Нет, так как значение эквивалента элемента зависит от характера превращения, претерпеваемого им при образовании химического соединения.

76.47 ед. м. Cr соединены с 23.53 ед. м. О

m_{э 1} Cr ---------------------- 8 ед. м. О.

m_{э 1} = 76.47 * 8 / 23.53 = 26.00,

аналогично:

m_{э 2} = 68.42 * 8 / 31.58 = 17.33,

m_{э 3} = 52.0 * 8 / 48.0 = 8.67.

В₁ = М(Cr) / m_{э 1} = 52 / 26.00 = 2 CrO

В₂ = М(Cr) / m_{э 2} = 52 / 17.33 = 3 Cr₂O₃

В₃ = М(Cr) / m_{э 3} = 52 / 8.67 = 6 CrO₃.

2

Фактор эквивалентности для кислорода равен ½, следовательно объем эквивалента 22.4 * ½ = 11.2 литра.

Э(О) = 0.23 / 11.2 = 0.02 моль-экв.

Значит, количество эквивалента металла должно быть тоже равно 0.02. Отсюда

0.5 г (Ме) -------- 0.02 моль-экв

m_Э (Me) ---------- 1 моль-экв

m_э = 0.5 / 0.02 = 25.00 г / моль.

М = m_э * В = 25.00 * 2 = 50 г / моль.

3.

8.9 ед. м. Н соединены с 91.1 ед. м. Х

1 ед. м. Н ----------------- m_э

m_э = 91.1 * 1 / 8.9 = 10.2 г / моль.

М = m_э * В = 10.2 * 3 = 30.6 г / моль.

Формула гидрида РН₃.

4.

Фактор эквивалентности для водорода равен ½, следовательно объем эквивалента 22.4 * ½ = 11.2 литра.

Э(Ме) = 0.45 / 20 = 0.0225 моль-экв.

Значит, количество эквивалента израсходованной кислоты и выделившегося водорода должно быть тоже равно 0.0225. Отсюда

V л. (Н₂) -------- 0.0225 моль-экв

11.2 л. (Н₂) ---------- 1 моль-экв

V = 0.0225 * 11.2 / 1 = 0.252 л.

Масса эквивалента КОН равна 56 г / моль, следовательно

Э(Н₃РО₃) = Э(КОН) = 1.291 / 56 = 0.023 моль-экв.

0.943 г (Н₃РО₃) -------- 0.023 моль-экв

m_Э (Н₃РО₃) ------------ 1 моль-экв

m_э = 0.943 * 1 / 0.023 = 41.000 г / моль.

основность кислоты равна М(Н₃РО₃) / m_Э (Н₃РО₃) = 82 / 41 = 2.

Н₃РО₃ + 2КОН = К₂РНО₃ + 2Н₂О.

6

Фактор эквивалентноси для CuOHNO₃ равен ½, следовательно

m_э = ½ * М(CuOHNO₃) = ½ * 143 = 71.5 г / моль.

Фактор эквивалентноси для Na₂HPO₄ равен 1/3, следовательно

m_э = 1/3 * М(Na₂HPO₄) = 1/3 * 142 = 47.33 г / моль.

№7

На нейтрализацию 7,330г фосфорноватистой кислоты пошло 4,4444г . Вычислите количества вещества эквивалента и молярную массу эквивалента фосфорноватистой кислоты, ее основность и напишите уравнение реакции нейтрализации.

Решение:

Молярная масса эквивалента равна его молярной массе

Вещества взаимодействуют между собой в массах, пропорциональных их молярным массам эквивалента:

Молекулярная масса :

Т.е. эквивалент в данной реакции равен 1,

Следовательно, уравнение реакции:

8.

Количество эквивалентов алюминия равно количеству эквивалентов выделившегося водорода, а значит магния нужно тоже столько же.

Э(Mg) = Э(Al) = 26.97 / 8.99 = 3 моль-экв.

m(Mg) = m_Э(Mg) * Э(Mg) = 12.16 * 3 = 36.48 г.

9.

Фактор эквивалентноси для Fe(OH)₂CH₃COO равен 1/3 поскольку по уравнению с одним его моль реагирует 3 моль-экв азотной кислоты, следовательно

m_э = 1/3 * М(Fe(OH)₂CH₃COO) = 1/3 * 149 = 49.66 г / моль.

Фактор эквивалентноси для КН₂РО₄ равен 1 поскольку по уравнению с одним его моль реагирует 1 моль-экв едкого кали, следовательно

m_э = 1 * М(КН₂РО₄) = 1 * 136 = 136 г / моль.

10

2.5 / 4.1 = (m_э(Ме) + m_э(СО₃^2-)) / (m_э(Ме) + m_э(NO₃^-))

Обозначим молярную массу эквивалента металла за Х:

2.5 / 4.1 = (Х + ½ * 60) / (Х + 62)

2.5 * (Х + 62) = 4.1 * (Х + 30)

2.5Х + 155 = 4.1Х + 123

1.6Х = 32

Х = 20 г / моль.

№11

Вычислите количество вещества эквивалента и молярную массу эквивалента гидрокарбоната кальция и хлорида дигидроксоалюминия

Решение:

Значение эквивалента равно количеству замещенных атомов водорода или гидроксильных групп. В реакции , эквивалент равен 1. Эквивалентная масса равна молярной массе вещества, поскольку в реакции замещается 1 эквивалент КОН.

Молярная масса эквивалента равна:

Во второй реакции . Один моль реагирует с 2 молями , эквивалент равен 2. Молярная масса эквивалента равна ее молярной массе. Молярная масса эквивалента эквивалента равна половине молярной массы

12

Э(Н₃РО₄) = Э(NaOH) = m(NaOH) / m_Э(NaOH) = 7.998 / 40 = 0.2 моль.

9.797 г Н₃РО₄ ------- 0.2 моль-экв.

m_Э Н₃РО₄ -------------- 1моль-экв.

m_Э = 9.797 / 0.2 = 49 г / моль

Основность равна М(Н₃РО₄) / m_Э(Н₃РО₄) = 98 / 49 = 2

Н₃РО₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O

Ответ: 49 г / моль; 0.2 моль; 2.

13

2.7 / 6.3 = (m_э(Ме) + m_э(О^2-)) / (m_э(Ме) + m_э(NO₃^-))

Обозначим молярную массу эквивалента металла за Х:

2.7 / 6.3 = (Х + ½ * 16) / (Х + 62)

2.7 * (Х + 62) = 6.3 * (Х + 8)

2.7Х + 167.4 = 6.3Х + 50.4

3.6Х = 117

Х = 32.5 г / моль.

14

1.3 / 2.85 = (m_э(Ме) + m_э(ОН^-)) / (m_э(Ме) + m_э(SO₄^2-))

Обозначим молярную массу эквивалента металла за Х:

1.3 / 2.85 = (Х + 17) / (Х + ½ * 96)

1.3 * (Х + 48) = 2.85 * (Х + 17)

1.3Х + 62.4 = 2.85Х + 48.45

1.55Х = 13.95

Х = 9 г / моль.

15.

а) n = 6.02*10²¹ / 6.02*10²³ = 0.01 моль NH₃.

m_Э(N) = 1/3 * M(N) = 1/3 * 14 = 4.67 г / моль.

б) n = 1.20*10²⁴ / 6.02*10²³ = 2 моль H₂S.

m_Э(S) = 1/2 * M(S) = 1/2 * 32 = 16 г / моль.

в) n = 2.00*10²³ / 6.02*10²³ = 0.32 моль HСl.

m_Э(Cl) = 1 * M(Cl) = 1 * 35.5 = 35.5 г / моль.

16

а) Из закона Авогадро вытекает, что массы равных объёмов различных газов, взятых при одинаковых условиях, относятся друг к другу как их молекулярные массы. Данное отношение называется относительной плотностью. Приведём массы к одному объёму 0.2 л.:

0.5 л Н₂ ------ 0.045 г Н₂

0.2 л Н₂ ------ m

m = 0.2 * 0.045 / 0.5 = 0.018 г

D_H = m(X) / m(H₂) = 0.328 / 0.018 = 18.222

M(X) = D_H * M(H₂) = 18.222 * 2 = 36.444 г / моль.

б) 22.4 л ------ 1 моль

0.2 л -------- n

n = 0.2 / 22.4 = 0.009 моль.

M = m / n = 0.328 / 0.009 = 36.444 г / моль

17

n = 3.01*10²¹ / 6.02*10²³ = 0.005 моль

22.4 л ---------- 1 моль

V ------------ 0.005 моль

V = 22.4 * 0.005 = 0.112 л.

M = m / n = 0.22 / 0.005 = 44 г / моль.

18

а) Из закона Авогадро вытекает, что массы равных объёмов различных газов, взятых при одинаковых условиях, относятся друг к другу как их молекулярные массы. Данное отношение называется относительной плотностью. Приведём массы к одному объёму 0.5 л.:

0.25 л О₂ ------ 0.3572 г О₂

0.5 л О₂ ------ m

m = 0.5 * 0.3572 / 0.25 = 0.7144 г

D_H = m(X) / m(О₂) = 0.3805 / 0.7144 = 0,5326

M(X) = D_H * M(О₂) = 0.5326 * 32 = 17 г / моль.

б) 22.4 л ------ 1 моль

0.5 л -------- n

n = 0.5 / 22.4 = 0.0223 моль.

M = m / n = 0.3805 / 0.0223 = 17 г / моль.

19

Найдём массу атома углерода и по определению умножим на 1/12:

m_o(C) = M(C) / N_A = 12.01 / 6.02*10²³ = 1.20*10^-23 г

m_o = m_o(C) * 1/12 = 1.20*10^-23 * 1/12 = 1.66*10^-24 г

m_о(H₂SO₄) = M(H₂SO₄) * m_o = 98 * 1.66*10^-24 = 1.628*10^-22 г.

№19

Какой объём при н.у. занимает эквивалентная масса кислорода? Вычислите мольную и атомную массу двухвалентного металла, если на окисление 8,34 г этого металла пошло 0,68 л кислорода (н.у.)

№20

Какой объем (н.у.) занимает молекул газа? Определите относительную молекулярную массу газа, зная, что вычисленный объем имеет массу 1,25г. Выразите в молях это количество газа.

Решение:

Какой объем занимают молекул газа?

молекул занимают объем 22,4л

молекул занимают объем х л

л

Какое количество молей составляют молекул газа?

моль

Чему равна относительная молекулярная масса газа?

Вычислим относительную молекулярную массу по уравнению Менделеева-Клапейрона, подставив значения давления и температуру, соответствующие стандартным условиям.

21.

Масса одной углеродной единицы 1.66*10^-24 г, значит один грамм равен 1 / 1.66*10^-24 = 6.02*10²³ ед. м..

34 г Н₂S -------- 6.02*10²³

8.5 г Н₂S -------- N

N = 8.5 * 6.02*10²³ / 34 = 1.5*10²³

m_o(Н₂S) = M(Н₂S) / N_A = 34 / 6.02*10²³ = 5.66*10^-23 г.

22.

n = 0.25 / 22.4 = 0.011 моль некоторого газа.

M = m / n = 0.1898 / 0.011 = 17 г / моль.

m_o = M / N_A = 17 / 6.02*10²³ = 2.8*10^-23 г.

№23

Элемент образует несколько газообразных соединений с водородом. Рассчитайте относительную молекулярную массу элемента и назовите этот элемент, если

Соединение элемента с водородом	I	II	III	IY
Плотность по водороду	8	15	22	29
Содержание элемента в %	75,0	80,0	81,8	82,7

Решение:

Относительная плотность первого газа по второму равна отношению их мольных масс. Отсюда молекулярная масса I соединения равна:

По процентному содержанию вычисляем содержание элемента и водорода в соединении:

Атомная масса элемента равна 12, т.е. данный элемент – углерод,

Молекулярная формула данного вещества - метан.

2) молекулярная масса II соединения равна:

По процентному содержанию вычисляем содержание элемента и водорода в соединении:

Формула соединения: - этан.

молекулярная масса III соединения равна:

По процентному содержанию вычисляем содержание элемента и водорода в соединении:

Формула соединения: -пропан.

4) молекулярная масса III соединения равна:

По процентному содержанию вычисляем содержание элемента и водорода в соединении:

Формула соединения: - бутан.

24

А = 0.750 * 16 = 12 ед. м.

А = 0.274 * 44 = 12 ед. м.

А = 0.522 * 46 = 24 ед. м.

А = 0.620 * 58 = 36 ед. м.

Наименьшее число, кратное всем остальным относительным атомным массам 12. Делаем вывод, что этот элемент – углерод.

25

Из формулы D_H = M(X) / M(H₂) вытекает

M(X) = D_H * M(H₂)

M₁ = 13 * 2 = 26 г / моль

M₂ = 14 * 2 = 28 г / моль

M₃ = 39 * 2 = 78 г / моль

M₄ = 37 * 2 = 74 г / моль

А = 0.9231 * 26 = 24 ед. м.

А = 0.4286 * 28 = 12 ед. м.

А = 0.9231 * 78 = 72 ед. м.

А = 0.6486 * 74 = 48 ед. м.

Наименьшее число, кратное всем остальным относительным атомным массам 12. Делаем вывод, что этот элемент – углерод.

26.

А = 0.9725 * 36.45 = 35.45 ед. м.

А = 0.6850 * 103.50 = 70.90 ед. м.

А = 0.7976 * 133.33 = 106.35 ед. м.

А = 0.4755 * 74.55 = 35.45 ед. м.

Наименьшее число, кратное всем остальным относительным атомным массам 35.45. Делаем вывод, что этот элемент – хлор.

27.

Находим массу эквивалента металла, помня, что вещества соединяются в эквивалентных количествах:

0.28 л О₂ ----------- Э

11.2 л О₂ --------- 1 моль-экв.

Э(Ме) = Э = 0.28 / 11.2 = 0.025 моль-экв.

m_Э = m / Э = 1.5326 / 0.025 = 61.304 г / моль.

На основании правила Дюлонга-Пти определяем приблизительный атомный вес металла:

26.36 / 0.138 = 191.

Затем делением приблизительного атомного веса на эквивалент находим валентность металла (целое число):

В = 191 / 61.304 = 3.12 = 3.

Умножая эквивалент на валентность находим точный атомный вес

А = 3 * 61.304 = 183.912 ед. м.

m_o(W) = A(W) / N_A = 183.912 / 6.022*10²³ = 3.054*10^-22 г.

№28

Удельная теплоемкость металла 0,385кДж/моль*К. определите точную относительную атомную массу металла, если его молярная масса эквивалента равна 32,68г/моль. Вычислите среднюю массу одного атома этого металла в граммах. Атомная теплоемкость 26,36кДж/моль*К.

Решение:

Между удельной и атомной теплоемкостью существует связь:

Таким образом, атомная масса металла 65,36

Масса одного атома в граммах:

г

29.

Находим массу эквивалента металла, помня, что вещества соединяются в эквивалентных количествах:

66.48 % Ме ----------- m_Э

33.52 % S --------- 16.03 г / моль-экв.

m_Э = 66.48 * 16.03 / 33.52 = 31.79 г / моль-экв.

На основании правила Дюлонга-Пти определяем приблизительный атомный вес металла:

26.36 / 0.381 = 69.

Затем делением приблизительного атомного веса на эквивалент находим валентность металла (целое число):

В = 69 / 31.79 = 2.17 = 2.

Умножая эквивалент на валентность находим точный атомный вес

А = * 31.79 = 63,58 ед. м.

m_o(Сu) = A(Cu) / N_A = 63.58 / 6.022*10²³ = 1.06*10^-22 г.

30.

Находим массу эквивалента металла, помня, что вещества соединяются в эквивалентных количествах:

0.16 г О₂ ----------- Э

8 г О₂ --------- 1 моль-экв.

Э(Ме) = Э = 0.16 / 8 = 0.02 моль-экв.

m(Me) = m(оксида) - m(О) = 1.32 – 0.16 = 1.16 г.

m_Э = m(Ме) / Э(Ме) = 1.16 / 0.02 = 58.00 г / моль-экв.

На основании правила Дюлонга-Пти определяем приблизительный атомный вес металла:

26.36 / 0.117 = 225.

Затем делением приблизительного атомного веса на эквивалент находим валентность металла (целое число):

В = 225 / 58.00 = 3.88 = 4.

Умножая эквивалент на валентность находим точный атомный вес

А = 58.00 * 4 = 232.00 ед. м.

m_o(Th) = A(Th) / N_A = 232.00 / 6.022*10²³ = 3.85*10^-22 г.

31

Под изотопами понимают ядра элементов с одинаковым зарядом, но различными массами. Дробность атомных масс связана с относительной распространенностью изотопов данного элемента в природе, так как в одной клетке периодической таблицы собраны все изотопы, вклады которых в общую массу неодинаковы. То есть масса указанная в таблице Д.И.Менделеева есть средняя масса всех изотопов данного элемента взятых со своими статистическими весами. Атомы разных элементов называют изобарами.

32

Испускание электронов при ^распаде обусловлено превращением нейтрона по схеме

n^o = p⁺ + e^- + ñ^o

где ñ^о – антинейтрино.

₉₃ ²³⁸ Np = ₉₄ ²³⁸ Pu + e^-

₉₅ ²⁴² Am = ₉₆ ²⁴² Cm + e^-

33

₉₉ ²⁵³ Es + ₂ ⁴ He = ₁₀₁ ²⁵⁶ Md + ₀ ¹n

²⁵³ Es (, n) ²⁵⁶ Md

34

₉₄ ²⁴² Pu + ₁₂ ²² Ne = ₁₀₄ ²⁶⁰ Ku + ₂ ⁴ He

²⁴² Pu (₁₂ ²² Ne, ) ²⁶⁰ Ku

35

При ⁺-распаде происходит превращение протона в нейтрон по схеме:

p⁺ = n^o + e⁺ + ^o

где e⁺ - позитрон, ^o – нейтрино.

₆ ¹¹ С = ₅ ¹¹ B + e⁺

₈ ¹⁵ O = ₇ ¹⁵ N + e⁺

36

Сущность радиоактивного распада в том, что один элемент превращается в другой с испусканием одной или нескольких частиц.

₉₂ ²³⁸ U = ₈₄ ²²² Po + 4 ₂ ⁴ He

₈₄ ²²² Po = ₈₆ ²²² Rn + 2 e^-

37

₃ ⁶ Li + ₀ ¹n = ₁ ³ H + ₂ ⁴ He

⁶ Li (n, ) ₁ ³ H

38

₉₂ ²³⁸ U + ₁ ² D = ₉₃ ²³⁹ Np + ₀ ¹ n

₂₅ ⁵⁵ Mn + ₀ ¹n = ₂₃ ⁵² V + ₂ ⁴ He

₃₀ ⁷⁰ Zn + ₁ ¹ H = ₃₁ ⁷⁰ Ga + ₀ ¹ n

№39

Закончите уравнения ядерных реакций:

a)

b)

c)

d)

a)

b)

c)

d)

40

Находим по пропорции число частиц в 1000 г урана и выражаем дефект массы из формулы А.Эйнштейна.

235 г содержит 6,02*10²³ частиц

1000 г -------------- N

N = 1000 * 6.02*10²³ / 235 = 2.56 * 10²⁴

m = E / (c² * N) = 8.23*10¹³ / ((3*10⁸) * 2.56 * 10²⁴) = 3.57 * 10^-28 кг.

41

₁₇ ³⁵ Cl + ₀ ¹n = ₁₆ ³⁵ S + ₁ ¹ H

³⁵ Cl (n, p) ³⁵ S

₂₈ ⁶⁰ Ni + ₁ ¹H = ₂₇ ⁵⁷ Co + ₂ ⁴ He

⁶⁰ Ni (p, ) ⁵⁷ Co

₁₃ ²⁷ Al + ₀ ¹n = ₁₁ ²⁴ Na + ₂ ⁴ He

²⁷ Al (n, ) ²⁴Na

₂₄ ⁵² Cr + ₂ ⁴He = ₂₆ ⁵⁶ Fe

⁵² Cr () ⁵⁶ Fe

42

Ион азота должен иметь положительный заряд, так как иначе сумма зарядов в левой части будет меньше заряда ядра эйнштейния. Минимальный возможный заряд азота в данном случае +2, так как при заряде +1 испускающаяся частица невозможна ₁⁶Х.

₉₂ ²³⁸ U + ₉ ¹⁴ N = ₉₉ ²⁴⁶ Es + 2 ₁³H

²³⁸ U (₉ ¹⁴N, 2 t) ²⁴⁶ Es

43

Находим дефект масс ( зная, что одна единица массы равна 1,66*10^-27 кг) и подставляем его в формулу А.Эйнштейна:

m = 2.01410 + 3.01605 – (4.00260 + 1.00866) = 0.01889 ед.м. =

= 0.01889 * 1.66 * 10 ^-27 кг = 3.13*10 ^–29 кг.

E = m * c² * N_A = 3.13*10 ^–29 * (3 * 10⁸)² * 6.02 * 10²³ =

= 1.70 * 10¹² Дж / моль.

№44

Теплота сгорания газообразного метана 495 кДж/моль. Вычислите массу эквивалентную этой энергии.

Решение:

Табличное значение теплоты сгорания метана –890,31 кДж/моль.

Молекулярная масса метана

Масса эквивалентная энергии

45

Находим дефект масс ( зная, что одна единица массы равна 1,66*10^-27 кг) и подставляем его в формулу А.Эйнштейна:

m = 2.01410 + 3.01603– (4.00260 + 1.00782) = 0.01971 ед.м. =

= 0.01971 * 1.66 * 10 ^-27 кг = 3.27*10 ^–29 кг.

E = m * c² * N_A = 3.27*10 ^–29 * (3 * 10⁸)² * 6.02 * 10²³ =

= 1.77 * 10¹² Дж / моль.

46

Главное квантовое число характеризует общую энергию электрона в атоме водорода и в первом приближении общую энергию любого электрона – его энергетический уровень. n  [1, ] в целых числах. Реально n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 соответствует номеру периода в периодической системе.

Орбитальное квантовое число определяет форму электронных орбиталей и характеризует различное энергетическое состояние электронов на данном уровне. l  [0, n-1] в целых числах. Значения l = 0, 1, 2, 3 описывают электроны всех известных сейчас элементов.

Магнитное квантовое число указывает на ориентацию электронного облака относительно избранного направления. Число возможных значений (2l + 1) определяет количество орбиталей на данном подуровне. m_l  [-l, +l] в целых числах. Таким образом, максимальный набор реальных значений m_l = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3.

Спиновое квантовое число обусловлено движением электрона вокруг своей оси. Принимает только два значения m_s = - ½, + ½.

48

На четвертом уровне может существовать одна s-, три p-, пять d- и семь f-орбиталей всего 16 штук.

n = 4 l = 0 m_l = 0

n = 4 l = 1 m_l = -1, 0, 1

n = 4 l = 2 m_l = -2, -1, 0, 1, 2

n = 4 l = 3 m_l = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

49

а) 1, так как указана конкретная ориентация вдоль оси Х.

б) 5, так как m_l может принять пять значений –2, -1, 0, 1, 2.

в) 1, так как m_l может принять только одно значение 0.

г) 3, так как m_l может принять только три значения –1, 0, 1.

д) 1, так как указана конкретная ориентация относительно осей координат.

50

а) n = 1 l = 0 m_l = 0

б) n = 2 l = 1 m_l = -1, 0, 1

в) n = 3 l = 2 m_l = -2, -1, 0, 1, 2

г) n = 4 l = 3 m_l = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

51

Не имею смысла те орбитали, в которых l > n-1

1p n = 1 l = 1 1 > 0

2d n = 2 l = 2 2 > 1

3f n = 3 l = 3 3 > 2

52

n = 4

l = 3

m_l = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

m_S = - ½, + ½

53

В атоме не может быть электронов с одинаковым набором квантовых чисел. На одной орбитали может находится только два электрона (m_S = - ½, + ½). Чтобы узнать максимальное количество электронов на данном подуровне нужно число орбиталей умножить на два. Число орбиталей определяется количеством значений магнитного квантового числа (2l + 1), которые могут существовать для данной конфигурации электронного облака.

s l = 0 N_m = 2l + 1 = 1 N = 1 * 2 = 2

p l = 1 N_m = 2l + 1 = 3 N = 3 * 2 = 6

d l = 2 N_m = 2l + 1 = 5 N = 5 * 2 = 10

f l = 3 N_m = 2l + 1 = 7 N = 7 * 2 = 14

54

Заполнение атомных орбиталей электронами происходит так, что вначале заполняются орбитали с меньшей энергией, которую можно оценить по сумме главного и орбитального квантовых чисел.

4s n + l = 4 + 0 = 4

3d n + l = 3 + 2 = 5

Значит вначале заполняются орбитали 4s, а потом 3d, так как энергия последних больше.

5s n + l = 5 + 0 = 5

4d n + l = 4 + 2 = 6

Значит вначале заполняются орбитали 5s, а потом 4d, так как энергия последних больше.

.

№55

Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число для данного орбитального квантового числа

значения магнитного квантового числа :

	0	1	2	3
	0	-1,0,1	-2,-1,0,1,2	-3,-2,-1,0,1,2,3

56

Число орбиталей на данном энергетическом уровне определяется количеством возможных значений магнитного квантового числа.

s l = 0 N_m = 2l + 1 = 1

p l = 1 N_m = 2l + 1 = 3

d l = 2 N_m = 2l + 1 = 5

f l = 3 N_m = 2l + 1 = 7

57

Для р-подуровня магнитное квантовое число может принимать три значения m_l = -1, 0, 1 значит существует только 3 р-орбитали. p_x -, p_y -, p_z – электронные облака имеют форму гантели и расположены перпендикулярно друг другу в пространстве соответственно вдоль осей координат.

58

Электроны по орбиталям располагаются по мере возможности по одиночке, причём с одинаковыми спинами.d-подуровень имеет пять орбиталей, поэтому шестой электрон спарится.

3d     

Таким образом, суммарное спиновое число равно

-½ + ½ + ½ + ½ + ½ + ½ = 2

или

½ - ½ - ½ - ½ - ½ - ½ = -2

59

Хлор находится в третьем периоде, порядковый номер 17, следовательно 17 электронов расположены на 3 энергетических уровнях. Общая формула для 3 энергетических уровней:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰

Таким образом, для атомов хлора электронная формула

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Медь находится в 4 периоде, порядковый номер 29, следовательно 29 электронов расположены на 4 энергетических уровнях. Общая формула для 4 энергетических уровней:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴

Таким образом, с учетом провала одного 4s электрона, для атомов хлора электронная формула

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

№60

Что такое электронное облако? Какова пространственная конфигурация электронных облаков?

В качестве модели состояния электрона в атоме принято представление об электронном облаке, плотность соответствующих участков которого пропорциональна вероятности нахождения там электрона.

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно пребывание электрона называют орбиталью.

Согласно квантовомеханическим расчетам -орбитали имеют форму шара, р-орбитали— форму гантели, d- и f-орбитали — более сложные формы. Формы граничных поверхностей -орбиталей показаны на рис. На изображении граничной поверхности часто

показывают также знак волновой функции.

№61

Сколько электронов находится на каждом энергетическом уровне и подуровне у атомов элементов с порядковыми номерами 23 и 35? Составьте электронные формулы для атомов этих элементов.

Электронная формула атома элемента с порядковым номером 23 (V-ванадий):

Распределение электронов по энергетическим уровням:

Электронная формула элемента с порядковым номером 35 (бром):

Распределение электронов по энергетическим ячейкам:

Распределение электронов по энергетическим уровням:

62

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 17-элемент имеющий 17 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Аналогично 29-элемент с учетом провала 4s-электрона имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰

63

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 21-элемент имеющий 21 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹

cоответственно распределение электронов по оболочкам начиная от внешней 2, 9, 8, 2.

Аналогично 40-элемент имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d²

cоответственно распределение электронов по оболочкам начиная от внешней 2, 10, 18, 8, 2.

64

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 15-элемент имеющий 15 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p³

Аналогично 24-элемент с учетом провала 4s-электрона имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵

65

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 22-элемент имеющий 22 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d²

Аналогично 54-элемент имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶

Отсюда видно, что электроны занимают s-, p-, d- орбитали на соответствующих уровнях.

66

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 39-элемент имеющий 39 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹

Отсюда видно, что электроны занимают s-, p-, d- орбитали на соответствующих уровнях.

Элемент находится в 5 периоде, так как начал заполняться 5 энергетический уровень. Один электрон на 4d подуровне появляется позже, поэтому элемент находится в 3 группе (5s²4d¹ – всего 3 электрона).

67

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 16-элемент имеющий 16 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Аналогично 46-элемент с учетом провала двух 5s-электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s⁰4d¹⁰

68

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 25-элемент имеющий 25 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵

Аналогично 34-элемент имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Отсюда видно, что электроны занимают s-, p-, d- орбитали на соответствующих уровнях.

Так как в 25-элементе идет заполнение d-подуровня – это d-элемент (марганец). 34-элемент относится к халькогенам, так как это p-элемент находящийся в 6 группе (6 электронов на внешнем уровне).

69

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 41-элемент имеющий 41 электрон с учетом провала 5s-электрона имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s¹4d⁴

Элемент находится в 5 периоде, так как начал заполняться 5 энергетический уровень. Четыре электрона на 4d подуровне появляется позже, поэтому элемент находится в 5 группе (5s¹4d⁴ – всего 5 электронов).

70

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 17-элемент хлор имеющий 17 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

У иона Cl⁺ на один электрон меньше:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

У иона Cl^- на один электрон больше:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

№71

Какие атомы или ионы в основном состоянии имеют электронную конфигурацию ?

Решение:

Данную электронную конфигурацию имеет атом неона

, ион фтора и ион .

72

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 7-элемент азот имеющий 7 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p³

У иона N⁺ на один электрон меньше:

1s²2s²2p²

У иона N^- на один электрон больше:

1s²2s²2p⁴

73

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 43-элемент имеющий 43 электрона имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d⁵

Аналогично 55-элемент имеющий 55 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s¹

43-элемент находится в 5 периоде, так как начал заполняться 5 энергетический уровень. Пять электронов на 4d подуровне появляется позже, поэтому элемент находится в 7 группе (5s²4d⁵ – всего 7 электронов).

55-элемент находится в 6 периоде, так как начал заполняться 6 энергетический уровень. Элемент находится в 1 группе (6s¹ – всего 1 электрон).

74

а) возбужденное состояние, так как один электрон на ходится на 3s- орбитали при незаполненной 2p.

Б) основное состояние; очевидно, благородный газ.

В) невозможное состояние, так как на 3s-орбитали может быть только два электрона.

Г) невозможное состояние, так как на трех р-орбиталях может быть только шесть электронов.

75

В соответствии с правилами Клечковского заполнение орбиталей идет в такой последовательности:

1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  5p  6s  …

Следовательно 8-элемент кислород имеющий 8 электронов имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁴

У иона О⁺ на один электрон меньше:

1s²2s²2p³

У иона О^- на один электрон больше:

1s²2s²2p⁵

У иона О^2- на два электрона больше:

1s²2s²2p⁶

76

Энергия ионизации – это та энергия, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон и удалить его на бесконечно большое расстояние от ядра. Измеряется в электронвольтах (эВ).

Восстановительные свойства s-, p- элементов в группах с увеличением порядкового номера усиливаются, так как энергия ионизации соответственно уменьшается.

№ 45

Что такое сродство к электрону ? В каких единицах оно выражается ? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системе с увеличением порядкового номера ? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

Ответ:

Сродство к электрону – энергия выделяемая или поглощаемая при присоединении электрона к нейтральному атому в газообразном состоянии, выражается в эВ ( электрон-вольт ) или кДж/моль. Положительное значение сродства к электрону указывает, что присоединение электрона к атому связано с выделением энергии.

Например:

O^- + e^- -> O² – 7,3 эВ ( энергия поглощается )

Эндотермический процесс.

При переходе вдоль одного периода от элементов первой группы к элементам седьмой, радиусы атомов последовательно уменьшаются, а эффективный заряд ( Zэфф ) возрастает. В пределах одной группы сродство к электрону обычно имеет наивысшее значение для наиболее легкого элемента, выпадают из этой закономерности элементы: фтор , кислород.

Добавление еще одного электрона с образованием иона настолько повышает отталкивание между электронами, что сродство электрона оказывается меньше, чем у следующего элемента той же группы.

78

Электроотрицательность – это характеристика способности атомов элементов принимать или отдавать электроны. В соединении атом более электроотрицательный оттягивает на себя электронную плотность с менее ЭО атома.

ЭО в периоде увеличивается, так как увеличивается сродство к электрону. В группе ЭО уменьшается, так как радиус атома увеличивается, связи внешних электронов с ядром ослабевают и энергия ионизации уменьшается.

79

В оксиде ЭО₂ элемент находится в степени окисления +4, если это его высшый оксид, то элемент принадлежит 4 группе. Значит эти элементы цирконий и олово. Газообразное соединение SnH₄

Ортоциркониевая кислота H₄ZrO₄ (HO)₂ Zr (OH)₂

Метациркониевая кислота H₂ZrO₃ (HO)₂ Zr=O

Ортооловянная кислота H₄SnO₄ (HO)₂ Sn (OH)₂

Метаоловянная кислота H₂SnO₃ (HO)₂ Sn=O

80

так как основные (металлические) свойства в группе увеличиваются, то Ва(ОН)₂ более сильное основание, чем Sr(OH)₂.

Электроотрицательность кадмия выше, чем стронция, поэтому Sr(OH)₂ более сильное основание, чем гидроксид кадмия.

В периоде усиливаются кислотные (неметаллические) свойства, а значит гидроксид кальция более сильное основание, чем гидроксид железа.

81

При увеличении степени окисления усиливаются кислотные свойства гидроксидов. Значит как основание CuOH сильнее чем Cu(OH)₂; TlOH – чем Tl(OH)₂; Fe(OH)₂ – чем Fe(OH)₃.

82

Na₂O MgO Al₂O₃ SiO₂ P₂O₅ SO₃ Cl₂O₇

NaOH Mg(OH)₂ Al(OH)₃ Si(OH)₄ и так далее.

Кислотные свойства в этом ряду увеличиваются, а основные ослабевают.

83

Высшие степени окисления определяются по номеру группы.

Метаванадиевая кислота HVO₃ HO ZrO₂

Рениевая кислота HReO₄ HO Re O₃

Оксид технеция (VII) Tc₂O₇ O₃ Tc-O-Tc O₃

Гидрид германия GeH₄ H₂GeH₂

84

Высшие степени окисления определяются по номеру группы.

Молибденовая кислота H₂MoO₄ (HO)₂ MoO₂

метагафниевая кислота H₂HfO₃ (HO)₂ Hf=O

Оксид ниобия (V) Nb₂O₅ O₂ Tc-O-Tc O₂

Гидрид полония H₂Po H-Po-H

85

а) щелочной металл 4 периода – это калий.

Б) Гелий содержит только два электрона.

В) один неспаренный 2р-электрон есть у бора и фтора.

Г) это азот, так как по правилу Хунда три его р-электрона располагаются на отдельных орбиталях.

86

Высшие и низшие степени окисления определяются тем, к какой оболочке предшествующего или ближайшего следующего благородного газа стремится данный атом.

С⁴⁺ СО₂ С^4- СН₄

As⁵⁺ HAsO₃ As^3- AsH₃

S⁶⁺ SO₃ S^2- H₂S

Cl⁷⁺ KClO₄ Cl^- KCl

№87

Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор неметаллические? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов и гидроксидов этих элементов.

Решение:

Хлор проявляет неметаллические свойства, поскольку является р-элементом. Электронная формула атома хлора:

Марганец проявляет металлические свойства, поскольку является -элементом. Электронная формула марганца:

88

Низшая степень окисления элементов соответствует количеству электронов, которое они принимают, чтобы достроить свою электронную оболочку до ближайшего благородного газа.

Гидрид кальция СаН₂ n_H = -1

Фторид кальция CaF₂ n_F = -1

Cульфид кальция CaS n_S = -2

Нитрид кальция Ca₃N₂ n_N = -3

89

Неметаллические свойства сильнее выражены у фосфора, так как в виду большего размера атома сурьмы энергия ионизации у неё меньше, а значит металлические свойства сильнее. Меньшая энергия ионизации определяет более выраженные восстановительные свойства водородного соединения сурьмы.

90

Высшая степень окисления элементов определяется номером группы периодической системы и возникает за счет распаривания всех возможно спаренных электронов внешнего уровня.

GeO₂ n_Ge = +4

V₂O₅ n_V = +5

Mn₂O₇ n_Mn = +7

XeO₄ n_Xe = +8

91

₁₆S 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

В соответствии с правилом Хунда:

1s 

2s 

2p   

3s 

3p   

в атоме серы 2 неспаренных электрона. При возбуждении спаренные электроны внешнего уровня могут распариваться занимая 3d-орбитали, тогда неспаренных электронов может быть 4, и даже 6.

92

₁₇Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

В соответствии с правилом Хунда:

1s 

2s 

2p   

3s 

3p   

в атоме хлора 1 неспаренный электрон. При последовательном возбуждении спаренные электроны третьего уровня могут распариваться занимая 3d-орбитали, тогда неспаренных электронов может быть 3, 5, и даже 7.

№93

Что следует понимать под спинвалентностью атома того или иного элемента в отличие от его степени окисления? Чему равны спинвалентность и степень окисления азота в соединениях ?

Решение:

Спинвалентность – число связей, образуемых атомом данного элемента.

Степень окисления – условный заряд атома.

Степени окисления азота в соединениях:

Степени окисления азота в соединениях:

94

Четырехвалентность углерода объясняется распариванием 2s-электронов с переходом одного из них на свободную 2р-орбиталь. Так в возбужденном состоянии присутствуют 4 неспаренных электрона:

1s 

2s 

2p   

HCN n_c = +2

CF₄ n_c = +4

HCOOH n_c = +2

CO₂ n_c = +4

Но валентность везде равна четырём.

95

₁₅P 1s²2s²2p⁶3s²3p³

В соответствии с правилом Хунда:

1s 

2s 

2p   

3s 

3p   

Фосфор может находится в степени окисления +5, так как 3s-электроны имеют возможность распарится на существующую незанятую 3d-орбиталь.

₇N 1s²2s²2p³

В соответствии с правилом Хунда:

1s 

2s 

2p   

Азот не может находится в степени окисления +5, так как 2s-электроны не имеют возможности распарится на 2d-орбиталь, поскольку такое состояние является запрещенным.

96

Электрический момент диполя – это характеристика, отражающая несимметричное распределение электронной плотности в молекуле, выражающаяся в Кл*м.

ОЭО (HF) = 4.0 – 2.1 = 1.9

ОЭО (HCl) = 3.0 – 2.1 = 0.9

ОЭО (ICl) = 3.0 – 2.5 = 0.5

ОЭО (HI) = 2.5 – 2.1 = 0.4

Все молекулы несимметричны и наибольший момент имеет молекула фтороводорода.

97

Ионной называют сильно поляризованную (при значительных различиях электроотрицательностей входящих в молекулу элементов) связь, когда электронная плотность практически целиком сдвинута к одной структурной единице. Ионная связь характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью, а свойство поляризуемости теряет для неё всякий смысл.

Под эффективным зарядом атома следует понимать степень полярности связи в молекуле.

98

Внутри кристаллов металлов связи полностью делокализованы по всему объему решетки, в таких системах связь неполярна и носит невалентный, орбитальный характер – это так называемая металлическая связь.

Ионные решетки с чередующимися в узлах положительными и отрицательными ионами характерны для ионных соединений. К ним относятся почти все соли, многие окислы и некоторые другие вещества.

Структурными единицами атомной решетки являются нейтральные атомы, ковалентно связанные друг с другом. Решетки такого рода свойственны некоторым простым веществам, например алмазу.

Молекулярные решетки характеризуются тем, что в их узлах находятся молекулы. Такие кристаллические структуры образуют соединения неполярного или малополярного типа, таковыми являются многие органические вещества.

Узлы металлических решеток заняты положительными ионами, в промежутках между которыми находятся свободные, легкоподвижные электроны.

99

Водородная связь – это связь протона Н⁺ с электронной оболочкой других атомов, она может осуществляться, если связи в водородсодержащей молекуле сильно поляризованы.

Температура кипения фтороводорода аномально высокая, так как нужно затратить избыточную энергию на разрушение водородных связей. У его аналогов (HCl, HBr, HI) водородных связей нет из-за недостаточной поляризованности связей.

101

а) Сl^- - I^+ так как ОЭО_Сl = 3.0 ОЭО_I = 2.5

в) С^+ - N^- так как ОЭО_С = 2.5 ОЭО_N = 3.0

д) O^- - H^+ так как ОЭО_O = 3.5 ОЭО_H = 2.1

102

а) связь ионная, так как ОЭО = 3,5 – 1,0 = 2,5

б) связь ковалентная полярная, так как ОЭО = 2,5 – 2,1 = 0,4

в) связь ковалентная неполярная, так как ОЭО = 2,8 – 2,8 = 0

г) связь ковалентная полярная, так как ОЭО = 3,0 – 2,5 = 0,5

№103

Валентность (ковалентность) элемента равна общему числу орбиталей его атомов, принимающих участие в образовании химических связей. Чему равна максимальная ковалентность бора? Какие связи осуществляются в ионах и

Максимальная ковалентность бора равна 3. Она проявляется в соединениях . В гидриде бора и трихлориде связь ковалентная, в анионных борат-комплексах кроме ковалентной связи осуществляется донорно-акцепторная связь, атом бора предоставляет свободную орбиталь.

Электронное строение атома бора:

В возбужденном состоянии:

Образование анионных комплексов:

104

Сущность донорно-акцепторного механизма в том, что пара электронов одного атома донируется на пустую орбиталь другого атома (акцептора). Максимальная ковалентность азота равна четырем, так в ионе NH₄⁺ протон Н⁺ имеющий свободную орбиталь связан с неподелённой парой электронов азота в молекуле аммиака.

105

а) CsF связь ионная, так как ОЭО = 4,0 – 0,7 = 3,3

б) F₂ связь ковалентная неполярная, так как ОЭО = 4,0 – 4,0 = 0

в) BrCl связь ковалентная слабо полярная, так как ОЭО = 3,0 – 2,8 = 0,2

г) СаH₂ cвязь ионная, так как ОЭО = 2,1 – ½ · 1,0 = 1,6

г) NCl₃ cвязь ионная, так как ОЭО = 3.0 – 1/3 · 3.0 = 2.0

Ковалентная связь характеризуется направленностью, поляризуемостью и насыщаемостью.

Ионная связь характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью, а свойство поляризуемости теряет для неё всякий смысл.

106

Молекула углекислого газа по-видимому линейна, так как центральный атом (углерод) находится в sp-гибридизации валентные углы при которой равны 180 ⁰.

O = C = O

То есть в возбужденном состоянии конфигурация 1s²2s¹2p³. Два р-электрона образуют каждый по одной -связи с разными атомами кислорода. Одна s- и одна р-орбиталь гибридизуются и два распаренных электрона образуют две сигма-связи также с разными атомами кислорода. Получается, что каждый атом кислорода связан одной - и одной -связью. Всего в молекуле две - и две -связи.

Молекула очевидно не обладает электрическим моментом диполя в виду своей высокой симметричности.

107

Локализованная химическая связь – это двухцентровая двухэлектронная связь. Нелокализованная – это связь двухэлектронная многоцентровая, то есть пара электронов принадлежит более чем двум атомам в молекуле.

В молекуле бензола шесть -связей являются локализованными, а три -связи делокализованы по всему шестичленному циклу. Три sp²-гибридизованных орбитали углерода участвуют в образовании локализованных связей, одна 2р-орбиталь участвует в образовании делокализованных связей.

108

N^- 1s 

2s 

2p   

двухвалентен

N⁺ 1s 

2s 

2p   

четырехвалентен

O^- 1s 

2s 

2p   

одновалентен

Метод ВС предполагает наличие в молекуле N₂O ионов N⁺ и N^-. За счет sp-гибридизации ион N⁺ дает две -связи одну с ионом N^-, а другую с атомом кислорода. Валентный угол в таком случае составит 180⁰ и, следовательно, молекула веселящего газа имеет линейную структуру.

 

O === N⁺ === N^-

 

№109

Как метод ВС объясняет строение молекулы ? Почему угол между связями близок к тетраэдрическому?

Решение:

Центральный атом молекулы воды – кислород образует химические связи за счет электронов -гибридных орбиталей. У атома кислорода на четыре -гибридных орбитали приходится 6 электронов. Две гибридных орбитали образуют -связи с атомами водорода, на двух орбиталях находятся неспаренные электронные пары атома кислорода. Строение -гибридной орбитали – тетраэдрическое, поэтому угол между связями близок к тетраэдрическому,

110

Направленность ковалентной связи объясняется определенной ориентацией электронных облаков (орбиталей) в пространстве.

У атома азота три неспаренных электрона которые образуют три связи с атомами водорода у которых также по одному электрону. Но у азота есть ещё 2s-неподеленная пара электронов, которая ориентирована в пространстве, а значит она влияет (расталкивает) соседние связи с водородом. Поэтому молекула аммиака имеет почти тетраэдрическое строение, где одну из вершин тетраэдра занимает неподеленная электронная пара азота.

111

В возбужденном состоянии атом бериллия:

1s 

2s  2p   

Происходит sp-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют -связи под углом 180⁰.

Молекула воды напоминает тетраэдр в двух вершинах которого находятся атомы водорода, а в двух дугих две неподеленные электронные пары кислорода.

112

Бор в возбужденном состоянии имеет три неспаренных электрона, которые образуют три связи с атомами фтора:

1s 

2s  2p   

Происходит sp²-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют -связи под углом 120⁰.

Углерод в возбужденном состоянии имеет четыре неспаренных электрона, которые образуют связи с атомами водорода:

1s 

2s  2p   

Происходит sp³-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют -связи под углом 109,28⁰.

113

Гибридизация – это смешиваение электронных облаков разного типа в результате чего образуются одинаковые гибридные орбитали.

sp линейное валентный угол 180⁰

sp² треугольное валентный угол 120⁰

sp³ тетраэдрическое валентный угол 109,5⁰

sp³d трехгранная бипирамида

sp³d² октаэдрическое валентный угол 90⁰

Атом А находится в центре на равном расстоянии от вершин соответствующих фигур, а вершины занимают атомы В.

114

Если электронные облака перекрываются по линии соединяющей центры взаимодействующих атомов, то такая связь называется -связью. Если перекрывание электронных облаков идет перпендикулярно этой линии, то такая связь называется -связью. Если d-электронные облака расположенные в параллельных плоскостях, перекрываются всеми четырьмя лепестками, то такая связь называется -связью.

Атом азота имеет три неспаренных электрона

1s 

2s  2p   

каждый из которых находит себе пару в другом таком же атоме азота. Возникает одна -связь и две -связи.

115

Углерод в возбужденном состоянии имеет четыре неспаренных электрона, которые образуют связи с атомами хлора:

1s 

2s  2p   

Происходит sp³-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют четыре -связи под углом 109,28⁰.

Сера в возбужденном состоянии имеет шесть неспаренных электронов:

1s 

2s  2p   

3s  3p    3d     

Происходит sp³d²-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют -связи с шестью атомами фтора, у каждого из которых по одному неспаренному электрону

1s 

2s  2p   

а симметричная шестивершинная фигура – это октаэдр.

115

Углерод в возбужденном состоянии имеет четыре неспаренных электрона, которые образуют связи с атомами хлора:

1s 

2s  2p   

Происходит sp³-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют четыре -связи под углом 109,28⁰.

Сера в возбужденном состоянии имеет шесть неспаренных электронов:

1s 

2s  2p   

3s  3p    3d     

Происходит sp³d²-гибридизация и электроны гибридизованных орбиталей образуют -связи с шестью атомами фтора, у каждого из которых по одному неспаренному электрону

1s 

2s  2p   

а симметричная шестивершинная фигура – это октаэдр.

117

б) NCl₅ , так как азот имеет только три неспраренных электрона и нет возможности для распаривания (2d –подуровня не существует)

1s 

2s  2p   

в) SF₇ , так как сера в возбужденном состоянии имеет максимум только шесть неспраренных электронов

1s 

2s  2p   

2s  2p    3d     

118

Фосфор в возбужденном состоянии имеет пять неспраренных электронов

1s 

2s  2p   

2s  2p    3d     

Отсюда видно, что происходит sp³d-гибридизация. Очевидно, молекула пентафторида фосфора имеет вид трехгранной бипирамиды.

№119

Существование каких из приведенных ниже молекул согласно теории ВС невозможно

А) б) в) г) д) Почему?

Решение:

В теории ВС связь осуществляется за счет взаимодействия гибридных орбиталей центрального атома с орбиталями атомов других элементов.

С точки зрения ВС связь в молекулах и невозможна, поскольку центральный атом кислорода имеет электронную конфигурацию , d-орбитали на втором энергетическом уровне нет, поэтому валентные орбитали могут предоставлять только2 электрона на образование связи, образовывая sp-гибридные орбитали. В приведенных формулах центральный атом образовывает связи с более, чем 2 атомами, следовательно, такие молекулы невозможны.

120

Электронная конфигурация атома фосфора в [PCl₄]⁺:

1s 

2s  2p   

2s  2p    3d     

Отсюда видно, что происходит sp³-гибридизация. Очевидно, катион тетрахлорида фосфора имеет тетраэдрический вид.

Электронная конфигурация атома фосфора в [PCl₆]^-:

1s 

2s  2p   

2s  2p    3d     

Отсюда видно, что происходит sp³d²-гибридизация. Очевидно, анион гексахлорида фосфора имеет октаэдрический вид.

121

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|   |

| 2р_у 2р_z |

|  |

| 2р_х | | |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

О₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* p_z^* ]

Парамагнетизм кислорода объясняется наличием двух неспаренных электронов на р^*-молекулярных орбиталях.

122

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|  |

| 2р_х |

|   |

| 2р_у 2р_z |

| |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

N₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_y)² (p_z)² (p_x)² ]

Большая энергия диссоциации объясняется отсутствием электронов на верхних разрыхляющих молекулярных орбиталях.

123

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|   |

| 2р_у 2р_z |

|  |

| 2р_х | | |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

F₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² (p_y^*)² (p_z^*)² ]

124

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

Атомные орбитали N Молекулярные Атомные орбитали О

орбитали

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |

2p_z 2p_y 2p_x | |

| |   

| | 2p_x 2p_y 2p_z |  |

| 2р_х |

|   |

| 2р_у 2р_z |

| |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

NО [ KK (s)² (s^*)² (p_y)² (p_z)² (p_x)² p_y^*]

Порядок связи равен (10 – 5) / 2 = 2.5

№125

Какая форма записи отражает строение гетероядерной молекулы СО в методе МО? Приведите энергетическую схему строения этой молекулы. Чему равен порядок связи в этой молекуле?

Решение:

Энергетическая схема строения СО

Атомная орбиталь С Молекулярная орбиталь СО Атомная орбиталь О

10 валентных электронов в молекуле СО располагаются следующим образом:

Порядок связи в молекуле СО = ½ (количество электронов на связывающих орбиталях – количество электронов на разрыхляющих орбиталях) = (8-2):2=3

126

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали. Для молекулы Не₂:

|  |

| 1s^* |

 | | 

1s | | 1s

|  |

| 1s |

и порядок связи равен (2 – 2) / 2 = 0, поэтому молекула не существует.

Очевидно у Не₂⁺ будет удаляться один электрон с разрыхляющей орбитали

Не₂⁺ [ (s)² s^* ], порядок связи тогда равен (2 – 1) / 2 = 0.5. Можно предполагать парамагнетизм этого иона из-за наличия одного неспаренного электрона на молекулярных орбиталях.

127

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали. Для молекулы f2:

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|   |

| 2р_у 2р_z |

|  |

| 2р_х | | |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

F₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² (p_y^*)² (p_z^*)² ]

и порядок связи равен (10 – 8) / 2 = 1. Очевидно у F₂⁺ будет удаляться один электрон с разрыхляющей орбитали

F₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² (p_y^*)² p_z^* ]

порядок связи тогда равен (10 – 7) / 2 = 1.5.

Таким образом, более высокая энергия связи объясняется более высоким её порядком.

128

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали. Для молекулы о2:

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|   |

| 2р_у 2р_z |

|  |

| 2р_х | | |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

О₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* p_z^* ]и порядок связи равен (10 – 6) / 2 = 2. Очевидно у О₂⁺ будет удаляться один электрон с разрыхляющей орбитали

О₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* ]

порядок связи тогда равен (10 – 5) / 2 = 2.5.

Таким образом, более высокая энергия связи объясняется более высоким её порядком.

128

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали. Для молекулы о2:

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|   |

| 2р_у 2р_z |

|  |

| 2р_х | | |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

О₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* p_z^* ]и порядок связи равен (10 – 6) / 2 = 2. Очевидно у О₂⁺ будет удаляться один электрон с разрыхляющей орбитали

О₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* ]

порядок связи тогда равен (10 – 5) / 2 = 2.5.

Таким образом, более высокая энергия связи объясняется более высоким её порядком.

130

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

N₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_y)² (p_z)² (p_x)² ]

n = (10 – 4) / 2 = 3

N₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_y)² (p_z)² p_x ]

n = (9 – 4) / 2 = 2.5

Энергия связи в молекуле азота больше чем в соответствующем ионе из-за более высокого порядка связи.

О₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* p_z^* ]

n = (10 – 6) / 2 = 2

О₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* ]

n = (10 – 5) / 2 = 2.5

Энергия связи в молекуле кислорода меньше чем в соответствующем ионе из-за более низкого порядка связи.

131

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали. Для молекулы О₂:

|  |

| 2р_х^* | |   |

| 2р_у^* 2р_z^* |

   | |   

2p_x 2p_y 2p_z | | 2p_z 2p_y 2p_x

|   |

| 2р_у 2р_z |

|  |

| 2р_х | | |

|  |

| 2s^* |

 | | 

2s | | 2s

|  |

| 2s |

О₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* p_z^* ] и порядок связи равен (10 – 6) / 2 = 2. Очевидно у О₂⁺ будет удаляться один электрон с разрыхляющей орбитали

О₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* ]

порядок связи тогда равен (10 – 5) / 2 = 2.5.

132

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

Для иона Н₂^-:

Атомные орбитали H | Молекулярные | Атомные орбитали H^-

| орбитали |

|  |

| 1s^* |

 | | 

1s | | 1s

|  |

| 1s |

Видно что два электрона находятся на связывающей и один электрон на разрыхляющей молекулярной орбитали.

Отсюда порядок связи равен (2 – 1) / 2 = 0.5

133

Звездочкой обозначены разрыхляющие молекулярные орбитали.

О₂ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* p_z^* ]

n = (10 – 6) / 2 = 2 парамагнитна

О₂⁺ [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² p_y^* ]

n = (10 – 5) / 2 = 2.5 парамагнитна

О₂^- [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² (p_y^*)² p_z^* ]

n = (10 – 7) / 2 = 1.5 парамагнитна

О₂^2- [ KK (s)² (s^*)² (p_x)² (p_y)² (p_z)² (p_y^*)² (p_z^*)² ]

n = (10 – 8) / 2 = 1. диамагнитна

№135

Какая формула записи в методе МО отражает строение молекулярных частиц и ? Чему равен порядок (кратность) связи в этих частицах? Какая частица имеет большую энергию связи и какая является парамагнитной?

Строение молекулы хлора с точки зрения МО

Электронную конфигурацию молекулы хлора можно записать следующим образом:

В молекуле хлора нет неспаренных электронов, поэтому молекула хлора не является парамагнитной.

Порядок связи=(число электронов на связывающих орбиталях – число электронов на разрыхляющих орбиталях): 2 = (8 – 6) : 2 = 1

Строение с точки зрения МО

Электронную конфигурацию молекулы хлора можно записать следующим образом:

В частице один неспаренный электрон, поэтому частица является парамагнитной.

Порядок связи=(число электронов на связывающих орбиталях – число электронов на разрыхляющих орбиталях): 2 = (8 – 5) : 2 = 1,5

Молекула хлора имеет меньшую энергию диссоциации, в частице энергия диссоциации выше за счет удаления электрона с разрыхляющей орбитали.

№136

Исходя из степени окисления марганца, серы и азота в соединениях , , определите, какое из них окислитель, какое восстановитель и какое может проявлять как окислительные так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме.

Решение:

Степень окисления марганца в перманганате максимальная, поэтому марганец может проявлять только окислительные свойства.

Степень окисления серы в сероводороде минимальная, поэтому сера может быть только восстановителем.

Степень окисления азота в азотистой кислоте промежуточная, поэтому азот может проявлять и окислительные и восстановительные свойства.

(восстановление, окислитель)

(окисление, восстановитель)

137

K₂Cr₂O₇ может быть только окислителем, т. к. +6 это максимальная степень окисления хрома.

KI может быть только восстановителем, т. к. -1 это минимальная степень окисления йода.

H₂SO₃ может быть окислителем и восстановителем, т. к. +4 это промежуточная степень окисления серы (-2, 0, +4, +6).

H₃AsO₃ восстановитель (окисляется) As³⁺ - 2e = As⁵⁺ / 5

KMnO₄ окислитель (восстанавливается) Mn⁷⁺ + 5e = Mn²⁺ / 2

2KMnO₄ + 5H₃AsO₃ + 3H₂SO₄ = 5H₃AsO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

138

Азотистая кислота HNO₂ может проявлять окислительные и восстановительные свойства, т. к. +3 это промежуточная степень окисления азота (от –3 до +5).

восстановление Mn⁷⁺ + 3e = Mn⁴⁺ / 2

окисление S⁴⁺ - 2e = S⁶⁺ / 3

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

139

Сернистая кислота H₂SO₃ может проявлять окислительные и восстановительные свойства, т. к. +4 это промежуточная степень окисления cеры (от –2 до +6).

восстановление Сl⁺ + 2e = Cl^- / 3

окисление Cr³⁺ - 3e = Cr⁶⁺ / 2

2CrCl₃ + 3NaClO + 10NaOH = 2Na₂CrO₄ + 9NaCl + 5H₂O

140

Для реакций диспропорционирования характерно то, что окислителем и восстановителем одновременно является один и тот же элемент в данном соединении. Этот элемент должен находиться в промежуточной степени окисления.

восстановление N^2- + e = N^3- / 4

окисление 2N^2- - 4e = N₂ / 1

3N₂H₄ = 4NH₃ + N₂

восстановление O^- + e = O^2- / 2

окисление 2O^- - 2e = O₂ / 1

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂

восстановление S⁴⁺ + 6e = S^2- / 2 / 1

окисление S⁴⁺ - 2e = S⁶⁺ / 6 / 3

4K₂SO₃ = K₂S + 3K₂SO₄

№141

Какие реакции называют реакциями внутримолекулярного окисления-восстановления? На основании электронных уравнений допишите уравнения реакций:

К реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления относят такие реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в составе одной и той же молекулы:

142

Самый сильный восстановитель – атом франция (наименьшая электроотрицательность). Самый энергичный окислитель – атом фтора (максимальная электроотрицательность).

восстановление N⁵⁺ + e = N⁴⁺ / 8

окисление As^3- - 8e = As⁵⁺ / 1

AsH₃ + 8HNO₃ = H₃AsO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

143

Для реакций диспропорционирования характерно то, что окислителем и восстановителем одновременно является один и тот же элемент в данном соединении. Этот элемент должен находиться в промежуточной степени окисления. А для атомов р-элементов нулевая степень окисления часто является промежуточной.

восстановление P⁰ + 3e = P^3- / 3 / 1

окисление P⁰ - 3e = P³⁺ / 3 / 1

2P + KOH + 2H₂O = KH₂PO₃ + PH₃

восстановление I₂ + 2e = 2I^- / 10 / 5

окисление I₂ - 10e = 2I⁵⁺ / 2 / 1

6I₂ + 6Ba(OH)₂ = Ba(IO₃)₂ + 5BaI₂ + 6H₂O

143

Для реакций диспропорционирования характерно то, что окислителем и восстановителем одновременно является один и тот же элемент в данном соединении. Этот элемент должен находиться в промежуточной степени окисления. А для атомов р-элементов нулевая степень окисления часто является промежуточной.

восстановление P⁰ + 3e = P^3- / 3 / 1

окисление P⁰ - 3e = P³⁺ / 3 / 1

2P + KOH + 2H₂O = KH₂PO₃ + PH₃

восстановление I₂ + 2e = 2I^- / 10 / 5

окисление I₂ - 10e = 2I⁵⁺ / 2 / 1

6I₂ + 6Ba(OH)₂ = Ba(IO₃)₂ + 5BaI₂ + 6H₂O

144

Разложение муравьиной кислоты не является окислительно-восстановительной реакцией, т.к. не происходит изменения степени окисления углерода +2.

CH₃OH восстановитель (окисляется) C^2- - 4e = C²⁺ / 5

KMnO₄ окислитель (восстанавливается) Mn⁷⁺ + 5e = Mn²⁺ / 4

4KMnO₄ + 5CH₃OH + 6H₂SO₄ = 5HCOOH + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 11H₂O

145