Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

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

Автор/создатель: Лямина Г.В., Шепеленко Т.С., Лапова Т.В., Давыдова Н.Г.
Год: 2009 
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.
Показать полное описание документа
Популярные ресурсы рубрик:
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей: 4.2
Количество голосов: 5
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

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