Sbornik zadanii dlya SRS po disc Himiya

СБОРНИК ЗАДАНИЙ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ»

1

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

СБОРНИК ЗАДАНИЙ

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ»

Учебное пособие Под общей редакцией доцента Саловой Л.Е.

Уфа 2009

2

УДК 54(07)

ББК 24.1 я7

С 23

Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ в качестве учебного

пособия

Авторы: Л.Е.Салова, Ю.И.Пузин, О.Б.Чалова, С.С.Злотский, Л.Н.Зорина, А.Т.Чанышева, Ф.Н.Латыпова, Л.З.Рольник, М.А.Молявко, Л.Г.Сергеева, М.Н.Назаров, О.И.Михайленко, С.Б.Денисова, О.Ф.Булатова, Ф.Б.Шевляков

Рецензенты:

Доктор химических наук зав.кафедрой

«Общая химия» БГМУ профессор Е.В.Пастушенко

Кандидат химических наук УГАЭС доцент И.П.Журкина

С 23 Сборник заданий для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Химия» /Л.Е.Салова и др.; под общ. Ред. Доц. Саловой Л.Е.- Уфа: Издво УГНТУ, 2009.-139с.

ISBN 978-5-7831-0861-7

Сборник заданий для самостоятельной работы студентов первого курса

нехимических специальностей включает задания в виде вопросов и задач,

примеры решений, варианты заданий и списки рекомендуемой литературы к

каждой теме.
			УДК 54(07)
			ББК 24.1 я7
ISBN 978-5-7831-0861-7	© Уфимский государственный нефтяной
	технический университет, 2009
© Салова Л.Е.,		Пузин Ю.И.,	Злотский С.С.,
Рольник	Л.З.,	Чалова О.Б.,	Назаров М.Н.,

ЗоринаЛ.Н., ЧанышеваА.Т., Латыпова Ф.Н.,

Молявко М.А., Сергеева Л.Г., Михайленко О.И.,

Денисова С.Б., Булатова О.Ф., Шевляков Ф.Б., 2009

3

	Содержание
Задание 1. по теме «Строение вещества»		4
Задание 2. по теме «Термохимия. Направление химичес-
	ких реакций»	22
Задание 3. по теме «Химическая кинетика и равновесие»		34
Задание 4. по теме «Растворы»		46
Задание 5. по теме «Растворы электролитов»		71
Задание 6.	по теме «Гидролиз солей»	85
Задание 7.	по теме Окислительно-восстановительные
	реакции. Электрохимия»	94
Задание 8.	по теме «Классификация неорганических
	веществ. Свойства»	104
Задание 9.	по теме «Химия воды. Жесткость воды»	117
Задание 10. по теме «Дисперсные системы»		131

4

ЗАДАНИЕ №1 по теме "СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА"

Таблица 1. Варианты домашнего задания по теме «Строение вещества»

		Задание 1					Задание 3
.
	Поряд-
Номер	ковый	Номер электрона	Задание 2				Задание 3.1
вари-	номер						(Номер	Задание 3.2
анта	эле-	в атоме					задачи)
	мента
I	21	(1, 3, 10, 15, 20)	CF4; SiF6	2-			1	Ar; Cu
2	31	(4, 7, 21, 29, 30)	NF3; ICl4+				2	CCl4; CaCl2
3	41	(2, 6, 12 31, 40)	H2O2; PCI6			-	3	S8; Mg
4	51	(5, 11, 18, 37, 47)	SO3; PO43-				4	P4; CuCl2
5	22	(9, 13, 19, 21, 22)	PF3Cl2,H3PO3				5	C2H2Cl2; W
6	32	(10, 16, 27, 31, 32)	HNO2; CH3OCH3				6	NH3; Li3N
7	42	(14, 21, 28, 33, 39)	CH3CH2OH; SO2				7	FeCl3; Fe
8	52	(5, 10, 15, 20,26)	CHCl3; SO42-				8	CH3OH SiO2
9	23	( 4, 8, 12, 17, 22)	HClO3; CO32-				9	CH2O; MgO
10	33	(17, 21, 23, 29, 32)	ClO2-; SCl4				10	C2H5OH
11	43	(4, 14, 24, 34, 43)	H2Se; COCl2				11	CH3COOH
12	53	(5, 11, 17, 23, 51)	AsH3; NO2				12	CH2Cl2; Ni
13	24	(8,12, 20, 21, 24)	SiCl4; H2SO3				13	COF2; MgF2
14	34	(3, 7, 13, 20, 32)	SCl2; HNO2				14	Ti; TiCl2
15	44	(7, 14, 19, 25, 43)	SOCl2; HNO3				15	HF; KF
16	58	(8. 18, 28, 38. 48)	KClO3; SO3		2-		16	BF3; BN
17	24	(7, 12, 16, 20, 25)	H2SO4; C2H3F				17	CH3CHO Cr
18	35	(3, 11, 19, 31, 34)	SO2; HNO3				18	COCl2; KCl
19	45	(6, 16, 26, 36, 45)	Na2SO3; HClO4				19	HCOOH; Ne
20	55	(21, 23, 27, 37, 48)	CH3СOOН; IBr3				20	Ni; NiCl2
21	26	(7, 9, 21, 23, 26)	CH3CH2СOOН				21	C2H4Cl2; V
22	38	(31, 33, 35, 37, 38)	C2H4Cl2; BrF5				22	Br2; KBr
23	46	(14, 24, 34, 44, 46)	C2H2 ; SF6				23	CHCl3; Zn
24	56	(12, 23, 35, 48, 54)	H2CO3;				24	CH3NH2; Ag
25	27	(3, 13, 17, 21, 26)	HCCl3 ; HClO4				25	SiF4; Na2S

5

1.ЗАДАНИЕ ПО ТЕМЕ «СТРОЕНИЕ АТОМА»

1.1 Напишите электронно-графическую формулу атома элемента с указанным порядковым номером. Впишите в таблицу значения квантовых чисел, характеризующих электроны в основном состоянии (в задании указаны номера электронов в порядке заполнения атомных орбиталей)

Номер		Значение квантовых чисел
электрона	n	l	ml	ms

Какие из четырех квантовых чисел определяют энергию электрона в атоме? Какие из них характеризуют форму орбитали и её расположение в пространстве?

1.2.Укажите тип элемента (s-, p-, d-, f-), он относится к металлам или неметаллам. Укажите валентные электроны атома данного элемента. Каковы его валентные возможности? Если возбужденные состояния возможны для данного атома, то запишите их с помощью электронных формул. Если невозможны, - объясните почему. Сколько неспаренных электронов имеется в атоме в основном состоянии и сколько – в возбужденном состояниях? Сколько вакантных орбиталей имеется в атоме в основном и возбужденном состояниях? Определите высшую и низшую степени окисления атома данного элемента. Какие свойства - окислительные, восстановительные или и те, и другие - будет проявлять атом в высшей, низшей и других степенях окисления?

1.3.Какие ионы может образовать атом данного элемента? Запишите их электронные формулы. Как изменяются их ионные радиусы? Приведите примеры изоэлектронных частиц.

1.4.Проанализируйте характер изменения первых пяти энергий (потенциалов) ионизации на основании изменения заряда частицы и её радиуса. Запишите схемы происходящих процессов. Подтвердите, по возможности, выводы справочными значениями энергий ионизации.

1.5.Определите электронные аналоги элемента и составьте их электронные формулы. Запишите общую электронную формулу валентных электронов для элементов данной подгруппы. Чем объяснить сходство в химических свойствах этих элементов? Как изменяются свойства атомов элементов одной подгруппы (радиусы, энергия ионизации, энергия сродства к электрону, электроотрицательность, окислительно-восстановительные свойства)? Подтвердите свои выводы справочными данными.

1.6.Как изменяются свойства (см.п.1.5) атомов данного элемента по сравнению с элементами-соседями по периоду? Свои выводы, по возможности, подтвердите справочными данными.

Пример решения задания 1

Вам выдано домашнее задание в виде нескольких чисел, например 20 (2,4,6,18,19). Первая цифра означает номер элемента в Периодической

6

системе. Следовательно, элемент №20 -кальций, химический символ Са. Цифры в скобках указывают номера электронов в оболочке атома кальция, состояние которых надо охарактеризовать с помощью четырех квантовых чисел. Теперь переходим к выполнению задания 1 по пунктам 1 - 6.

Решение:

1.1. Запишем электронно-графическую формулу атома элемента №20, найдем и подчеркнем указанные в задании пять электронов в его оболочке (пользуясь правилом Гунда):

а) полная электронная формула:

20Ca 1s2 2s2 2p63s23p64s2;

б) краткая электронная формула:

20Ca [Ar]4s2;

в) электронно-графическая формула

			4s	4p
		3s	3p	19
2s		2p	18
1s	4	*e

2

Определим квантовые числа для заданных электронов в атоме кальция и составим табл. 2.

Таблица 2

Значения квантовых чисел для электронов в атоме кальция

Номер электрона			Значения квантовых чисел
	n	l		ml	ms
2	1	0		0	-1/2
4	2	0		0	-1/2
6	2	1		0	+1/2
18	3	1		+1	-1/2
19	4	0		0	+1/2

При определении ml исходим из предположения, что орбитали каждого подуровня заполняются в порядке увеличения ml от наименьшего отрицательного значения к наибольшему положительному, т.е. при l=1 ml изменяется [–1,0,+1], следовательно, для p-подуровня

	-1	0	1
	px	py		Pz
для d-подуровня
	-2	-1		0	1	2

При определении ms условно принимаем направление стрелочки вверх за положительное значение спинового квантового числа, то есть ms= + ½; вниз

7

-за отрицательное, то есть ms = - l/2.

1.2.Существует четыре типа элементов s-, p- ,d- f- . Валентные

электроны – это электроны внешнего электронного слоя, а также предвнешнего подуровня, который заполняется в данном атоме. Таким

образом, валентные электроны Са – 4s2 и, следовательно, Са - s- элемент, металл. В основном состоянии кальций 0-валентен, так как не имеет неспаренных электронов. Возбуждение возможно, так как на внешнем уровне есть вакантные орбитали: 20Са* 1s22s22p63s23p64s14p1.

Ca*…4s 4р

В возбужденном состоянии атом кальция содержит два неспаренных электрона, поэтому в соединениях кальций двухвалентен.

		Таблица 3
Валентные возможности атома кальция
Показатель	Основное состояние	Возбужденное состояние
Число неспаренных электро-
нов	нет	2
Число вакантных орбиталей	15(4px4py4pz;4d; 4f)	14 (4py 4pz; 4d; 4f)
Высшая степень окисления	-	+2
Низшая степень окисления	0	-

1.3. Характерные степени окисления элементов, его валентности и наиболее устойчивые ионы, которые он может образовать, определяются конфигурацией валентных электронных слоев. Атом кальция может образовать только ион Са2+, так как на внешнем слое у него только 2 валентных электрона. Его электронная формула 1s22s22р63s23р6; ионный радиус составляет 0.97А.

Изоэлектронными являются частицы, имеющие одинаковую электронную конфигурацию. Поэтому изоэлектронными по отношению к иону Са2+ будут следующие частицы:

19	К+	1s22s22p63s23p6
18	Аг	ls22s22p63s23p6
17	Cl-	1s22s22p63s23p6
16	S2-	ls22s22p63s23p6
21	Sс3+	1s22s22p63s23p6
22	Ti4+	1s22s22p63s23p6

При ответе на этот вопрос для d– и f- элементов, полезно просмотреть учебную литературу по химии элементов.

1.4. Запишем схемы процессов последовательного отрыва пяти электронов от атома кальция, которым соответствуют первые пять энергий (потенциалов) ионизации:

			8
Са° - е = Са+		Са+ - е = Са2+		Са2+ - е = Са3+
I1	= 6,11 эВ	I2	= 11,87 эВ	I3 = 51,0 эВ
Са3+ - е = Са4+		Са4+ - е = Са5+
I4	= нет данных	I5	= нет данных

С отрывом каждого последующего электрона увеличивается заряд частицы от 0 до +5 и уменьшается её радиус, так как при одном и том же заряде ядра число электронов убывает, и оставшиеся сильнее притягиваются к ядру. Поэтому каждый последующий потенциал больше, чем предыдущий. Резкое увеличение потенциала ионизации происходит при отрыве электрона с внутреннего уровня, например, сравним I3 = 51,0эВ >> I2 = 11,87эВ.

1.5. Электронными аналогами являются элементы, имеющие подобные конфигурации валентных электронных слоев. Они могут быть описаны общей электронной формулой и являются элементами одной подгруппы Периодической системы.

Электронные аналоги кальция: Be, Mg, Sr, Ba, Ra. Общая электронная формула валентных электронов: Э ...ns2. Все элементы - металлы, относятся ко 2 группе, главной подгруппе. Радиусы атомов элементов с увеличением заряда ядра в подгруппе (в направлении сверху вниз) увеличиваются, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность в этом направлении уменьшается, восстановительная способность увеличивается (табл. 4).

Таблица 4

Изменение свойств атомов элементов одной подгруппы

	Элемент		Атомные радиусы,	Энергия			Энергия			Электроотрицател
			rат. Ао	ионизации			сродства к е			ьность (по Полин-
				I1, эВ			Е, эВ			гу)
	Be		1,13	9,32				0,19				1.5
	Mg		1,60	7,64				-0,32				1.2
	Са		1,95	6,11				-				1,0
	Sr		2,15	5,69				-				1,0
	Ва		2.21	5,21				-				0,9
	Rа		2,35	5,28				-				-
	1.6. Элементами-соседями кальция по периоду являются К и Sс. Их
	свойства приведены в табл. 5.
												Таблица 5
			Изменение свойств атомов элементов одного периода
			Свойства					Элементы
					К (К+)			Ca(Ca2+)				Sc(Sс3+)
	Атомные радиусы, А0					2,31			1,97			1,6
		Ионные радиусы, А0				1,33			0,97			0,81
	Энергия ионизации I1, эВ					4,34			6,11			6,54
	Энергия сродства к е-, эВ					0,82		-				-
	Электроотрицательность (по Полингу)					0,80		1				1,3

увеличиваются окислительные свойства ионов увеличиваются восстановительные свойства металлов

9

2. ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ «КОВАЛЕНТНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ

МОЛЕКУЛЯРНЫХ ЧАСТИЦ» 2.1.Опишите строение предложенных в варианте задания молекул и

молекулярных ионов по методу валентных связей (МВС):

а) составьте структурную формулу; б) определите геометрию молекулы (молекулярного иона) по методу

отталкивания валентных электронных пар; в) определите полярность связей и полярность молекулярной частицы; г) объясните, как образуются связи:

-укажите, какие связи (σ, π) в молекулярной частице;

-механизм образования (обменный или донорно-акцепторный);

-из каких частиц (атомов, ионов) формируется молекулярная частица;

-составьте электронно-графические формулы валентных электронов (в основном и возбужденном состояниях);

-определите тип гибридизации атомных орбиталей центрального атома;

-составьте схему перекрывания атомных орбиталей, при образовании σ – связей;

-опишите, как образуются π- связи.

Пример

Описать строение молекулы NH3 по методу валентных связей (МВС). Решение:

Составим электронные формулы атомов.
7N 1s22s22p3	валентные электроны 2s22p3;
					↑ ↓		↑	↑	↑
1H 1s1	валентный электрон 1s1
			↓

Атом азота имеет три неспаренных электрона и четыре валентные атомные орбитали. Возбужденное состояние для него энергетически невыгодно, так как в валентном уровне нет свободных орбиталей. Валентность атома азота в соединениях может быть 3 или максимально – 4. У атома водорода один неспаренный электрон и его валентность в соединениях только

1.

Атом N является центральным, вокруг которого координируются атомы Н. Можно записать структурную формулу молекулы NH3.

H

HN : - неподеленная пара электронов

H

Атом азота находится в основном состоянии. Три неспаренных электрона образуют три ковалентные σ- связи по обменному механизму. В образовании связей у атома азота принимают участие одна s-орбиталь и три p- орбитали (с учетом неподеленной пары электронов). Следовательно, должна наблюдаться sp3- гибридизация валентных атомных орбиталей атома азота.