Общая и бионеорганическая химия. Учебно-методическое пособие

тема «Строение атома и химическая связь»

Вопросы для самостоятельной подготовки

Атомно-молекулярное учение

1.Какиечастицыназываютсяатомамиимолекулами?Приведите примеры.

2.Дайте современное определение понятия «химический элемент».

3.Определитепонятие«вещество».Какиевеществаназываются простыми и сложными?

4.Отличаются ли понятия «вещество» и «химическое соединение»? Чем отличается химическое соединение от смеси веществ?

Теория строения атома

1.Какие открытия послужили основой для создания моделей строения атома?

2.Объясняет ли планетарная модель строения атома, предложенная Резерфордом, линейчатые спектры газообразных атомов?

3.Сформулируйте основные положения теории строения одноэлектронных атомов Бора.

4.В чем суть принципа неопределенности Гейзенберга?

5.Что характеризуют радиальная и угловая части волновой функции в уравнении Шредингера для атома водорода?

6.Что называется атомной орбиталью?

7.Что характеризует главное квантовое число (n) и какие значения оно может принимать?

8.Что характеризует орбитальное квантовое число (ℓ), какие значения оно принимает и какова форма s-, p- и d-орбиталей?

9.Что характеризует магнитное квантовое число (m), какие значения оно принимает?

11

10.Какоеколичествоs-,p-иd-орбиталейвозможнодляданного значения n?

11.Что такое спин электрона и спиновое квантовое число?

12.Что такое электронная конфигурация атома?

13.Назовите принципы заполнения электронами в атоме энергетических уровней, подуровней, орбиталей.

14.Сформулируйте правила Клечковского.

15.КакформулируетсяпринципПаули?Рассчитайтемаксималь- ноеколичествоэлектроновнаs-,p-иd-орбиталях.Чемуравночисло электронов, находящихся на энергетическом уровне?

16.Сформулируйте правило Гунда.

Периодический закон и Периодическая система Д. И. Менделеева

1.ПочемувПериодическойсистемеД.И.Менделееванекоторые элементырасположеныневсоответствиисростомихатомныхмасс?

2.Какова физическая сущность порядкового номера элемента

вПериодической системе Д. И. Менделеева?

3.КаковафизическаясущностьномерапериодавПериодической системе химических элементов Д. И. Менделеева?

4.В чем физический смысл номера группы для элементов главных подгрупп Периодической системы Д. И. Менделеева?

5.Изобразите распределение электронов в атомах 24Cr и 29Cu и обозначьте переход («провал») электронов с 4s на 3dорбитали.

6.Охарактеризуйте периодическое изменение свойств элементов. Все ли свойства элементов изменяются периодически?

7.Что такое орбитальный и эффективный радиусы атома?

8.Какизмененяютсявеличинырадиусоватомоввмалыхибольших периодах? Что называется d- и f-сжатием?

9.Как изменяются величины радиусов атомов в главных и побочных подгруппах Периодической системы Д. И. Менделеева?

10.Что такое энергия ионизации? Как изменяется ее величина

впериодах и группах?

11.Дайте определения сродства атома к электрону. Каковы закономерности его изменения в периодах и группах?

12

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

1. Рекомендации к оформлению отчетов по лабораторным работам

Послепроведениялабораторнойработыдолженбытьподготовленотчет,выполняетсяонвотдельнойтетради.Вотчетенеобходимо указатьназваниеработыисформулироватьобщуюцель,послечего последовательно описать проводимые опыты.

Описаниекаждогоопытадолжносодержатьследующиеразделы:

1.Название опыта.

2.Методика проведения опыта (краткое его описание).

3.Подробные наблюдения: изменение цвета раствора; выделение газа, его цвет и запах; выделение тепла или света; выпадение осадка, его цвет и характер.

4.Уравненияреакций,протекающихвходеопыта,иобъяснения наблюдаемых явлений.

5.Вывод по опыту.

Описание опытов рекомендуется оформлять в виде таблицы. Пример оформления отчета по лабораторной работе:

14

Лабораторная работа №

Название работы

Цель работы: (формулируется согласно теме работы). Понятияиопределения:(приводитсяобобщеннаяхарактеристи-

касвойствэлементовиихсоединений,рассматриваемыхвработе).

15

2. Лабораторные работы

Лабораторная работа 1

Химическая кинетика и равновесие

Теоретическая часть

Скорость химической реакции, ее зависимость от различных факторов. Физический смысл константы скорости химической реакции. Катализ и его виды. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые химические реакции.

Домашнее задание

1.Если температурный коэффициент реакции равен 3, как изменится ее скорость при повышении температуры от 80 до 110 °С?

2.Какимобразомможносместитьравновесиереакциивсторону образования продуктов реакции (реакция экзотермическая)?

2SO2 + O2 ↔ 2SO3

Экспериментальная часть

Опыт 1. Зависимость скорости реакции от природы реагента

Водну пробирку налить раствор хлороводородной кислоты

сконцентрацией 2N, в другую — раствор уксусной кислоты той жеконцентрации.Поместитьвкаждуюпробиркупогранулецинка. Объяснить причины различной скорости протекания реакций.

Опыт 2. Зависимость скорости реакции от концентрации

В две пробирки поместить по одной грануле цинка. В первую прилить 2–3 мл раствора хлороводородной кислоты концентрации 1N,вдругую—концентрации4N.Наблюдатьвыделениеводорода, объяснить,почемувовторойпробиркегазвыделяетсяинтенсивнее.

Опыт 3. Зависимость скорости реакции от температуры

Вдвепробиркиналитьрастворхлороводороднойкислотысконцентрацией 1N. Одну из пробирок поместить в стакан с горячей водойивыдержать2–3мин,затемвкаждуюизпробирокпоместить

16

по одной грануле цинка. Объяснить, почему в нагретой пробирке водород выделяется интенсивнее.

Опыт 4. Зависимость скорости реакции от катализатора

В три пробирки налить 3 %-й раствор пероксида водорода. Затем внести по одному шпателю: в первую — диоксид кремния, во вторую — оксид железа (III), в третью — диоксид марганца. Тлеющей лучинкой определить выделяющийся газ. Записать уравнения реакции, выяснить, какую роль в этой реакции играют оксиды.

Опыт 5. Зависимость скорости реакции от размера площади поверхности реагента

Вдве пробирки налить раствор хлороводородной кислоты

сконцентрацией2N,воднупоместитьпорошокСаСО3,вдругую— кусочек СаСО3. Объяснить, почему с порошкообразным СаСО3 реакция протекает быстрее.

Опыт 6. Влияние концентрации реагентов и продуктов на смещение равновесия

Смешатьвстаканчикепо2капликонцентрированныхрастворов хлоридажелеза(III)ироданидакалия.Раствор приобретаеттемно- краснуюокраскуиз-заобразованияроданидажелеза(III).Добавить около10млдистиллированнойводы.Полученныйрастворразделить начетырепробирки.Внестивпервуюпробиркуконцентрированный растворхлоридажелеза(III),вовторую—концентрированныйрас- твор роданида калия, в третью — 1–2 шпателя кристаллического хлорида калия, четвертую оставить без изменений для контроля. Сравнить окраски растворов в первых трех пробирках с окраской четвертой. Сделать вывод о смещении равновесия.

Опыт 7. Влияние температуры на смещение равновесия

Впробирку с водой добавить несколько капель раствора иода

ираствора крахмала. Нагреть и наблюдать изменение окраски, затемохладитьисноваотметитьцветраствора.Предположить,каков тепловой эффект реакции.

17

Лабораторная работа 2 s-Металлы и алюминий

Теоретическая часть

Физические и химические свойства металлов IA и IIA групп, особенностиихвзаимодействияскислородом.Амфотерныйхарактер оксида и гидроксида алюминия.

Определение электролитической диссоциации, основные положения теории Аррениуса. Сильные и слабые электролиты, водородный показатель.

Домашнее задание

1.Охарактеризуйте способы получения щелочных и щелочноземельных металлов.

2.Приведитепримерымалорастворимыхсолейщелочныхищелочноземельных металлов. Какими реакциями можно обнаружить

врастворе ионы Na+ и К+?

Экспериментальная часть

Опыт 1. Взаимодействие металлов с кислородом

а)Щелочныеметаллы(демонстрационный).Вжелезнуюложечку поочередно положить кусочки металлического натрия и калия, внести в пламя спиртовки и нагреть до воспламенения. Отметить цвет пламени.

б) Магний. Бросить немного порошка магния в пламя горелки. Наблюдать вспышку.

Опыт 2. Взаимодействие металлов с водой

а) Натрий (демонстрационный). В фарфоровую чашку с водой поместитькусочекнатрия.Определитьреакциюсредыполучившегося раствора с помощью лакмуса или фенолфталеина.

б) Магний и алюминий. В две пробирки с водой внести немного порошка магния и алюминия. Нагреть обе пробирки. Отметить интенсивность протекания реакции в каждой из пробирок.

в) Алюминий (демонстрационный). Пластинку очистить наждачной бумагой. На свежую поверхность металла нанести каплю раствора Hg(NO3)2. Когда поверхность станет серой, смоченное

18

место слегка растереть ватой и оставить на воздухе. Наблюдать образование хлопьев гидроксида алюминия.

Опыт 3. Взаимодействие алюминия с кислотами и щелочами

а) В две пробирки налить растворы HCl и HNO3. В каждую из них поместить по грануле алюминия. Какие газы выделяются в процессе реакций?

б)Налитьвпробирку3–5мл20%-гораствораNaOHинасыпать немного порошка алюминия. Определить выделяющийся газ.

Опыт4.ПолучениеисвойствагидроксидовметалловIIAгруппы и алюминия

а) К растворам сульфата магния и хлоридов кальция, стронция

ибарияприлитьрастворгидроксиданатрия.Отметитьобразование осадковиихцвет.Растворитькаждыйизосадковвхлороводородной кислоте. Сравнить растворимость гидроксидов экспериментально

ипо значениям произведения растворимости (ПР).

б) К раствору сульфата алюминия прилить раствор сульфида аммония. Полученный осадок промыть на фильтре водой и разделить на две части. К одной из них прилить хлороводородную кислоту, к другой — гидроксид натрия. Сделать вывод о природе осадка.

Опыт 5. Окрашивание пламени соединениями металлов

Очистить нихромовую проволоку, опуская ее в соляную кислоту и прокаливая в пламени спиртовки. Затем опустить проволоку в раствор хлорида кальция и снова внести в пламя. Наблюдать окрашивание пламени. Проделать аналогичный опыт с хлоридами натрия, калия, стронция и бария.

Лабораторная работа 3

Кислотно-основные и комплексообразующие свойства соединений d-металлов

Теоретическая часть

Гидролиз солей: определение, случаи гидролиза.

19

Комплексныесоединения:определение,номенклатура.Константынестойкостииустойчивости.Комплексообразовательилиганды. Диссоциация комплексных ионов.

Домашнее задание

1.Укажите внутреннюю и внешнюю сферы, комплексообразователь (центральный атом) и лиганды, дайте названия соеди-

нениям: [Ni(NH3)6]Cl2, K2[CuCl4], K2[Co(NO2)4(NH3)2], Li[AlH4], [Cr(H2O)4Cl2]Cl, [Cu(NH3)4](OH)2, Na3[Co(NO2)6], [Co(NH3)3Cl3].

2.Напишите формулы комплексных соединений: гексафторосиликат водорода; тетракарбонилникель.

Экспериментальная часть

Опыт1.Гидролизсоединенийd-металловвстепеняхокисления

+2 и +3

а) В растворы солей марганца (II), железа (II), меди (II) и железа (III) опустить полоску универсальной индикаторной бумаги исравнитьеецветсокраскойэталоннойшкалы.Записатьзначения рН и уравнения реакций взаимодействия этих солей с водой.

б) К хлориду хрома (III) прилить сульфид натрия, к хлориду железа (III) — раствор карбоната натрия. Отметить цвет образующегося осадка, цвет и запах выделяющихся газов. Доказать, что выпавшие осадки не являются карбонатами и сульфидами.

Опыт 2. Получение гидроксидов d-металлов и изучение их свойств

Крастворамсульфатовмарганца(II),меди(II),цинкаихлоридов железа(III)ихрома(III)прилитьпокаплямрастворгидроксиданатрия. Отметить окраску и характер образовавшихся осадков.

Каждый осадок разделить на две части. К одной части прилить растворхлороводороднойкислоты,ковторой—растворгидрокси- да натрия. Записать уравнения реакций и сделать вывод, какие из осадков являются амфотерными.

Опыт 3. Качественные реакции на ионы Fe2+, Fe3+, Cu2+

а) К раствору хлорида железа (III) прилить раствор роданида калия. Отметить цвет полученного соединения.

20