорания 1 литра ацетилена С2Н2 (г) по условиям задачи составил 56.053 кДж.
Исходя из уравнения а). в реакцию вступил 1 г/моль ацетилена С2Н2 (г), следовательно тепловой эффект реакции по уравнению а). составит:
1л - 56.053 кДж
22.4л - Х кДж
Х ==
1255.587 кДж
Т.е. ∆Нх.р. по уравнению а). = 1255.587 кДж
Термохимические расчеты проводят на основании закона Гесса
«Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода»
и следствия из закона Гесса
«Тепловой эффект реакции ∆Нх.р. равен сумме теплот образования ∆Нобр. Продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции»
∆Нх.р.= ∑Нобр.прод. - ∑Нобр.исх.
На основании следствия из закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как с алгебраическими. Для получения искомого результата оперируем с коэффициентами уравнения, умножая уравнение б) на коэффициент 2, уравнение в) оставляя без изменения, затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения а)
С2Н2 (г) + 2½О2 – 2С - 2О2 - Н2 - ½О2 = 2СО2(г) + Н2О (г) +1255.587 кДж - 2СО2-2(-393.51 кДж) - Н2О –(- 241.83 кДж);
∆Нх.р. = 1255.587 кДж +2*(-393.51 кДж) +(- 241.83 кДж);
∆Нх.р = 226.75 кДж
С2Н2 = 2С+Н2 +226.75 кДж
Стандартная теплота образования ацетилена С2Н2 составляет 226.75 кДж.
Тема: Химическое сродство
Задача №113
Вычислите ∆Hº, ∆Sº и ∆Gтºреакции, протекающей по уравнению
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)
Возможна ли реакция восстановления Fe2O3(к) водородом при 500 и 2000ºК?
Решение.