Khimia_Avtosokhranenny_1

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19

1. История открытия Периодического закона Д.И.Менделеева.

Периодическая система химических элементов — естественная классификация химических элементов, которая является графическим (табличным) выражением периодического закона химических элементов. Структура ее, во многом сходная с современной, разработана Д. И. Менделеевым на основе периодического закона в 1869-1871 гг. Прообразом периодической системы был «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», составленный Д.И. Менделеевым 1 марта 1869 г. На протяжении двух лет ученый непрерывно совершенствовал «Опыт системы», ввел представление о группах, рядах и периодах элементов. В результате структура периодической системы приобрела во многом современные очертания.

Важным для ее эволюции стало понятие о месте элемента в системе, определяемом номерами группы и периода. Опираясь на это понятие, Менделеев пришел к выводу, что необходимо изменить атомные массы некоторых химических элементов: урана, индия, церия и его спутников. Это было первое практическое применение периодической системы. Менделеев также впервые предсказал существование нескольких неизвестных элементов. Ученый описал важнейшие свойства экаалюминия (будущего галлия), экабора (скандия) и экасилиция (германия). Кроме того, он предсказал существование аналогов марганца (будущих технеция и рения), теллура (полония), йода (астата), цезия (франция), бария (радия), тантала (протактиния). Прогнозы ученого в отношении данных элементов носили общий характер, поскольку эти элементы располагались в малоизученных областях периодической системы.

Первые варианты периодической системы химических элементов во многом представляли лишь эмпирическое обобщение. Ведь был неясен физический смысл периодического закона, отсутствовало объяснение причин периодического изменения свойств элементов в зависимости от возрастания атомных масс. В связи с этим оставались нерешенными многие проблемы. Есть ли границы периодической системы? Можно ли определить точное количество существующих элементов? Оставалась неясной структура шестого периода — каково точное количество редкоземельных элементов. Было неизвестно, существуют ли еще элементы между водородом и литием, какова структура первого периода. Поэтому вплоть до физического обоснования периодического закона и разработки теории периодической системы перед ней не раз возникали серьезные трудности. Неожиданным было открытие в 1894 — 1898 гг. плеяды инертных газов, которым, казалось, не находилось места в периодической системе. Эта трудность была устранена благодаря идее включить в структуру периодической системы самостоятельную нулевую группу. Массовое открытие радиоэлементов на стыке XIX и ХХ вв. (к 1910 г. их число составляло около 40) привело к резкому противоречию между необходимостью их размещения в периодической системе и ее сложившейся структурой. Для них было только 7 вакантных мест в шестом и седьмом периодах. Эта проблема была решена в результате установления правил сдвига и открытия изотопов.

Одна из главных причин невозможности объяснить физический смысл периодического закона и структуру периодической системы состояла в том, что было неизвестно, как построен атом. Важнейшей вехой на пути развития периодической системы явилось создание атомной модели Э. Резерфордом (1911). На ее основе голландский ученый А. Ван ден Брук (1913) высказал предположение, что порядковый номер элемента в периодической системе численно равен заряду ядра его атома (Z). Это экспериментально подтвердил английский ученый Г. Мозли (1913). Периодический закон получил физическое обоснование: периодичность изменения свойств элементов стала рассматриваться в зависимости от Z-заряда ядра атома элемента, а не от атомной массы.

В результате структура периодической системы Менделеева значительно упрочилась. Была определена нижняя граница системы. Это водород - элемент с минимальным Z = 1. Стало возможным точно оценить количество элементов между водородом и ураном. Были определены «пробелы» в периодической системе, соответствующие неизвестным элементам с Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Однако оставались неясными вопросы о точном количестве редкоземельных элементов и, что особенно важно, не были вскрыты причины периодичности изменения свойств элементов в зависимости от Z.

Опираясь на сложившуюся структуру периодической системы и результаты изучения атомных спектров, датский ученый Н. Бор в 1918 — 1921 гг. развил представления о последовательности построения электронных оболочек и подоболочек в атомах. Ученый пришел к выводу, что сходные типы электронных конфигураций атомов периодически повторяются. Таким образом, было показано, что периодичность изменения свойств химических элементов объясняется существованием периодичности в построении электронных оболочек и подоболочек атомов.

В настоящее время периодическая система охватывает 117 элементов. Из них все трансурановые элементы (Z' = 93 — 117), а также элементы с Z = 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астат), 87 (франций) получены искусственно.

Фундаментальным принципом построения периодической системы является ее подразделение на группы и периоды. Менделеевское понятие рядов элементов ныне не употребляется, поскольку лишено физического смысла. Группы, в свою очередь, подразделяются на главную (а) и побочную (b) подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элементы — химические аналоги. Элементы а- и b-подгрупп в большинстве групп также обнаруживают между собой определенное сходство, главным образом в высших степенях окисления, которые, как правило, равны номеру группы.

1. Особенности диссоциации кислот, оснований, солей (средних, кислых, основных).

С помощью теории электролитической диссоциации дают определения и описывают свойства кислот, оснований и солей.

Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода

Н₃РО₄ > Н⁺ + Н₂РО^-₄(первая ступень)

Н₂РО^-₄ > Н⁺ + НРO^2-₄ (вторая ступень)

НРО^2-₄ > Н+ PО^З-₄ (третья ступень)

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.

KOH > K⁺ + OH^-;

 NH₄OH > NH⁺₄ + OH^-

Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов а также катион аммония ( NH⁺₄) и анионы кислотных остатков

Например: (NH₄)₂SO₄ > 2NH⁺₄ + SO^2-₄; Na₃PO₄ > 3Na⁺ + PO^3-₄

Так диссоциируют средние соли. Кислые же и основные соли диссоциируют ступенчато. 

У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. Например:

KHSO₄ > K⁺ + HSO^-₄

HSO^-₄ > H⁺+SO^2-₄

У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксид-ионы.

Mg(OH)Cl > Mg(OH)⁺+Cl^- Mg(OH)⁺ > Mg²⁺+OH^-

3. В гомогенной системе N₂ + 3H₂  2NH₃ равновесные концентрации [N₂]р = 0,2 моль/л; [H₂]р = 0,3 моль/л; [NH3]р = 1,2 моль/л. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации азота и водорода.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 38

1. Электролиз водных растворов электролитов с активным анодом.

Электролиз раствора с активным анодом

Cu – активный анод, в качестве электролита – водный раствор H₂SO₄

.

По соотношению потенциалов в первую очередь будут восстанавливаться ионы водорода из кислоты

.

.

На аноде могут окисляться три вещества:  анионы электролита, молекулы воды и сам активный анод.

.

По соотношению потенциалов активный анод будет окисляться в первую очередь:

.

В силу диффузии ионы меди из анодого пространства, где их концентрация высока, будут перемещаться к катоду.

Когда  достигнет катода, то по соотношению потенциалов меди и водорода, начнется восстановление ионов меди:

.

2. Приведите электронные формулы марганца и хрома. Объясните на их примере применение правила Хунда. У какого элемента большее число неспаренных электронов?

Правило Хунда определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: модуль суммарного значения спинового квантового числа электронов данного подслоя должен быть максимальным. Сформулировано Фридрихом Хундом в 1925 году.

2. Объясните угловое строение молекул

А) H₂O

Поскольку атомы водорода друг от друга заметно отталкиваются, угол между химическими связями (линиями, соединяющими ядра атомов) водород - кислород не прямой (90°), а немного больше - 104,5°. Химические связи эти полярные: кислород гораздо электроотрицательнее водорода и подтягивает к себе электронные облака, образующие химические связи. Вблизи атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, а у атомов водорода - положительный. Поэтому и вся молекула воды тоже попадает в отряд "химических полярников" - веществ, молекулы которых представляют собой электрические диполи.

Б)H₂S –

Здесь необходимо использовать понятие о гибридизации. В молекуле H2S атом серы образует с атомами водорода 2 сигма-связи, и у него еще есть 2 неподеленные электронные пары, т.е. 4 гибридные орбитали, тип гибридизации - sp3. Для этого типа гибридизации характерен валентный угол 109 градусов. Но неподеленные электронные пары являются более диффузными, чем сигма-связывающие орбитали, и занимают большой объем в пространстве, этим объясняется их сильное отталкивающее действие. Поэтому углы между связями S-H и между неподеленной парой атома серы и связью S-H неодинаковы; валентный угол по сравнению с теоретическим уменьшается до 92 градусов

В) H₂Se,

H₂Te.

В какой из них угол между связями наименьший. H₂Te.