Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая и аналитическая химия. Практикум
.pdf
линейки ―, а электроны в этих ячейках обозначают стрелками. В каждой квантовой ячейке, в соответствии с запретом Паули, может быть не более двух электронов с противоположными спинами
↑↓ ↑↓ или ↑↓
В данном пособии применяют прямоугольники. Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму
электрону с противоположными спинами (правило Хунда).
Такая электронная формула называется квантово-графической. Целесообразно изображение такой формулы для валентных электронов. Для электронов s-семейства – это ns
электроны; для элементов р-семейства – nsn р электроны;
для элементов d-семейства (n-1) d ns-электроны; для элементов f-семейства (n-2) f ns электроны.
С учетом этого, электронно-графическая формула атома
серы
n =3
s p d
↑↓ ↑↓ ↑
Электронно-графическая формула атома ванадия:
n = 3
s p d
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑
n = 4
s p d
↑
↑
↑↓
Задания для самостоятельной работы
1. Приведите электронные формулы атомов P, N, K, являющихся основными элементами в питании растений. Для
каждого элемента назовите номер периода, группы, подгруппы, принадлежность к семейству металлов и неметаллов.
31
2. Ca, S и C входят в состав сульфата и карбоната кальция, которые вносят в почву с целью уменьшения щелочности и кислотности пахотного слоя. Приведите электронные
формулы их атомов, укажите валентные электроны, принадлежность к семейству элементов.
3. На основании электронной формулы 1S22S22p63S23p3
важнейшего элемента питания растений назовите: а) порядковый номер элемента; б) номер периода; в) номер группы,
подгруппы; г) формулу высшего оксида.
4. Для облегчения механической уборки хлопка плантации обрабатывают распылением подсушивающего раствора
хлорита магния Mg (ClO3) 2. Исходя из строения атомов Mg,
Cl, O и их положения в периодической системе объясните
их принадлежность к семействам элементов, назовите формулы оксидов.
5. Для элементов Ве, С, F, Cl приведите электронные
и электронно-графические формулы в нормальном и возбужденном состояниях, укажите ковалентность и возможные степени окисления.
6. Три химических элемента: калий, фосфор и азот –
необходимы для роста и развития растений. Составьте
электронные формулы для каждого из них, укажите валентные электроны, укажите принадлежность к семействам элементов.
7. Недостаток силикатов в почве замедляет рост кукурузы, бобов, ячменя. Составьте электронную и электроннографическую формулу атома кремния в нормальном и возбужденном состоянии, укажите ковалентность и возможные
степени окисления. Напишите формулы оксидов, укажите
их характер.
8. Марганец входит в состав ферментов зеленых листьев, а хлор применяют в борьбе с вредителями зерна, плодов, овощей. Объясните, на каком основании эти элементы
32
помещены в одну группу Периодической системы элементов. Напишите формулы их высших оксидов и кислот, которые им соответствуют.
9. Потенциал ионизации, изменения его в периодах
и группах Периодической системы.
10. Сродство к электрону, изменение сродства к электрону атомов в периодах и группах Периодической системы.
11. Электроотрицательность, относительная электроотрицательность (ОЭО).
Практическое занятие № 5.
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ
План темы
1. Понятие о химической связи, её природа и механизм
образования.
2. Количественные характеристики химической связи:
кратность, длина и энергия; понятия о σ- и π-связи.
3. Свойства ковалентной связи:
а) насыщаемость связи, её влияние на состав молекул;
б) направленность связи, валентный угол, его зависимость от типа гибридизации (sp,– sp2,– sp3) и влияние на
форму молекул;
в) полярность ковалентной связи и полярность молекул;
их дипольные моменты (μ), взаимосвязь между ними;
г) поляризуемость связи, её изменение в ряду однотипных молекул и влияние на их реакционную способность.
4. Механизм образования ковалентной связи: обменный
и донорно-акцепторный.
5. Ионная связь, механизм её образования, свойства.
6. Водородная связь, её прочность, влияние на свойства
веществ, биологическая роль.
7. Металлическая связь, её образование, влияние на
свойства металлов.
33
8. Определение типа связи по разности относительных
электроотрицательностей (ΔОЭО).
Методические указания к решению типовых задач
Пример 1. Определите, какую валентность (спин-
валентность), обусловленную неспаренными электронами,
может проявлять бром в нормальном и возбужденном состояниях.
Решение. Электронная формула атома брома
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5. Валентные электроны …4s
5
4р
Электронно-графическая формула для брома
2
4s
4p5 4d
2
↑↓
↑↓ ↑↓
↑
Валентность атома брома в нормальном состоянии равна 1. Атомы брома имеют свободные d- орбитали, поэтому
возможен переход электронов с 4р подуровня на 4d. Тогда
для возбужденных состояний брома реально существующие
электронные формулы:
2
4s
↑↓ ↑↓
↑↓
4p4 4d
↑ ↑ ↑
↑ ↑ ↑ ↑ ↑
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
1
4s2 4p4 4d1 валентность равна 3
4s2 4p3 4d2 валентность равна 5
4s1 4p3 4d3 валентность равна 7
Пример 2. Какая из связей Н – N, Н – S, H – Te, H – Li
является наиболее полярной? Определите, к какому из атомов смещено молекулярное электронное облако. Определите тип связи, рассчитав разность относительных электроотрицательностей. Для ответов используйте данные табл. 3
приложения.
Решение. Для определения типа связи необходимо
найти разность относительных электроотрицательностей
(∆ ОЭО), используя табличные данные:
34
а) ∆ ОЭО Н – N = 3,0–2,1 = 0,9
в) ∆ ОЭО Н – S = 2,5–2,1 = 0,4
в) ∆ ОЭО Н – Те = 2,1–2,1 = 0
г) ∆ ОЭО Н – Li = 2,1–1 = 1,1
Принято считать, что если ∆ ОЭО ≤ 0,5, связь ковалентная неполярная; если ∆ ОЭО ≤ 1,5, связь ковалентная полярная; если ∆ ОЭО > 1,5, связь ионная. Чем больше разность электроотрицательностей, тем более полярна связь.
Наиболее полярна связь Н-Li. Молекулярное электронное
облако смещается к элементу с большей электроотрицательностью, т. е. к азоту Н → N; к сере H → S; к водороду
Н ← Li, связь ковалентная полярная. Молекулярное электронное облако находится на одинаковом расстоянии от Н
и Те – связь ковалентная неполярная. Молекулы простых
веществ (Н2, Cl2, N2) имеют ковалентную неполярную связь
∆ ОЭО = 0.
Пример 3. Постройте графическую формулу фосфата
натрия, укажите виды химической связи в этом соединении.
Решение. Графическая формула фосфата натрия
Na ─ O
Na ─ O ─ P = O
Na ─ O
Используя табличные данные, рассчитываем ∆ ОЭО
связей:
∆ ОЭО (Na – O) = 3,5–0,9 = 2,6
∆ ОЭО (Р –О) = 3,5–2,1 = 1,4
Связь (Nа –О) ионная, так как ∆ ОЭО > 1,5; связь (Р – О)
ковалентная неполярная, но поскольку относительная электроотрицательность кислорода больше, электронное облако
смещено к нему Р → О.
35
Задания для самостоятельной работы
1. Постоянными компонентами чистого воздуха полей,
лугов, лесов являются кислород и азот. Представьте схему
образования химической связи в молекулах названных веществ. Сравните со схемой образования химической связи
в молекуле водорода, назовите вид химической связи.
2. Пропитка древесины жидким аммиаком вдвое увеличивает её пластичность и срок хранения. Составьте схему
образования молекулы аммиака, укажите механизм образования связи.
3. Для отбеливания тканей и соломы используют хлор,
пероксид водорода, воду, оксид серы (IV). Приведите схему образования связей в названых веществах, укажите тип
связи.
4. Воздух животноводческих помещений обогащен нежелательными примесями сероводорода Н2S, углекислого
газа СО2, аммиака NH3. Определите тип химической связи
в соединениях, укажите наиболее электроотрицательный
элемент.
5. Содержание фосфина РН3 в атмосфере зернохранилища приводит к уничтожению насекомых вредителей. Составьте схему образования химической связи, укажите тип
связи.
6. Напишите формулы водородных соединений кремния, серы и хлора, составьте схемы связей между элементами и водородом, сравните их полярность и поляризуемость.
Объясните закономерность, наблюдаемую в периодах.
7. Для лечения аскаридоза лошадей применяют соединения серы с углеродом – сероуглерод. Руководствуясь положением этих элементов в периодической системе и рядом
электроотрицательностей составьте формулу данного вещества (молекулярную и электронную), определите тип связи.
36
8. При хранении скоропортящихся продуктов (мороженого, рыбы, мяса) применяют сухой лёд – твердый высший
оксид углерода. Напишите формулу этого вещества, определите тип химической связи, полярность молекулы.
9. Покажите, как меняется полярность и поляризуемость в ряду соединений: HF, HCl, HBr, HJ.
10. Составьте формулы нитрида бора, заменяющего алмаз при резке стекла, фосфида цинка – сильнейшего яда для
грызунов (землероек, сусликов). Определите степень окисления элементов в названных соединениях и тип химической связи.
11. Из перечисленных атомов и ионов Pb2+, O, O2-, C, N, H
получите восемь веществ, загрязняющих окружающую среду в сельской местности. Укажите типы химической связи.
12. Хлороформ CHCl3 применяется в фармации и медицине как обезболивающее, как растворитель и экстрагент.
Составьте электронную формулу молекулы хлороформа
и укажите: а) какая связь наиболее полярна; б) в каком направлении смещено электронное облако.
13. Из перечисленных атомов и ионов H, Cl-, P, K+, C,
I-, O напишите формулы семи веществ, каждое из которых
имеет применение в сельском хозяйстве. Определите тип
химической связи.
14. На основании образования металлической связи
объясните ковкость и пластичность металлов, их электрои теплопроводность, металлический блеск.
15. Объясните аномальную температуру кипения воды
среди однотипных молекул H2S, H2Se, H2Te.
37
Практическое занятие № 6.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
РЕАКЦИИ
План темы
1. Определение окислительно-восстановительных реакций.
2. Определение понятия степень окисления.
3. Вычисления степени окисления элементов в молекулах простых и сложных веществ.
4. Определение процессов окисления и восстановления,
окислителя и восстановителя.
5. Зависимость окислительно-восстановительных свойств
соединений от степени окисления. Понятия высшая, низшая,
промежуточная степень окисления.
6. Количественная характеристика окислительно-восстановительных процессов.
7. Порядок составления процессов, уравнивание методом электронного баланса.
8. Типы окислительно-восстановительных процессов.
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) –
это реакции, протекающие с передачей электронов от одних элементов (восстановителей) другим (окислителям).
Степень окисления восстановителя при этом повышается,
степень окисления окислителя понижается. Процессы окисления и восстановления выражают электронными уравнениями (полурекциями).
Существует несколько способов уравнивания ОВР. Рассмотрим метод электронного баланса:
+3 –2 +5 +5 +2
3AS2S3+28HNO3+4H2O = 6H3ASO4+9H2SO4+28NO
Схема электронного баланса:
38
2AS+3–4ē→2AS+5 восстановители 3
3
1
2S–2–24 ē → 3S
+6
процесс окисления
окислитель 84
N+5+3ē→N+2 процесс восстановления 28
Последовательность уравнивания ОВР
1. Определить степени окисления всех элементов в схе-
ме реакции.
2. Для элементов, изменивших степень окисления, составить электронные уравнения, определить число электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе.
3. Вычислить электронный баланс и коэффициенты для
элементов, изменивших степени окисления.
4. Поставить коэффициенты в обе части равенства в схеме реакции и уравнять остальные ионы: а) катионы металлов; б) кислотные остатки; в) водород.
5. Правильность уравнивания проверить по кислороду.
При составлении схемы электронного баланса необходимо учитывать число атомов (ионов), которые изменяют
степень окисления в ходе реакции.
В окислительно-восстановительных реакциях эквивалентом окислителя считают реальную или условную частицу, принимающую один электрон; эквивалентом восстановителя – реальную или условную частицу, отдающую один
электрон. Эквивалентным числом, следовательно, является
число принятых или отданных электронов.
Так, для данной реакции:
Э (AS2S3) =
Э (HNO3) =
Мэк (AS2S3) =
28
Мэк (HNO3) =
39
1
М
28
М
3
246
28
63
3
21
8,8
г/моль
г/моль
Лабораторная работа № 1.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ
РЕАКЦИИ
Цель работы: практически наблюдать ОВР и научиться
уравнивать методом электронного баланса
Опыт 1. Влияние среды раствора на окислительные
способности перманганата калия (KMnO4).
В зависимости от среды перманганат-ион (MnO
-
), окра-
4
шивающий раствор в фиолетовый цвет, восстанавливается:
а) в щелочной среде до манганат иона (МnO4) 2-, окрашивающего раствор в зеленый цвет;
б) в нейтральной среде до MnO2, бурого осадка;
в) в кислой среде до Mn2+, не окрашивающего водный
раствор, т. е. изменение заряда иона можно увидеть по изменению окраски Mn+7, входящего в состав (МnO4) -.
Последовательность проведения реакций:
а) в пробирку налить 1–2 мл раствора KMnO4, 1–2 мл
концентрированного раствора КОН и по каплям добавлять
свежеприготовленный раствор Na2SO3 до перехода малиновой окраски в зелёную:
KMnO4 + КОН + Na2SO3 = К2MnO4 + Na2SO4 + Н2О;
б) в пробирку налить 1–2 мл КMnO4, 1–2 мл Н2О и раствор Na2SO3 до образования осадка:
КMnO4 + Н2О + Na2SO3 = MnO2↓ + Na2SO4 + КОН;
в) в пробирку налить 1–2 мл КMnO4, 1–2 мл Н2SO4 и раствор Na2SO3 до обесцвечивания раствора:
КMnO4 + Н2SО4 + Na2SO3 = MnSO4 + K2SO4 + Na2SO4 + Н2O.
Опыт 2. Окислительно-восстановительные способности перекиси водорода (Н2О2).
Внимание! Перекись водорода при обращении требует
повышенной осторожности, так как вспенивает растворы.
В составе Н2О2 атом кислорода находится в промежуточной степени окисления (–1), поэтому Н2О2 может быть
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]