- •Задачи и вопросы по неорганической химии
- •Издательство тпу
- •Кафедра
- •Введение
- •Общие закономерности неорганической химии
- •1.1. Распространенность химических элементов
- •1.2. Закономерности изменения свойств элементов и соединений в периодической системе
- •1.3. Общие закономерности окислительно-восстановительных реакций
- •1.4. Общие закономерности гидролиза
- •1.5. Взаимодействие металлов и неметаллов с кислотами, щелочами, водой
- •Водород и галогены
- •2.1. Водород и его соединения
- •2.2. Фтор и его соединения
- •2.3. Хлор, бром, иод - элементы, простые вещества и межгалогенные соединения
- •2.4. Галогеноводородные соединения и галогениды
- •2.5. Кислородосодержащие соединения галогенов
- •3.1. Кислород, воздух, озон
- •3.2. Бинарные соединения кислорода
- •3.3. Сера и её бинарные бескислородные соединения
- •3.4. Кислородосодержащие соединения серы
- •3.5. Селен, теллур, полоний
- •Глава четвертая. Главная подгруппа пятой группы
- •4.1. Азот и его водородосодержащие соединения
- •4.2. Соединения азота с кислородом и галогенами
- •4.3. Фосфор и его соединения
- •1) Р(бел) ® р(кр) 2) р(кр) ® р(чер) 3) р(бел) ® р(черн)
- •4.4. Мышьяк, сурьма, висмут
- •Главная подгруппа четвертой группы
- •5.1. Углерод и соединения углерода
- •5.3. Германий, олово, свинец
- •Главная подгуппа третьей группы
- •6.1. Бор и его соединения
- •6.2. Алюминий и его соединения
- •6.3. Галлий, индий, таллий
- •Химия s-элементов
- •7.1. Щелочные элементы
- •Переходные элементы
- •8.1. Общие закономерности
- •8.2. Подгруппа скандия
- •8.3. Подгруппа титана
- •8.4. Подгруппа ванадия
- •8.5. Подгруппа хрома
- •8.6. Подгруппа марганца
- •8.7. Железо, кобальт, никель
- •8.8. Платиновые элементы
- •8.9. Подгруппа меди
- •8.10. Подгруппа цинка
- •8.11. Лантаноиды и актиноиды
- •Ответы к расчётным задачам и рекомендации по выполнению заданий
- •Общие закономерности неорганической химии
- •Индивидуальное домашнее задание Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Вариант 16
- •Вариант 17
- •Вариант 18
- •Вариант 19
- •Вариант 20
- •Вариант 21
- •Вариант 22
- •Вариант 23
- •Вариант 24
- •Вариант 25
- •Вариант 26
- •Вариант 27
- •Вариант 28
- •Вариант 29
- •Вариант 30
- •Вариант 31
- •Вариант 32
- •Вариант 33
- •Вариант 34
- •Вариант 35
- •Вариант 36
- •Вариант 37
- •Вариант 38
- •Вариант 39
- •Вариант 40
- •Вариант 41
- •Вариант 42
- •Вариант 43
- •Вариант 44
- •Вариант 45
- •Вариант 46
- •Вариант 47
- •Вариант 48
- •Вариант 49
- •Вариант 50
- •Вариант 51
- •Вариант 52
- •Вариант 53
- •Вариант 54
- •Вариант 55
- •Вариант 56
- •Вариант 57
- •Вариант 58
- •Вариант 59
- •Вариант 60
- •Вариант 61
- •Вариант 62
- •Вариант 63
- •Вариант 64
- •Вариант 65
- •Вариант 66
- •Вариант 67
- •Вариант 68
- •Вариант 69
- •Вариант 70
- •Вариант 71
- •Вариант 72
- •Вариант 73
- •Вариант 74
- •Вариант 75
- •Вариант 76
- •Вариант 77
- •Вариант 78
- •Вариант 79
- •Вариант 80
- •Вариант 81
- •Вариант 82
- •Вариант 83
- •Вариант 84
- •Вариант 85
- •Вариант 86
- •Вариант 87
- •Вариант 88
- •Вариант 89
- •Вариант 90
- •Вариант 91
- •Вариант 92
- •Вариант 93
- •Вариант 94
- •Вариант 95
- •Вариант 96
- •Вариант 97
- •Вариант 98
- •Вариант 99
- •Вариант 100
- •Вариант 101
- •Вариант 102
- •Вариант 103
- •Вариант 104
- •Вариант 105
- •Вариант 106
- •Вариант 107
- •Вариант 108
- •Вариант 109
- •Вариант 110
- •Вариант 111
- •Вариант 112
- •Вариант 113
- •Вариант 114
- •Вариант 115
- •Вариант 116
- •Вариант 117
- •Вариант 118
- •Вариант 119
- •Вариант 120
- •Вариант 121
- •Вариант 122
- •Вариант 123
- •Вариант 124
- •Вариант 125
- •Вариант 126
- •Вариант 127
- •Вариант 128
- •Вариант 129
- •Вариант 130
- •Вариант 131
- •Вариант 132
- •Вариант 133
- •Вариант 134
- •Вариант 135
- •Вариант 136
- •Вариант 137
- •Вариант 138
- •Вариант 139
- •Вариант 140
- •Вариант 141
- •Вариант 142
- •Вариант 143
- •Вариант 144
- •Вариант 145
- •Вариант 146
- •Вариант 147
- •Вариант 148
- •Вариант 149
- •Вариант 150
- •Задачи и вопросы по неорганической химии
8.11. Лантаноиды и актиноиды
Строение атомов, положение в периодической системе и закономерности изменения свойств лантаноидов и их соединений. Общая характеристика актиноидов. Уран и его важнейшие соединения. Применение лантаноидов и актиноидов.
1611. Приведите названия, символы, электронные формулы атомов и значения радиуса атомов лантаноидов. Как называется явление уменьшения радиуса атомов этих элементов и как оно отражается на свойствах: а) самих лантаноидов; б) последующих за ними элементов шестого периода?
1612. Объясните причину сходства химии лантаноидов. Приведите названия элементов – лантаноидов и их соединений: Sm, Dy, Lu, Nd(OH)3, Ce2(SO4)3, Tb2O3, Ho(NO3)3, YbPO4, NaLa(SO4)2, К4[Ce(SO4)4]∙2H2O
1613. Сходство лантаноидов обычно объясняют тем, что: 1) все они входят в одну и ту же группу Периодической системы; 2) два внешних энергетических подуровня имеют одинаковое электронное строение; 3) орбитали, которые заполняются электронами (4f), экранированы двумя внешними слоями (5d и 6s); 4) атомы близки по размерам; 5) атомы имеют близкие ионизационные потенциалы. Какие из этих причин первичные, а какие вторичные?
1614. Каковы общие закономерности нахождения лантаноидов в природе? Какой из них является искусственным элементом и как его получают?
1615. Лантаноиды получают из фторидов или оксидов кальций-термическим восстановлением. На примере получения неодима приведите термодинамическое обоснование этого метода. Объяснить, почему лантаноиды не получают электрохимическим восстановлением из растворов солей.
1616. Чему равны электродные потенциалы лантаноидов, в какой части ряда напряжений они расположены и как в связи с этим они взаимодействуют с кислотами, щелочами, водой? Какое свойство лантаноидов называется пирофорностью и при каких условиях оно проявляется?
1617. Почему для лантаноидов в соединениях характерна степень окисления +3? Атомы каких лантаноидов имеют в соединениях также степени окисления +2 и +4? Привести примеры соответствующих соединений.
1618. Как и почему изменяются свойства оксидов в ряду от Ce2O3 до Lu2O3, растворимость и сила оснований в ряду от Ce(OH)3 до Lu(OH)3?
1619. Покажите уравнениями реакций: а) основные свойства Ce2O3 и Ce(OH)3; б) амфотерность CeO2 и Ce(OH)4; в) окислительные свойства соединений церия (IV).
1620. Значение окислительно-восстановительного потенциала полуреакции Ce4+ + e = Ce3+ равно 1,44 В. Какие из соединений могут окислять ионы Ce3+, а какие восстанавливать ионы Ce4+: а) концентрированная HCl; б) FeSO4; в) H2O2; г) KMnO4 в кислой среде? Напишите уравнения реакций.
1621. Гидроксид церия (III) окисляется в кислородом воздуха до гидроксида церия (IV). Как взаимодействует полученное вещество с концентрированной соляной кислотой и иодидом калия в среде H2SO4? Напишите уравнения реакций.
1622. Соединения самария, иттербия и европия в нехарактерной для лантаноидов степени окисления +2 являются восстановителями. Напишите уравнения реакций:
SmCl2 + KMuO4 + H2SO4 =
YbCl2 + KClO + H2SO4 =
EuSO4 + K2C2O7 + H2SO4 =
1623. Среди лантаноидов по объёмам производства и применения выделяются церий, неодим и самарий. Где применяются эти металлы и их соединения?
1624. Приведите названия и символы актиноидов. Какие из них присутствуют в земной коре, а какие получают искусственным путём? В чём состоит особенность электронного строения атомов актиноидов? Какие из них по электронному строению атомов и химическим свойствам сходны с лантаноидами, а какие – с d-элементами?
1625. С каким из актиноидов связаны такие важные этапы развития науки и техники как открытие радиоактивности, создание атомного оружия и освоение атомной энергии для мирных целей? В каком виде этот элемент находится в природе, и как его получают в металлическом виде?
1626. Напишите уравнения реакций, которые используются в технологии получения урана из природных соединений:
U3O8 ® UO2(NO3)2 ® UO3 ® UO2 ® UF4 ® U
1627. Напишите уравнения реакций, которые используются в технологии получения урана из природных соединений:
UO3 ® UO2SO4 ® (NH4)2U2O7 ® UO3 ® UO2 ® UF4 ® U
1628. Оксид урана (IV) взаимодействует с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата урана (IV), а концентрированной азотной кислотой окисляется, образуя нитрат диоксоурана(VI) – нитрат уранила. Напишите уравнения соответствующих реакций.
1629. Оксид урана (VI) взаимодействует с HCl, H2SO4 и с HNO3 с образованием солей катиона UO22+ (катион уранила), а при сплавлении с NaOH – с образованием ураната(VI) натрия. Напишите уравнения реакций.
1630. Как экспериментально доказать, что U3O8 является двойным оксидом UO2∙2UO3? Как можно записать формулу этого вещества в виде соли?
1631. Чем отличаются по основно-кислотным свойствам оксиды урана UO2 и UO3? Чем является U3O8 – оксидом или солью? Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие свойства UO2, UO3, U3O8.
1632. Одно из соединений урана с фтором при 56 ºС переходит из твёрдого состояния в газообразное. При 100 ºС и давлении 98 кПа 50 г этого газа занимают объём 4,5 л. Установите формулу соединения. Какое практическое значение имеет это соединение?
1633. Гексафторид и гексахлорид урана гидролизуются с образованием галогеноводородных кислот и соединений, содержащих катион уранила. Напишите уравнения реакций гидролиза.
1634. Опишите нахождение тория в земной коре, способы его получения, его свойства и применение тория и его соединений. Почему торий может быть использован в атомной энергетике?
1635. Как получают не существующие в природе трансурановые элементы? Покажите на примерах получения плутония, америция, калифорния и ещё одного элемента по собственному выбору.
Глава девятая. БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ
Общая характеристика благородных газов, их физические свойства и применение. Химические соединения ксенона: состав, свойства, получение и применение.
1636. Для всех благородных газов напишите: 1) символы и названия элементов; 2) атомные номера; 3) формулу валентных электронов; 4) радиусы атомов; 5) ионизационные потенциалы; 6) степени окисления в соединениях. Объясните, почему эти элементы, в отличие от других газов (водорода, азота, кислорода и галогенов), не образуют двухатомных молекул.
1637. Чему равно содержание каждого благородного газа в воздухе, как их выделяют из воздуха и проводят их разделение? Вычислите теоретический объём воздуха, который необходим для получения: а) 1 л гелия; б) 100 л неона; в) 1 м3 аргона, г) 100 мл ксенона.
1638. С чем связано название гелия? При каких условиях гелий переходит в жидкое и твёрдое состояния? Какими необычными физическими свойствами обладает гелий в жидком состоянии, за открытие и объяснение которых двое российских физиков П.Л. Капица и Л.Д. Ландау стали лауреатами Нобелевских премий?
639. Неон состоит из трёх изотопов, массовые доли которых равны 90,48 % (20Ne), 0,27 % (21Ne) и 9,25 % (22Ne). Вычислите атомную массу этого элемента с точностью до тысячных долей. Почему полученный результат не совпадает с атомной массой, приведённой в периодической системе?
1640. Учитывая физические и химические свойства азота и аргона, предложите несколько методов разделения этих газов.
1641. Объясните, почему в ряду гелий – радон температура кипения и энтальпия испарения увеличиваются, а молярный объём уменьшается:
Газ |
He |
Ne |
Ar |
Kr |
Xe |
Rn |
Температура кипения, ºС Энтальния испарения, кДж/моль |
–268,9
0,092 |
–245,9
1,84 |
–185,8
6,27 |
–152,0
9,66 |
–108,1
13,67 |
–61,9
17,97 |
Молярный объём, л/моль |
22,426 |
22,424 |
22,392 |
22,351 |
22,263 |
22,218 |
1642. Почему долгое время считалось, что благородные газы образуют химических соединений? Почему до сих пор не получены соединения гелия, неона и аргона? Приведите примеры соединений криптона, ксенона и радона и объясните, почему эти элементы в своих соединениях имеют чётные степени окисления?
1643. Объясните существование нестойких молекулярных соединений благородных газов: Ar.6H2O, Kr.6H2O, Xe.6H2O, Xe.2C6H5OH, Rn.2C6H5OH. Какое общее название имеют эти и подобные им соединения, при каих условиях они существуют?
1644. Объясните, используя метод молекулярных орбиталей, возможность существования молекулярных ионов He2+ и Ne2+. Можно ли объяснить их образование методом валентных связей?
1645. Перечислите все соединения криптона, ксенона и радона с фтором. Почему энергия связи между атомами ксенона и фтора в соединении XeF8 (100 кДж/моль) меньше, чем в XeF6 (125) и в XeF4 (135)? Какие продукты образуются при взаимодействи с водой (гидролизе) фторидов ксенона?
1646. Почему фториды и оксофториды ксенона (XeF2, XeF4, XeF6, XeF8, XeOF2, XeOF4, XeO2F2, XeOF6, XeO2F4, XeO3F2) являются более сильными окислителями и фторирующими реагентами, чем фтор? Напишите уравнения реакций:
1) XeF4 + KI = 2) XeF4 + SiO2 = 3) Pt + XeF4 + HF =
1647. Какие оксиды и кислоты образует ксенон, как их получают и каковы их свойства?
1648. Приведите примеры ксенатов и перксенатов, опишите их получение и свойства. Напишите уравнения реакций ксената и перксената бария с разбавленной и концентрированной соляной кислотой и их разложения при нагревании.
1649. Как можно объяснить строение молекул соединений ксенона: XeF6 – октаэдрическое, XeO4 – тетраэдрическое, XeF4 – форма плоского квадрата, XeF2 – линейная форма?
1650. Какое отношение к благородным газам имеют: а) радоновые ванны; б) неоновая реклама; в) a-частицы; г) эманация радия; д) свет и тепло Солнца; е) английские химики Д. Рэлей и У. Рамзай; ж) российские физики П.Л. Капица и Л.Д. Ландау?