Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ONKh_BILETY.docx
Скачиваний:
14
Добавлен:
18.07.2016
Размер:
133.72 Кб
Скачать

Билет 8.

1.Метод валентных связей.

Был впервые применен немецким ученым гейтлером и лондоном при при рассмотрении молкулы водорода.

Рассматривая два атома водорода,находящихся на расстоянии гораздо большем,чем радиус орбитали.(На таком расстоянии электроны и ядра разных атомов взаимодействуют очень слабо)

При постепенном сближении атомов взаимодействие возрастает и когда расстояние между ядрами становится меньше радиуса орбитала происходит перекрывание электронных орбиталь.При таком сближении они уже не могут двигаться независимо.

Хим.связь между атомами возникающую между ВС путем перекрывания атомных орбиталей и обобщения электрон.пары называется ковалентной.

Т.О. вследствие перекрывания орбиталей атомы постоянно обмениваются электронами,если их спиновые числа противоположны по знаку.

Противоположная направленность спинов обусловлена принципом Паули,который запрещает электронам с одинаковыми спиновыми числами находится на одной орбитали.

В результате обмена электрона между атомами возникает сильное притяжение.Такой тип взаимодействия называется обменным(90% от связи).

Помимо обменного взаимодействия,определенный вклад в энергию атм.связи вносят кулоновские силы,действующие между электронами и ядрами.

Т.О. энергия взаимодействия между атомами складывается Е=Еоб+Еq

И так в итоге в основе метода ВС лежат полодения:

1.Ковалентная связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами,причем эта элетрон.пара принадлежит двум атомам.

2.Ковалентная связь тем прочнее,чем больше степени перекрывания электрон.облаков.

2.Благородные газы.

Благородные газы это элементы 8 А группы.Имеют элетронную конфигурацию

По мере возрастания порядкового номера растут атомные радиусы и их поляризуемость.

Поляризация-физическое свойство веществ приобретать электрический или магнитный дипольный момент во внешнем электромагнитном поле.

Это приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий,и повышению температур плавления и кипения,к увеличению растворимости газов в воде и др.растворителях.

Низкая химическая активность связана с тем,что внешние электронные оболочки полностью заполнены(2 электрона у гелия и по 8 у остальных),что не допускает никаких валентных связей.

Благородные газы кристаллизуются в кубической гранецентрированной решетке.

В небольших количествах они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Инертные газы отличаются крайне низкой хим.активность.

Тем не менее, в 1962 году Нил Барлетт показал, что все они при определённых условиях могут образовывать соединения (особенно охотно со фтором). Наиболее «инертны» неон и гелий: чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно применить много усилий, искусственно ионизируя каждый атом. Ксенон же, наоборот, слишком активен (для инертных газов) и реагирует даже при нормальных условиях, демонстрируя чуть ли не все возможные степени окисления (+1, +2, +4, +6, +8). Радон тоже имеет высокую химическую активность, но он сильно радиоактивен и быстро распадается, поэтому подробное изучение его химических свойств осложнено, в отличие от ксенона. Атомы благородные газы имеют полностью заполненные внеш. электронные оболочки (s2 для Не и s2p6 для всех остальных), что обусловливает их низкую реакционную способность. Благородные газы (кроме Не) получают как побочные продукты при производстве N2 и О2 из воздуха. Гелий выделяют из подземных гелионосных газов. Используют благородные газы в качестве инертной среды в металлургии, атомной и ракетной технике, в производстве полупроводниковых материалов и других, как наполнитель в электронике, электротехнике и др., рабочее вещество в лазерной технике. 

При повышенных давлениях благородные газы оказывают вредное действие на нервную систему (усиливающееся с увеличением атомной массы элемента), которое быстро проходит при вдыхании чистого воздуха.

Биологическое действие.

Энертные газы не ядовиты,однако атмосфера с увеличением концентрации инертных газов и соответственным снижением концентрации кислорода может оказывать удушающее воздействие на человека вплоть до потери сознания или смерти.

Вдыхание радиоактивного радона может вызывать рак.

Инертные газы обладают биологическим действием которое проявляется в наркотическом воздействии на организм и по силе этого воздействия располагаются по убыванию в след.порядке: Xe,Kr,Ar/Ne,He

Кардиотическое действие неона и гелия в опытах не регистрируется,так как под давлением возникают др.симптомы ”нервного синдрома высокого давления”.

Билет 9.

1.Теория электролитической диссоциации. Константа и степень электролитической диссоциации.

Теория эл. диссоциации

Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887г. была предложена теория электролитической диссоциации.

Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям:

  1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные и отрицательные. Ионы находятся в более устойчивых эл? состояниях, чем атомы. Состоят из одного атома – простые ионы (Na+, Mg2+) из двух – сложные (NO3-, SO42-)

  2. Под действием эл. тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательные – к амоду (поэтому первые называются катионы, а вторые – анионы)

  3. Диссоциация – обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов (ассоциация). Поэтому в уравнениях ЭД вместо знака равно стоит знак обратимости:

KA K+ + A-

Константная степень электролитической диссоциации

Электролитической диссоциацией называют процесс распада молекул на ионы под действием растворителя. Вещества, молекулы которых подвергаются диссоциации, называются электролитами. К ним относятся кислоты, гидроксиды, соли. Причиной диссоциации является взаимодействие между растворенным веществом и растворителем, в результате которого в растворе образуются гидратированные ионы:

КА + (n+m)H2O ↔ [K(H2O)n]+ + [A(H2O)m]-

В хим. литературе уравнения электролитич диссоциации обычно символизируют только процесс распада молекул электролитов на ионы, не включая связанные с ним процессы гидратации (сольватации) образовавшихся ионов. Это связано со сложностью установления количества молекул растворителя, образующих сольватную оболочку. Одним из главных отличий электролитов от неэлектролитов является способность их в водных растворах проводить электрический ток. При погружении в водный раствор электролита электродов, подключенных к источнику постоянного тока, положительно заряженные ионы (катионы) будут перемещаться к отрицательному электроду – катоду, а отрицательно заряженные ионы (анионы) к положительно заряженному электроду – аноду. Ионы могут быть простыми, например: Na+, H+, Ca2+, Al3+, Cl-, S2- и др, и сложными:OH-, SO42-, PO43- и др. Степень диссоциации α- выражается отношением числа молекул распавшихся на ионы (n) к общему числу растворенных молекул (n+N):

α = или α = * 100%

Степень электролитической диссоциации α зависит от природы растворенного вещества и растворителя, температуры, концентрации раствора (величина эта тем больше, чем более разбавлен раствор), добавления одноименных ионов (α понижается). Степень диссоциации различных электролитов при постоянной температуре и концентрации колеблется в широких пределах. Электролиты называются сильными, если α > 0,3 (>30%). К ним относятся многие к-ты (H2SO4, HNO3, HCl, HBr, HI, HClO4, HMnO4, H2Cr2O4 и др.), гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, почти все растворимые соли.

Электролиты называются слабыми, если α < 0,03 (α <3%). К ним относятся многие к-ты (НNO2, HF, H2CO3, H2SiO3, H3BO3 и др.), вода, водный раствор аммиака NH3 * H2O, гидроксиды метал. и др.

Иногда в отдельную группу выделяют электролиты средней силы: H3PO4, H2SO3, H2C2O4. Их значения степени диссоциации (α) находятся в интервале от 0,03 до 0,3. Для более точной оценки силы слабых электролитов служит константа электролитич. диссоциации д). Константа электролитической диссоциации характеризует способность данного электролита в среде данного растворителя распадаться на ионы. Чем выше ее значение, тем больше концентрация ионов в сравнении с концентрацией нераспавшихся на ионы молекул электролита.

В общем виде для процесса электролитич диссоциации, выражаемого уравнением:

KmAn mKn+ + nAm-

константа диссоциации (Кд) равна:

Кд =

Напр., для HF выражение Кд имеет следующий вид:

HF H+ + F-

Кд =

Значение Кд зависит от природы электролита, природы растворителя, температуры и не зависит от концентрации раствора. Данное свойство Кд позволяет определить силу слабых электролитов, пользуясь табличными значениями Кд. Чем больше Кд к-ты (основания), тем сильнее к-та (основание). Например, Кд HCN = 7,2 * 10-10; Кд HF = 7,2 *10-4, следовательно, плавиковая к-та (HF) более сильная, чем синильная (HCN).

Cтупенчатая дисс-ция

Многоосновные к-ты и многокислотные основания в водных растворах диссоциируют ступенчато, т.е. вначале от молекулы отщепляется один из ионов, затем другой и т. д. Каждая такая ступень характеризуется своей константой – ступенчатой костантой дисс-ции

Например, серная к-та H2SO4 – сильная двухосновная к-та, диссоциирует в две ступени.

I ступень: H2SO4 H+ +HSO4-

II ступень: HSO4- H+ + SO42-

Степень дисс-ции (α) серной к-ты по каждой ступени близка к 1, поэтому для серной к-ты можно записать суммарное уравнение дисс-ции:

H2SO4 2H+ + SO42-

Для слабых многоосновных кис-т суммарное уравнение дисс-ции писать некорректно, т.к. наибольшую конц-цию ионов водорода обеспечивает дисс-ция по I ступени.

I ступень: H2S H+ + HS- КдI = 8,9 * 10-8

II ступень: HS- H+ + S2- КдII = 1,3 * 10-15

КдI > КдII

Значения 2х констант дисс-ции показывают, что процесс дисс-ции во второй ступени практически не протекает. Все вышесказанное относится и к растворам многокислотных сильных и слабых гидроксидов (оснований)ю Например, гидроксид бария Ba(OH)2 – сильный гидроксид:

I ступень: Ba(OH)2 BaOH+ + OH-

II ступень: BaOH+ Ba2+ + OH-

Cуммарное уравнение: Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH-

Гидроксид магния Mg(OH)2 - слабый гидроксид:

I ступень: Mg(OH)2 MgOH+ + OH-

II ступень: MgOH+ Mg2+ + OH-

Азотная кислота и ее свойства

Азотная кислотасильная кислота, в разбавленных водных растворах полностью диссоциирует на ионы:

HNO3 H+ + NO3-

Физические свойства:

Это одна из важнейших неорганических кислот. Она представляет собой индивидуальное вещ-во, бесцветную жидкость, кипящую при 86 и затвердевающую при -42. Смешивается с водой в любых соотношениях, характерен резким запахом.

2.Азотная кислота и её свойства.

Атомные орбитали азота Sp2 гибридны. Образуют с p орбиталями трех атомов кислорода при G – связи. Свободная p-орбиталь атома азота перекрываясь с аналогичными р-орбиталями двух атомов кислорода образует - связь. Кроме того, один из атомов кислорода связан G-связью с атомом водорода.

Хим. свойства:

Является сильным окислителем

  1. Разбавленная азотная кислота проявляет все свойства сильных кислот, в водных растворах она диссоциирует по следующей схеме:

HNO3 = H+ + NO3-

безводная кислота:

2HNO3 = NO2 + NO3- + H2O

Постепенно, особенно на свету или при нагревании азотная кислота разлагается, при хранении раствор становится коричневатым из-за диоксида азота:

4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + О2

  1. Азотная кислота взаимодействует почти со всеми металлами. Разбавленная азотная кис-та со щелочными и щелочноземельными металлами, а также с железом и цинком образует соответствующие нитраты, нитрат аммония или оксид азота(I) в зависимости активности метала и воду:

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O,

5Fe + 12HNO3 (оч.разб) = 5Fe(NO3) 3 + N2 +6H2O,

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Концентрированная азотная кислота при взаимодействии со щелочными металлами образует соответствующие нитраты, воду и выделяется оксид азота(I)

8Na + 10HNO3 = 8NaNO3 + N2O + 5H2O

Такие металлы как железо, хром, алюминий, золото, платина, иридий, тантал

Концентрированная кислота пассивирует, т.е. на поверхности металла образуется пленка оксидов не проницаемая для кислоты. Другие тяжелые металлы при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуют соответствующие нитраты, воду и выделяется оксид или диоксид азота:

Ag + 2HNO3 = Ag NO3+ N2O + 5H2O

Обычно процесс восстановления идет в нескольких направлениях в зависимости от силы восстановителя, концентрации и температуры.

  1. Азотная кислота способна растворить золото, платину и другие благородные металлы. Но в смеси с соляной кислотой в отношении 3 объема концентрированной соляной кислоты и один объем концентрированной азотной кислоты называют «царской водкой». Действие царской водки заключается в том, что азотная кислота окисляет соляную до свободного хлора, который соединяется с металлами:

HNO3 + HCl = Cl2 + 2H2O + NOCl

2NOCl = 2NO + Cl2

Царская водка способна растворить золото, платину, родий, иридий и тантал, которые не растворяются ни в азотной, а уж тем более в соляной кислоте:

Au + HNO3+ 3HCl = AuCl3 +NO+NOCl

HCl + AuCl3 = H[AuCl4]

  1. Неметаллы также окисляются азотной кислотой до соответствующих кислот, разбавленная кислота выделяет оксид азота:

3P + 5HNO3 +2H2O = 3H3PO4 +5NO

Концентрированная кислота выделяет диоксид азота:

S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 +2H2O

Ge + 4HNO3 = GeO2 + 4NO2 +2H2O

Азотная кислота способна также окислять некоторые неорганические соединения:

3H2S + 8HNO3 3H2SO4 + 8NO + 4 H2O

  1. Азотная кислота взаимодействует также со многими органическими веществами.

  2. Качественная реакция на азотную кислоту «проба коричневого кольца» - взаимодействие с раствором сульфида железа и серной кислоты, в случае присутствия азотной кислоты выпадает в осадок коричневый комплекс:

2HNO3 + FeSO4 + 3H2SO4 2|Fe(NO)|SO4 + 3Fe2(SO4)3 + 4H2O

Получение азотной кислоты.

  1. Промышленный способ. Каталитическое окисление аммиака до оксида азота:

4NH3 + 5O2 (800C, Pt(+10%Rh)) = 4NO + 6H2O

Окисление оксида азота в избытке кислорода до диоксида азота, для ускорения реакции снижают температуру и давление:

2NO + O2 = 2NO2

Поглощение диоксида азота водой в присутствии избытка кислорода:

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

  1. В лаборатории азотную кислоту получают действием концентрированной серной кислоты на кристаллические нитраты калия или натрия:

KNO3 + H2SO4 = K HSO4 + HNO3

  1. Разложение азотистой кислоты:

HNO2 = HNO3 + 2NO +H2O

Применение азотной кислоты. Для производства комплексных и азотных удобрений, минеральных кислот, взрывчатых веществ, красителей. Применяется для травления и растворения металлов в металлургии. Дымящая азотная кислота в качестве окислителя ракетного топлива.

Биологическая роль.

Азотная кислота применяется для производства многочисленных лекарственных средств.

10 билет.

1.Окислительно-0восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительными реакциями называют хим. процессы, сопровождающиеся переносов электронов от одних молекул или ионов к другим.

При ОВР протекают два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление.

Окисление - процесс потери электронов.

Восстановление - процесс присоединения электронов.

Вещества (атомы) ионы которых отдают электроны, называют восстановителями.

Присоединяют электроны окислители.

СО. Одним из основных понятий неорг. химии является понятие о степени окисления.

СО - формальный заряд атома элемента, вычисляемый из предположения, что валентные электроны переходят к атомам с большей относительной электроотрицательностью (ОЭО) и все связи в молекуле соединения являются ионными.

При окислении элемента СО увеличивается. Восстановление уменьшается.

Таким образом можно дать еще одну формулировку ОВР: это реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Окислители и восстановители

-Типичными окислителями являются простые в-ва, атомы которых имеют большую ОЭО>3,0.

Из наиболее сильных окислителей известны: KMnO4, MnO2, K2Cr2O7, K2CrO4, HClO, HClO3, H2SO4(к), HNO3(к), H2O2.

-К типичным восстановителям относятся простые в-ва, атомы которых имеют малую ОЭО<1,5.

Представители: H2S, NH3, C, H2, CO, H2SO3.

Вещества содержащие атомы в макс. Или мин. Степени окисления являются соответственно только окислителями/восстановителями.

Виды ОВР:

1)Межмолекулярные-реакции в которых окисляющиеся или восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных в-в.

Пример: H2S+CL2S+2HCL

2)Внутримолекулярные-реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же в-ва.

Пример: 2H2O2H2+O2

3)Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) реакции в которых один и тот же элемент выступает как окислитель и как восстановитель

Пример:CL2+H2OHCLO+HCL

4)Репропорционирование – реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления.

Пример:NH4NO3N2O+2H2O

2.Аммиак и его свойства

Аммиак NH3- бесцветный газ с резким запахом, очень хорошо растворим в воде.

(В мед. Практике применяют 10%-ный р-р аммиака, нашатырный спирт для вывода из обморочного состояния)

В молекула аммиака атом азота находится в состоянии sp3- гибридизации:

Присутствие одной из гибридных орбиталейнеподеленной пары эл. Определяет способность атома азота в аммиаке к образованию связей с др.атомами или ионами по донорно-акцептороному механизму.

Химические свойства аммиака

1.Взаимодействие с простыми веществами:

4NH3+3O22N2+6H2O

2NH3+2Na=2NaNH2+H2

2.С водой аммиак образует гидрат аммиака или гидроксид аммония, который дает щелочную среду:

NH3+H2O=NH3H2O(NH4+ + OH- )

3.При взаимодействии с кислотами образует соли аммония:

2(NH3H2O)+H2SO4=(NH4)2SO4+H2O

Пары аммиака и соляной кислоты образуют белый дым хлорида аммония:

NH3+HCl=NH4Cl

4.Восстанавливает оксид меди:

2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O

5.Качественные реакции на аммиак.Как было указано выше,образование белого дыма в присутствии хлороводорода. Изменение голубого раствора медного купороса на ярко-синий:

4NH3+CuSO4+H2O= [Cu(NH3)4]SO4H2O

При взаимодействии с реактивом Несслера K2[HgI4] выпадает в осадок красно-коричневый хлопьевидный комплекс HOHgNHHgI.

Почернение бумажки смоченной раствором динитрата ртути Hg2(NO3)2 из-за выделения металла.

Получение аммиака

1.В промышленности, взаимодействием азота с водородом:

N2+3H2(500, 25 МПа, Fe+MeOH+SiO2)=2NH3

2.В лаборатории взаимодействием соли аммония со щелочью:

NH4CL+KOH=KCL+H2O+NH3

Разложением нитридов металлов водой:

Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3

Взаимодействием нитрата натрия с цинком в щелочной среде:

NaNO3+4Zn+7NaOH+6H2O=NH3+4Na2[Zn(OH)4].

Биологические свойства.

Высокие концентрации аммиака вызывают состояние удушья, сильное слезоточение, рвоту, головокружение, приступы кашля, боли в желудке. Нарушение обменных процессов в коре головного мозга и способность организма усваивать кислород.

В случае сильных отравлений может развиваться отек гортани и легких, остановиться дыхание, развиться сердечная недостаточность, приводящая к летальному исходу.

В практике в качестве мочегонного средства используют соль аммиака NH4CL. Так же эта соль служит средством против защелачивания крови.

Билет 11.

Гибридизация атомных орбиталей.

Гибридизация – образование одинаковых по энергии и форме орбиталей атома в результате сложения разных по энергии и форме орбиталей при возбуждении этого атома

(Л.Полинг в 1901г. Предложил усовершенствовать метод ВС . Он выдвинул дополнительные положения о возможности гибридизации атомных орбиталей при образовании химической связи.)

При образовании молекулы (с гибридными орбиталями) форма и взаимное расположение атомных электронных облаков (*) изменяется по сравнению с их формой и расположением в свободных атомах. В результате достигается более полное перекрывание орбиталей(*) при образовании химической связи. Такая деформация электронных облаков требует затраты энергии, но более полное перекрывание приводит к образованию более прочной связи , и в целом получается выгодным энергетически. Этим и объясняется возникновение гибридных орбиталей.

Форма гибридной орбитали может определяться математически путем сложения волновых функций исходных орбиталей:

В результате сложения волновых функций s- и p- орбиталей с учетом их знаков оказывается, что плотность электронного облака по одну сторону от ядра повышена, а по другую – понижена.

Процесс гибридизации включает следующие этапы:

- возбуждение атома(*)

-гибридизация орбиталей возбужденного атома, образование связей с другими атомами

(Затраты энергии на первые два этапа происходят с выигрышем энергии при образовании более прочных связей с гибридными орбиталями)

Тип гибридизации определяется типом и количеством участвующих в ней орбиталей.

  1. Гибридизация одной s- и одной p- орбитали (sp-гибридизация) происходит при образовании галогенидов берилия, цинка, кадмия, ртути (Атомы этих элементов в нормальном состоянии имеют во внешнем слое два спаренных s – электрона, в результате возбуждения один из s-электронов переходит в p-состояние – появляется два неспаренных электрона , из которых один s, а другой p – электрон. При образовании химической связи (*) эти две различные орбитали преобразуются в две одинаковые гибридные орбитали (sp-орбитали), направленные под углом 180 градусов друг к другу.

  1. Гибридизация s- и двух p- орбиталей (sp2-гибридизация) - образование соединений бора

Возбужденный атом бора обладает тремя неспаренными электронами – одним s- и 2 p- из трех орбиталей образуются три эквивалентные sp2 – гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120 градусов.

  1. Гибридизация одной s – и трех p-орбиталей (sp3-гибридизация) характерна, например, для углерода и его аналогов – кремния и германия. В этом случае sp3 гибридные орбитали расположены под углом 109 градусов 28 минут друг к другу, объясняется тем, что гибридизация является неполной.

2.Фософор. Физическая, химическая и биологическая роль.

В земной коре фосфор содержится в связанном состоянии, в соединениях, содержащих фофат ионы PO4 (3-)

Известны три аллотропных модификаций фосфора: Белый(молекулярная решетка, чесночный запах, воскообразный, плохо растворяется в воде, хорошо в этаноле и СS2), Красный(атомная решетка, без запаха, твердый, плавится только при повышенном давлении, выше 280 градусов переходит в пары белого фосфора, практически не растворим), Черный (атомная решетка, без запаха, относительно мягкий , плавится только при повышенном давлении, выше 280 градусов переходит в пары белого фосфора, практически не растворим)

Получение: 2Ca3(PO4)2 + 6 SiO2+10C=6CaSio3+10CO+P4

В периодической системе находится в 5 группе. Электронная формула внешней оболочки атома ns2 np3

Фосфор имеет d-подуровень , поэтому при возбуждении происходит распаривание s – электронов, и переход одного из них на d – подуровень ns1 np3 nd1

Поэтому фосфор может образовывать 3, а максимум 5 ковалентных связей.

Но такие свободные 3 d –орбитали могут участвовать в образовании еще нескольких аналогичных связей , и по донорно-акцепторному механизму, выступая в качестве акцептора электронных пар атомов-доноров. Этим объясняется характерность для атома фосфора таких координационных чисел как 5 (sp3d –гибридизация) и 6 (sp3d2-гибридизация)

Соседние файлы в предмете Химия