Мачула А.А. Сборник задач по курсу Общая и неорганическая химия

Задание 4 Составить уравнения реакций обмена в ионно-молекулярном и

молекулярном виде. Используя справочные значения Кн и Пр, определить направление реакции.

111

Примечание: в процессе реакции происходит замена лигандов или комплексообразователя или образование малорастворимого вещества (↓).

112

8.При какой концентрации ионов S2- начнется выпадение

осадка CdS из 0,05 М- раствора K2(Cd(CN)4], содержащего 0,1 моля KCN в 1 л раствора? ПРCdS= 7,9 · 10-27. Константа нестойкости иона [Cd(CN)4]2- равна 7,8 · 10-18.

9.Сколько молей аммиака должно содержаться в 1 л 0,1 М- раствора [Ag(NH3)2]NO3, чтобы прибавление 1,5 г KCl к 1 л раствора не вызвало выпадения осадка хлорида серебра?

ПРAgCl = 1,8 · 10-10.

10.Произойдет ли осаждение сульфида ртути при прибавлении

к1 л 0,01 М- раствора K2[HgI4], содержащего 0,05 моля KI, такого количества молей S2-, которое содержится в 1 л насыщенного раствора CdS? Константа нестойкости иона

[HgI4]2- равна 1,5 · 10-31. ПРCdS = 7,9 · 10-27, ПРHgS= 1,6 · 10-52.

11. Произойдет ли образование осадка иодида серебра, если к 1 л 0,01 М раствора K2[Ag(CN)3], содержащему 0,02 моля KCN, добавить 1 · 10-3 моля KI? Произойдет ли в тех же условиях образование осадка сульфида серебра после добавления 10 мл насыщенного раствора MnS? Константа нестойкости иона [Ag(CN)3]2- cоставляет 2,8 · 10-21. Произведения растворимости AgI, Ag2S и MnS составляют соответственно 8,3 · 10-17; 6,3 · 10-50 и 2,5 · 10-10.

12.На осаждение ионов Cl из раствора [Cr(H2O)4Cl2] израсходовано 20 мл. 0,1 н. AgNO3. Сколько соли содержалось в растворе?

13.Сколько требуется AgNO3 для осаждения ионов Cl- из моля

[Cr(H2O)5Cl]Cl2?

14.Сколько требуется NH3, чтобы растворить 9,75 г Cu(OH)2?

15.Сколько требуется NH3, чтобы растворить 0,1 моля AgCl?

16.Произойдет ли образование осадка карбоната цинка, если к 0,005 М- раствору [Zn(NH3)4](NO3)2, содержащему 0,05 моля NH3, прибавить равный объем 0,001 М- раствора K2CO3?

114

Константа нестойкости иона [Zn(NH3)4]2+ равна 2 · 10-9. Произведение растворимости ZnCO3 составляет 6 · 10-11.

17.При какой концентрации ионов S2- произойдет выпадение

осадка FeS из 0,003 М- раствора K4[Fe(CN)6], содержащего

0,01 моля KCN в 2 л раствора? ПРFeS = 3,7 · 10-19, Кн[Fe(CN)6]4- = 1 · 10-24.

18.Произойдет ли образование осадка CdCO3, если к 2 л 0,05 М- раствора K2[Cd(CN)4], содержащего избыток 0,6 М KCN,

добавить1 л 0,03 М- раствора K2CO3? Кн[Cd(CN)4]2- = 7,66 ·10-18;

ПРCdCO3 = 2,5 · 10-14.

19.Какая масса NaCN должна содержаться в 1 л 0,005 М- раствора Na2[Ni(CN)4], чтобы прибавление 0,004 г NaOH к

2 л раствора не вызывало образование осадка Ni(OH)2?

ПРNi(OH)2 = 1,6 · 10-14, Кн[Ni(CN)4]2- = 1 · 10-22.

20.Константа нестойкости иона [HgCl4]2- равна 6,03·10-

16.Образуется ли осадок сульфида ртути (II), если к 1 л 0,005М раствора соли K2[HgCl4], содержащего 0,002 моля KCl, добавить 1 л 0,005Мраствора K2S? Образуется ли осадок гидроксида ртути (II), если к 1 л этого раствора добавить 0,02 моля KOH? ПРHgS = 4,0·10-53; ПРHg(OH)2=1·10-26

11. Электронное строение атомов

Состояние электронов в атоме описывается четырьмя квантовыми числами:

n - главное квантовое число, может принимать любые целочисленные значения от единицы до бесконечности;

L - орбитальное (побочное) квантовое число, может принимать любые целочисленные значения от 0 до (n-1);

115

mL - магнитное квантовое число, может принимать любые целочисленные значения от - L до + L (включая 0);

ms - спиновое квантовое число, принимает значения +1/2 и -1/2.

При своем движении вокруг ядра электрон образует «облако», которое называется электронной орбиталью. Более строго, электронная орбиталь определяется как геометрическое место точек в пространстве вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона не равна нулю. Размер орбитали определяется как пространство возле ядра, внутри которого вероятность нахождения электрона составляет 95%. Форма орбитали определяется замкнутой поверхностью, в каждой точке которой вероятность нахождения электрона одинакова. Эта поверхность ограничивает объем пространства возле ядра, внутри которого вероятность нахождения электрона равна 95%.

Совокупность орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа называется электронным слоем (уровнем). Совокупность орбиталей с одинаковыми значениями n и L называется подуровнем.

Физический смысл квантовых чисел

Главное квантовое число определяет энергию (Е) и размеры (условный радиус R) орбиталей. Если заряд ядра (Z) не меняется, то ориентировочно можно считать Е -1/n2 и R n2.

Орбитальное квантовое число определяет форму орбитали и влияет на энергию (см. ниже правила Клечковского) и размеры орбиталей. Четыре основные формы орбиталей: s - сферическая, p - гантелеобразная, d - четырехлепестковая «розетка» и «гантель с тором», f - шестилепестковая «розетка». Рисунки этих орбиталей можно найти в любом учебнике по общей химии для вузов.

116

Магнитное квантовое число определяет ориентацию орбиталей в пространстве. Число различных значений ml равно числу различных ориентаций орбиталей данного типа в пространстве.

Спиновое квантовое число определяет два возможных направления вращения электрона вокруг оси, совпадающей с направлением движения электрона, по часовой стрелке (такой электрон обозначается символом ↑) и против часовой стрелки (↓).

Строение электронных

Первый слой (К): одна s-орбиталь. Она образует 1s-подуровень.

1s

(цифра 1 означает, что это первый слой).

Второй слой (L): одна s-орбиталь и три p-орбитали. р-Орбитали отличаются друг от друга ориентацией в пространстве: одна вытянута вдоль оси х (px) , другая - вдоль оси у (py), третья - вдоль оси z (pz). s-Орбиталь образует 2s-подуровень. Все р-орбитали второго слоя образуют 2р-подуровень.

2s 2px 2py 2pz

Третий слой (М): одна s-орбиталь (3s-подуровень), три р-орбитали (3р-подуровень), пять d-орбиталей (3d-подуровень).

3s 3px 3py 3pz 3dxy 3dxz 3dyz 3dx-y 3dz

Четвертый слой (N): одна s-орбиталь (4s-подуровень), три р- орбитали (4р-подуровень), пять d-орбиталей (4d-подуровень), семь f- орбиталей (4f-подуровень).

117

2.Принцип Паули: в атоме не могут одновременно находиться электроны, состояние которых описывается одинаковыми значениями всех квантовых чисел. Следствие: на одной орбитали могут находиться максимум два электрона, у которых значения ms обязательно различны.

3.Правило Гунда: при заполнении подуровня модуль суммы спиновых квантовых чисел электронов должен быть максимально возможным. На практике это выполняется последовательным размещением на каждой орбитали подуровня сначала по одному электрону с параллельными спинами, а затем по второму с антипараллельными спинами.

Существуют некоторые нарушения правил заполнения электронных орбиталей, связанных с тем, что разница в энергиях электронов, расположенных на соседних электронных подуровнях, невелика. Это относится к подуровням 4s и 3d; 5s и 4d; 6s, 5d и 4f ; 7s, 6d и 5f.

Пример 1 Написать электронное строение атомов азота и титана.

Решение Атом азота имеет №7, следовательно, в его атоме находится 7

электронов. На первом слое могут находиться максимум два электрона

↑↓

Следовательно, на втором слое будут находиться оставшиеся 5 электронов, два на 2s-орбитали и три на 3р-орбитали, причем, в соответствии с правилом Гунда, каждый р-электрон занимает отдельную орбиталь:

В итоге электронное строение атома азота будет иметь вид

119

↑↓

В символьном виде

1s22s22p3 .

В последнем случае не видно, как расположены 2рэлектроны. Если слой полностью заполнен, его можно указать с помощью буквы, обозначающей этот слой. В нашем примере полностью заполнен первый слой, поэтому электронное строение атома азота может быть записано в виде

К2s22p3.

Атом титана имеет №22. В соответствии с правилами заполнения в атоме титана сначала полностью заполняются первый и второй электронные слои:

↑↓

Затем идет заполнение 3s- и 3p-подуровней:

После этого заполняется 4s-подуровень

↑↓

и лишь после этого недостающие два электроны поступают на 3dподуровень:

Таким образом, электронное строение атома титана может быть описано схемой:

↑↓

120