Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Контрольная работа.doc
Скачиваний:
128
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
196.1 Кб
Скачать

17

Мади (гту)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ХИМИИ

СТУДЕНТА ГРУППЫ 13 ПП

ДОРОФЕЕВА

ВАДИМА ГЕННАДЬЕВИЧА

ВАРИАНТ 99

Москва

2005

Тема: Моль. Количество вещества эквивалента (эквивалент)

и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) простых и сложных веществ. Закон эквивалентов.

4.

Из 1.3г гидроксида металла получается 2,85г его сульфата. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла.

Решение.

Молярная масса эквивалента гидроксида металла Ме равна сумме молярных масс эквивалентов металла Ме и гидроксильной группы ОН¯;

Молярная масса сульфата металла равна сумме молярных масс эквивалентов металла Ме и кислотного остатка SО4¯² ;

Молярная масса эквивалента ОН¯ равна 17 (16+1);

Молярная масса эквивалента кислотного остатка SО4¯² равна молярной массе кислотного остатка SО4¯² (96), деленной на основность кислоты (2), т.е. 96/2=48.

По закону эквивалентов составляем пропорцию

1.3г - mЭ(Ме)+17

2.85г - mЭме+48

1.3*mЭме +1.3*49 = 2.85*mЭме + 2.85*17

1.55mЭме = 13.95

MЭме = 9 г/моль.

Тема: Строение атома

25

Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

Решение.

Орбиталь – это пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Электроны, движущиеся в орбиталях близкого размера, образуют электронные слои, или энергетические уровни.

Энергетические уровни нумеруют в порядке возрастания от ядра: 1,2,3,4,5,6,7. Иногда их обозначают соответственно: K, L, M, N, O, P, Q.

Целое число n, обозначающее номер уровня, называют квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, занимающих данный уровень. Наименьшей энергией обладают электроны первого уровня, поэтому они сильнее притягиваются к ядру. Чем больше номер энергетического уровня, тем, соответственно, выше энергия электронов этого уровня.

Число энергетических уровней в атоме равно номеру периода в системе Менделеева, в котором он стоит.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне равно удвоенному квадрату номера уровня:

N=2n²;

N – число электронов; n- номер уровня(считая от ядра) или главное квантовое число.

В соответствии с эти уравнением наибольшее число электронов:

на 1-ом уровне-не более2; на 2-ом не более 8; на 3-ем не более 18, на 4-ом не более32.

Строение электронного уровня.

Начиная со 2-го уровня, уровни разделяются на подуровни. Число подуровней равно значению главного квантового числа, т.е. числу уровня, но не более 4.

Подуровни состоят из орбиталей. Подуровни обозначают в направлении от ядра: s, p, d, f.

Первый подуровень s состоит из одной s-орбитали;

Второй подуровень p состоит из 3-ех p-орбиталей;

третий подуровень d –из 5-ти d-орбиталей;

четвертый подуровень f состоит из 7-ми f-орбиталей.

Принцип Паули: в каждой орбитали может находиться не более 2-ух электронов.

Принцип наименьшей энергии: Каждый электрон в атоме занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его прочной связи с ядром. Наименьшей энергией обладают электроны 1-го энергетического уровня. С ростом порядкового номера элемента электроны заполняют орбитали и уровни в порядке их возрастания: уровни от1 к 7, подуровни от s до f.

В соответствии с этим составляется электронная формула атомов периодической системы элементов Менделеева.

Электронная конфигурация обозначается : nl^, где n-главное квантовое число, l-орбиталь (s, p, d, f), ^- число электронов.

Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s/2s/2p/3s/3p/4s/3d/4p/5s/4d/5p/6s/5d'/4f/5d/6p/7s/(6d¹¯²)/5f/6d/7p

Ответ:

Так как по принципу наименьшей энергии электроны заполняют орбитали и уровни в порядке возрастания их энергий: уровни от1 до 7, орбитали от s до f, то из орбиталей 4s и 3d раньше заполнится орбиталь 3 уровня, т.е. 3d, а из орбиталей 5s и 4p раньше заполнится орбиталь 4 уровня, т.е. 4p.

Электронная формула атома элемента с порядковым номером 21 будет содержать 4 уровня, т.к. число уровней равно номеру периода в системе Менделеева.

Итак, электронная формула элемента скандия выглядит так:

21 Sc 1s²/2s²2p6/ 3s²3p63d¹ / 4s²

4 уровень 4s²

3 уровень3s²3p63d¹

2 уровень2s²2p6

1 уровень1s²

Тема: Периодическая система элементов Д.И. Менделеева

51.

У какого из p-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.

Решение.

Электронные формулы фосфора P и сурьмы Sb:

15P 1s²/2s²2p6/ 3s²3p3

3 уровень3s²3p3

2 уровень2s²2p6

1 уровень1s²

51 Sb 1s²/2s²2p6/ 3s²3p63d10 / 4s²4p64d10/5s²5p3

5 уровень 5s²5p3

4 уровень 4s²4p64d10

3 уровень3s²3p63d10

2 уровень2s²2p6

1 уровень1s²

Атом фосфора относится к V группе III периода, на внешнем энергетическом уровне у него 5 электронов, он относится к p-элементам.

Атом сурьмы относится к V группе V периода, на внешнем энергетическом уровне тоже 5 электронов, идет заполнение p-подуровня.

Неметаллические свойства атома определяются сродством к электрону, т.е. способностью присоединять электроны. У фосфора электроны на 3 внешнем уровне, в p-орбитали сильнее притянуты к ядру, чем у сурьмы в 5 уровне, ему легче притянуть электроны, т.е. легче проявить неметаллические свойства. Поэтому, несмотря на одинаковое количество электронов на внешнем уровне, неметаллические свойства сильнее выражены именно у фосфора.

В случае образования водородного соединения фосфором или сурьмой электрон с внешней оболочки водорода перейдет на внешнюю оболочку атома фосфора и сурьмы, но в случае фосфора это притяжение будет сильнее, и, соответственно, восстановительные свойства (способность отдавать электроны) слабее проявятся у фосфора, сильнее у сурьмы.

Тема: Химическая связь и строение молекул.

Конденсированное состояние вещества.

63.

Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным?

Какие химические связи имеются в ионах NH и BF4 ¯? Укажите донор и акцептор.

Решение.

При наличии незавершенных внешних энергетических уровней атома он стремится к их заполнению путем химического взаимодействия и образования химической связи с другими атомами. В образовании химической связи участвуют валентные электроны, т. е. электроны незавершенного внешнего уровня. Химические связи могут быть 3-ех типов:

ковалентная, ионная и металлическая.

Ковалентная связь. Когда два атома приближаются друг к другу на близкое расстояние, электронные орбитали внешних незавершенных уровней перекрывают друг друга, притягивают ядра атомов и образуют общее электронное облако или ковалентную связь.

Если возникает одно общее электронное облако или ковалентная связь, то связь называется одинарной, если две пары электронов образуют связь – она называется двойной и т.д.

Итак, ковалентная связь это химическая связь, осуществляемая электронными парами. Это двухэлектронная и двухцентровая (удерживает два ядра) связь. Соединения с ковалентной связью называются гомеополярными или атомными. Связь может быть неполярной (электронное облако равномерно удалено от центров ядер атомов, как в двухатомных молекулах О2 N2 H2) и полярной (смещенной в сторону атома с большей электроотрицательностью как NH3, HCl).

Разновидностью ковалентной связи является донорно-акцепторная связь. В этом случае химическая связь возникает за счет двухэлектронного облака одного атома и свободной орбитали другого атома как в случае образования иона аммония NH4+.

Схема образования связей иона аммония NH4+.

Строение атома N: N7 1s²/2s²2p3

2 уровень2s²2p3

1 уровень1s²

Строение атома Н: 1s¹

1 уровень1s¹

В молекуле аммиака каждый из 3-ех p-электронов азота N участвует в образовании ковалентной связи с одним электроном атома водорода, образуется тройная связь. При этом у атома азота N осталась неподеленная пара s-электронов. У иона же водорода H+ имеется свободная 1s-орбиталь.

При образовании иона аммония связь образуется за счет неподеленной пары s-электронов молекулы аммиака NH3 и свободной s-орбитали иона водорода H+.

Атом, предоставляющий неподеленную пару электронов (в данном случае N), называется донором, атом, принимающий ее (в данном случае H) называется акцептором.

Схема образования связей в ионе BF4¯.

Строение атома B: B5 1s²/2s²2p¹

2 уровень2s²2p¹

1 уровень1s²

Строение атома F: F9 1s²/2s²2p5

2 уровень2s²2p5

1 уровень1s²

Атом бора имеет на внешнем уровне один неспаренный p-электрон и два спаренных s- электрона

Атом фтора имеет на внешнем уровне два спаренных s-электрона, две пары спаренных p-электронов и один неспаренный p-электрон.

В образовании молекулы BF3 участвуют три электрона внешнего уровня атома бора и остается свободная p-орбиталь (т.к. из возможных 3-ех орбиталей на 2-ом подуровне занята лишь одна), а также по одному неспаренному p-электрону внешнего уровня от 3-ех атомов азота). В этом соединении фтор донор, бор акцептор.

Ион фтора F¯ образуется присоединением электрона к атому фтора, при этом на внешнем уровне атома фтора заполняется 3-ий последний подуровень 2 –ого уровня, свободной орбитали нет.

Далее в образовании иона фтора BF4¯ участвует пара электронов атома фтора и свободная орбиталь атома бора.

Связь ковалентная, донорно-акцепторная, донор – фтор F, акцептор – бор B.

Тема: Энергетика химических процессов (термохимические расчеты)

Задача №99.

При сгорании 1л ацетилена (н.у.) выделяется 56.053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите теплоту образования С2Н2 (г).

Решение.

Реакция горения ацетилена (н.у.) выражается термохимическим уравнением6

С2Н2 (г) + 2½О2 = 2 СО2(г) + Н2О (г)

Теплотой образования (энтальпией) С2Н2 называют тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях (н.у.).

Обычно теплоту образования относят к стандартному состоянию, т.е. 25ºС (298ºК) и 1.013-10 Па и обозначают через ∆Н. Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то в дальнейшем индексы опускаются, и тепловой эффект обозначается через ∆Н.

Для определения теплоты образования ацетилена нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид:

2 С (графит) + Н2(г) + = С2Н2 (г); ∆Н = ?

исходя из следующих данных:

а). С2Н2 (г) + 2½О2 = 2 СО2(г) + Н2О (г); ∆Нх.р.

б). С (графит) + О2(г) = СО2 (г); ∆Н = -393.51 кДж (см. табл.5)

в). Н2 +½О2 (г) = Н2О (г); ∆Н = - 241.83 кДж (см. табл.5)

Из закона Авогадро вытекает, что при одинаковых условиях 1 г/моль любого газа занимает объем 22.4л.

Тепловой эффект реакции сгорания 1 литра ацетилена С2Н2 (г) по условиям задачи составил 56.053 кДж.

Исходя из уравнения а). в реакцию вступил 1 г/моль ацетилена С2Н2 (г), следовательно тепловой эффект реакции по уравнению а). составит:

1л - 56.053 кДж

22.4л - Х кДж

Х == 1255.587 кДж

Т.е. ∆Нх.р. по уравнению а). = 1255.587 кДж

Термохимические расчеты проводят на основании закона Гесса

«Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода»

и следствия из закона Гесса

«Тепловой эффект реакции ∆Нх.р. равен сумме теплот образования ∆Нобр. Продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции»

∆Нх.р.= ∑Нобр.прод. - ∑Нобр.исх.

На основании следствия из закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как с алгебраическими. Для получения искомого результата оперируем с коэффициентами уравнения, умножая уравнение б) на коэффициент 2, уравнение в) оставляя без изменения, затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения а)

С2Н2 (г) + 2½О2 – 2С - 2О2 - Н2 - ½О2 = 2СО2(г) + Н2О (г) +1255.587 кДж - 2СО2-2(-393.51 кДж) - Н2О –(- 241.83 кДж);

∆Нх.р. = 1255.587 кДж +2*(-393.51 кДж) +(- 241.83 кДж);

∆Нх.р = 226.75 кДж

С2Н2 = 2С+Н2 +226.75 кДж

Стандартная теплота образования ацетилена С2Н2 составляет 226.75 кДж.

Тема: Химическое сродство

Задача №113

Вычислите ∆Hº, ∆Sº и ∆Gтºреакции, протекающей по уравнению

Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)

Возможна ли реакция восстановления Fe2O3(к) водородом при 500 и 2000ºК?

Решение.