6. Требования к знаниям и рекомендации

Изучив предлагаемый раздел химии, студент должен:

1. Знать корпускулярно-волновые свойства электрона, причину возникновения спектра атома. Уметь определять массу, длину волны, частоту, энергию электрона в атоме.

2. Знать квантовые- числа, принципы Паули и наименьшей энергии, уметь определять число орбиталей и электронов на подуровне и уровне, изображать электронные формулы атомов.

3. Знать периодическую систему элементов и периодический закон Д.И.Менделеева. Уметь объяснять периодичность изменения химических свойств элементов на основе положения их в таблице, используя величины радиусов атомов, энергии ионизации и сродства к электрону.

4. Уметь объяснить: природу химической связи, валентность, спо­собы образования и свойства ковалентной связи. Гибридизацию валентных орбиталей, геометрию молекул, ионную, металлическую, водородную связи.

5. Уметь объяснить свойства веществ на основе межмолекулярного взаимодействия и типa химической связи.

6. Уметь рассчитывать изменение энтальпии реакции по энергии связи; энергию, длину и дипольный момент связи.

Рекомендации к выполнению контрольной самостоятельной работы

1. Изучить теоретический материал, используя конспекты лекций, рекомендуемую литературу и данное учебно-методическое пособие.

2. Проработав внимательно теорию и предложенные задачи с решениями, проверить усвоенные теоретические знания, выполнив варианты предложенных задач.

7. Задачи для самостоятельного контрольного решения

1. Каким линиям в спектре отвечает излучение водорода при переходе электрона из одного энергетического состояния в другое со следующими начальными и конечными значениями главного квантового числа: n =4 и 2;n= 3 и 2; 1?

Какой области электромагнитного спектра отвечают эти линии?

2. Определите энергетические переходы электрона атома водорода, соответствующие красной (λ=658 нм) и голубой (λ=482 нм) линиям в спектре испускания.

3. Рассчитайте, с какой скоростью должны двигаться электрон, нейтрон и частицы массой 1г, чтобы соответствующая длина волны де Бройля составляла 0,15 нм?

4. Свет с длиной волны 5000А⁰ (5∙10^-5 см) соответствует зеленой части видимого спектра. Вычислите волновое число, отвечающее этой длине.

5. Свет с длиной волны 5∙10^-5 см соответствует зеленой части видимого спектра. Вычислите энергию фотона зеленого света в кДж. Сколько кДж приходится на моль фотонов зеленого света?

6. Вычислите волновые числа ν для линий, характеризующиеся значением n₁ = 1 и n₂ = 2,3 и 4.

7. Какой длиной волны характеризуется электрон, движущийся со скоростью, равной 1/10 скорости света? Масса электрона равна 9,11∙10^-28 г.

8. С какой скоростью должен двигаться электрон, чтобы его де бройлева длина волны была равна 3,32∙10^-10 м?

9. Нейтроны, движущиеся с кинетической энергией в интервале от 8,0∙10^-21 до 1,6∙10^-20Дж, используют для изучения структуры молекул. Каковы длины волн такого "излучения"? Сравните вычисленные вами длины волн с размерами молекул (от 10^-8 до 10^-10м). Масса нейтрона 1,67∙10^-24 г.

10. а)Какой частотой характеризуется фотон с энергией 1,45∙10^-19Дж?

б) Если энергия фотона с длиной волны 535 нм полностью перейдет в теплоту, то во сколько раз больше калорий выделится при этом превращении, чем при превращении в теплоту энергий фотона с длиной волны 0,15 н.м?

11. В спектре ртути имеется интенсивная синяя линия с длиной волны 4,358∙10^-7 м.

а) Какова энергия фотона с такой длиной волны?

б) Какова энергия одного моля таких фотонов в кДж/моль?

12. Большая часть солнечного излучения с длиной волны ниже 400 нм поглощается земной атмосферой частично благодаря наличию в ней озона. Какова частота и энергия фотона с длиной волны 400 нм?

13. Гигантские радиотелескопы, "прослушивающие" излучение дальнего космоса, обнаружили сильные радиосигналы с длиной волны 21 см. Какова частота и энергия фотона такого излучения?

14. Сколько фотонов с длиной волн 6,5 10^-7 м (красный свет) обладает суммарной энергией 1 Дж?

Сколько фотонов с длиной волн 4,00.10^-7 м (синий свет) обладает суммарной энергией 1 Дж?

15. Пользуясь уравнением де Бройля, определите длину волны (в нм) каждого из перечисленных ниже движущихся объектов:

а) электрон, движущийся со скоростью, равной 90% скорости света;

б) молекула водорода, движущаяся со скоростью 1600 м/с;

в) винтовочная пуля массой 20 г, летящая со скоростью 1200 м/с;

г) локомотив массой 30000 кг, движущийся со скоростью 120 км/ч;

д) космический корабль массой 3000 кг, обладающий скоростью 3500 км/ч.

16. Вычислите длину волны де Бройля, которая соответствует частице с массой 6,6∙10^-27 кг, движущейся со скоростью 70 м/с?

17. Энергия диссоциации HJ равна 298,4 кДж/моль. Можно ли разложить НJ на элементы при облучении ультрафиолетовым светом (λ =2∙10^-7м)? Какую энергию надо затратить, чтобы разложить 5∙10^-3г HJ?

18. Определите по правилу Клечковского последовательность заполнения электронами подуровней в атомах элементов, если их суммы (n+I) соответственно равны 6,7,8.

Каков порядковый номер элемента, у которого:

а) заканчивается заполнение электронами орбитали 8s;

б) начинается заполнение электронами подуровня 5q?

19. Назовите элементы имеющие по одному электрону на подуровне: а) 3d; б)4d; в) 5d.

Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать их положение в периодической системе – (период, группа и подгруппа).

20. Сколько свободных f-орбиталeй содержится в атомах лантаноидов от церия до самария включительно?

21. Напишите электронно-графические формулы атомов индия, германия и титана в нормальном и возбужденном состоянии.

22. Объясните, почему первый потенциал ионизации Мg больше, чем у натрия и алюминия?

23. Объясните общую закономерность изменения потенциалов ионизации у элементов одной группы периодической системы, учитывая размеры их атомов и эффективные заряды ядра.

24. Объясните, какой из ионов Со²⁺ или Со³⁺ имеет меньший радиус.

25. Объясните причины различия потенциалов ионизации у следующих пар элементов: а) Не и Li; б)Ве и Li; в) Be и В; г) N и O.

26. Объясните причины различия сродства к электрону для атомов следующих пар элементов: а) О и F; б) Cl и Вr; в) CI и F.

27. Какими правилами определяется порядок заполнения электронами оболочки атома? Приведите электронные конфигурации невозбужденных атомов Gе, Mn, Ti и ионов Ва²⁺, Со³⁺ , Се⁴⁺.

28. Как изменяется значение первой энергии ионизации атомов элементов от их порядкового номера?

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

30. Объясните характер изменения сродства к электрону у атомов галогенов; F(3,62), Cl(3,82, Br(3,54), J(3,24) эВ?

31. Расположите в порядке увеличения сродства к электрону атомы с конфигурациями ns1, ns² , ns²p⁵.

32. Объясните, чем обусловлена немонотонность изменения ионизационных потенциалов по периоду.

33. Почему при монотонном увеличении заряда ядра и общего количества содержащихся в атоме электронов эффективный заряд атомов (Z_эфф) изменяется немонотонно? Сравните

Н Не Li Be В С N О F Nе

Zэфф 1 1,345 1,26 1,66 1,56 1,82 2,07 2,00 2,28 2,52

Чем объясните уменьшение эффективного заряда ядра атома при

переходе от гелия к литию; от бериллия к бору; от азота к кислороду?

34. Какой из атомов с электронной конфигурацией 1)1s²2s²2р⁴; 2) 1s²2s²2p⁵;

3) 1s²2s²2p⁶; 4) 1s²2s²2p⁶3s¹; 5)1s²2s²2p⁶3s²; 6) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹ имеет

наибольшее значение ионизационно­го потенциала?

35. Объясните последовательность уменьшения экранирующего влияния электронов в ряду ns>np>nd>nf.

36. Сравните величины ионных радиусов и поясните причину различий в их значениях для следующих изоэлектронных ионов: 1,33(F^-); 1,36(О^2-); 0,98(Na⁺); 0_,74(Mg²⁺); 0,5А(Al³⁺).

37. Чем объяснить, что в каждой из групп периодической системы для s- и р-элементов наблюдается скачок в изменении химических свойств при переходе от элементов II периода к элементам III периода и от элементов IV к элементам V периодa?

38. Почему разница в значениях первого и второго ионизационных потенциалов у атомов лития больше, чем у атомa бериллия?

39. Какие из перечисленных ниже обозначений атомных орбиталей не имеют смысла: 4f, 2d, 2s, 5p, 1p, 3f?

40. Сколько существует различных орбиталей, которые могут иметь указанные ниже обозначения: а) n=4; б) 4р; в) 2d; г) 3p?

41. Опишите форму орбитали и электронного облака, состояние которого характеризуется квантовыми числами: n=3, l=0,m_l=0; n=3; l=1; m_l=-1,0,+1; n=3; l=0; m_l=0,±1,±2.

42. Одинакова ли энергия ионизации атома цезия и атома лития, у которого валентный электрон предварительно возбужден на 6s-подуровень? Ответ обосновать.

43. Написать электронно-графические формулы атомов йода в возбужденном состоянии, предшествующем образованию им соединений JCl₃ J F₅.

44. Сколько свободных d-орбиталей имеется в атомах титана и ванадия? Написать для них электронно-графическую структуру d-подуровня.

45. Назвать элементы 4,5,6 периодов, у которых заканчивается заполнение d-орбиталей (3d¹⁰, 4d¹⁰, 5d¹⁰). Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать, к какому периоду, группе и подгруппе периодической системы они относятся.

46. Какие характеристики орбиталей определяются значением:

а) главного квантового числе n; б) орбитального (азимутального) квантового числа l; в) магнитного квантового числа m_l?

47. Составьте электронные схемы следующих превращений:

а) Сr⁰ Cr³⁺; б)snsn⁴⁺; в) Mn²⁺Мn⁴⁺.

48. Приведите полную электронную конфигурацию атомов элементов со следующей конфигурацией их внешних слоев: 3s²; 6s¹; 7s² ;7р². У какого из этих элементов и почему наиболее выражены металлические свойства?

49. Назовите элементы, у атомов которых заканчивается заполнение

(n - 1)d- ns - и np- орбиталей.

50. Назовите элементы 4-го периода, атомы которых содержат наибольшее число непарных d-электронов. Напишите электронно-графическую структуру их d -подуровня.

51. Энергетическое состояние внешнего электрона атома описывается следующими значениями квантовых чисел: n=3, l=0, m_l=0. Атомы каких элементов имеют такой электрон? Составьте электронные формулы атомов этих элементов.

52. Сколько свободных d-oрбиталей содержится в атомах Sс, Ti, V? Напишите электронные формулы атомов этих элементов.

53. Пользуясь правилом Хунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим низшему энергетическому состоянию атомов: марганца, азота, кислорода, кремния, кобальта.

54. Для атома с электронной конфигурацией 1s²2s²2p³ впишите в таблицу значения четырех квантовых чисел: n, l, m_l, m_s, определяющие каждый из электронов в нормальном состоянии: номер электрона

...1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

n

l

m_l

m_s

55. Атомы каких элементов имеют следующее строение наружного и предпоследнего электронного слоев:

a) 2s²2p⁶3s²3p³; б) 3s²3p⁶3d³4s²; в) 3s²3p⁶3d^I04s²4p⁵; г) 4s²4p⁶4d⁷5s¹;

д) 4s²4p⁶4d¹⁰5s⁰?

56. Пользуясь правилoм Хунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим высшему энергетическому состоянию атомов:

фосфора, алюминия, серы, хрома.

57. Напишите электронные формулы элементов №110 и 113 и укажите, какое место они займут в периодической системе.

58. Напишите все квантовые числа для электронов атомов: а) лития, бериллия, бора, углерода: б) азота, кислорода, фтора, неона.

59. Объясните, почему сродство к электрону у Si и у S больше, чем у Р.

60. Объясните, почему вторая энергия ионизации магния больше его первой энергии ионизации, но не cтолъ велика, как вторая энергия ионизации натрия.

61. Какие ионы называются изоэлектронными? Чем объяснить уменьшение радиусов изоэлектронных ионов в ряду As^3-, Se^2-, Br^-, Rb⁺, Sr²⁺, V³⁺?

62. Что представляет собой экранирование электронов в атоме.

63. Как изменяется с ростом порядкового номера значение первого потенциала ионизации у элементов третьего периода? Чем объяснить, что первый потенциал ионизации атомa Мg больше, чем атомов Nа и Al?

64. Нейтральные атомы некоторых элементов имеют в основном состоянии следующие электронные конфигурации:

а)[Ne]3s²3р²; б) [Ar]4s²3d⁵; в) [Ar]4s¹3d¹⁰;

г) [Ar]4s²3d¹⁰4p^I ; д) [Ar]4s²3d¹⁰4s²4p⁵; e) [Kr]5s²4d¹;

ж) [Kr]5s²4d³; и) [Kr]5s²4d⁵; к) [Kr]5s¹;

л) [Kr]5s²4d⁷; м) [Kr]5s⁰4d¹⁰; н) [Хе] 6s¹;

п) [Хе] 6s²5d¹; р) [Хе] 6s²4f⁴ ; с) [Хе] 6s²4f¹³;

т) [Хе] 6s²6Р²; у) [Хе] 6s²4f^I45d²; ф) [Хе]6s²4f¹⁴5d⁵ ;

х) [Хе] 6s²4f^I45d⁸; ц) [Rn] 7s².

Укажите на основании этих данных:

а) порядковый номер этого элемента; б) его атомный вес; в) число электронов в валентной оболочке; г) число неспаренных электронов в атоме этого элемента.

65. Экспериментально установлено, что молекула HF₃ имеет треугольную форму, а комплексный ион [ВF₄] ^- тетраэдрическое строение. Длина связи ВF в ВF₃ короче (0,12 нм), чем в [BF₄]^- (0,143 нм). Объясните эти данные.

66. Объясните различие валентных углов для следующих пар молекул: OF₂ (103⁰) и Н₂О (104,5⁰); NP₃(102⁰) и NH₃(107⁰); NF₃(103⁰) и PF₃(104⁰).

67. Каково пространственное расположение вокруг центрального атома молекулы двух, трех, четырех, пяти, шести электронных пар?

68. Определите стандартную теплоту образования из простых веществ в этилене, если энергия связей Н—Н, С—Н н С—С соответственно равна:

-435,9; -415,9 и -887,8 кДж/моль; теплота возгонки графита равна

+715,88 кДж/моль.

69. Вычислите энергию s-р ковлентной связи в молекуле HCl, если стандартная энтальпия образования НС1(г) равна 92,3 кДж/моль, а энергия связей Н—H и Cl — Cl соответственно равна (кДж/моль) 435,9 и -242,3.

70. Произведите приближенную оценку длины связей в молекулах NО и СО, если межъядерные расстояния в молекулах N₂, O₂ и C(графит) соответственно равны, м: 1,09∙ 10^-10, 1,20∙ 10^-10, 1,92∙10^-10?

71. Расположите в порядке возрастания степени ионности связи В—Cl, Na—Cl, Ca—Cl, Be-Cl.

72. Рассчитайте разность относительных электроотрицательноcтей связей Na—О и Н—О в молекуле NaHCO₃. Какая из связей наиболее приближается к ионной?

73. Определите, в каком из оксидов элементов третьего периода периодической системы Д.И.Менделеева связь Э—О наиболее приближается к ионной?

74. Определите полярность молекулы НВr, если длина диполя молекулы равна 0,18∙10^-10м.

75. Длина диполя молекулы нитробензола C₆H₅NO₂ равна 0,82·10^-10м. Рассчитайте дипольный момент этой молекулы.

76. Объясните, почему уменьшается угол между связями в ряду соединений РF₃ — PCl₃ — PJ₃, если угол Нal —Э—Hal в этих соединениях соответственно равен 104, 101, 98⁰?

77. Сколько σ- и π- связей в молекулах С₂H₂ и CO₂?

78. Объясните, почему в ряду элементов С, Si, Gе, Sn, Рb склонность к образованию гибридных связей уменьшается от С к Рb.

79. Как объяснить разную длину связи N—N в различных молекулах азотсодержащих веществ;

N₂ H₃N N₂(CH₃)₂ N₂H₄

l, A° 1,10 1,13 1,24 1,47?

80. Расположите приведенные соединения и ионы в ряд по мере увеличения степени ионности химической связи, используя значения эффективного заряда химически связанного центрального атома:

СuС1₂ СuВr₂ ZnBr₂ Fe(CO)₅ CrO [Fe(CN)₆]^3-

Zэфф +1,1 +1,0 +0,5 +0,4 +0,2 +1

81. Какая из следующих связей полярна? Укажите, для каждой полярной связи более электроотрицательный атом:

a) Cl—J; б) Р—Р; в) C—N; г) F—F; д) О—Н.

82. Изобразите геометрическую форму каждой из следующих молекулярных частиц: a) NOCl; б) C₂H₂; в) СН₃CООН; г) SO^2-₄. Сколько связей имеет центральный атом? Покажите перекрывание орбиталей.

83. Укажите, к какому типу (ионному или ковалентному) принадлежат следующие вещества:

а) NН₃; б) K₂S; в) Br_2; г) С1₂O; д) ВаС1₂; е) RеО.

84. Руководствуясь разностью относительных электроотрицательностей связи Э-О, определите, как меняется характер связи в оксидах элементов третьего периода периодической системы Д.И.Менделеева.

85. Вычислите разность относительных электроотрицательностей обеих связей в молекуле HОCI и определите, какая из них характеризуется большим процентом ионности.

86. Определите характер связи в молекулах SCI₄, SiCl₄, ClF₃ и JBr и укажите для каждой направление смещения электронной плотности связи. Расположите молекулы в ряд в порядке увеличения полярности связи.

87. Установите пространственную структуру следующих молекул и ионов, определив в каждом отдельном случае орбитали центрального атома и их тип гибридизации:

а) COS, COCl₂ CF₄, SiF₆^2-;

б) hf₃, NO^¯₂, ph₃, po₄^3-;

в) H₂S, SCl₂, SiF₄, SO₂F₂;

г) Cl₂O, ClO^¯₃, ClO^¯₄, JO₆^5-.

88. Какова пространственная структура четырехатомных молекул типа АВ₃? Объясните, в чем разница в структурах молекул BCl₃ и AlBr₃, РС1₃ и AICl₃.

89. Чем объяснить, что температура плавления воды значительно выше температуры плавления фтороводорода (83°С), хотя дипольный момент молекулы Н₂О (1,84 Д) меньше, чем молекулы HF (1,91Д)?

90. Почему элементы в высоких степенях окисления не образуют ионных соединений?

91. Почему энергия связи H-F выше, чем энергия связи F-F и Н-Н, и больше среднего арифметического из их значений? Почему разность между такой средней энергией и энергией связи H-Hal, определенной экспериментально, по ряду HF, Hj уменьшается?

92. Предскажите химическую формулу ионного соединения, образуемого каждой из следующих пар элементов: а)Sr, Br; б) Bе, O; в) Al,S; г) Zn,F; д)K,Se; e) Zn,O.

93. Какова геометрия следующих молекул и ионов? Сколько σ- и π-cвязей образует центральный атом?

а) SiH₄; б) H₂S; в) CO; г) N₂; д) Н₂O₂; е) СS₂.

94.Соединение SF₆ обладает высокой устойчивостью и поэтому используется как электрондозирующий газ в высоковольтных трансформаторах. В отличие от него соединение SCl₆ настолько неустойчиво, что его еще никому не удалось выделить. Объясните причину такого различия в устойчивости этих соединений.

95. Как и почему изменяется величина угла в вершинах пирамидальных молекул ЭН₃ при переходе от РН₃ к SbH₃?

96. Длина диполя молекулы HF(I) равна 0,4 ∙10^-10м. Вычислите её момент электрического диполя μ в кулон-метрах.

97. Какова пространственная структура молекул СО₂ и CS₂, моменты электрического диполя которых равны нулю?

98. Определите тип гибридизации орбиталей атома титана в тетраэдрической молекуле TiF₄.

99. Определите тип гибридизации орбиталей электронов атомов фосфора при образовании им тетраэдрических молекул Р₄ и иона РН.

100. Какое место в периодической системе занимают элементы со свойствами типичных комплексообразователей? Чем это обусловлено?

101. Чем объяснить уменьшение дипольных моментов молекул в ряду галогеноводородов:

HF НСl НВr НJ

μ, Д 1,74 1,03 0,76 0,38?

102. Какие молекулы (H₂Se, С₂H₂, F₂O, CO₂, O₂, HСN, SnCl₂) линейны, а какие - угловые?

103. Чем обусловлено сходство пространственной конфигурации молекул CO₂, CS₂, CSe₂?

104. Какие из приведенных молекул и ионов имеют форму плоского треугольника: NН₃, BH₃, NO^¯₃, BrО, СlО, SO, CO?

105. Какова природа сил Ван-дер-Ваальса? Какой вид взаимодействия между частицами приводит к переходу в конденсированное состояние: Ne, N₂, HJ, Cl₂, NF_3; H₂O?

106. Чем объяснить разный характер изменения величин атомных радиусов в различных подгруппах периодической системы? Сравнить изменения атомных радиусов s-и d- элементов I группы, p- и d- элементов III группы , р-и d- элементов 1V группы.

107. Каким образом дипольный момент двухатомной молекулы позволяет оценить ионный, характер связи? Какова степень ионности связи в молекуле HF?

108. У какого из веществ сильнее выражен характер ионной связи: КJ или ВаО? Чему равна степень ионности каждой из этих молекул в процентном выражении? (Данные о дипольных моментах указанных молекул следует найти в справочниках).

109. Вычислите дипольный момент или длину диполя молекулы КСl

l=1,66 ∙10^-8м.

110. Радиостанция ведет передачи на частоте 1120 кГц. Какова длина волны и энергия фотона такого излучения?

7.1. Варианты заданий

Вариант	Номер задачи
I	1	а	18б6	87г	61	70	90
II	2	б	22	87б	62	71	91
III	3	в	23	81г,д	63	72	92г,д,е
IV	4	г	24	92	64	73	93г,д,е
V	5	д	25	83г,д,е	65	74	94
VI	6	е	26	46	66	75	95
VII	7	ж	2?	93а,б,в	67	76	96
VIII	8	з	28	48	68	77	97
IX	9	и	29г	87в	109	78	98
X	10	к	30	58а	49	79	99
XI	11	л	31	51	55г,д	80	100
XII	12	м	32	52	42	81	101
XIII	13	н	33	53	48	22	102
XIV	14	о	34	54	21	83	103
XV	15а,б,в	п	35	55а,б,в	60	84	104
XVI	16	р	36	56	44	85	105
XVII	17	с	37	57	50	86	106
XVIII	18а	т	38	58б	43	87а	107
XIX	19 J- \J	у	39	59	47	88	108
XX	15 г.д.	ф	40	20	45	89	110

ПРИЛОЖЕНИЕ 1