контрольная работа / химия-4

Контрольная работа

1. Напишите электронные формулы атомов мышьяка и ванадия. Укажите, на каких подуровнях расположены валентные электроны в атомах этих элементов.

Решение:

Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nl^x, где n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение – s, p, d, f), x – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией – меньшая сумма n+1 (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s→2s→2р→3s→3р→4s→3d→4р→5s→4d→5р→6s→(5d¹) →4f→5d→6р→7s→(6d^1-2)→5f→6d→7р

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для элементов мышьяка (Аs порядковый № 33) и ванадия( V –порядковый № 23) электронные формулы имеют вид:

V²³ 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶4s²3d³

Аs³³ 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶4s²3d¹⁰4р³

Валентные электроны ванадия - 4s²3d³ - находятся на 4s и 3d подуровнях;

Валентные электроны мышьяка 4s²4р³ находятся на 4s и 4р подуровнях. Таким обра-зом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов – 5. Поэтому оба элемента помещают в одну и ту же группу периодической системы Д.И.Менделеева.

2. У кого элемента – фосфора или сурьмы- ярче выражены окислительные свойства? Дайте ответ на основе сравнения электронных структур атомов этих элементов.

Решение:

Фосфор 15-ый элемент в Периодической системе Д.И. Менделеева. Его электронная формула 1s²2s²2р⁶3s²3р³

Сурьма 51-ый элемент в Периодической системе Д.И. Менделеева. Ее электронная формула 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶4s²3d¹⁰4р⁶5s²4d¹⁰5р³

На внешних электронных подуровнях этих элементов по 5 электронов, следовательно они относятся к 5-ой группе периодической системы.

Окислительные свойства связаны с положением элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева. В каждой группе Периодической системы элемент с более высоким порядковым номером обладает более ярко выраженными восстановительными свойствами в своей группе, а элемент с меньшим порядковым номером - более сильными окислительными свойствами.

У фосфора окислительные свойства выражены сильнее, чем у сурьмы. так как радиус атома меньше и валентные электроны сильнее притягиваются к ядру.

3. Почему у азота, кислорода, фтора, железа, кобальта и никеля максимальная валентность ниже номера группы, в которой расположены указанные элементы, а у их электронных аналогов максимальная валентность соответствует номеру группы?

Решение:

Свойства элементов, формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Высшую степень окисления элемента определяет номер группы периодической системы Д.И. Менделеева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом при присоединении того количества электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки (ns² nр⁶).

Так как у элементов второго периода отсутствует d-подуровень, то азот, кислород и фтор не могут достигать валентности равной номеру группы. У них нет возможности распаривать электроны. У фтора максимальная валентность может быть равной единице, у кислорода два, а у азота – три. Возбуждение 2s-электрона может происходить только на уровень с n = 3, что энергетически крайне невыгодно Для образования незаполненных АО необходимо, чтобы этот процесс был энергетически выгодным., но энергия, необходимая для перевода 2s-электрона на 3d- слишком велика. Взаимодействие атомов с образованием связи между ними происходит только при наличии орбиталей с близкими энергиями, т.е. орбиталей с одинаковым главным квантовым числом В отличие от азота, кислорода, фтора атомы фосфора серы, хлора могут образовывать соответственно пять, шесть, семь ковалентных связей.. В этом случае возможно участие 3s-электронов в образовании связей, поскольку d-АО (3d) имеют такое же главное квантовое число.

Для большинства d-элементов высшая валентность может отличаться от номера группы. Валентные возможности d-элемента в конкретном, случае определяются структурой электронной оболочки атома. d-элементы могут иметь минимальную валентность выше номера группы (медь, серебро) и ниже номера группы (железо, кобальт, никель).

4. Термохимическое уравнение реакции:

СО(г)+2H₂(г)=CH₃OH(ж)+128 кДж

Вычислите, при какой температуре наступает равновесие в этой системе?

Решение:

При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и ΔH< 0 (Н₂ < H₁). Тепловые эффекты выражаются через ΔH.

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840 г.): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

В термохимических расчетах применяют чаще следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (ΔHх.р) равен сумме энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Энтропия S, так же энтальпия Н является свойством вещества, пропорциональным его количеству Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (ΔS) зависит только от начального (S₁) и конечного (S₂) состояния и не зависит от пути процесса:

ΔSх.р = ΣS⁰прод – ΣS⁰исх.

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать,

что мера беспорядка ≈ ТΔS. При Р =const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают ΔG, можно найти из соотношения:

ΔG = (Н₂ – H₁) – (TS₂ – TS₁); ΔG = ΔH – TΔS.

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V₁) равна скорости обратной реакции (V₂). При химическом равновесии концентрации веществ остаются неизменными. Химическое равновесие имеет динамический характер: прямая и обратная реакции при равновесии не прекращаются

В состояния равновесия

ΔG = 0 и ΔH = TΔS.

Находим ΔS. для данной системы:

S⁰ (СО)=197,55∙10^-3кДж/моль·К;

S⁰(Н₂)=130,52·10^-3кДж/моль·К;

S⁰(СН₃ОН)=126,78·10^-3кДж/моль·К;

ΔSх.р=126,78·10^-3-(197,55∙10^-3+2·130,52·10^-3)=-331,81·10^-3

Из условия равновесия

ΔH = TΔS находим Т = ΔH/ΔS

.

5. Вычислите температурный коэффициент реакции (γ), если константа скорости этой реакции при 120 градусах С равна 5,88∙10^-4, а при 170 градусах С 6,7∙10^-2

Решение:

Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

,

где v_{t 1} , v_{t 2}  -  скорости реакции  соответственно при  начальной  (t₁) и конечной (t₂) температурах, а γ - температурный коэффициент скорости реакции, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции с повышением температуры реагирующих веществ на 10º.

Отсюда следует, что

,

Исходя из условия задачи, следует, что:

, откуда γ⁵=113,94;

γ=2,58

6. В каком направлении произойдёт смещение равновесия в системах при повышении давления:

2NO+O₂ – 2NO₂

4HCI(г)+O₂ – 2H₂O(г)+2CI₂

H₂+S(к) – H₂S

Решение:

Принцип Ле Шателье (принцип смещения равновесия), устанавливает, что внешнее воздействие, выводящее систему из состояния термодинамического равновесия, вызывает в системе процессы, стремящиеся ослабить эффект воздействия.

При увеличении давления смещение равновесия связано с уменьшением общего объёма системы, а уменьшению давления сопутствуют физ. или хим.процессы, приводящие к увеличению объема.

2NO+O₂ → 2NO₂

2моля + 1моль → 2 моля

Увеличение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, ведущей к образованию меньшего числа молекул. Следовательно равновесие смещается в сторону образования NО₂ V_пр> V_обр.

4HCI(г)+O₂ → 2H₂O(г)+2CI₂

4 моля + 1 моль →4 моля

Увеличение давления приводит к смещению равновесия в сторону реакции, ведущей к образованию меньшего числа молекул. Следовательно V_пр> V_обр

H₂+S(к) → H₂S

в ходе реакции не происходит изменение объема. Следовательно изменение давления никак не влияет на смещение равновесия реакции.