контрольная работа / reshenie_zadach_shimanovich

№3. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите эквивалентную массу этого металла.

Решение.

Обозначим эквивалентную массу металла ЭМ Тогда эквивалентная масса оксида металла

ЭМО = ЭМ + 16 / 2 = ЭМ + 8

Эквивалентная масса нитрата металла

ЭМNO3 = ЭМ + 14 + 16 · 3 = ЭМ + 62

Так как количество эквивалентов оксида и сульфата одинаковы то составляем пропорцию

Откуда находим эквивалентную массу металла

1, 35(ЭM + 62) = 3,15(ЭM + 8)

http://ximias.narod.ru/

№6. Чему равен при н.у. эквивалентный объем водорода? Вычислите эквивалентную массу металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовалось 0,28 л водорода (н.у.)

Решение.

Так как мольная (молярная) масса водорода Н2 (2 г/моль) при н.у. занимает объем 22,4 л, то объем эквивалентной массы водорода (эквивалентный объем водорода)

будет VmЭ( H2 ) = 22,4 / 2 = 11,2 л.

По закону эквивалентов эквивалентная масса оксида металла составит

Согласно закону эквивалентов

mЭ( МеO ) = mЭ(Ме) + mЭ(O2 )

Откуда эквивалентная масса металла

mЭ( Ме) = mЭ( МеO ) − mЭ(O2 ) = 40, 68 − 8 = 32, 68 г/моль.

Ответ: mЭ( Ме) = 32, 68 г/моль.

№9. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите молярную массу эквивалента металла и его оксида. Чему равна молярная и относительная атомная масса этого металла?

Решение.

Количество кислорода, которое содержит оксид 2,48 – 1,84 = 0,64 г. Молярная масса эквивалента кислорода mэ(О) = 8 г/моль. Следовательно, молярная масса эквивалента элемента

mэ(Ме) = mэ(О) · 1,84 / 0,64 = 8 · 1,84 / 0,64 = 23,0г/моль.

Молярная масса эквивалента оксида

mэ(МеО) = mэ(О) + mэ(Ме) = 8 + 23 = 31 г/моль.

Атомная масса элемента (она же молярная) А = 1 · 23,0 = 23,0 г/моль. Этот элемент Натрий.

№12. Напишите уравнение реакций Fe(OH)3 c хлороводородной (соляной) кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) хлорид дигидроксожелеза; б) дихлорид гидроксожелеза; в) трихлорид железа. Вычислите количество вещества эквивалента и молярную массу эквивалента Fe(OH)3 в каждой из этих реакций.

Решение.

Молярная масса Fe(OH)3 М = 55,84 + 3 · 16 + 3 = 106,84 г/моль

а) Уравнение реакции

Fe(OH)3 + HCl = Fe(OH)2Cl + H2O

молярная масса эквивалента Э = М = 106,84 г/моль

б) Уравнение реакции

Fe(OH)3 + 2HCl = Fe(OH)Cl2 + 2H2O

молярная масса эквивалента Э = М / 2 = 53,42 г/моль

в) Уравнение реакции

Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

молярная масса эквивалента Э = М / 3 = 36,61 г/моль

№15. Избытком хлороводородной (соляной) кислоты подействовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция; б) дихлорида гидроксоалюминия. Напишите уравнения реакции этих веществ с НCl и определите количество вещества эквивалентов и молярные массы эквивалента.

Решение.

а) Уравнение реакции

2НCl + Ca(HCO3)2 = CaCl2 + 2H2O + 2CO2

Количество вещества эквивалента Э = ½моль.

Молярная масса эквивалента

mЭ = Э · M = ½ · (40,078 + 2 + 2 · 12 + 6 · 16) = 81,04г/моль.

б) Уравнение реакции

НCl + Al(OH)Cl2 = AlCl3 + H2O

Количество вещества эквивалента Э = 1 моль.

Молярная масса эквивалента

mЭ = Э · M = 1 · (26,982 + 16 + 1 + 2 · 35,453) = 114,89г/моль.

№18. Исходя из молекулярной массы углерода и воды, определите абсолютную массу атома углерода и молекулы воды в граммах.

Решение.

Для вычисления абсолютных масс нам понадобится постоянная Авогадро

NA = 6,02 · 1023 моль–1

которая обозначает число молекул в 1 моле вещества.

Молекулярная масса углерода М = 12 г/моль.

Масса атома углерода m = M / NA = 12 / 6,02 = 2,0 · 10–23 г.

Молекулярная масса воды M = 16 + 2 = 18 г/моль.

Масса молекулы воды m = M / NA = 18 / 6,02 = 3,0 · 10–23 г.

№ 21

Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределите электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов.

Решение.

Элемент с порядковым номером 9 – фтор, электронная формула 9F 1s22s22p5 Элемент с порядковым номером 28 – никель, электронная формула

28Ni 1s22s22p63s23p63d84s2

Фтор относится к p – семейству, никель относится к d – семейству.

№ 24

Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 25 и 34. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов.

Решение.

Элемент с порядковым номером 25 – марганец, электронная формула

25Mn 1s22s22p63s23p63d54s2

он относится к d – семейству (заполняется 3d орбиталь).

Элемент с порядковым номером 34 – селен, электронная формула

34Se 1s22s22p63s23p63d104s24p4

он относится к р – семейству (заполняется 4p орбиталь).

№27. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s; 6s или 5р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21. Решение.

Сначала заполняется уровень 5s затем уровень 4d, так как энергия электрона на уровне 5s меньше чем на уровне 4d.

Сначала заполняется уровень 5р затем уровень 6s, так как энергия электрона на уровне 5р меньше чем на уровне 6s.

Электронная формула элемента с порядковым номером 21.

21Sc 1s22s22p63s23p63d14s2

№30 Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных 3d-орбиталей у атомов последнего элемента?

Решение

14Si 1s22s22p63s23p2

40Zr 1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2

У атома последнего элемента все 3d орбитали заполнены, а свободных 4d – орбиталей

10-2 = 8.

№33

Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных 3d – орбиталей в атомах этих элементов?

Решение. Электронная формула скандия

21Sc 1s22s22p63s23p63d14s2

в его атоме девять свободных 3d – орбиталей.

Электронная формула титана

23V 1s22s22p63s23p63d34s2

в его атоме семь свободных 3d – орбитали.

№ 36

Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: а) 1s22s22p53s1; б) 1s22s22p6; в) 1s22s22p63s23p63d4 ; г) 1s22s22p63s23p64s2;

д) 1s22s22p63s23p63d2? Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?

Решение.

Формула б) отвечает строению атома неона Ne. Формула г) отвечает строению атома кальция Са.

Фрмула а) составлена не верно у 10=2+2+5+1-го элемента неона Ne в невозбужденном состоянии полностью заполнена 2р – орбиталь, так как электрон на уровне 2р имеет меньшую энергию чем на уровне 3s.

Фрмулы в) и д) составлены не верно так как у этих элементов уровень 4s имеет меньшую энергию, чем 3d (сначала начинает заполнятся уровень 4s).

№39. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р7– или d12 – электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

Решение.

Принцип Паули – в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковы.

Следовательно, на одной орбитали могут находится не более двух электронов, отличающихся друг от друга значениями спинового квантового числа (или, сокращенно, спинами); максимальная емкость энергетического подуровня – 2(2 l + 1) электронов, а уровня – 2n 2.

Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р7– или d12 – электронов? Ответ – нет.

Так по вышеизложенному максимальное число электронов на р – подуровне 6, а на d – подуровне 10.

Электронная формула элемента с атомным номером 22

22Ti 1s22s22p63s23p63d24s2.

№42. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s– и р– элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

Решение.

Энергия ионизации – минимальная энергия, необходимая для отрыва наиболее слабо связанного электрона от невозбужденного атома для процесса

Э + Еион → Э+ + е– Энергия ионизации выражается в килоджоулях на моль(кДж/моль) или

электронвольтах на атом (эВ/атом).

Восстановительная активность s– и р– элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера возрастает. Это связано с тем, что у элементов с большим порядковым номером электроны валентного слоя находятся дальше от ядра и поэтому и энергия их ионизации меньше.

№45 Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

Химическая активность элемента определяется способностью его атомов терять или приобретать электроны. Количественно это оценивается энергией ионизации атома и его сродством к электрону.

Способность атома образовывать отрицательно заряженные ионы характеризуется сродством к электрону, под которым понимается энергетический эффект присоединения электрона к нейтральному атому в процессе Э + е– = Э– + Еср.

Сродство к электрону Еср численно равно, но противоположно по знаку энергии ионизации отрицательно заряженного иона Э– . Эта величина выражается в электронвольтах на атом или килоджоулях на моль.

Наибольшим сродством к электрону характеризуются элементы группы VIIА. По их окислительная активность максимальна и уменьшается Фтор – Йод, в связи с тем что в ряду увеличивается радиус атома.

В периоде окислительная активность увеличивается с возрастанием номера группы.

№48. Марганец образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида марганца (IV).

Решение. Формулы оксидов:

MnO – закись марганца; Mn2O3 – окись марганца; MnO2 – двуокись марганца;

MnO3 – марганцовистый ангидрид; Mn2O7 – марганцовый ангидрид.

Формулы гидроксидов:

Mn(OН)2; Mn(OН)3; Mn(OН)4; Н2MnO4; НMnO4.

Уравнения реакций доказывающий амфотерность гидроксида марганца (IV). Mn(OН)4 + 2H2SO4 = Mn(SO4)2 + 4H2O

Mn(OН)4 + 4KOH = K4MnO4 + 4H2O

уравнения показывают, что гидроксид марганца (IV) растворяется как в сильных кислотах, так и в сильных щелочах, следовательно обладает амфотерными свойствами.

№51 У какого из р-элементов пятой группы периодической системы – фосфора или сурьмы сильнее выражены неметаллические свойства? Какое из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атома этих элементов.

Электронная формула фосфора 15Р – 1s 22s22p63s23p3.

Электронная формула сурьмы 51Sb – 1s 22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p3.

У фосфора неметаллические свойства выражены значительно сильнее чем у сурьмы.

Это объясняется тем, что связь внешних валентных электронов на третьем энергетическом уровне сильнее чем на пятом уровне.

Поэтому SbH3 является более сильным восстановителем, чем РН3.

№54 Какую низшую степень окисления проявляют водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой степени окисления. Как называются соответствующие соединения.

Низшая степень окисления:

водорода –1. Так как он может притянуть только один электрон на уровень 1s. фтора –1. Так как у него на валентном уровне есть одна незаполненная 2р

орбиталь.

серы –2.

азота –3. Степени окисления раны числу свободных уровней на валентном слое.

Формулы соединений с кальцием СаН2 – гидрид кальция.

СаF2 – фтористый фтористый. СаS – сульфид кальция. Са3N2 – нитрид кальция.

№57. Атомные массы элементов в периодической системе непрерывно увеличиваются, тогда как свойства простых тел изменяются периодически. Чем это можно объяснить? Дайте мотивированный ответ.

Решение Химические свойства элементов в основном зависят от конфигурации внешнего

(валентного) электронного слоя. Хотя атомные массы элементов возрастают но структуры внешних электронных уровней повторяются. Например натрий и калий имеют разные атомные массы, но они имеют по одному валентному электроны, поэтому они обладают схожими свойствами.

№60. Атомы каких элементов четвертого периода периодической системы образуют оксид, отвечающий их высшей степени окисления Э2О5? Какой из них дает газообразное соединение с водородом? Составьте формулы кислот отвечающих этим оксидам и изобразите их графически?

Решение.

Атомы ванадия и мышьяка в высшей степени окисления имеют формулы Э2О5 (V2O5 и

As2O5).

Из них газообразное соединение с водородом дает мышьяк AsH3.

Формулы кислот

HVO3, HAsO3

Запишем формулы графически

O

||

Н– О–V=O

O

||

Н– О–As=O

№63. Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NH4+ и BF4– ? Укажите донор и акцептор.

Решение Во многих случаях ковалентные связи возникают и за счет спаренных электронов,

имеющихся во внешнем электронном поле атома. Такой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным. Рассмотрим, например, электронную структуру молекулы аммиака:

Здесь точками обозначены электроны, первоначально принадлежавшие атому азота, а крестиками — принадлежавшие атомам водорода. Из восьми внешних электронов атома азота шесть образуют три ковалентные связи и являются общими для атома азота и атомов водорода. Но два электрона принадлежат только азоту к образуют неподеленную электронную пару. Такая пара электронов тоже может участвовать в образовании ковалентной связи с другим атомом, если во внешнем электронном слое этого атома есть свободная орбиталь. Незаполненная ls-орбиталь имеется, например, у нона водорода Н+, вообще лишенного электронов:

Поэтому при взаимодействии молекулы NH3 с ионом водорода между ними возникает ковалентная связь; неподеленная пара электронов атома азота становится общей для двух атомов, в результате чего образуется ион аммония NH4+:

Здесь ковалентная связь возникла за счет пары электронов, и свободной орбитали другого атома.

Вобоих ионах связи ковалентные полярные и есть по донорно-акцепторной связи.

Вионе аммония донором является атом азота, а акцептором атом водорода.

Для BF4–

Здесь донором является фтор, а акцептором бор.