Задачи на периодический закон и периодическую систему химических элементов д. И. Менделеева

Пример 4. Как меняются физические свойства водородных соединений элементов II периода?

Решение.

Во II периоде расположены следующие элементы:

Li Be B C N O F Ne.

литий        бериллий            бор         углерод             азот        кислород           фтор      неон

Гидрид лития (LiН) – твердое кристаллическое вещество с ионной кристаллической решеткой. Гидрид Ве (ВеН₂)_n – белое кристаллическое вещество с ионной решеткой; это твердое полимерное соединение. Низшие гидриды бора В₂Н₆, В₄Н₈ и др. – газы, бораны с большим числом атомов водорода – жидкие или твердые вещества. Например, декаборан В₁₀Н₁₄ – летучее твердое бесцветное вещество с температурой плавления 98,8С. Соединения водорода с углеродом (углеводороды) весьма многообразны. Простейший представитель углеводородов – метан СН₄ – бесцветный газ, без запаха, не растворимый в воде. Гидрид азота – аммиак NH₃ – бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде. Соединение кислорода с водородом – вода Н₂О, в обычных условиях это жидкость без цвета и без запаха. Фтороводород НF – бесцветная легко кипящая жидкость с резким запахом, сильно дымящая на воздухе. Неон с водородом соединений не образует.

Таким образом, большинство водородных соединений элементов II периода представляют собой газообразные вещества. В соединениях с литием, бериллием и бором водород проявляет отрицательную степень окисления (–1), полярность связи Н – Э при переходе от лития к углероду уменьшается. В соединениях с неметаллами (углеродом, азотом, кислородом и фтором) водород проявляет степень окисления +1, полярность связи Н – Э при переходе от углерода к фтору увеличивается.

Пример 5. Проследите, как меняются свойства высших оксидов элементов III периода. Какие соединения обрадуются при их взаимодействии с водой?

Решение.

В III периоде расположены следующие элементы:

Na Mg Al Si P S Cl Ar

натрий        магний          алюминий       кремний          фосфор            сера             хлор    аргон

Формулы и характер высших оксидов данных элементов:

Na₂O MgO Al₂O₃ SiO₂ P₂O₅ SO₃ Cl₂O₇

основной основной амфотерный кислотный кислотный кислотный кислотный

Усиление кислотных свойств, ослабление основных свойств

П ри растворении в воде данных соединений образуются гидроксиды кислотного или основного характера:

Na₂O + H₂O = 2NaOH (щелочь)

MgO + H₂O = Mg(OH)₂ (малорастворимое основание)

Оксид алюминия в воде не растворяется, соответствующий ему амфотерный гидроксид получают косвенным путем. Оксид кремния в воде также не растворяет, соответствующую ему нерастворимую кремниевую кислоту получают обменной реакций.

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄ (кислота средней силы)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ (сильная кислота)

Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄ (сильная кислота).

Пример 6. Могут ли реагировать между собой: а) водородные соединения; б) кислородные соединения; в) водородные и кислородные соединения? Напишите уравнения возможных реакций на примере элементов II и III периода?

Решение.

а) Водородные соединения могут обладать основными и кислотными свойствами. Возможно взаимодействие кислотного гидрида с основным, например: NH₃ + HCl = NH₄Cl.

б) Свойством кислотных оксидов (оксидов неметаллов) является взаимодействие с основным оксидом (оксидом металла) с образованием соли соответствующей кислоты, например: MgO + CO₂ = MgCO₃.

в) Примером взаимодействия водородных и кислородных соединений может являться гидролиз гидридов, например: СаН₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + 2Н₂.

Взаимодействие основного оксида с раствором кислотного гидрида, например: CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O.

Пример 7. Учитывая положение серы и селена в периодической системе и их электроотрицательность, укажите, какая связь прочнее S – H или Se – H?

Решение.

Так как сера и селен расположены в одной подгруппе, они являются химическими аналогами и способны образовывать водородные соединения состава Н₂Э. Сера обладает более сильными неметаллическими свойствами и является более электроотрицательным элементом, чем селен: χ (S) = 2,58 и χ (Sе) = 2,55.

Температура плавления сероводорода –83°С, а селеноводорода –64°С, это связано с одновременным ослаблением внутримолекулярного взаимодействия (уменьшением прочности связи Н – Э) и усиление межмолекулярной связи.

Таким образом, более прочной является связь S – H.

Пример 8. Плотность простых веществ ряда кислород – теллур в твердом состоянии соответственно равна 1,4; 2,1; 4,8 и 6,2, а температура плавления: –218°С, +119°С, +220°С и +450°С. Чем объясняется такая последовательность? Существует ли соответствие температур плавления с температурой кипения? Проверьте свой ответ по справочным данным.

Решение.

С возрастанием заряда ядра атома наблюдается увеличение атомного радиуса и количество электронов в атоме. Как следствие, усиливается притяжение электронов к ядру и плотность простых веществ.

От кислорода к сере и далее к селену, теллуру и полонию температура плавления простых веществ повышается. Это объясняется характерным для неметаллов ослаблением внутримолекулярных ковалентных связей и усилением межмолекулярного взаимодействия.

Аналогичным образом изменяется и температура кипения, так как для перевода вещества из твердого состояния в жидкое и из жидкого в газообразное требуется энергия, превышающая энергию межмолекулярных связей. Ответ можно подтвердить справочными данными:

t_пл.(O₂) = –183°C     t_пл.(S) = +444,5°C t_пл.(Se) = +685°C     t_пл.(Te) = +1390°C