Periodichesky_zakon_-_kontrolnye_voprosy_1

61

2.9. Элементы VIII группы

2.9.1. Элементы VIIIA-подгруппы

1. В чем состоит особая роль VIIIAподгруппы в понимании структуры Периодической системы и химических свойств остальных элементов?

2. Как давно в периодической системе возникла VIIIA-подгруппа? Что было до этого? Каковы основания для выделения VIIIAподгруппы?

3. Какой из элементов VIIIAподгруппы был открыт первым? Как это произошло? Какие проблемы при этом возникли?

4. Сопоставьте распространенность в природе элементов VIIIAподгруппы. Где на Земле можно ожидать присутствие гелия и радона? Как Вы думаете, почему эти элементы так резко различаются по распространенности?

5. Как на протяжении ХХ века изменялось общее название элементов VIIIA-подгруппы? Как они сейчас называются, и какой смысл вкладывается в это групповое название?

6.Обсудите происхождение наименований элементов VIIIA-подгруппы. Что они означают?

7.Как и почему меняются температуры плавления и кипения в ряду He – Ne – Ar – Kr – Xe – Rn, а также их растворимость в воде?

8.Каковы кристаллические структуры инертных и благородных газов в твердом состоянии (при низких температурах)? Как можно объяснить существование таких структур для этих веществ? Согласуются ли эти структуры с правилом Юм-Розери 8 – N?

62

9.Какой из перечисленных экспериментальных фактов может служить доказательством одноатомности газообразного неона: а) неон не образует соединений с другими элементами; б) плотность неона примерно в 2 раза меньше, чем плотность аргона; в) плотность неона примерно в два раза меньше, чем плотность фтора?

10.Почему радон часто называют сильнейшим радиоактивным ядом?

11.С каких позиций можно объяснить уникальные свойства жидкого гелия – невозможность перехода в твердое состояние при обычном давлении, сверхтекучесть и т. п.?

12.Что такое соединения включения, аддукты, клатраты? Какие из этих понятий являются синонимами?

13.Какие молекулы исполняют роль «хозяев», а какие – «гостей» в так на-

зываемых гидратах благородных газов? Почему точные формулы этих соединений имеют вид Х . 5,75Н2О (а приближенно – Х . 6Н2О)?

14.Почему гидраты благородных газов (и аналогичные соединения с органическими растворителями) не следует рассматривать как комплексы, подобные, например, аквакомплексам переходных металлов?

15.Непосредственным синтезом в жестких условиях можно получить XeF2. Как, исходя из этого соединения, получить фториды ксенона, отвечающие более высоким его степеням окисления? К какому типу относятся эти реакции?

16.Чем и почему отличается разложение XeF8 от разложения остальных фторидов ксенона? Как эта реакция характеризует окислительную способность Хе+8?

17.Какими характерными свойствами обладают фториды ксенона?

18.Каково пространственно-геометрическое строение оксофторидов и оксидов ксенона?

19.Как можно объяснить тот факт, что для ксенона в его соединениях наблюдаются только четные степени окисления?

20.Почему при рассмотрении трехцентровой связи в XeF2 с позиций ММО одна молекулярная орбиталь обязательно должна быть несвязывающей?

21.Пользуясь ММО, покажите возможность (или невозможность) существо-

вания катионов XeF+, HeH+, He2+ и NeXe+.

63

22.Основываясь на методе валентных связей и представлении о гибридизации, определите одинаковую или разную геометрическую форму имеют молекулы следующих веществ:

KrF2, XeCl2, TeCl2, NF2, SnCl2, BeCl2.

23.Приведите все возможные доводы в пользу того факта, что, хотя оксид ксенона (VI) в свободном виде чрезвычайно взрывоопасен, водный раствор его безопасен в обращении. Какой продукт образуется при его взаимодействии с водой?

24.Предскажите сравнительно силу кислот H2XeO4 и H4XeO6 в водном растворе.

25.Какими способами можно получить перксенаты? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

26.На примере фторокомплексов ксенона покажите, как меняются их ки- слотно-осно´вные свойства в зависимости от степени окисления ксенона.

27.Определите, какие свойства проявляет фторид криптона KrF2, когда он обеспечивает протекание следующих процессов:

а) ClF2 → ClF5, б) Xe → XeF6.

28.В чем заключается химическая причина протекания до конца реакции обмена между Ba2XeO6 и концентрированной серной кислотой?

2.9.2. Элементы VIIIB-подгруппы

2.9.2.1. Общие закономерности

1.Чем можно объяснить своеобразие структуры VIIIB-подгруппы, не похожей на все остальные группы и подгруппы Периодической системы?

2.Приведите все возможные доводы целесообразности изучения химиче-

ских свойств элементов VIIIB группы по следующей схеме: Fe – Co – Ni; Ru – Os; Rh – Ir; Pd – Pt.

3.Укажите, в чем состоят преимущества и недостатки схем изучения химических свойств по трем вертикальным рядам:

Fe – Ru – Os; Co – Rh – Ir; Ni – Pd – Pt

и по триадам:

Fe – Co – Ni; Ru – Rh – Pd; Os – Ir – Pt.

64

4.Приведите примеры различных, в том числе, и комплексных соединений элементов VIIIB-группы в устойчивых для каждого из них степенях окисления.

2.9.2.2. Элементы триады железа

5.Какие степени окисления наиболее характерны для элементов триады железа, и какова общая закономерность в изменении стабильных степеней окисления в ряду Fe – Co – Ni. Приведите примеры и дайте обоснование этой закономерности.

6.Происхождение названия элемента железа (как русского, так и латинского) теряется в глубине веков. А что Вы знаете о происхождении названий «кобальт» и «никель»?

7.Сопоставьте распространенность в природе и типичные минеральные формы для железа, кобальта и никеля. К какому геохимическому классу можно отнести эти элементы?

8.Каковы способы промышленного получения железа, кобальта и никеля? Как их получают в чистом состоянии?

9.Какие кристаллические структуры характерны для железа, кобальта и никеля как простых веществ? Учитывая этот факт, предположите, в каких случаях эти металлы будут образовывать между собой непрерывные твердые растворы?

10.Вам должно быть известно, что все вещества по отношению к магнитному полю подразделяются на два класса – диамагнетики и парамагнетики. А что такое ферромагнетики?

11.Для железа указываются температуры полиморфных превращений α-, γ- и δ-модификаций. Что собой представляет β-модификация железа?

12.Как можно объяснить закономерность в изменении температур плавления для железа, кобальта и никеля?

13.Охарактеризуйте отношение железа, кобальта и никеля к агрессивным средам (кислотам и щелочам).

14.Какие оксиды образуют железо, кобальт и никель при сгорании в кислороде? Какие выводы о сравнительной устойчивости различных степеней окисления для этих элементов можно сделать на основании этого факта?

65

15.Чем различаются по свойствам оксиды элементов триады железа состава Э2О3? Каким способом их можно получить?

16.К какому структурному типу принадлежат оксиды состава ЭО для элементов триады железа? О чем это говорит?

17.Какими способами можно получить гидроксиды Fe(OH)3, Co(OH)3, Ni(OH)3? Чем различается их взаимодействие с кислотами?

18.Что такое ферриты? К какому классу соединений относятся ферриты металлов в степени окисления +2? Что собой представляет с этой точки зрения оксид Fe3O4?

19.Предложите несколько способов получения феррата калия. Какой ион является носителем окраски ферратов? Выделены ли железная кислота и соответствующий оксид?

20.Охарактеризуйте состав и свойства галогенидов элементов триады железа в зависимости от природы металлов и галогенов? Какие общие закономерности здесь можно отметить?

21.Чем можно объяснить большое разнообразие солей и комплексных соединений для элементов триады железа?

22.В трех пробирках находятся растворы солей FeSO4, CoCl2, Ni(NO3)2. В каждую из них добавляют (по каплям) раствор нашатырного спирта. Опишите наблюдаемые явления и объясните их.

23.Имеются децимолярные растворы перхлоратов железа (II), кобальта (II) и никеля (II). Не проводя расчетов, укажите, какова реакция среды в этих растворах. Для какого из растворов значение рН будет выше?

24.При кипячении водного раствора смеси нитрата железа (III) и карбоната калия выпадает осадок и выделяется газ. При добавлении избытка раствора щелочи и бромной воды осадок переходит в раствор. Укажите окраску конечного раствора. Приведите уравнения протекающих реакций.

25.Объясните, почему питьевая вода не должна содержать избытка катионов железа (II). Считая, что железо (II) находится в жесткой воде в форме растворимого гидрокарбоната, предложите наиболее простой способ перевода катионов железа (II) в осадок метагидроксида железа (III). Как Вы считаете, удается ли таким способом удалить железо из раствора полностью? Дайте аргументированный ответ.

66

26.Каких комплексов у элементов триады железа больше – высокоили низкоспиновых? Почему?

27.Будут ли низкоспиновые комплексы железа (II) и железа (III) диамагнитными или парамагнитными? Что в этом отношении можно сказать об аналогичных соединениях кобальта и никеля в степенях окисления +2 и +3?

28.Укажите состав и название простейшего карбонильного комплекса железа. Каково его агрегатное состояние при комнатной температуре? Является ли комплекс высокоили низкоспиновым, диаили парамагнитным? Какой тип гибридизации АО определяет его геометрическую форму? Этот комплекс хорошо смешивается с бензолом и этанолом и практически не смешивается с водой. Приведите все возможные доводы для объяснения этого факта. Можно ли взаимодействие этого вещества с горячей водой назвать гидролизом? Дайте мотивированный ответ.

29.Есть ли различие в наборе гибридных АО, которые образуют комплексы [Fe (H2O)6]2+ и [Fe (CN)6]4−? Есть ли различие в их геометрической конфигурации? Какой из них более прочен?

30.Объясните, почему не образуется сульфид и иодид железа (III). Допишите

уравнения реакций

а) Fe3+ + I− = … ; б) Fe2(SO)3 + (NH4)2S = …

31.Как из K4[Fe (CN)6] получить железистосинеродистую кислоту, которая хорошо растворяется в воде? Почему эта кислота является сильной в отличие от слабой синильной кислоты?

32.Напишите химические формулы желтой и красной кровяной соли. Почему одна из них красная, а другая – желтая? Для какого соединения константа нестойкости будет меньше и почему?

33.Для комплексных ионов [Fe (CN)6]4− и [Fe (CN)6]3− покажите: а) тип гибридизации АО центрального атома и геометрическую конфигурацию ионов; б) их магнитные свойства; в) являются ли они высокоили низкоспиновыми и чем это определяется; г) какова их прочность по сравнению с аммин- и аквакомплексами.

34.Почему при разбавлении водой синий раствор тетрароданида кобальта (II) становится розовым? При каких условиях он снова приобретает синий цвет?

35.Каков состав так называемого роданида железа (III)? Как называются подобные соединения?

67

36.Каков состав «турнбуллевой сини» и «берлинской лазури», которые образуются при действии красной или желтой кровяной соли на соединения

железа в степени окисления +3 и +2 (качественная реакция на ионы Fe2+

и Fe3+)?

37.Почему оксалатный комплекс [Fe(C2O4)3]3- обладает очень малой константой нестойкости? Каково координационное число железа в этом комплексе?

38.Объясните причину различной устойчивости комплексов [Co (NH3)6]2+ и

[Co (NH3)6]3+ .

39.К высокоили низкоспиновым относятся комплексы [Co(NH3)6]2+, [Co(CN)6]4− и [Co (H2O)6]3+? Чем объясняется высокая восстановительная способность низкоспиновых комплексов кобальта (II) и высокая окислительная способность высокоспиновых комплексов кобальта (III)?

40.Какую геометрическую конфигурацию имеют ионы [Ni(CN)4]2− и [Ni(NH3)4]2+ ? Чем определяется различие в их строении?

41.Какой тип гибридизации центральных атомов металлов определяет геометрическую конфигурацию комплекса карбонила никеля? Укажите состав карбонила кобальта. Чем карбонил кобальта отличается от аналогичных соединений железа и никеля?

42.Что такое черная металлургия? Какие сплавы являются основой черной металлургии? Какая еще бывает металлургия?

2.9.2.3. Платиновые металлы

43.В чем заключаются и чем обусловлены особенности электронного строения платиноидов? Чем обусловлена близость атомных радиусов, потенциалов ионизации и электроотрицательностей этих элементов? Как это сказывается на свойствах платиноидов?

44.Откуда происходят и что означают названия элементов семейства платиноидов?

45.Почему платиновые металлы являются лучшими комплексообразователями в периодической системе?

46.В чем проявляется генетическая связь между элементами VIIB, VIIIB и IB подгрупп Периодической системы, и чем она обусловлена?

68

47.К какой категории относятся платиноиды в геохимическом отношении? В каких месторождениях они встречаются? Какие выводы общего плана о химии этих элементов можно сделать на основании этих фактов?

48.Каковы общие принципы выделения и очистки (аффинажа) платиновых металлов? На чем основано их разделение?

49.Какие кристаллические структуры характерны для платиноидов? Чем можно объяснить тот факт, что при близости свойств всех платиноидов плотности двух триад (5 и 6 периодов) различаются примерно в два раза, а в пределах каждой триады плотности металлов очень близки? Почему металлы второй триады (Os, Ir, Pt) обладают наивысшими плотностями в периодической системе?

50.Охарактеризуйте отношение платиноидов к агрессивным средам (кислотам и щелочам). Запишите уравнения протекающих реакций.

51.Каково отношение платиноидов к кислороду при нагревании? Какую информацию о химии этих элементов можно извлечь из этих закономерностей?

52.Как Вы думаете, чем можно объяснить резкое отличие палладия от остальных платиноидов по отношению к водороду?

53.Почему оксиды Ru и Os в высшей степени окисления этих элементов химически не взаимодействуют с водой с образованием устойчивых гидратных форм?

54.В чем проявляется кислотная природа высших оксидов рутения и осмия?

Как называются соединения, подобные H2[OsO4(OH)2], H2[PtCl4(OH)2] и т. п.? Как они образуются?

55.Приведите экспериментальные факты, подтверждающие различие стабильности степеней окисления +4 и +8 для рутения и осмия.

56.Как можно получить рутенаты и осматы, отвечающие степени окисления +6? Почему возможно получение перрутенатов (+7), но не существуют аналогичные перосматы?

57.Какие степени окисления характерны для элементов второй вертикальной диады платиноидов (Rh, Ir)? Какие формы оксидов и гидроксидов известны для этих элементов? Какими свойствами они обладают? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

69

58.Какие оксиды и соответствующие им гидратные формы известны для палладия и платины? Какими свойствами они обладают?

59.Почему роль галогенидов как характеристических соединений особенно важна для элементов семейства платиноидов?

60.Охарактеризуйте общие закономерности и индивидуальные особенности взаимодействия платиноидов с галогенами. Какие степени окисления наиболее характерны для этих элементов, и каковы закономерности в изменении их стабильности по триадам?

61.Для каких элементов семейства платиноидов наиболее характерны, а для каких наименее характерны соли кислородсодержащих кислот?

62.Какие элементы из семейства платиноидов наиболее склонны к образованию двойных солей типа квасцов?

63.Почему для семейства платиноидов значительно более распространены диамагнитные комплексы, чем для элементов триады железа?

64.Как и почему изменяется устойчивость галогенидных комплексов для палладия и платины в степени окисления +2?

65.Какова сила кислот Н2[ЭГ4] для палладия и платины? Каково пространст- венно-геометрическое строение соответствующих анионов?

66.Объясните тот факт, что для комплекса [PtCl4]2− возможно экспериментальное определение общей константы устойчивости, а для комплекса [PtCl6]2− это пока не представляется возможным?

67.При нагревании хлорида тетраамминплатины (II) образуется транс-изомер комплекса дихлородиамминплатина, а при действии аммиака на тетрахлороплатинат (II) калия образуется цис-изомер этого комплекса. Объясните этот экспериментальный факт.

68.Чем «знаменито» соединение O2[PtF6] в формировании современного облика VIII группы. Как оно может быть получено? Почему гексафторид платины называют суперокислителем.

70

СОДЕРЖАНИЕ 1. Периодический закон как основа химической систематики

1.1. Структура периодической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2. Простые вещества как гомоатомные соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3. Бинарные химические соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.4. Многокомпонентные химические соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. Химия элементов

2.1. Водород . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2. Элементы I группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.1. Элементы IA-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.2. Элементы IB-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.3. Элементы II группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1. Элементы IIА-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.2. Элементы IIB-подгруппы .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.4. Элементы III группы . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 2.4.1. Элементы IIIA-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 2.4.1.1. Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..19 2.4.1.2. Бор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.1.3. Алюминий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.4.1.4. Подгруппа галлия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.4.2. Элементы IIIB-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5. Элементы IV группы .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 24 2.5.1. Элементы IVA-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 2.5.1.1. Углерод . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 2.5.1.2. Кремний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.5.1.3. Подгруппа германия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.5.2. Элементы IVB-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.6.. Элементы V группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.6.1. Элементы VA-подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34