- •Подписано в печать 22.07.2008. Формат 60х90 1/16.
- •I. Общие положения по выполнению контрольных работ
- •II. Оформление контрольных работ
- •III. Программа для подготовки к экзамену по химии
- •IV. Список рекомендуемой литературы
- •V. Основная часть
- •Контрольные задания
- •Строение атомов Введение
- •Периодическая система химических элементов д.И. Менделеева Введение
- •Контрольные задания
- •Химическая связь и строение молекул. Конденсированное состояние веществ Введение
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •Энергетика химических процессов Введение
- •Примеры решения задач
- •Химическое сродство
- •Поскольку н0, s0 и g0 реакции связаны друг с другом уравнением:
- •Скорость химических реакций
- •Контрольные задания
- •Контрольные задания
- •Контрольные задания
- •Решение. В насыщенном растворе сульфата свинца существует гетерогенное равновесие:
- •Решение.
- •Решение.
- •Решение.
- •1 Моль 1 моль
- •Вычислим значение рН:
- •Контрольные задания
- •Окислительно – восстановительные реакции Введение
- •Основные типы окислительно-восстановительных реакций (овр)
- •Электродные процессы и гальванические элементы
- •Примеры решения задач
- •Коррозия металлов
- •Контрольные задания
- •Комплексные соединения
- •Контрольные задания
- •Химические свойства металлов
- •Контрольные задания
- •Полимеры Введение
- •Контрольные задания
- •Дисперсные системы
- •Контрольные задания
- •Количественный анализ Введение
- •VI. Приложение
- •Термодинамические константы веществ
- •Константы диссоциации некоторых слабых электролитов
- •Константы нестойкости ряда комплексных ионов
- •Стандартные электродные потенциалы е0 некоторых металлов (ряд напряжений)
- •Содержание
Химические свойства металлов
Примеры решения задач
Пример 1. Как изменяется полярность ковалентных связей в двуатомных молекулах различных галогенидов лития и цезия? Как количественно определить степени ионности соответствующих связей, а также их энергии диссоциации и тепловые эффекты отвечающих им реакций, исходя из значений электроотрицательностей элементов и энергий диссоциации гомоатомных связей (см. табл. 6 Приложения)?
Решение. Полярность (p) ковалентной σ-связи – это количественная мера смещения области перекрывания электронных облаков двух атомов по направлению к более электроотрицательному из них вдоль линии, соединяющей ядра. Грубая оценка полярности может быть осуществлена путём деления опытных величин дипольных моментов связей на плечо диполя, т.е. расстояние между центрами положительного и отрицательного связанных зарядов. Качественный вывод о величинах p может быть сформулирован на основе учёта электроотрицательностей (ЭО, χ) по шкале Лайнуса Полинга: наибольшей абсолютной разностью ЭО Δ χ и, следовательно, полярностью характеризуется связь между наиболее типичным металлом, расположенном в левом нижнем углу Периодической системы - цезием ( ) и наиболее типичным неметаллом, находящимся в правом верхнем углу той же таблицы – фтором ( ). Поэтому все другие парные комбинации химических связей (ХС) атомов щелочных металлов (ЩМ) и галогенов (Г) характеризуются меньшими величинами Δ χ и p, хотя они также относятся к разряду ХС условно ионного типа (p > 0,5). При этом количественно полярность ХС может быть аппроксимилирована относительной разностью ЭО:
Степень ионности ХС (i), т.е. относительный эффективный заряд на атоме ( ), возникший вследствие установления ХС, - это объёмная характеристика, которая однозначно связана с ковалентностью (с) и полярностью:
.
Энергия диссоциации ХС может быть вычислена по модифицированной формуле Полинга:
(эВ)
( и - энергии диссоциации соответствующих ковалентных связей в гомоатомных соединениях).
Ниже указаны результаты вычислений значений i и химических связей в рассматриваемых соединениях между двумя атомами, которые соответствуют изложенным выше представлениям о роли полярности ХС, а также тепловые эффекты ( ) (или энергии смешения) отвечающих им реакций между щелочными металлами и галогенами:
.
Степени ионности (%) связей в двухатомных галогенидах лития и цезия
-
Г
M
F
Cl
Br
I
At
Li
Cs
80
87
76
85
74
84
71
83
65
80
Вычисленные энергии диссоциации (эВ) связей в двуатомных галогенидах лития и цезия
-
Г
M
F
Cl
Br
I
At
Li
Cs
5.97 (5.98)
5.57 (5.39)
4.92 (4.91)
4.47 (4.54)
4.41 (4.41)
4.05 (4.04)
3.70 (3.70)
3.43 (3.47)
2.87
2.70
В круглых скобках указаны соответствующие опытные данные.
Тепловые эффекты химических реакций (-ΔH, эВ) лития и цезия с галогенами
-
Г
M
F
Cl
Br
I
At
Li
Cs
4.59 (4.58)
4.52 (4.34)
3.09 (3.08)
2.98 (3.05)
2.84 (2.84)
2.82 (2.81)
2.35 (2.35)
2.42 (2.46)
1.69
1.86
Для перевода указанной энергии в кДж/моль следует умножить приведённое значение на переводный коэффициент 96,487.
В скобках указаны соответствующие экспериментальные данные.
Из приведённых выражений и указанных данных следует, что энергии химических связей металлов с неметаллами зависят не только от разности электроотрицательностей, но и от величин ЭО неметаллического атома. Как видно, последние существенным образом влияют и на тепловые эффекты реакций с участием металлов, в которых всё же превалирует вклад ковалентной связи и, более очевидным образом, выявляется природа неметалла.
Пример 2. Будут ли происходить изменения в водном растворе гидроксида калия, если опустить в них кусочки двухвалентных s-металлов: а) бериллия, б) кальция? Составьте уравнения возможных реакций в молекулярной и электронной формах.
Решение. Оба металла являются элементами IIА – подгруппы, однако лишь кальций проявляет типично металлические свойства.
а) Поскольку бериллий – это амфотерный металл, то он растворим в водно-щелочной среде:
2 1; восстановитель, окисляется
2 1; окислитель, восстанавливается
В итоге образуется водорастворимое комплексное соединение – тетрагидроксобериллат калия. Координационное число катиона бериллия, являющегося комплексообразователем, равно четырём. Акцепторные свойства обусловлены наличием четырёх вакантных атомных орбиталей на его внешнем уровне: одной 2s-АО и трёх 2p-АО.
б) Кальций не реагирует с гидроксидом калия, являющимся типичным основанием. Однако этот металл взаимодействует с растворителем – водой:
2 1; восстановитель, окисляется
2 1; окислитель, восстанавливается
В ходе реакции образуется другая щёлочь – гидроксид калия (или гашёная известь).
Пример 3. Сравните между собой электронное строение атомов металлов цезия, бария и лантана, а также их поведение по отношению к кислороду и воде.
Решение. Рассматриваемые элементы соседствуют в шестом периоде таблицы Менделеева; они расположены соответственно в IA, IIA и IIIB – подгруппах. В той же последовательности ослабляются металлические свойства. Цезий (Cs,… ) – щелочной s-
металл с минимальной электроотрицательностью 0,65 (см. табл. 5 Приложений). Поэтому он наиболее «металличен» и очень энергично взаимодействует как с кислородом (до ), так и с водой (до ). Барий ( ) – щелочноземельный s-металл с ЭО, равной 0.9 . Он также энергично взаимодействует с (до BaO) и с (до ), но более слабо, чем Cs. Лантан (La,… ) – редкоземельный d-металл с ЭО, равной 1,1 . Он также взаимодействует как с (до ), так и с (до ), но ещё слабее, чем Cs и Ba.