Химия. Сборник задач и упражнений. Часть I: Учебное пособие

Голосов: 5

Учебное пособие по самостоятельному изучению дисциплины "Химия" студентами всех специальностей заочной формы обучения. Пособие состоит из восьми глав. Каждая глава включает теоретический раздел, примеры решения типовых задач и задачи для самостоятельного решения. В приложениях приведены справочные материалы, необходимые для решения задач.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
         Решение                                                                 Пример 2
     Чтобы составить электронную формулу атома любого                        Какую высшую и низшую степень окисления проявляют
элемента, следует знать номер данного элемента в периодиче-            мышьяк, селен и бром? Составьте формулы соединений данных
ской системе и выполнить требования основных положений,                элементов, отвечающих этим степеням окисления.
определяющих распределение электронов в атоме.                               Решение
     Так как число электронов в атоме равно его порядковому                  Номер группы периодической системы, в которой находится
номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для элементов № 16 (сера)         элемент, равен высшей степени окисления его атома, которая мо-
и № 22 (титан) электронные формулы имеют вид:                          жет проявляться не у всех элементов данной группы (кислород,
               1s22s22p63s23p4;          1s22s22p63s23p63d24s2.        фтор). Для некоторых элементов (например, медь, серебро и др.)
         16S                      22Ti
                                                                       известны соединения, где они проявляют степень окисления
     Электронная структура атомов может быть изображена                большую, чем номер группы. Низшая степень окисления опреде-
также в виде схем размещения электронов в квантовых (энерге-           ляется тем условным зарядом, который приобретает атом при
тических) ячейках, которые являются схематическим изобра-              присоединении того количества электронов, которое необходимо
жением атомных орбиталей; такое изображение называют                   для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки
электронно-графической формулой.                                       (ns2np6). Мышьяк, селен и бром находятся соответственно в V, VI,
     Квантовую ячейку обозначают в виде прямоугольника ↓↑              и VII А-группах и имеют структуру внешнего энергетического
или линейки, а электроны в этих ячейках обозначают стрелками.          уровня 4s24p3, 4s24p4 и 4s24p5.
                              16 S                                        Следовательно, степени окисления элементов:
           s      p              d                                     Элемент       Степень окисления                  Соединения
     n=3 ↑↓ ↓↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓                                                  высшая      низшая
          s       p                                                         As        +5          –3                   H3AsО4, H3As
     n=2 ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑                                                        Se        +6          –2                    SeO3, Na2Se
          s                                                                 Br        +7          –1                   KBrO4, KBr
     n=1 ↓↑
                              22Ti                                         Пример 3
           s      p              d                  f                      У какого из элементов четвертого периода – марганца или
n=4 ↑↓ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓ ↓ ↑↓ ↑↓ ↑          ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓              брома – сильнее выражены металлические свойства?
     s      p              d                                               Решение
n=3 ↑↓ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓                                              Электронные формулы данных элементов
          s       p                                                                           25   Mn 1s22s22p63s23p63d54s2
n=2 ↑↓ ↓↑ ↓↑ ↓↑
                                                                                         35   Br     1s22s22p63s23p63d104s24p5
          s
n=1 ↓↑                                                                      Марганец – d-элемент VII группы, а бром – p-элемент VII
                                                                       группы. На внешнем энергетическом уровне у атома марганца –
                                                                  61   62


два электрона, а у атома брома – семь. Атомы типичных метал-                           ЭОН ⇄ ЭО– + Н+ (II).
лов характеризуются наличием небольшого числа электронов              Полярность связей, в свою очередь, определяется разно-
на внешнем энергетическом уровне, следовательно, тенденцией     стью электроотрицательностей компонентов, размерами и эф-
терять эти электроны. Они обладают только восстановитель-       фективными зарядами атомов. Диссоциация по кислотному ти-
ными свойствами и не образуют элементарных отрицательных        пу (II) протекает, если Eон– Eэо– (высокая степень окисления), и
ионов. Элементы, катионы которых на внешнем энергетиче-         по основному типу, если Еон–  Еэо– (низкая степень окисления).
ском уровне содержат более трех электронов, обладают опре-      Если прочности связей О–Н и Э–О близки или равны, диссо-
деленным сродством к электрону, следовательно, приобретают      циация гидроксида может одновременно протекать и по (I), и
отрицательную степень окисления и даже образуют элементар-      по (II) типам. В этом случае речь идет об амфотерных электро-
ные отрицательные ионы. Таким образом, марганец, как и все      литах (амфолитах):
свободные металлы, обладает только восстановительными                       Эn+ + nОН– ⇄ Э(ОН)n ⇄ НnЭОn ⇄ nН+ + ЭОnn–,
свойствами, тогда как для брома, проявляющего слабые восста-                     как основание           как кислота
новительные свойства, более свойственны окислительные           где Э – элемент, n – его положительная степень окисления. В
функции. Общей закономерностью для всех групп, содержащих       кислой среде амфолит проявляет основной характер, а в ще-
p- и d-элементы, является преобладание металлических свойств    лочной среде – кислый характер:
у d-элементов.                                                                     Zn(OH)2 + 2HCl ⇄ ZnCl2 + 2H2O;
      Для завершения внешней оболочки атому брома выгодно                       Zn(OH)2 + 2NaOH ⇄ Na2ZnO2 + 2H2O.
принять 1 электрон, а марганцу отдать два электрона. Следова-
тельно, металлические свойства у марганца выражены сильнее,          Пример 5
чем у брома.                                                         Какую валентность, обусловленную неспаренными элек-
                                                                тронами, может проявлять фосфор в нормальном и возбужден-
     Пример 4                                                   ном состоянии?
      Как зависят кислотно-основные свойства оксидов и гидро-        Решение
ксидов от степени окисления атомов элементов, их образующих?         Распределение электронов внешнего энергетического
Какие гидроксиды называются амфотерными (амфолитами)?           уровня фосфора 3s23р3 (учитывая правило Хунда) по кванто-
     Решение                                                    вым ячейкам имеет вид
     Если данный элемент проявляет переменную степень                              3s    3p          3d
окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с
                                                                               15Р ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ .
увеличением степени окисления свойства последних меняются
от основных к амфотерным и кислотным. Это объясняется ха-           Атомы фосфора имеют свободные d-орбитали, поэтому
рактером электролитической диссоциации гидроксидов ЭОН,         возможен переход одного 3s-электрона в 3d-состояние:
которая в зависимости от сравнительной прочности и полярно-                         3s    3p            3d
сти связей Э–О и О–Н может протекать по двум типам:                            15 Р ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ .
                       ЭОН ⇄ Э+ + OH– (I);
                                                           63   64


Таким образом, валентность фосфора в основном состоянии          сил действуют водородные связи, образованные между прото-
равна трем, а в возбужденном – пяти.                             ном H+ и электроотрицательным элементом. Меньшую темпе-
                                                                 ратуру кипения в аммиаке по сравнению с водой можно объяс-
     Пример 6                                                    нить образованием менее прочных водородных связей. Во-
     Какое строение имеют молекулы типа АВn, если связь в        первых, азот менее электроотрицателен, чем кислород, а во-
них образуется за счет sp-, sp2-, sp3-гибридизации орбиталей     вторых, азот в молекуле NH3 имеет только одну неподеленную
атома А?                                                         пару электронов, способную оттягивать протон от соседней мо-
     Решение                                                     лекулы (кислород имеет две неподеленные пары электронов).
                                                                      Так как молекула HF содержит один атом Н, который мо-
Тип мо- Исходные Тип гиб-   Число    Пространственная
лекулы орбитали ридизации гибридных    конфигурация              жет использоваться для образования водородных связей, то,
          атома           орбиталей      молекулы                несмотря на большую электроотрицательность фтора по срав-
АВ2    s+р          sp        2     линейная                     нению с кислородом и наличие у фтора трех неподеленных пар
АВ3    s+р+р       sp2        3     треугольная                  электронов, HF связан менее прочными водородными связями,
АВ4    s+р+р+р     sр3        4     тетраэдрическая              чем H2O.
                                                                      Таким образом, в ряду NH3 → HF → H2O в связи с увели-
      Пример 7                                                   чением прочности водородной связи растут температуры кипе-
      Определите вид гибридизации электронных облаков и          ния этих соединений.
пространственную структуру молекулы SiCl4.
      Решение                                                         Пример 9
      В возбужденном состоянии структура внешнего энергети-           Укажите межмолекулярное взаимодействие (ориентаци-
ческого уровня атома кремния следующая (3s13р3):                 онное, индукционное, дисперсионное, межмолекулярная водо-
                            3s     3p                            родная связь), которое имеет место при: а) растворении фторо-
                            ↑ ↑ ↑ ↑↓                             водорода в воде, б) переходе кислорода в жидкое состояние.
      В образовании химических связей в атоме кремния участ-          Решение
вуют электроны третьего внешнего энергетического уровня: один         а) В молекулах фтороводорода (HF) и воды (H2О) атомы
s- и три p-электрона. При образовании молекулы SiCl4 возникают   водорода связаны с атомами наиболее электроотрицательных
четыре гибридных электронных облака (sp3-гибридизация), рас-     элементов – фтора и кислорода, в связи с чем в этих молекулах
положенных в пространстве тетраэдрически.                        наблюдается ковалентная полярная связь. Поэтому при раство-
                                                                 рении фтороводорода в воде между молекулами образуются
    Пример 8                                                     водородные связи.
    Объясните закономерность увеличения температуры ки-               б) Так как молекулы кислорода (О2) неполярные, между
пения в ряду бинарных соединений: NH3, HF, H2O.                  ними возможно лишь дисперсионное взаимодействие за счет
    Решение                                                      возникновения мгновенных диполей.
    В данном ряду между молекулами помимо ван-дер-ваальсовых
                                                            65   66


      Пример 10                                                        66. Для атома кремния написать электронную формулу;
      Определите заряд комплексообразователя в комплексном       указать электронно-графическую формулу; для последнего
соединении K4[Fe(CN)6].                                          электрона указать значения всех четырех квантовых чисел.
      Решение                                                          67. Для атома марганца написать электронную формулу;
      Внешняя сфера данного комплексного соединения состоит      указать электронно-графическую формулу; для последнего
из четырех катионов калия (К+), следовательно, ее общий заряд    электрона указать значения всех четырех квантовых чисел.
составляет (4+). Тогда заряд комплекса-аниона [Fe(CN)6] равен          68. Электронная формула атома 1s22s22p63s23p5. Для соот-
(4–), т. е. [Fe(CN)6]4–. Рассчитаем степень окисления комплек-   ветствующего элемента укажите низшую валентность и форму-
сообразователя:                                                  лы его возможных оксидов.
                    x + 6 · (–1) = –4; x = +2, т. е. Fe2+.             69. Формула валентных электронов атома 4s1. Для соот-
                                                                 ветствующего элемента укажите номер его группы в периоди-
     Пример 11                                                   ческой системе, подгруппу и высшую валентность. С какими из
     Назовите комплексные соли: K4[Fe(CN)6],                     перечисленных ниже веществ взаимодействует оксид этого эле-
         [Pt(NH3)3Cl]Cl, Ва[Cr(NH3)2(SCN)4]2, [Pt(NH3)2Cl2].     мента: NaOH, HCl, CaO, Zn(OH)2, SO3?
     Решение                                                           70. Напишите электронные конфигурации атомов азота и
     K4[Fe(CN)6] – гексацианоферрат (II) калия; [Pt(NH3)3Cl]Cl   брома и ионов N–3 и Br+5.
– хлорид хлоротриамминплатины (II); Ва[Cr(NH3)2(SCN)4]2 –              71. Для атома криптона написать электронную формулу;
тетрароданодиамминхромат (III) бария; [Pt(NH3)2Cl2] – дихло-     указать электронно-графическую формулу; для последнего
родиамминплатина.                                                электрона указать значения всех четырех квантовых чисел.
                                                                       72. Исходя из положения элементов в периодической сис-
           4.4. Задачи для самостоятельного решения              теме, определите, какой из приведенных оксидов – CO2, Al2O3,
                                                                 SO2, SO3, CaO является: а) ангидридом сильной кислоты, б)
     61. Написать электронные формулы элементов, имеющих         амфотерным?
№ 19, № 55. Какие электроны у них являются валентными?                 73. Для атома мышьяка написать электронную формулу;
     62. Напишите электронные формулы частиц: Cl, Cl–, Cl5+.     указать электронно-графическую формулу; для последнего
     63. Электронная формула атома 1s22s22p63s23p5. Укажите      электрона указать значения всех четырех квантовых чисел.
все возможные значения валентности элемента и семейство, к             74. Для атома молибдена написать электронную формулу;
которому он относится.                                           указать электронно-графическую формулу; для последнего элек-
     64. Для атома с электронной формулой внешних электро-       трона указать значения всех четырех квантовых чисел.
нов 4s23d104p1 укажите атомный номер элемента, число неспа-            75. Для атома рубидия написать электронную формулу;
ренных электронов в основном состоянии атома.                    указать электронно-графическую формулу; для последнего элек-
     65. Какие элементарные частицы образуют атом? Какие         трона указать значения всех четырех квантовых чисел.
частицы являются нуклонами? Каковы массы и заряды этих                 76. Для атома германия написать электронную формулу;
частиц?                                                          указать электронно-графическую формулу; для последнего
                                                            67   68


электрона указать значения всех четырех квантовых чисел.               88. Какой вывод можно сделать о свойствах элемента по
      77. Для атома селена написать электронную формулу; ука-    значению для него ионизационного потенциала и сродства к
зать электронно-графическую формулу; для последнего электро-     электрону? Как изменяются эти характеристики в периодах и
на указать значения всех четырех квантовых чисел.                группах?
      78. Для атома стронция написать электронную формулу;             89. Какие значения валентности может проявлять марга-
указать электронно-графическую формулу; для последнего элек-     нец, исходя из электронного строения?
трона указать значения всех четырех квантовых чисел.                   90. Приведите примеры р-элементов, которые в виде про-
      79. Для атома кобальта написать электронную формулу;       стых веществ являются: а) металлами; б) неметаллами. Назови-
указать электронно-графическую формулу; для последнего           те гидроксиды элементов, относящихся к классу: а) кислот,
электрона указать значения всех четырех квантовых чисел.         б) оснований, в) проявляющих кислотно-основную двойствен-
      80. Исходя из места в периодической системе, опишите       ность. Какая взаимосвязь существует между электронным
химические свойства элемента с порядковым номером 23.            строением атома и проявляемыми им свойствами?
      81. Опишите свойства элемента с электронной формулой             91. Как изменяются свойства оксидов и гидроксидов s- и
1s 2s 2p63s23p5 (номера периода и группы, металлические свой-
  2 2                                                            р-элементов в периоде? Объясните причину и покажите разли-
ства, окислительно-восстановительные свойства).                  чие в свойствах гидроксидов первого и предпоследнего элемен-
      82. Элемент находится в II периоде, IV группе, главной     та третьего периода.
подгруппе. Напишите его электронную формулу и охарактери-              92. Укажите основные черты различия в свойствах двух
зуйте свойства.                                                  элементов: а) одного и того же периода: калия и брома; калия и
      83. Почему число элементов в четырех первых периодах       меди; б) одной и той же группы: хлора и марганца.
соответствует ряду чисел 2, 8, 18, 32?                                 93. Какую информацию о месте элемента в периодиче-
      84. Поясните, почему лантаноиды и актиноиды обладают       ской системе можно получить, зная порядковый номер элемен-
сходными химическими свойствами на основании закономер-          та? Покажите это на примере элементов с порядковыми номе-
ностей электронного строения их атомов.                          рами 20, 24, 25.
      85. Почему химический символ водорода «Н» обычно по-             94. Что общего у элементов: а) одного периода; б) одной
мещают в главной подгруппе I группы и в главной подгруппе        группы; в) одного семейства? Чем отличаются элементы, нахо-
VII группы?                                                      дящиеся в одной группе, но в разных подгруппах?
      86. По каким признакам различают s-, p-, d- и f- элемен-         95. Укажите значения квантовых чисел n и l для внешних
ты? Приведите по 2 элемента из каждого семейства.                электронов в атомах элементов с порядковыми номерами 11,
      87. Атомы каких элементов четвертого периода периоди-      14, 20, 23, 33.
ческой системы образуют оксиды, отвечающие их высшей сте-              96. Одинаковым значением какого квантового числа ха-
пени окисления Э2О5? Какой из этих элементов дает газообраз-     рактеризуется совокупность электронов, которую называют
                                                                 электронным слоем? Сколько электронных слоев имеет атом,
ное соединение с водородом? Составьте формулы кислот, отве-
                                                                 если для его внешних электронов: а) n=3; б) n=6? Приведите
чающих этим оксидам.
                                                                 примеры.
                                                            69   70


      97. Что характеризует относительная электроотрицатель-           108. Исходя из величины разностей электроотрицатель-
ность, и как она изменяется с увеличением порядкового номера     ностей приведенных пар элементов указать, какие из них обра-
элемента? Назовите элементы, имеющие максимальное и ми-          зуют ионные соединения: Li (1,6) – Si (1,8); Mg (1,2) – Cl (3,5);
нимальное значения электроотрицательности.                       Be (1,5) – S (3,0); Ca (1,0) – P (2,5).
      98. На каком основании а) марганец и хлор, б) титан и            109. Из перечисленных ниже соединений выберите те,
кремний расположены в одной группе периодической системы?        форма молекул которых а) плоская, б) тетраэдрическая: CS2,
Почему они находятся в разных подгруппах?                        H2O, BF3, CCl4. Ответ поясните.
      99. У какого из элементов: а) сурьмы или азота; б) угле-         110. Сравните ковалентную и водородную связи. Отли-
рода или германия ярче выражены неметаллические свойства?        чаются ли они по длине, энергии и другим характеристикам?
Ответ мотивировать.                                                    111. Если сравнивать температуры кипения водородных
      100. Электронная формула валентных электронов атома        соединений элементов главной подруппы VI группы, то видна
некоторого элемента …3s23р4. Определите номера группы и          аномалия в поведении Н2О. Почему вещество с самой малень-
периода, в которых стоит этот элемент. Назовите его и укажите    кой молекулярной массой имеет самую высокую температуру
формулы оксида и гидроксида, соответствующих высшей сте-         кипения?
пени окисления.                                                        112. Приведите примеры соединений с внутримолекуляр-
      101. Какой тип связи и почему проявляется в соединени-     ной водородной связью и влияния этой связи на их свойства.
ях: F2, HF, RbCl, H2O?                                                 113. Какие свойства воды можно объяснить только нали-
      102. Изобразите перекрывание атомных орбиталей в мо-       чием водородной связи? Ответ поясните.
лекуле ацетилена. Каков тип гибридизации углерода?                     114. Между молекулами каких попарно взятых веществ воз-
      103. Сколько неспаренных электронов может иметь атом       никает водородная связь: а) НF и Н2О; б) Н2 и Н2О; в) С2Н5ОН и
хлора в нормальном и возбужденном состоянии? Распределите        Н2О; г) С2Н5ОН и С2Н5ОН? Ответ пояснить.
эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность             115. Укажите межмолекулярное взаимодействие (ориен-
хлора, обусловленная неспаренными электронами?                   тационное, индукционное, дисперсионное), которое имеет ме-
      104. Объяснить закономерность изменения длины связи        сто при: а) растворении этилового спирта в воде; б) переходе
между водородом и элементом в молекулах НF (0,092 нм), НСl       азота в жидкое состояние.
(0,128 нм), HBr (0,142 нм), HI (0,162 нм).                             116. Составьте из предложенных ниже химических эле-
      105. Объяснить закономерность изменения энергии            ментов формулы веществ с а) ионным; б) ковалентным типом
(кДж/моль) связи между водородом и элементом в молекулах         связи: Сl, C, Si, K, F, H, O. Какое из веществ будет образовы-
НF (561,5), НСl (427,2), HBr (359,9), HI (294,3).                вать водородные связи?
      106. Фосфор образует соединения с водородом, хлором, ка-         117. Изобразить электронное строение молекулы BeBr2
лием. Какие из связей наиболее и наименее полярны? В сторону     методом ВС. Указать тип гибридизации атомных орбиталей и
какого атома смещается в каждом случае электронная плотность?    геометрию молекулы.
      107. Каковы типы связей в соединениях СНСl3, CO, NiCl2,          118. Какую химическую связь называют ионной? Чем она
H2SiO3, KOH? Ответ обосновать.                                   отличается от ковалентной? Выберите из нижеуказанных со-
                                                            71   72


единений вещества с ионным типом связи и напишите уравне-        терны свойства лигандов, а для каких – комплексообразовате-
ния превращения соответствующих ионов в нейтральные ато-         лей: H2O, OH–, F–, NH3, NH4+, CO, Cr3+, Ni2+, Cu2+? Приведите
мы: HBr, CaBr2, SO2, Na2O, CsCl.                                 примеры комплексных соединений с указанными частицами.
     119. Какой тип гибридизации электронных облаков в мо-             128. Определите заряд иона комплексообразователя и
лекулах BeH2, SiH4, CS2, BBr3? Какую пространственную кон-       комплексного иона в соединениях [Ni(NH3)6]SO4; K2[HgI4];
фигурацию имеют эти молекулы?                                    Na[Ag(CN)2]. Назовите эти соединения.
     120. Из предложенных веществ: H2O, Cl2, He, NH3, CH4,             129. Составьте уравнения электролитической диссоциа-
выберите соединения, неспособные к ориентационному и ин-         ции веществ: [Pt(NH3)4]Cl4; [Ni(NH3)3Cl3]Cl; K2[Cd(CN)4]. Чему
дукционному взаимодействиям.                                     равны координационные числа комплексообразователей?
     121. Определите степень окисления комплексообразова-              130. Напишите координационные формулы комплексных
теля и заряд комплексного иона в соединениях К3[Co(NO2)6];       соединений хрома, имеющих состав CrCl36H2O; CrCl33KCN;
K[Au(CN)4]; [Pt(NH3)4Cl2]; Na3[AlF6]. Назовите эти соединения.   CrBr3KBr2NH3. Назовите записанные соединения.
     122. Составьте уравнения электролитической диссоциа-              131. Определите координационное число хрома в соеди-
ции веществ K2[Mn(CN)6]; [Ni(H2O)6]Cl2; Na4[Co(CN)4Cl2]. Че-     нениях      Li3[Cr(NO3)6];       Na3[Cr(C2O4)3];    [CrCl3(NH3)3];
му равны координационное число и степень окисления ком-          K[Cr(CN)Br3(NH3)2]. Назовите эти вещества.
плексообразователя?                                                    132. Используя в качестве лигандов CN–, напишите ком-
     123. Определите заряд (х) следующих ионов:                  плексы с Fe3+, Cd2+, Ag+, Zn2+. Укажите названия этих соединений.
             [Pd(NH3)2H2OCl]x; [Co(NO2)4(NH3)2]x;                      133. Составьте координационные формулы семи комплекс-
                  [PtCl(OH)5]x; [Au(CN)2Br2]x.                   ных соединений, которые можно получить из сочетания частиц
Степени окисления: Pd+2; Co+3; Pt+4; Au+3. Напишите формулы      Со+3; NH3; NO2–; K+(координационное число кобальта равно 6).
соединений, содержащих эти комплексные ионы. Назовите ка-              134. Какие комплексные соединения называют катион-
ждое из полученных соединений.                                   ными, анионными, нейтральными? К каким из них относятся
     124. Напишите формулы веществ: хлорид оксалатотетра-        следующие соединения: H[AuCl4], [PtBr3(NH3)3]Cl, Na2[Zn(OH)4],
амминхрома (III), гексафторосиликат натрия, гидроксид тетра-     [CrOH(H2O)2(NH3)3]Cl2, [Ni(H2O)6]Cl2, [Pb(NH3)2Br2]? Назовите эти
амминмеди (II). Укажите значения степеней окисления и коор-      соединения.
динационных чисел комплексообразователей.                              135. Определите заряд комплексного иона и допишите ион
     125. Чему равны степень окисления и координационное         внешней сферы, после чего назовите каждое из полученных со-
число комплексообразователя в комплексных соединениях            единений: [Co3+(H2O)6], [Co2+(CN)4], [Al(OH)6], [Cr(OH)3(H2O)3].
K2[HgBr4]; Na3[Co(NH3)6]; [Cu(H2O)4](OH)2; [PtCl4(H2O)2]? На-          136. Иодид серебра растворяется в KCN и не растворяется
зовите эти соединения.                                           в аммиаке. Напишите уравнение соответствующих реакций.
     126. Чему равны степень окисления и координационное               137. Что называется константой нестойкости комплексно-
число комплексообразователя в комплексных соединениях            го иона? Напишите выражения констант нестойкости для ком-
K4[Pb(S2O3)3]; Na2[HgI4]; K6[Cu(P2O7)2]?                         плексных ионов: [CuCl2]–, [Cu(NH3)4]2+, [Fe(CN)6]3–.
     127. Для каких из приведенных молекул и ионов харак-
                                                            73   74


     138. Назовите комплексные соединения [Pt(NH3)2Cl2];              9. Дайте определения энергии ионизации, сродства к элек-
[Ni(NH3)4(H2O)2]Cl2; [Cr(NH3)5(NO2)]Cl3. Чему равна степень      трону и электроотрицательности.
окисления и координационное число комплексообразователя?              10. Приведите основные характеристики химической связи.
     139. Составьте координационные формулы следующих ком-            11. Между атомами каких элементов возникает ковалентная
плексных соединений кобальта: CoCl34NH3; CoBr34NH32H2О;       неполярная связь, ковалентная полярная связь и ионная связь?
CoCl34NH3H2O в водных растворах. Координационное число         Укажите основные свойства ковалентной и ионной связи.
кобальта (III) равно 6. Назовите эти соединения.                      12. Что такое гибридизация атомных орбиталей и как она
     140. Приведите по два примера катионных, анионных и         определяет пространственную конфигурацию молекул?
нейтральных комплексных соединений. Укажите, чему равны               13. Как осуществляется металлическая связь? Какими свой-
степень окисления и координационное число комплексообразо-       ствами она обладает?
вателя в каждом из них. Назовите эти соединения.                      14. Какова природа сил Ван-дер-Ваальса? Перечислите
                                                                 три составляющие этих сил. Какой вид межмолекулярного
                     Контрольные вопросы                         взаимодействия является универсальным и действует между
                                                                 любыми частицами?
     1. Какое уравнение является основным уравнением кван-            15. Какая связь называется водородной?
товой механики?                                                       16. Какие соединения называют комплексными? Как про-
     2. Что называют атомной орбиталью?                          исходит их диссоциация?
     3. Какие квантовые числа определяют размер, форму и              17. В каких агрегатных состояниях может находиться ве-
ориентацию в пространстве электронного облака?                   щество? В чем особенность аморфного и кристаллического со-
     4. Чем определяется и чему равно число АО на s-, p-, d- и   стояния твердого вещества?
f-энергетических подуровнях?                                          18. Классифицируйте кристаллические решетки в зависи-
     5. Дайте современную формулировку периодического за-        мости от характера химической связи. Как отличаются свойства
кона. Какова структура периодической системы? Что определя-      веществ с различным типом кристаллических решеток?
ет число периодов, групп и подгрупп?
     6. Что называют энергией ионизации? Какие свойства ато-
мов она характеризует?
     7. Что называют сродством атома к электрону? Для каких
элементов эта величина имеет наибольшее положительное зна-
чение и для каких – отрицательное значение?
     8. Что называют абсолютной и относительной электроот-
рицательностью? Как по значению этой величины можно су-
дить о направлении смещения электронной плотности при об-
разовании связей?

                                                            75   76


         5. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА                           новном, следующими функциями состояния: внутренняя энер-
                                                               гия (U), энтальпия (H), энтропия (S), свободная энергия Гиб-
                   5. 1. Основные понятия                      бса (G), свободная энергия Гельмгольца (F).
                                                                    Каждая из функций «отвечает» за одну из сторон харак-
     Превращения одних видов энергии и работы в другие изу-    теристики состояния вещества или процесса, а совокупность
чает наука термодинамика.                                      значений всех функций позволяет провести полный термо-
     Раздел термодинамики, изучающий обмен энергией и          динамический анализ химического превращения.
массой между химическими системами, называют химиче-
ской термодинамикой.                                                   5.2. Первый закон термодинамики. Энтальпия
     Совокупность веществ, находящихся во взаимодействии,
мысленно выделенная из окружающей среды, называется сис-            Внутренняя энергия (U) – запас энергии системы, сла-
темой.                                                         гающийся из кинетической энергии движения составляющих ее
     В зависимости от характера взаимодействия системы с       частиц (молекул, атомов и др.) и потенциальной энергии их
окружающей средой различают открытые, закрытые и изолиро-      взаимодействия. Таким образом, U – это весь запас энергии
ванные системы. Открытой системой называется система, ко-      системы, кроме потенциальной энергии ее положения и кине-
торая может обмениваться энергией и массой с окружающей        тической энергии всей системы в целом.
средой. Закрытой системой называется система, которая может         Изменение внутренней энергии (ΔU) можно определить,
обмениваться с окружающей средой только энергией. Изолиро-     пользуясь законом сохранения энергии (1-й закон термодина-
ванной системой называется система постоянного объема, в ко-   мики): теплота, подведенная к системе, расходуется на изме-
торой не происходит обмена с окружающей средой ни массой,      нение внутренней энергии и работу против внешних сил. В ка-
ни энергией.                                                   честве работы учитывают, в основном, работу газа против
     Отдельная часть системы, отделенная от других ее частей   внешнего давления (расширение газа):
хотя бы одной поверхностью раздела, называется фазой. Сис-                          Q = ΔU + A,                       (5.2.1)
тема, состоящая из веществ, находящихся в одной фазе, назы-    где Q – количество сообщенной системе теплоты; А – суммарная
вается гомогенной. Система, состоящая из веществ, находя-
                                                               работа, совершенная системой (А1–2 = ∫РdV); U = U2 – U1 – из-
щихся в разных фазах, и имеющая хотя бы одну поверхность
                                                               менение внутренней энергии.
раздела, называется гетерогенной.
                                                                    Большинство процессов протекает при постоянном давле-
     Для характеристики внутреннего состояния вещества в
                                                               нии (Р = const). При этом
химической термодинамике используют термодинамические
                                                                                   А 1–2 = Р(V2 – V1),                (5.2.2)
функции состояния. Функции состояния обладают общим
свойством: изменение любой из них зависит только от началь-    а
ного и конечного состояний системы и не зависит от того, ка-     ΔQ = ΔU + А = U2 – U1 + РV2 – РV1 = (U2 + РV2) –     (5.2.3)
ким именно способом это изменение осуществилось.                                  – (U1 + РV1).
     В рамках изучения дисциплины химии оперируют, в ос-       Введя обозначение
                                                          77   78


                        U + РV = Н,                           где Нкон – конечное, а Нисх – исходное энергетическое со-
получим                                                       стояние системы. Положительное значение ΔН получается в
                 ΔQ = Н2 – Н1 = ΔH,                (5.2.4)    том случае, когда Нкон > Нисх, т. е. когда система поглощает
где Н – функция состояния, которую называют энтальпией        энергию в ходе процесса (эндотермический процесс). В случае,
системы.                                                      когда система выделяет энергию (экзотермический процесс),
     Таким образом, изменение энтальпии для реакций, про-     т. е. когда Нкон  Нисх., Н имеет отрицательное значение.
исходящих при постоянном давлении, равно количеству теп-      Соответственно
лоты, выделяющейся или поглощающейся данной системой.                                Н = – Q.                        (5.2.5)
                                                                    Для сравнения свойств термодинамических систем введе-
                     5.3. Термохимия                          но понятие «стандартное состояние», за которое принимается
                                                              такое физическое состояние вещества, в котором оно существу-
     Раздел химической термодинамики, посвященный изуче-      ет при давлении 101,3 кПа и данной температуре. Величины,
нию тепловых эффектов химических реакций, называется          относящиеся к стандартному состоянию, называются стандарт-
термохимией.                                                  ными и записываются с верхним индексом «0». В термодина-
     Тепловым эффектом химической реакции называется ко-      мике чаще всего стандартные величины приводятся при темпе-
личество энергии, выделяемое или поглощаемое системой в хо-   ратуре 298 К.
де реакции при условии, что                                         Для расчета стандартной энтальпии реакции используются
     а) в системе имеет место только работа расширения;       значения стандартных энтальпий образования веществ. Стан-
     б) температура продуктов реакции и исходных веществ      дартной теплотой (энтальпией) образования сложного ве-
одинакова;                                                                   0
                                                              щества (fН 298, кДж/моль) называется количество энергии
     в) V = const или Р = const.
                                                              (теплоты), выделяемое или поглощаемое при образовании од-
     Уравнение химической реакции, в котором приведено
                                                              ного моля сложного вещества из простых при стандартных ус-
значение теплового эффекта этой реакции (Q) и указаны агре-
                                                              ловиях (Р = 1,013·10 5 Па и Т = 298 К). Значения стандартных
гатные состояния реагентов и продуктов, называется термо-
                                                              энтальпий образования веществ приведены в справочниках.
химическим.
                                                              Стандартные энтальпии образования простых веществ (О2, С,
     Химические реакции, протекающие с выделением теплоты
                                                              Na, Cl2 и др.), устойчивых при стандартных условиях, условно
в окружающую среду, называются экзотермическими (Q>0).
                                                              приняты равными нулю.
Химические реакции, протекающие с поглощением теплоты из
                                                                    В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса и
окружающей среды, называются эндотермическими (Q<0).
                                                              следствия из него.
     В термодинамике изменение энергетического состояния
                                                                    Закон Гесса: тепловой эффект химической реакции не за-
системы описывается величиной энтальпии Н. Абсолютное
                                                              висит от того, протекает ли реакция в одну или несколько
значение энтальпии определить нельзя, поэтому в химической
                                                              стадий, а определяется только начальным и конечным со-
термодинамике оперируют значениями изменения энтальпии:
                                                              стоянием реагирующих веществ.
                       ΔН = ΔНкон – ΔНисх,
                                                         79   80



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика