Содержание

Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. Современное прочтение закона

Связь положения элемента в периодической системе с электронным строением его атома.

Особенности электронных конфигураций атомов элементов главных и побочных подгрупп. Связь свойств элементов с их положением в периодической системе.

Энергия ионизации. Сродство к электрону. Электроотрицательность. Основные характеристики химической связи: длина, энергия, направленность.

Валентный угол.

Метод ВС и Метод молекулярных орбиталей (ММО).

Формулирование выводов

Работа с вопросами и расчетными задачами

Требования к умениям бакалавров Знать

Современную формулировку периодического закона

Основные характеристики химической связи

Основы метода валентных связей и молекулярных орбиталей

Термины

Технику безопасности при работе в химической лаборатории

Уметь

Записывать электронное строение атомов элементов

Объяснять химические свойства элементов исходя из их электронного строения

Решать задачи по соответствующему разделу

определять тип химической связи в соединениях;

определять валентность элементов в ковалентных соединениях;

объяснять влияние неподеленных электронных пар центрального атома на геометрию молекулы.

Владеть

основными методами анализа;

способами ориентации в профессиональных источниках информации (журналы, сайты, образовательные порталы);

техникой лабораторного эксперимента, правилами выполнения лабораторного практикума с соблюдением требований техники безопасности;

важнейшими приемами работы с химической посудой, оборудованием и реактивами.

Интерактивная форма: Групповое обсуждение различных форм периодической таблицы. Учебная дискуссия о роли периодического закона. Работа в парах с электронными учебниками.

Вопросы и задачи

1. Определите число нейтронов, образующих ядро атома изотопа элемента ²⁶ ₈₈Ra.

2. В каком ряду расположены только изотопы?

1) ^I6O; ³²S; ¹²С

2) ⁴¹К; ⁴¹Са; ⁴¹Sc

3)3) ⁴⁰Аr; ⁴⁰К;⁴⁰Са

4) 4) ¹⁶О; ¹⁷О; ¹⁸O₃. Каков состав атомных ядер изотопов натрия - 23, алюминия -27. фосфора-31?

3. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 35, 42. Предскажите их химические свойства.

4. Сколько нейтронов в атомных ядрах изотопов магния ²⁴Mg, ²⁵Mg, ²⁶ Mg и хлора ³⁵ С1, ³⁷ С1?

5. Медь имеет два изотопа: ⁶³Сu и ⁶⁵Сu. Молярные доли их в природной меди составляют 0,73 и 27соответственно. Определите среднюю относительную массу меди.

6. Определите относительную атомную массу бора, если известно, что молярная доля изотопа ¹⁰В составляет 0,196, а изотопа ¹¹В - 0,804.

7. Элемент кремний (изотоп ³⁰₁₄Si) был получен облучением изотопа алюминия ²⁷₁₃ A1 α-частицами (ядрами атомов гелия). Напишите уравнение единой реакции в полной и со­кращенной формах.

8. У какого атома, имеющих строение энергетических уровней: 1) 3s²3p²; 2) 3s²3p⁴; 3) 3s²3p⁶; 4) 3s², сильнее выражены неметаллические свойства?

9. У какого атома сильнее выражены металлические свойства, если строение энергетических уровней имеет вид

1)... 3s²3p²; 2)... 4s²; 3)... 3s²3p⁶; 4)3d¹⁰ 4s¹?

10. Напишите электронные конфигурации атомов следующих элементов в основном состоянии: N, Si, Fе, Кr, Те, W.

11. Какой инертный газ и ионы каких элёментов имеют одинаковую электронную конфигурацию с частицей, образующейся в результате удаления из атома кальция всех валентных электронов?

12. Могут ли электроны иона А1⁺³ находиться на следующих орбиталях: а) 2р; б) 1р; в) 3d?

13. Напишите электронную конфигурацию атома неона в первом возбужденном состоянии.

14. Каков состав ядер изотопов ¹⁶О, ¹⁷О, ³Не и ⁴Не?

15. Напишите электронные конфигурации следующих элементов: Si, Fе, Кr, Те, W.

16. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы В, S, Аs, Сr?

17. Какие элементы могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства? Приведите не менее трех примеров.

18. Как изменяются неметаллические свойства элементов в периодах периодической системы? Приведите конкретные примеры соединений элементов, подтверждающие эти свойства.

19. В атоме какого элемента — лития или цезия связь валентного электрона с ядром сильнее? Объясните, почему.

20. Почему в группы лантаноидов и актиноидов входит по 14 элементов?

21. Какие общие свойства имеют элементы Мn и Сl, находящиеся в одной группе периодической системы?

22. Изотоп ²¹⁰Ро, излучающий α-частицы, используется в смеси с бериллием в нейтронных источниках. Через какое время интенсивность таких источников уменьшится в 2 раза? Период полураспада ²¹⁰Ро равен 138 дней.

23. Изотоп ¹³⁷Cs имеет период полураспада 29,7 лет. 1 г этого изотопа прореагировал со взрывом с избытком воды. Каков период полураспада цезия в образовавшемся соединении? Ответ обоснуйте.

24. Сколько электронов и протонов входит в состав следующих частиц: а) NО₂^-; б)PH₃; в) SO₄^2-

25. Напишите электронную конфигурацию атомов фтора и магния в их первом возбужденном состоянии.

26. Назовите два элемента в атомах которых количество пар спаренных электронов равно количеству неспаренных электронов.

27. Электронная конфигурация атома неона совпадает с электронными конфигурациями ионов нескольких элементов. Назовите 4 таких иона. Ответ мотивируйте.

28. Напишите уравнение реакции образования соединения, в состав которого входят только ноны элементов с конфигурацией внешних электронов 3s², 3p⁶

29. Объясните, почему на первом энергетическом уровне атома не может быть более 2 электронов, на втором уровне более восьми, на третьем более восемнадцати и т.д.

30. Атом элемента имеет электронную конфигурацию 1 s² 2s² 2p⁶3 s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰. Укажите номер периода, номер группы в периодической системе и максимальную степень окисления.

31. Природный хлор содержит два изотопа: ³⁵Сl и ³⁷Cl относительная атомная масса хлора равна 35,45. Определите мольную долю каждого изотопа хлора.

32. Изотоп бериллия ⁹В поглощая одну α-частицу и испуская нейтрон, превращается в изотоп другого элемента. Какой элемент образуется? Напишите уравнение ядерной реакции.

33. Атомы урана ^2З8U испускают α -частицы. Получающиеся при этом атомы другого элемента испускают β -частицы, при этом образуются атомы нового элемента, испускающие β -частицы. Определите, изотоп какого элемента образуется в результате этих трех последовательных превращений.

34. Первой в истории искусственной ядерной реакцией была реакция изотопа ¹⁴N с α- частицами получаемыми при распаде ²¹⁰Ро. В результате ядерной реакции азот превратился в изотоп кислорода ¹⁷О. Напишите уравнения происходящих ядерных превращений.

35. Могут ли электроны иона К⁺ находиться на следующих орбиталях: а) 3р; б) 2f в) 4s? Ответ мотивируйте.

36. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 8 и 26. Покажите распределение элементов этих атомов по кванто­вым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

37. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 30. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

38. Какое максимальное число электронов могут имет s-, р-, d- и f-орбитали? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 33.

39. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 35. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

40. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s иди 3d; 5s или 4р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента хрома, молибдена, меди.

41. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4 d или 5s; 6s или 5р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым.номером 42.

42. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номе­рами 14 и 40. Сколько свободных 3d- орбиталей у атомов последнего элемента?

43. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 27. Чему равен максимальный спин р- электронов у атомов пер­вого и d-электронов у атомов второго элемента?

44. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 24. Сколько свободных 3d-орбиталей в атомах этих элементов?

45. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое чис­ло т, при орбитальном числе 1 = 0, 1, 2 и 3? Какие элементы в периодическое системе называют s-, р-, d- и f- элементами? Приведите примеры.

46. Какие значения могут принимать квантовые числа n, 1, m_i и m_s, харак­теризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?

47. Какие из электронных -формул, отражающих строение невозбужденно­го атома некоторого элемента неверны: a)ls² 2s² 2р²? 3s¹; б) Is² 2s² 2р⁶; в) Is 2s¹ 2р² 3s² Зр⁶ 3d⁴ ; г) Is² 2s² 2р⁶ 3s² 3p⁶4s²; д) Is² 2s² 2p⁶ 3s² 3d²? Почему? Атомам каких элементов соответствуют правильно составленные электронные формулы?

48. Напишите электронные: формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит «провал» одного 4s-электрона на Зd-подуровень. Чему равен максимальный спин d-электронов у атомов первого и р-электронов у атомов второго элемента?

49. Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторых элементов имеют следующие значения: n = 4; 1 = 0; m_i = 0; m_s = ± 1/2. Напишите электронные формулы атомов этих, элементов и опреде­лите, сколько свободных орбиталей содержит каждый из них.

50. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р⁷- или d¹²- электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

51. В какой из данных молекул полярность связи выше?

52. 1) НС1; 2) HI; 3) НВг; 4) НF

53. Определите степень окисления азота в веществах: 1) N₂O₄; 2) (NH₄)₂CO₃; 3) NO₂^-.

54. Определите степень окисления железа в соединениях: a) Fe₃(PO₄)₂; б) K₂FeO₄; в) Fe(OH)SO₄; г) Fe PO₄; д) Fe₃O₄.

55. Определите валентность и степень окисления углеро­да в соединениях:

56. а) С₂Н₆; б) СО₂; в) НСООН; в) СН₃ОН; г) НСОН.

57. Приведите соединения имеющие в своём составе ковалентную полярную связь.

58. В молекуле какого вещества степень окисления фосфора наименьшая?

59. а) Н ₃ PO₄; б) Н ₃PO₃; в) Н PO₃; г) Н ₃PO₂; д) Н ₄P₂O₇

60. Изобразите методом молекулярных орбиталей строение молекулы оксида азота (І І).

61. По какому механизму может образоваться ковалентная связь?

62. 9.Что такое полярность связи и какова ее количественная характеристика? 10. От чего зависит степень полярности связи?

63. Что такое «максимальная ковалентность» и чем она определяется?

64. В чем состоит причина направленности ковалентной связи?

65. Как влияет характер гибридизации орбиталей на величины валентных углов? Привести примеры.

66. В чем состоит различие δ- и π- связей?

67. Проанализируйте химическую связь и определите геометрию молекул следующих веществ: Н₂, С1₂, ВеС1₂, ВС1₃, ССl₄, СН₄, С₂Н_4, H₂SO₄, HNO₃.

68. Определить степень окисления азота в KNO₂, йода в КIO₃, марганца в КМnО₄, хрома в К₂Сг₂O₇, азота в Cu(NO₃)₂.

69. Используя ММО, нарисовать энергетическую схему и рассчитать крат- ность связи в молекулах: Н₂, Н₂ ⁺, N₂, O₂, F₂, CO, NO.

70. Чем объяснить, что такие вещества как кислород, водород, углекислый газ имеют низкие температуры кипения и плавления?

71. Приведите по два примера соединений с полярной и неполярной ковалентной связью.

72. Приведите примеры неполярных молекул, имеющих ковалентные полярные связи.

73. Напишите формулы двух соединений, имеющих одновременно ионную и ковалентную связи.

74. Объясните, почему водородное соединение фосфора менее прочное, чем водородное соединение азота.

75. Изобразите структурную формулу иона аммония, молекулы пероксида водорода.

76. Напишите структурные формулы следующих соединений: перхлорат калия, хлорат калия, хлорит калия, гипохлорит калия, хлорид калия, фосфат натрия.

77. Напишите структурную и электронную формулы оксидов углерода (II) и (IV).

78. Напишите структурные формулы фосфата, гидрофосфата и дигидрофосфата кальция.

79. В чем заключается сущность донорно-акцепторного механизма образования химической связи? Приведите не менее 3-х примеров соединений, связь в которых образована по этому механизму.

80. Дайте характеристику водородной связи. В каких случаях возможно ее образование? Приведите примеры.

81. Сопоставьте разности электроотрицательностей в гидридах щелочных металлов от лития к цезию. Как меняется характер связи в гидридах?

82. Как изменяется полярность в ряду молекул: а) НР, НСI, НВг, НJ; б) NН₃, РН₃, АsН₃?

83. У какого соединения температура плавления ниже: Вr₂ или J₂, NaF или KF, LiCl или CCl₄, C₄ H₉ OH или C₅ H₁₀.

84. Приведите примеры молекул (не менее 5), в которых степени окисления атомов и их валентности не совпадают.

85. Почему для атомов фосфора, серы и хлора максимальная валентность совпадает с номером группы, а для атомов азота, кислорода и фтора она меньше номера группы?

86. В чем заключаются причины резкого различия в свойствах:

87. а) оксида кремния и оксида углерода (IV) б) плавиковой кислоты и соляной кислоты; в) воды и сероводорода? Ответы обоснуйте.

88. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: СаСrО₄; Sr(С1О)₂; F₂O₂; Са₃(Р0₄)₂; NН₄NO₃; Fe₂(SO₄)₃.

89. Сколько электронов и протонов содержат следующие молекулы и ионы: а) Н₃О⁺; б) NСI₃.

90. Какие значения валентности могут проявлять в своих соединениях следующие элементы: F, Вг, О, Sе, Хе? Дайте обоснование.

91. Определите максимальную валентность азота и фосфора в их соединениях.

92. Предложите формулы двух соединений, в состав которых входят только ионы с электронной конфигурацией 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

93. Почему существует ион NН4+ и не существует ион СН₅⁺?

94. Опишите пространственное строение следующих молекул: АIСI₃, РН₃, Н₂О, ВеF₂

95. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: FеS₂, К₃ [Fе(CN)₆], Fе₃O₄, Na₂S₂O₃, CH₂Cl₂, CH₃COOH.

96. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяс­нить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы воды?

97. Какую ковалентную связь называют полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Исходя из значений электроотрицательности атомов соответствующих элементов определите, какая из связей: НС1, IC1, BrF — наиболее полярна.

98. Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NHLi⁺ и BF₄^- ? Укажите донор и акцептор.

99. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы ВеСl₂ и тетраэдрическое СН₄?

100. Какую ковалентную связь называют δ-связью и какую π-связью? Разберите на примере строения молекулы азота.

101. Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами?

102. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами?

103. Что называют электрическим моментом диполя? Какая из молекул НС1, HВr, HI имеет наибольший момент диполя? Почему?

104. Какие кристаллические структуры называют ионными, атомными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ - алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк - имеют указанные структуры?

105. Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молеку­лы H₂S и линейное молекулы СО₂?

106. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы Не₂ и молекулярного иона Не⁺ по методу молекулярных орбиталей. Как метод МО объясняет устойчивость иона Не₂⁺ и невозможность существования молекулы Не₂?

107. Какую химическую связь называют водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему Н₂О и HF, имея меньшую молекуляр­ную массу, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги?

108. Какую химическую связь называют ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

109. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов, в соединениях СН₄, СН₃ОН, НСООН, СО₂.

110. Какие силы молекулярного взаимодействия называют ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают эти силы и какова их природа?

Методический инструментарий преподавателя:

-активные формы: фронтальный опрос.

Средства контроля: Тест, задания и задачи (см. фонд оценочных средств)

Содержание внеаудиторной работы бакалавра при подготовке к занятию

1. Владеть содержанием вопросов (по лекции).

Законспектировать вопосы: Вопросы химической связи в синтезе новых веществ. Химия криптона и ксенона. Аномалии воды. Тяжелая вода. Вода в природе. Проблемы чистой воды. Экология. Работа в группах.

2. Подготовиться к диагностической самостоятельной работе в форме опроса и теста

3. Изучить термины по данной теме

4. Темы рефератов:

Мирный атом. Ядерная химия и радиохимия.25 лет со дня трагедии на Чернобыльской АЭС.

Периодический закон. Периодическая система химических элементов и её варианты (доменделевская и современные).

Международный год Химии. Лауреаты Нобелевской премии по химии.

Литература

Основная литература

1. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 2007. - 559 с. (Библиотека УлГПУ).

2. Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия: учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2005. – 594 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/38247).

Дополнительная литература

1. Кузьменко Н.Е.  Сборник задач и упражнений по химии. - М.: Экзамен, 2002. – 542 с. (Библиотека УлГПУ)

2. Глинка Н.Л.   Общая химия: учеб. пособие для нехим. специальностей вузов. - М.: Интеграл-Пресс, 2007. - 727 с. (Библиотека УлГПУ)

3. Лидин Р.А. Химия. Полный сборник задач: для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2007 - 610 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/38248).