№ 1. Основные понятия химии, основные стехиометрические законы. Решение задач.

Необходимо уметь: Вычислить молярную массу газообразного вещества по его плотности относительно водовода (воздуха, других газов). Вычислить молярную массу газообразного вещества, если известны его масса и объем при определенных температуре и давлении. Установить формулу химического соединения по соотношению масс более простых веществ в более сложном; по количеству оксидов, образующихся при сгорании определенного количества данного вещества; по соотношению объемов газообразных веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции.

Вопросы к семинару:

1. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода, измеренного при н. у. Вычислить эквивалент оксида и эквивалент металла. Чему равен атомный вес металла?

2. Сколько металла, эквивалент которого 12,16, взаимодействует с 310 см³ кислорода, измеренного при н.у.?

3. Вычислить эквиваленты Н₂SО₄ и А1(ОН)₃ в реакциях, выражаемых уравнениями:

Н₂SО₄ + КОН = КНSО₄ + Н₂О

Н₂SО₄ + Мg = МgSO₄ + Н₂

А1(ОН)₃ + НС1 = А1(ОН)₂С1 + Н₂О

А1(ОН)₃ + ЗНNО₃ = А1(NО₃)₃ + ЗН₂О

4. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислить эквивалент металла. (При решении задачи следует иметь в виду: а) эквивалент гидроксида равен сумме эквивалентов металла и гидроксильной группы; б) эквивалент соли равен сумме эквивалентов металла и кислотного остатка)

5. Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58% кислорода. Вычислите эквивалент и атомный вес этого элемента.

6. Один оксид марганца содержит 22,56% кислорода, а другой - 50,50%. Вычислите эквиваленты марганца в этих оксидах и составьте их формулы.

7. При сгорании серы в кислороде образовалось 12,8 г SO₂. Сколько эквивалентов кислорода требуется на эту реакцию? Чему равны эквиваленты серы и ее оксида?

8. Вычислите эквиваленты Н₃РО₄ в реакциях образования; а) гидрофосфата, б) дигидрофосфата, в) ортофосфата.

9. Сколько молекул содержится в 1 литре воды?

10. Сколько атомов содержится в 10 моль аммиака, в 100 г воды?

11. Вычислите массу кислорода, содержащуюся в 15 г серной кислоты.

12. Установите формулу одноосновной кислоты, содержащей азот, водород, кислород, если массовая доля кислорода в ней больше массовой доли азота в 3,43 раза.

13. При полном разложении 30 г карбоната двухвалентного металла образовалось 16,8 г оксида металла. Установите формулу карбоната.

14. Выведите формулу кристаллогидрата хлорида бария, если известно, что 36,6 г соли содержат 5,4 г кристаллизационной воды.

15. Сколько молекул содержится в 11,2 л углекислого газа: а) при нормальных условиях; б) при температуре 20⁰ С и давлении 99 кПа?

16. Давление водяных паров при температуре 20⁰С равно 2337 Па. Рассчитайте массу воды, которая содержится в воздухе объемом 100 м³.

17. Плотность смеси оксидов углерода по водороду равна 18. Найдите объемные доли газов в этой смеси.

18. Оксид углерода (II) смешали с водородом в молярном отношении 1:4 при давлении 10 мПа и температуре 327⁰С в замкнутом реакторе, предназначенном для синтезе метанола. После окончания процесса давление газов в реакторе при неизменной температуре уменьшилось на 10%. Определите объемную долю паров метанола в реакционной смеси и процент превращения оксида углерода (II) в метанол.

19. Плотность по пропану газовой смеси, состоящей из этилена и паров воды, до пропускания через контактный аппарат для синтеза этанола была равна 0,5, а поле пропускания стала равна 0,6. Определите объемную долю этанола в реакционной смеси и степень превращения этилена в этанол.

20. Смесь оксидов углерода (IV) и серы (IV) имеет объем 100 л (н.у.) и массу 232г. рассчитайте объемную и массовую долю оксида углерода в смеси.

№ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА.

Необходимо уметь: Написать формулы электронных конфигураций внешних оболочек атомов s- и р­-элементов; внешних и предвнешних оболочек атомов d-элементов; внешних и третьих снаружи оболочек атомов f -элементов. Изобразить графически радиальное распределение электронной плотности и форму ls, 2s, 2р, 3s, 3р, 3d-орбиталей.

Вопросы к семинару:

1. Почему в спектрах испускания атомарные газы дают тонкие линии, молекулярные –полосы?

2. Почему спектр атома водорода состоит из узких линий, а не имеет непрерывный вид и не представляет из себя комбинацию широких полос?

3. По положению в периодической системе элементов Д.И. Менделеева дать характеристику элементов мышьяка, хлора, натрия, свинца, железа по плану: А) порядковый номер элемента; число электронов, протонов, нейтронов; число энергетических уровней; число валентных электронов; период, группа, подгруппа; принадлежность к семейству элементов. Б) Электронная формула данного элемента; представить в виде квантовых ячеек строение валентного электронного уровня. В) Написать значения всех четырех квантовых чисел для электронов внешнего и предвнешнего валентных подуровней указанного элемента.Г) Какой тип химической связи в молекулах может образовывать данный элемент с другими элементами?

4. Напишите электронную формулу S^2-, Mg ²⁺, Si^4-, CI⁷⁺, Fe³⁺.

5. Почему Mn и CI расположены в одной группе периодической системы, но в разных подгруппах? Дайте сравнительную характеристику свойств этих элементов на основе их электронных структур.

6. У элемента хлор есть три изотопа: ³⁵CI, ³⁶CI, ³⁷CI. Предскажите их относительную устойчивость и распространенность в природе.

7. Почему медь, серебро, золото – благородные металлы? Дайте объяснение их свойств на основе электронных структур и справочного материала.

8. У какого из элементов – лития, цезия или бериллия – больше энергия ионизации? Сделайте вывод о химических свойствах их атомов.

9. Проанализируйте валентные возможности атомов хлора, серы, бериллия, алюминия в основном и возбужденном состоянии.

10. Электронная формула элемента имеет окончание 3d⁵4s², 4s²4p², 3s²3p⁵. Определите порядковый номер и назовите элемент.

11. Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами, может проявлять свинец в нормальном и возбужденном состояниях? Сделайте вывод о химических свойствах соединений свинца с разной степенью окисления.

12. Почему помещают в разные подгруппы фосфор и ванадий? Дайте сравнительную характеристику свойств этих элементов на основе их электронных структур.

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

14. Сколько электронов и протонов содержат следующие частицы: NO₂^-, PH₃?

15. Изотоп какого элемента имеет относительную молекулярную массу 135 и 79 нейтронов в ядре? Написать электронную конфигурацию иона этого элемента.

16. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 5s или 4d; 6s или 5p, 4f или 6p? Почему? Написать электронную и электронно-графическую формулы атома элемента с порядковым номером 43, указать его электронное семейство

17. Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробными числами? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Написать электронную и электронно-графическую формулы атома элемента с порядковым номером 51.

18. Привести полную электронную конфигурацию атомов элементов со следующей конфигурацией их внешних слоев: 3s²; 6s¹; 7s²p². У какого из этих элементов и почему наиболее выражены металлические свойства?

19. Привести примеры соединений, в состав которых входят: а) анион с конфигурацией 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ и катион с конфигурацией 1s²2s²2p⁶; б) катион с конфигурацией 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ и анион с конфигурацией 1s²2s²2p⁶.

20. Рассчитать число протонов и нейтронов в ядре атома технеция (изотоп с атомной массой 99) и ядре атома радия(изотоп с атомной массой 226). Показать распределение электронов по уровням и подуровням у этих атомов.

21. Масса ядра атома некоторого изотопа равна 181 у.е. В электронной оболочке атома 73 электрона. Указать: а) сколько протонов и нейтронов содержится в ядре атома; б) какой это элемент; в) написать электронную структуру этого атома.

22. Атомы каких элементов имеют следующее строение наружного и предпоследнего энергетических уровней: а)2s²2p⁶3s²3p¹; б) 3s²3p⁶3d³4s²; в) 3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁵; г) 4s²4p⁶4d⁷5s¹; д) 4s²4p⁶4d¹⁰5s⁰

23. Исходя из положения металлов в периодической системе, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ba(OH)₂ или Mg(OH)₂; Ca(OH)₂ или Fe(OH)₂; Cd(OH)₂ или Sr(OH)₂?

24. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, p-, d-, и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему? Написать электронную и электронно-графическую формулы атома элемента с порядковым номером 45.

25. Структура валентного электронного слоя атома элемента выражается формулой: а) 5s²5р⁴; б) 3d⁵4s¹; в) 3d¹⁰4s¹; Определить порядковый номер и названия элементов, указать их электронное семейство.

26. Описать электронную конфигурацию атома висмута и иона Bi3+; атома хрома и иона Cr^2+; атома церия и иона Се ³⁺.

27. Указать особенности электронных конфигураций атомов меди и хрома. Сколько 4s-электронов содержат невозбужденные атомы этих элементов? Что происходит при возбуждении? Указать электронное семейство этих элементов и написать формулы всех их гидроксидов.

28. Написать полные уравнения реакций, краткая запись которых имеет вид: а) ⁶³₂₉Cu(p, n) ⁶³₃₀Zn; б) ⁹⁸₄₂Мо(n, e–)⁹⁹₄₃Tc

29. При бомбардировке протонами ядер: а) изотопа ²¹₁₀Ne вылетают α-частицы; б) меди ⁶³₂₉Cu – нейтроны. Какие изотопы и каких элементов при этом образовались?

30. Самый тяжелый галоген астат At был получен в 1940 г. при облучении ²⁰⁹₈₃Bi α-частицами. Какой изотоп астата образуется, если возбужденное ядро выбрасывает два нейтрона?

31. Сколько α-частиц теряет ядро радона, если в результате образуется изотоп свинца ²¹⁴₈₂Pb? Составить уравнение.

№ 3 «Периодический закон и система Д.И. Менделеева»

Необходимо уметь: Объяснить закономерности в изменениях радиусов, энергий ионизации и сродства к электрону атомов в периодах и группах периодической системы.

Вопросы к семинару:

1. Для каких элементов характерно образование газообразных соединений с водородом? В каких группах периодической системы находятся эти элементы? Укажите, какие из образуемых ими водородных соединений обладают кислотными свойствами?

2. Характеризовать химические свойства элемента, имеющего порядковый номер 52, исходя из строения его атома.

3. Элемент, высший солеобразующий оксид которого отвечает формуле Э₂О₇, дает с водородом соединение, содержащее 2,74% водорода. Назовите элемент

4. Ядовитое соединение элемента с водородом содержит 5,88% водорода. Оксид этого элемента отвечает формуле ЭО₃. Назовите элемент и водородное соединение.

5. Сравните значения сродства к электрону атомов азота и кислорода. Какой из этих атомов имеет большее сродство к электрону и чем это объясняется?

6. Исходя из данных приложения, постройте график зависимости первой энергии ионизации атомов s-элементов I группы периодической системы от их атомного номера. Объясните ход кривой.

7. Сравните окислительно-восстановительные свойства а) простых веществ S и Se, б) S^2- и Se^2-

8. По данным приложения постройте график зависимости орбитального радиуса атомов от атомного (порядкового) номера элементов 2-го и 3-го периодов периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Объясните ход кривой.

9. Как отличаются свойства и строение атомов элементов главной подгруппы от свойств и строения атомов элементов побочной подгруппы той же группы?

10. Почему элемент водород расположен в двух клетках периодической системы?

11. Исходя из строения электронных оболочек атомов, решите, у какого из элементов четвертой группы, у титана или германия, должны сильнее проявляться металлические свойства? Почему?

12. Какими химическими свойствами должен обладать искусственно полученный элемент с порядковым номером 87? С какими из стоящих в таблице давно известных элементов он должен быть сходен?

13. Чем объясняется периодическое изменение валентности элементов с увеличением их порядковых номеров? Почему у лантаноидов валентность не изменяется с увеличением порядковых номеров?

14. Какой из элементов S или Se проявляет более окислительные свойства? Почему?

15. Объясните различие величин радиусов и свойств атомов меди и цинка.

16. Радиусы атомов кремния и ванадия равны (1,34 А⁰), почему же так различны их свойства?

17. Почему свойства всех элементов II периода очень сильно отличаются от свойств элементов всех последующих периодов?

18. У какого из элементов мышьяка или хлора электроотрицательность выше? Почему? Сделайте вывод о химических свойствах этих элементов?

19. Какие свойства химических элементов в зависимости от порядкового номера изменяются: а) периодически б) непериодически? Приведите как можно больше примеров таких свойств. Почему Д. И. Менделеев назвал свой закон периодическим? Какие факторы могут ограничивать действие периодического закона?

20. Орбитальные радиус у атома марганца и некоторых его катионов имеют следующие значения, нм: Мn - 0,128; Мn^2+- 0,039; Мn⁴⁺- 0,038

Как можно объяснить: а) уменьшение радиусов при переходе от Мn к Мn⁴⁺? б) значительно более резкое уменьшение радиуса при переходе от Мn к Мn⁴⁺, чем при превращении Мn²⁺ к Мn⁴⁺?

21. Пользуясь справочными данными приложения постройте графики изменения орбитальных радиусов атомов элементов 4-го и 5-го периодов в зависимости от порядкового номера. Обратите внимание на то, что при сохранении общей тенденции — уменьшение атомного, радиуса с ростом порядкового номера в пределах периода — на графиках имеется целый ряд отклонений от монотонности. Попытайтесь дать им объяснение, ответив на следующие вопросы: а) Выделите на графиках области s,p,d -сжатия, объясните следующую закономерность: s-сжатие> р-сжатие>d-сжатие

В) Почему у Cr и Cu (4-й период) атомные радиусы имеют аномально высокие значения?

22. Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, дать мотивированный ответ на вопрос, какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: CuOH или Cu(OH)₂; Sn(OH)₂ или Sn(OH)₄. Написать уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида олова(II).

23. На примере соединений элементов третьего периода объясните изменение их кислотно-основных свойств (при переходе от натрия к хлору).

24. Объясните изменение свойств гидроксидов металлов и кислот с увеличением положительного заряда иона. Какое основание сильнее Fe(OH)₂ или Fe(OH)₃? Какая кислота сильнее НС1О или НС1О₄? Обоснуйте Ваш ответ.

25. На основании сравнения электроотрицательностей атомов предскажите и обоснуйте кислотно-основные свойства гидроксида бериллия.

26. На основании сравнения электроотрицательностей атомов объясните изменения кислотно-основных свойств гидридов кремния, фосфора, серы, хлора.

№ 4. Химическая связь

Необходимо уметь: Записать структуры Льюиса для молекул и молекулярных частиц (молекулярных ионов, радикалов). Оценить пространственную конфигурацию молекул и молекулярных ионов с использованием представлений концепции гибридизации атомных орбиталей и метода Гиллеспи. Исходя из пространственной конфигурации молекулы и дипольных моментов связей, оценить дипольный момент молекулы.

Построить энергетические диаграммы молекулярных орбиталей для двухатомных молекул и молекулярных ионов, образованных элементами малых периодов периодической системы. По характеру заполнения электронами молекулярных орбиталей определить порядок связи в молекуле; установить зависимость между порядком связи и энергией связи, ее длиной; определить пара- и диамагнитные свойства молекулы.

Вопросы к семинару:

1. По методу молекулярных орбиталей составьте диаграмму энергетических уровней и приведите электронную конфигурацию следующих молекул: Li₂, Ве₂, N₂, C₂, О₂, СО, NO, НF, XeF₂, ВеН_2. Какие из этих молекул пара-, а какие диамагнитны?

2. По данным приложения 12 постройте графики зависимости энергии и длины связи от числа валентных электронов в ряду В₂-С₂-N₂-F₂. Каков порядок связи в этих молекулах. Как порядок связи влияет на ее энергию и длину? Объясните ход кривых.

3. Укажите число локализованных электронных пар центрального атома и механизм их образования в следующих молекулах и ионах: ВеН₂, NH₄⁺, ВН₄^-

4. Рассмотреть строение молекул оксида азота (V), оксида серы (IV), оксида азота (IV), оксида азота (I), озона, оксида серы (VI).

5. А) Сформулируйте основные положения модели локализованных электронных пар для объяснения пространственной конфигурации молекулы

Б) определите пространственную конфигурацию молекул СН₄, NH₃, H₂O, OF₂

В) Сравните значения валентных углов молекул и объясните характер их изменения в ряду СН₄ (109,7⁰), NH₃ (107,3⁰), H₂O (104,5⁰) OF₂ (102⁰)

6. Объясните различие валентных углов для следующих пар молекул: OF₂ (102⁰) и H₂O (104,5⁰), NF₃ (102⁰) и NH₃ (107,3⁰), NF₃ (102⁰) и PF₄ (104⁰)

7. Какие из приведенных молекул обладают электрическим моментом диполя (являются полярными молекулами): SO₂, SO₃, BeF₂, BF₃, NF₃, OF₂, NOCI, COCI₂

8. Определите тип связи молекул NaI, СН₄. Сделайте вывод о свойствах (прочность, реакционная способность, агрегатное состояние)

9. Докажите, что магний и хлорид магния – кристаллы. Укажите тип их решетки и дайте сравнительную характеристику.

10. Почему вода – жидкость, а сероводород – газ. Сравните их температуры кипения и плавления, дайте объяснение.

11. В каком соединении водородная связь более прочная – воде или фтороводороде? Как это должно сказаться на свойствах. Объясните несоответствие свойств воды и фтороводорода, ожидаемых из прочности водородных связей, и реальных свойств этих веществ.

12. Привести примеры соединений, в которых валентность элементов не совпадает со степенью окисления, разобрать строение этих веществ

13. Почему существует ион NH₄⁺, но не существует ион СН₅⁺?

14. Приведите примеры неорганических веществ, содержащих двойную, тройную связь. Какая максимальная кратность связи? Обоснуйте ваш ответ.

15. Какая характеристика связи (физическая величина) должна различаться у молекул с одинарной, двойной и тройной связями.

16. Может ли в одном соединении присутствовать несколько типов связи?