Билет № 21

1. В чем заключается метод «валентных связей» (ВС) и в чем его преимущества и недостатки по сравнению с методом молекулярных орбиталей (МО)?

Метод валентных связей (МВС) иначе называют теорией локализованных электронных пар, поскольку в основе метода лежит предположение, что химическая связь между двумя атомами осуществляется с помощью одной или нескольких электронных пар, которые локализованы преимущественно между ними. В отличие от ММО, в котором простейшая химическая связь может быть как двух-, так и многоцентровой, в МВС она всегда двухэлектронная и обязательно двухцентровая. Число элементарных химических связей, которые способен образовывать атом или ион, равно его валентности. Так же, как и в ММО, в образовании химической связи принимают участие валентные электроны. Волновая функция, описывающая состояние электронов, образующих связь, называется локализованной орбиталью (ЛО).

Отметим, что электроны, описываемые ЛО, в соответствии с принципом Паули должны иметь противоположно направленные спины, то есть в МВС все спины спарены, и все молекулы должны быть диамагнитны. Следовательно, МВС принципиально не может объяснить магнитные свойства молекул.

Тем не менее, принцип локализованных связей имеет ряд важных преимуществ, одно из которых - его чрезвычайная наглядность. МВС достаточно хорошо, например, предсказывает валентные возможности атомов и геометрию образующейся молекулы.

2. Напишите формулу расчета молярной концентрации растворенного вещества.

Молярная концентрация вещества В в растворе С(В) - содержание количества растворенного вещества В в единице объема раствора, моль/мЗ, или чаще моль/литр:

где (В) - молярная масса В, V - объем раствора

3. Напишите вариант обменной реакции двух солей.

NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3

Na3PO4 + 3AgNO3 = 3NaNO3 + Ag3PO4

KCl + NaNO3 = KNO3 + NaCl

Na2SO4 + 2KCl = K2SO4 + 2NaCl

K2SO4 + 2NaNO3 = 2KNO3 + Na2SO4

Билет № 22

1. Перечислите основные правила метода «молекулярных орбиталей» (МО) и в чем его преимущества и недостатки по сравнению с методом валентных связей (ВС).

Метод ВС дает теоретическое обоснование структуры многих молекул и позволяет предсказывать их свойства. Согласно методу ВС, химическая связь образуется за счет обобществленной пары электронов, т.е. пары электронов, для которой каждый из двух взаимодействующих атомов предоставляет по одному электрону. Поэтому метод ВС не может объяснить существование молекулярного иона \\f, у которого имеется лишь один связываю­щий электрон, а также существование свободных радикалов, т.е. частиц, содержащих неспаренные электроны и обладающих высокой реакционной способностью. Метод ВС не дает объяснения факта упрочнения связи при отрыве электрона от некоторых молекул* например от молекулы F2.

С помощью этого метода также нельзя объяснить парамагнитные свойства молекул O2 и В₂. Собственный магнитный момент (парамагнетизм) молекул обусловлен наличием неспаренных электронов. Согласно же методу ВС, молекулы O2 и В2 не имеют неспаренных электронов, т.е. они должны быть диамагнитны (не иметь собственного магнитного момента).

Более общим и универсальным оказался метод молекулярных орбиталей (МО), с помощью которого удается объяснить факты, непонятные с позиции метода ВС.

Метод МО представляет собой естественное распространение теории атомных орбиталей (АО) на поведение электронов в молекуле. Предполагается, что электроны в молекуле находятся на молекулярных орбиталях, охватывающих все ядра атомов в молекуле, и МО занимает весь объем молекулы. Таким образом, метод МО рассматривает молекулу и другие устойчивые много­атомные системы как «многоатомный атом», в котором электроны располагаются на орбиталях, называемых молекулярными. Так как на электрон молекулярной орбитали воздействует поле многих ядер, то образование МО из АО приводит к уменьшению энергии системы. Представим, что атом А, имеющий свободный или спаренный электрон, приближается к атому В. Из двух изолированных атомов образуется система, состоящая из двух ядер а и b, в поле которых находятся электроны этих атомов. Если молекула состоит из п атомов с суммарным числом электронов N, то состояние молекулы можно представить системой из п силовых центров, в поле которых находится N электронов. Такое представление о молекуле как о взаимодействующем коллективе всех ядер и электронов лежит в основе теории метода МО. Основные положения:

— каждый электрон в молекуле находится на определенном энергетическом уровне, характеризующемся соответствующими квантовыми числами;

— энергетическому уровню отвечает МО или волновая функция, которая является полиядерной. Общее число образующихся МО равно общему числу взаимодействующих АО;

— молекулярная волновая функция имеет тот же физический смысл, что и атомная волновая функция, т.е. tу² dVопределяет плотность вероятности пребывания электронов в элементе объема пространства, (IV;

— средняя энергия МО, полученных из АО, примерно совпа­дает со средней энергией этих АО. Однако энергии некоторых МО оказываются ниже энергий исходных АО, в то же время энергии других МО, наоборот, выше энергий исход­ных АО;

— заполнение электронами энергетических уровней в молекуле происходит в порядке возрастания энергии, от низшего уровня к высшему;

— в одном энергетическом состоянии, в соответствии с принципом Паули, может находиться не более двух электронов.

2. Напишите формулу расчета нормальности (молярной концентрации эквивалентов) вещества в растворе.

Молярная концентрация эквивалентов вещества В СЭ(В) (нормальность - устаревш.) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора, моль*литр-1:

где nЭ(В) - количество вещества эквивалентов, Э - молярная масса эквивалента.

3. Напишите вариант реакции получения соли взаимодействием оксида с кислотой.

CaO + 2HCl = CaCl2 +H2O

Na2O + H2SO4 = Na2SO4 + H2O

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

BaO + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O

Билет № 22_2

1. Приведите примеры обменного и донорно-акцепторного механизмов образования ковалентной связи.

Ковалентная связь – связь по средством электронных пар.

Донорно-акцепторный механизм образования связи – механизм образования связи, при котором один из связываемых атомов является донором электронной пары, а другой – акцептором.

По донорно-акцепторному механизму:

1)Несвязывающие молекулярные орбитали (НСМО) имеются:

в молекулах, содержащих атомы с неподеленными электронными парами (например, в спиртах ROH атом кислорода имеет две неподеленные пары электронов, которые занимают две НСМО);

в свободных радикалах, имеющих неспаренные электроны (так, в метильном радикале СН₃ неспаренный электрон находится на НСМО);

в карбокатионах типа ⁺СН₃ , где НСМО свободна.

Молекулы и ионы, имеющие НСМО, могут участвовать в образовании ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму.

2) При образовании связи по донорно-акцепторному механизму образуются одновременно и ковалентная связь, и ионная. Конечно, после образования связи за счет разницы в электроотрицательности связываемых атомов происходит поляризация связи, возникают частичные заряды, снижающие эффективные (реальные) заряды атомов.

3) Ковалентная связь может образоваться между двумя атомами, из которых один имеет неподеленную пару электронов, а другой - свободную орбиталь. Например, при взаимодействии аммиака NH3 и хлороводорода HC1 неподеленная электронная пара азота становится общей для водорода и азота, получается ион аммония NH4 + ; 8. Такой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным. В нашем примере донором электронной пары является атом азота, а акцептором - ион водорода (он имеет свободную орбиталь). Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи наблюдается в комплексных соединениях [Ag(NH3)2]OH, K4[Fe(CN)6].

ОБМЕННЫЙ МЕХАНИЗМ - в образовании связи участвуют одноэлектронные атомные орбитали, т.е. каждый из атомов предоставляет в общее пользование по одному электрону

2. По какой формуле рассчитывается титр раствора вещества. Какие еще бывают формы выражения концентрации вещества в растворе?

Титр (от франц. titre — качество, характеристика), в аналитической химии концентрация раствора, выраженная количеством (в граммах) растворённого вещества в 1 мл раствора или количеством какого-либо вещества, реагирующего с 1 мл данного раствора. Соответственно различают Т. по растворённому веществу (например, Т. раствора соляной кислоты — T_HCl) или Т. по определяемому веществу (например, Т. раствора соляной кислоты по едкому натру — T_HCl/NaOH). Т. рассчитывается по формуле: T = P/V, где Т — титр раствора в г/мл, Р —масса навески в г, V — объём мерной колбы в мл.

Способы выражения концентраций химических веществ в растворах.

    Молярная концентрация вещества (с) в моль/л – отношение количества растворенного вещества в молях (n) к объему раствора (V):

С=n/v

    Молярная концентрация численно равна количеству молей вещества, содержащихся в 1 литре (1000 мл, 1 дм³) раствора.

    Молярная концентрация эквивалента** с[(1/z)Х] есть произведение молярной концентрации с(Х) на число эквивалентности z данного вещества, т.е. с[(1/z)Х] = с(Х)×z. Молярная концентрация эквивалента показывает количество вещества эквивалентов, содержащееся в 1 л раствора.

    Моляльная концентрация (В) в моль/кг – отношение количества растворенного вещества в молях (n) к массе растворителя (m):

B=n/m

Часто встречаются также производные от единиц измерения концентраций: например, мг/л, мг/дм3, мг/см3, мг/мл, ммоль/л, г/мл (титр) и др. Наиболее употребимыми единицами в справочной литературе применительно к оценке содержания примесей в воде (например, значения ПДК) являются мг/л и ммоль/л экв.

3. Напишите вариант реакции получения соли путем замещения водорода или металла.

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Ca + NaNO3 = Ca(NO3)2 + Na

Na + KCl = NaCl + K

Mn + NaSO4 = MnSO4 + 2Na

Cr + K3PO4 = CrPO4 + 3K

Билет № 23

1. Что изучает химическая термодинамика («теплохимия»), какие бывают термодинамические системы, их свойства, параметры и функции состояния?

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии. Если энергия выделяется или поглощается в виде теплоты, то такие реакции записываются посредством уравнений химической реакций с указанием тепловых эффектов, при этом необходимо указывать фазовый состав реагирующих веществ.

Химические реакции, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими, а с поглощением тепла - эндотермическими. Изучением тепловых эффектов реакций занимается термохимия. В термохимии тепловой эффект реакции обозначается Q и выражается в кДж. Термохимия составляет один из разделов химической термодинамики, изучающей переходы энергии из одной формы в другие и от одной совокупности тел к другим, а также возможность, направление и глубину осуществления химических и фазовых процессов в данных условиях. Каждое отдельное вещество или их совокупность представляет собой термодинамическую систему. Если термодинамическая система не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией, ее называют изолированной. Такая идеализированная система используется как физическая абстракция при рассмотрении процессов, исключающих влияние внешней среды. Система, обменивающаяся с окружающей средой только энергией, называется закрытой. Если же возможен энергетический и материальный обмен - система открытая.

Состояние системы определяется термодинамическими параметрами состояния - температурой, давлением, концентрацией, объемом и т. д. Система характеризуется, кроме того, такими свойствами как внутренняя энергия U, энтальпия Н, энтропия S, энергия Гиббса G. Из изменение в ходе химических реакций характеризуют ее энергетику системы. Перечисленные свойства системы зависят от температуры, давления, концентрации, поэтому они называются функциями состояния, не зависят от пути процесса и определяются только конечным и начальным состояниеми системы.

2. Формула закона Дальтона для идеальных растворов. Какие еще бывают растворы?.

Давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных

давлений.

Согласно закону Дальтона, парциальное давление газа Рг определяется по формуле:

где Pabs - абсолютное давление газовой смеси, n - процентное содержание газа в смеси.

Другими словами, целое равно сумме его составляющих. В воздухе находятся около 21 молекулы кислорода на 100 молекул всех газов. Таким образом, кислород оказывает давление, равное одной пятой от общего давления. Эта часть общего давления известна как парциальное давление кислорода и является важным фактором в подводном плавании, поскольку на организм человека напрямую воздействуют в большей мере парциальные давления газов, входящих в состав воздуха, чем их абсолютные давления.

Какие еще бывают растворы? – смотри 1 вопрос 28 билета

3. Напишите вариант реакции получения соли путем соединения двух солей.

KCr(SO4)2 + 3KOH = Cr(OH)3 + 2K2SO4