
ХимияЭкз
.docx1. Ядерная модель атома. Протоны, нейтроны, электроны.
Ответ: Атом – микрочастица, нейтральная, состоит из ядра: протоны (p+), нейтроны (n0); и электронной оболочки: отриц. заряж. частицы – электроны (e-). Размер атома: 10-10 м = 1 Ао (ангстрем). Масса атома: 10-25 – 10-27 кг. Микрочастицы не подчиняются з-м классической физики. Для описания состояния микрочастиц исп-ют основы (идеи) квантовой механики.
2. Основные положения квантовой механики. а) Квантование энергии. б) Корпускулярно-волновой дуализм. в) Принцип неопределенности. Волновая функция.
Ответ:
а) Микрочастица поглощает и излучает
энергию строго опр-ми порциями –
квантами.
Формулы.
h
– пост. Планка = 6.63*10-34
Дж*с.
б)
Любую движущуюся микрочастицу можно
рассматривать как электромагнитную
волну.
Орбитали.
3. Электронное облако. Формы атомных орбиталей. (Ответ сопровождать рисунками s-, p-, d- орбиталей и их обозначениями).
Ответ: Орбиталь – область пространства вокруг ядра, в которой вероятно пребывание электрона. Орбитали имеют разные формы, размеры и разную ориентацию в пространстве.
4. Квантовые числа.
Ответ: 1.Главное квантовое число (n=1, 2, 3, ∞) – опр-ет каким запасом энергии обладает электрон, т.е. на каком электр. слое (энерг.ур.) нах-ся электрон. Вывод: чем меньше n, тем меньшим запасом Е обл-ет электрон и нах-ся в энергетически более выгодном положении. 2. Орбитальное(азимутальное) квантовое число (L=0s, 1p, 2d, 3f, 4 (n-1)) – опр-ет на каком подслое (подуровне) нах-ся электрон и характеризует форму орбитали (s-, p-, d-, f- форма). 3. Магнитное (ориентационное) число (mL=+L, …, +2, +1, 0, -1, -2, …, -L) – опр-ет число орбиталей на конкретном подслое и хар-ет пространственную ориентацию орбитали. 4. Спиновое квантовое число электрона (ms=±1/2) ↑ms=+1/2 ↓ms=-1/2.
5. Энергетическая диаграмма многоэлектронного атома. Последовательность заполнения электронами орбиталей на диаграмме.
Ответ: 1S <2S2P <3S3P <4S ≈ 3D <4P <5S≈4D <5P <6S≈5D≈4F <6P и т.д. Заполнение d-орб. запаздывает на 1 период, f-орб. – на 2 периода.
6. Описание формы атомных орбиталей квантовыми числами. Описать форму орбиталей, хар-ся квантовыми числами: а) n=2, L=0, mL=0; б) n=4, L=2, mL = 0, ±1, ±2.
Ответ: а) n=2, L=0, mL=0 – на втором слое 1 подслой: s-подслой – 1 орбиталь. Общее число орбиталей: n2=4. б) n=4, L=2, mL = 0, ±1, ±2 – на 4-м слое 3 подслоя: s-подслой – 1 орбиталь, p-подслой – 3 орбитали, d-подслой – 5 орбиталей. Общее число орбиталей: n2=9.
8. Правило заполнения орбиталей электронами (а) принцип минимума энергии, б) принцип Паули, в) пр-ло Хунда).
Ответ: а) Электрон стремится занять орбиталь с наименьшей Е, т.е. в начале заполняется 1-ый уровень, затем 2-ой и т.д. б) В атоме не м.б. 2 электрона со всеми одинаковыми квантовыми числами, т.е. на одной орбитали будут нах-ся 2 электрона с антипараллельными спинами. в) Суммарное спиновое число электрона в пределах данного подслоя д.б. максимальным, т.е. зап-ют сначала по одному электрону, а затем по второму.
9. Электронные конфигурации (формулы атомов).
Ответ: Электронная конфигурация — формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента или молекулы.
10. Правила, которыми определяется число орбиталей и электронов данного электронного слоя.
Ответ: Для определения электронной конфигурации элемента существуют следующие правила: принцип минимума энергии, принцип Паули, пр-ло Хунда (см. вопрос №8).
11. По какому признаку происходит деление элементов на s-, p-, d-элементы. Приведите пример электронной конфигурации и схему распределения электронов по орбиталям для s-, p-, d-элементов. Составьте валентные электронные конфигурации для этих элементов.
Ответ: Элементы, в атомах которых в последнюю очередь заполняется s-орбиталь – s-элементы, если p-орбиталь – p-элементы, если d-орбиталь – d-элементы.
S-элемент: 3 Li (Литий): 1s2 2s1. ВЭК:1s2 2s1
P-элемент: 15 P (Фосфор): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3. ВЭК: 3s2 3p3
D-элемент: 21 Sc (Скандий): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2. ВЭК: 3d1 4s2
12. Периодический з-н. Структура периодической системы. Группы, подгруппы, периоды. Периодичность св-в элементов.
Ответ: Д.И. Менделеев сформулировал сам закон: "Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел находятся в периодической зависимости от их атомного веса". Периоды – гориз. ряды, опр-ют элементы с одинаковыми значениями главного квантового числа n. № периода совпадает с числом энерг.уровней в атоме.
Группы – верт. ряды, объединяют элементы с одинаковым числом валентных электронов, т.е. № группы совпадает с числом открытых электронов атома.
К периодичным св-м атома отн-ся: ra – радиус атома, Еи – энергия ионизации, Еср – энергия сродства, ЭО – электроотрицательность.
13. Свойства атомов. Закономерности изменения св-в атомов по периодам и группам.
Ответ:
1. Атомный
радиус (ra)
– атом не имеет четко определенных
границ. Поэтому пол-ся понятием орбитальный
радиус свободного атома. Это расстояние
от ядра до максимума плотности внешних
электронных облаков. В периоде слева
направо с возрастанием заряда ядра
электроны сильнее притягиваются к ядру,
электр. облака сжимаются, т.е. ra
уменьшается.
Это касается s-,
p-,
d-,
f-элементов.
В группе у s-,
p-
элементов сверху вниз увел-ся число
энерг. уровней, а значит ra
увеличивается.
2. Энергия
ионизации
(Еи)
– энергия необходимая для удаления
электрона от нейтрального изолированного
атома находящегося в газообразном
состоянии. Э0(г)+ЕИ=Э+(г)
+ е-,
ЕИ =
,
.
По периоду слева направо по мере
увеличения полож. заряда ядра и уменьшения
ra
– ЕИ
увеличивается (труднее оторвать
электрон). В группе у s-,
p-элементов
сверху вниз с увеличением числа энерг.ур.
ЕИ
уменьшается. 3. Сродство
с электронами
(Еср)
– энергетический эффект присоединения
электрона к нейтр. атому. При этом
образуется отриц. заряж. частица.
Э0(г)+e-=Э-(г)
± Еср.
Энерг.эффект присоединения м.б. полож.
или отриц. Когда Е выделяется Еср
<0 (“-”, экзопроцесс), когда Е поглощается
Еср
>0 (“-”, эндопроцесс). Наиб. сродство у
p-элементов
7 гр. (F,
Cl,
Br,
I,
At).
Наим. сродство у s-элементов
2 гр. В периоде слева направо способность
присоединять электрон усиливается. В
группе сверху вниз способность
присоединять электрон ослабевает.
14. Электроотрицательность элементов. Закономерности изменения ЭО по периодам и группам.
Ответ: ЭО – способность атома оттягивать на себя электронную плотность по сравнению с атомом другого элемента в соединении. В химии исп-ют шкалы ЭО с целыми числами и с числами с одним знаком после запятой. По группе ОЭО снизу-вверх возрастает. В периоде слева направо ОЭО возрастает.
15. Как образуется химическая связь? Два механизма образования ковалентной связи (обменный и донорной-акцепторный). Показать механизмы на примере образования молекулы водорода.
Ответ:
В образовании хим. связи в основном
участвуют валентные электроны атома.
Между ядрами атома возникают
электростатические силы притяжения
двух типов: 1) хим. притяжение электронов
к ядрам; 2) силы отталкивания между
ядрами. Сущ-ет 3 типа хим. связи: ионная,
ковалентная, металлическая.
Ков.св: 1) Обменный механизм – тот случай, когда общая электронная пара образуется при взаимодействии непарных электронов с антипараллельными спинами, принадлежащих двум различным атомам. 2) Донорно-акцепторный – это образование ков. связи, когда один из атомов имеет не поделённую пару электронов (донор), а другой атом имеет свободную орбиталь (акцептор).
16.
Перекрывание атомных орбиталей (
типа)
Ответ:
связь
образуется при перекрывании атомных
орбиталей вдоль линии связывания (1
область перекрывания).
связь образуется при перекрывании
атомных орбиталей по разные стороны от
линии связывания (2 области перекрывания).
характерна
для d
орбитали (4 области перекрывания).
17. Свойства ковалентной связи (направленность, насыщаемость, поляризуемость).
Ответ: Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, поляризуемость — определяют химические и физические свойства соединений.
Направленность связи обусловлена молекулярным строением вещества и геометрической формы их молекулы. Углы между двумя связями называют валентными. Насыщаемость — способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей, образуемых атомом, ограничено числом его внешних атомных орбиталей. Поляризуемость связи выражается в смещении электронов связи под влиянием внешнего электрического поля, в том числе и другой реагирующей частицы. Поляризуемость определяется подвижностью электронов.
18. Основные положения теории валентных связей. Двухцентровые двухэлектронные связи. Валентные углы. Длина связи. Центральный атом молекулы. Координационное число центрального атома молекулы.
Ответ: Двухцентровая двухэлектронная связь в схемах изображается короткой линейной. В целом электронная структура молекулы выглядит как набор различных валентных схем, откуда вытекает второе название метода - метод локализованных пар. Валентный угол — угол, образованный направлениями химических (ковалентных) связей, исходящими из одного атома. Длина химической связи — расстояние между ядрами химически связанных атомов. В молекуле выделяют центральный и периферические атомы. Ц.а. в молекуле находится в ед.ч. Координационное число — характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле. Под ним подразумевается число лигандов (атомов, молекул, ионов), которые образуют первую координационную (внутреннюю) сферу комплексообразователя.
19. Связывающие электронные пары. Несвязывающие электронные пары.
Ответ: Электронная пара — связанное состояние двух взаимодействующих электронов. Обладает нулевым спином и зарядом, равным удвоенному заряду электрона. Различают поделённые (связывающие) электронные пары, принимающие участие в образовании химической связи за счёт взаимодействия неспаренных электронов, и неподелённые электронные пары (внешние электронные пары), не принимающие участия в образовании химической связи.
20. Теория валентных связей (ТВС). Пространственные конфигурации молекул. Алгоритм определения пространственных конфигурации молекул и ионов.
Ответ: Теория валентных связей — приближённый квантовохимический расчётный метод, основанный на представлении о том, что каждая пара атомов в молекуле удерживается вместе при помощи одной или нескольких общих электронных пар. Конфигурация молекул, в стереохимии характеризует пространственное расположение атомов или групп атомов у асимметрического атома, у несимметрично замещенной двойной связи, у малого (жёсткого) цикла, у центрального атома в комплексах.
Для того чтобы определить строение молекулы предлагается следующий порядок действий:
1. На основании формулы молекулы определяется число лигандов n, с которыми центральный атом образует связь.
2. Находится общее число связывающих и неподелённых электронных пар.
3. Определяется пространственное расположение всех электронных пар (связывающих и неподелённых).
4. Находится число неподелённых электронных пар.
5. Устанавливается геометрия молекулы.
22. Полярные и неполярные химические связи, полярность и неполярность молекул.
Ответ: Если атомы, образующие простую ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществлённой электронной парой. Такая связь называется неполярной ковалентной связью. Если атомы различны, то степень владения обобществлённой парой электронов определяется различием в электроотрицательностях атомов. Атом с большей электроотрицательностью сильнее притягивает к себе пару электронов связи, и его истинный заряд становится отрицательным. Атом с меньшей электроотрицательностью приобретает, соответственно, такой же по величине положительный заряд. Если соединение образуется между двумя различными неметаллами, то такое соединение называется ковалентной полярной связью. Полярные вещества́ в химии — соединения, молекулы которых обладают электрическим дипольным моментом. Для полярных веществ, в сравнении с неполярными, характерны высокая диэлектрическая проницаемость (более 10 в жидкой фазе), повышенные температура кипения и температура плавления.
24. Внутренняя энергия. Работа, совершаемая в системе.
Ответ: Внутренняя энергия системы складывается из энергии движения и взаимодействия ядер и электронов в атомах, а также из движения и взаимодействия молекул. Количество теплоты, сообщаемое термодинамической системе, равно сумме изменения ее внутренней энергии ΔU и работы A, совершаемой системой против внешних сил.
25. Энтальпия. Характер изменения энтальпии при экзо- и эндотермических процессах. Закон Гесса. Уметь вычислять энтальпию используя закон Гесса.
Ответ:
Энтальпия
— это та энергия, которая доступна для
преобразования в теплоту при определенном
постоянном давлении.
Энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы. Закон Гесса — основной закон термохимии, который формулируется следующим образом: Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания. ΔH>0 (эндопроцесс), ΔH<0 (экзопроцесс).
26. Энтропия и неупорядоченность системы. Уметь вычислять изменение энтропии при протекании реакции.
Ответ: Энтропия – количественная мера беспорядка. Если система из упорядоченного состояния переходит в неупорядоченное, то ΔSр-ции >0, такие реакции протекают самопроизвольно, и они энергетически выгодны. Если система из неупорядоченного состояния переходит в более упорядоченное, то ΔSр-ции <0.
Уравнения для расчета: ΔS0р-ции= ΔS0298(продуктов) - ΔS0298 (исходных веществ). ΔS0298 (простого вещества) ≠0.
27. Объясните какое из веществ обладает большей степенью порядка, если
NH3 (г) NO (г) NO2 (г)
S0298, Дж/моль 192,5 211 240,5
Ответ: Большей степенью порядка обладает NH3 (г), так как чем больше S0298, тем неупорядоченнее вещество.
28. Энергия Гиббса и самопроизвольное протекание реакций. Уметь вычислять изменение энергии Гиббса.
Ответ:
Свободная
энергия Гиббса
(или просто энергия Гиббса) — это
величина, показывающая изменение энергии
в ходе химической реакции и дающая таким
образом ответ на вопрос о принципиальной
возможности протекания химической
реакции. При
ΔG
<0 процесс может протекать, при ΔG
>0 процесс протекать не может (иными
словами, если энергия Гиббса в исходном
состоянии системы больше, чем в конечном,
то процесс принципиально может протекать,
если наоборот — то не может). Если
же, ΔG=0
то система находится в состоянии
химического
равновесия.
Уравнения для
расчета: ΔG0р-ции=
ΔG0298(продуктов)
- ΔG0298
(исходных веществ). ΔG0298
(простого
вещества) ≠0.
29. Какие факторы, энтальпийный ил энтропийный, - определяют протекание процесса при: a) ΔH<0 и ΔS>0; б) ΔH<0 и ΔS<0; в) ΔH>0 и ΔS>0.
Ответ: а) оба фактора способствуют протеканию реакции (процесс возможен в прямом направлении и при любых температурах; б) энтальпийный (процесс протекает в прямом направлении при низких температурах); в) энтропийный (реакция протекает в прямом направлении при высоких температурах).
30. Рассчитайте изменение энергии Гиббса для следующей реакции: CO(г)+1/2O2(г)=CO2(г), если ΔH0298=-57,3 кДж и ΔS0298=-72,9 Дж/К. Возможно ли осуществление этой реакции при 25оС? Какой фактор – энтальпийный ил энтропийный, - определяет знак ΔG0298 этой реакции?
Ответ: ΔG0298= ΔH0298-T* ΔS0298=-57,3*103Дж-(273+25К)*(-72,9 Дж/К)=-35575,8 Дж/моль = -35,57 кДж/моль. Осуществление этой реакции при 25оС возможно, т.к. ΔG0298<0. Реакция протекает в прямом направлении при низких температурах (ΔH<0 и ΔS<0). Энтальпийный фактор определяет знак ΔG0298 этой реакции.
31. Используя з-н действующих масс, напишите выражения для константы гидролиза силикат-иона (при гидролизе силиката натрия) и иона алюминия (при гидролизе хлорида алюминия). В какую сторону будет смещаться равновесие этих реакций, если к раствору первой соли прибавить кислоту, а к раствору второй соли – щелочь?
Ответ:
32. Химическое равновесие. Константа химического равновесия.
Ответ:
Химическое
равновесие
— состояние химической системы, в
которой протекает одна или несколько
химических реакций, причём скорости в
каждой паре прямой-обратной реакции
равны между собой. Для системы, находящейся
в химическом равновесии, концентрации
реагентов, температура и другие параметры
системы не изменяются со временем. А2 +
В2 ⇄
2AB
Константа равновесия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс). Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции.
33. Взаимосвязь константы равновесия и энергии Гиббса.
Ответ: Существует соотношение, связывающее изменение свободной энергии Гиббса в ходе химической реакции с её константой равновесия К:
ΔG = -RT*lnK, любая реакция может быть рассмотрена как обратимая (даже если на практике она таковой не является). При этом константа равновесия определяется как
K= константа скорости прямой реакции / константа скорости обратной реакции.
34. Знаки изменения энтальпии и энтропии для процессов, находящихся в состоянии равновесия.
Ответ: Существует промежуточная область температур, в которой энтальпийный и энтропийный факторы уравновешивают друг друга: ΔH=TΔS, ΔG=0.
Наступает состояние химического равновесия, в уравнении реакции это обозначается:
ΔH<0 и ΔS<0
А2 + В2 ⇄ 2AB
ΔH>0 и ΔS>0
35. Формулировка принципа подвижного равновесия (принцип Ле Шателье).
Ответ: «Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.»
36. Влияние концентрации реагентов, температуры, давления на состояние равновесия.
Ответ:
При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры — в направлении экзотермической реакции.
При повышении давления равновесие сдвигается в направлении, в котором уменьшается суммарное количество молей газов и наоборот.
Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:
При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции (вправо);
При повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ (влево).
37. Предложите способы смещения равновесия в процессе синтеза аммиака из простых веществ, с учетом того, что это экзотермическая реакция.
Ответ: При 200 атм. и 400оС достигается максимальное и равное 36% (по объему) содержание NH3 в реакционной смеси. При дальнейшем повышении температуры вследствие усиленного протекания обратной реакции объемная доля аммиака в смеси уменьшается. Значит, при повышении давления равновесие смещается в сторону образования NH3.
38. Ионизация кислот. Константа ионизации кислот. Сильные и слабые кислоты. Вопрос рассматривать на примере кислот углерода, азота, фосфора, серы, хлора, фтора, брома, иода. Названия кислот и кислотных остатков.
Ответ:
Ионизация
кислоты -
способность выделять протон. Ионизация
кислот обратима, поэтому константа
диссоциации зависит от электронной
конфигурации как кислоты, так и аниона.
В общей реакции,
AxBy⇄
xA+yB
где комплекс
AxBy
разбивается на x
единиц A и y
единиц B, константа диссоциации
определяется так: где [A], [B] и [AxBy] —
концентрации
A, B и комплекса AxBy
соответственно.
Кa>108 – очень сильная, Кa=10-1-103 – сильная, Кa=10-2-10-3 – средняя, Кa=10-4-10-7 – слабая, Кa=10-8-10-11 – очень слабая.
Кислоты и их кислотные остатки: HCOOH – муравьиная к-та (HCOO- формиат), HNO2 – азотистая к-та (NO2- нитрит), H3PO4 – ортофосфорная к-та (PO43- фосфат), HCl – соляная к-та (Cl- хлорид), H2SO4 - серная к-та (SO42- сульфат), HF - плавиковая к-та (F- фторид), HI – йодоводород (I- йодид), HBr – бромоводород (Br- бромид).
39. Ионизация оснований. Константа ионизации оснований. Сильные и слабые основания. Вопрос рассматривать на примере оснований s-элементов I и II групп, а также на примере оснований p-, d-элементов периодической системы.
Ответ: Ионизация оснований вызвана сродством их молекул к протону растворителя и протекает тем полнее, чем больше сродство, т. е. чем сильнее основание. В общей реакции, AxBy⇄ xA+yB где комплекс AxBy разбивается на x единиц A и y единиц B, константа диссоциации определяется так: где [A], [B] и [AxBy] — концентрации A, B и комплекса AxBy соответственно.
Если Kb >1*10-2, то основание сильное, все остальные слабые.
40.
Константа ионизации воды. Ионное
произведение воды. Водородный показатель
pH.
Ответ: Вода представляет собой слабый электролит, диссоциирующий в соответствии с уравнением
Константа
диссоциации воды при 25 °C составляет
предыдущее уравнение можно переписать в виде
Эта
величина называется ионным произведением
воды. Так как для чистой воды [H+]
= [OH−],
можно записать
Водородный
показатель воды, таким образом, равен
При
концентрации [H+] > 10−7 моль/л
(соответственно, концентрации [OH−] <
10−7 моль/л) среда будет кислой; При
концентрации [OH−] > 10−7 моль/л
(соответственно, концентрации [H+] <
10−7 моль/л) — щелочной. Наиболее
важное значение имеет автопротолиз
воды. Константа автопротолиза для воды
обычно называется ионным
произведением воды
и обозначается как
.
Ионное произведение численно равно
произведению равновесных концентраций
ионов гидроксония и гидроксид-анионов.
Обычно используется упрощенная запись:
В
стандартных условиях ионное произведение
воды равно 10−14. Оно является постоянной
не только для чистой воды, но также и
для разбавленных водных растворов
веществ. Автопротолиз воды объясняет,
почему чистая вода, хоть и плохо, но всё
же проводит электрический ток.
41. Индикаторы (фиолетовый лакмус, метилоранж, фенолфталеин). Окраска индикаторов в различных средах.
Ответ:
|
Кислая среда |
Нейтральная |
Щелочная |
Фиолетовый лакмус |
Красный |
Фиолетовый |
Синий |
Метилоранж |
Бесцветный |
Бесцветный |
Малиновый |
Фенолфталеин |
Розовый |
Оранжевый |
Желтый |
42. Гидролиз солей
Гидролиз солей — разновидность реакций гидролиза, обусловленного протеканием реакций ионного обмена в растворах (преимущественно, водных) растворимых солей-электролитов. Движущей силой процесса является взаимодействие ионов с водой, приводящее к образованию слабого электролита в ионном или (реже) молекулярном виде («связывание ионов»).
Различают обратимый и необратимый гидролиз солей:
-
1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания (гидролиз по аниону):
(раствор имеет слабощелочную среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени)
-
2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания (гидролиз по катиону):
(раствор имеет слабокислую среду, реакция протекает обратимо, гидролиз по второй ступени протекает в ничтожной степени)
-
3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания: