При твердении протекает реакция 3 страница
Пример 3. Как зависят кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов от степени окисления атомов элементов, их образующих? Какие гидроксиды называются амфотерными ?
Решение. Если данный элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства последних меняются от основных к амфотерным и кислотным. Это объясняется характером электролитической диссоциации (ионизации) гидроксидов МеОН, которая в зависимости от сравнительной прочности и полярности связей Ме — О и О — Н может протекать по двум типам:
МеОН ↔ Меn++nОН- (1) МеОН ↔ МеО-+Н+ (II) 
Полярность связей, в свою очередь, определяется разностью электроотрицательностей компонентов, размерами и эффективными зарядами атомов. Диссоциация по кислотному типу (II) протекает, если Эон < ЭЭО (высокая степень окисления), а по основному типу (1), если Эон > Ээо (низкая степень окисления); Если прочности связей О—Н и Э—О близки или равны, диссоциация гидроксида может одновременно протекать и по (I), и по (II) типам. В этом случае речь идет об амфотерных электролитах.
Эn++nОН-- ↔ Э(ОН)n ↔ HnЭОn ↔ nH++ЭОnn+
как основание как кислота
Э-элемент, n-его положительная степень окисления В кислой среде амфолит проявляет основной характер, а в щелочной среде - кислый характер.
Контрольные вопросы
|
|
|
41. У какого из р-элементов пятой группы периодической системы — фосфора или сурьмы — сильнее выражены неметаллические свойства? Какое из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атома этих элементов.
42. Исходя из положения металла в периодической системе, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ва (ОН)2 или Mg(OH)2, Ca(OH)2 или Fe(OH)2 , Са(OH)2 или Sr(OH)2?
43. Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: Cu(OH) или Си(ОН)2; Fe(OH)2 или Fe(OH)3; Sn(OH)2 или Sn(OH)4? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида олова (II).
44. Какую низшую степень окисления проявляют водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
45. Какую низшую и высшую степени окисления проявляют кремний, мышьяк, селен и хлор? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
46. Хром образует соединения, в которых он проявляет степени окисления +2, +3, +6. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида хрома (III).
|
|
|
47. Атомные массы элементов в периодической системе непрерывно увеличиваются, тогда, как свойства простых тел изменяются периодически. Чем это можно объяснить? Дайте мотивированный ответ.
48. Какова современная формулировка периодического закона? Объясните, почему в периодической системе элементов аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и протактинием, хотя и имеют большую атомную массу?
49. Какую низшую и высшую степени окисления проявляют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
50. Атомы каких элементов четвертого периода периодической системы образуют оксид, отвечающий их высшей степени окисления Э2О5? Какой из них дает газообразное соединение с водородом? Составьте формулы кислот, отвечающих этим оксидам, и изобразите их графически?
51. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, составьте формулы мета-, ортогерманиевой кислот и оксида технеция, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.
|
|
|
52. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s- и р-элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?
53. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность р-элементов в периоде, в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?
54. Исходя из положения германия, молибдена и рения в периодической системе, составьте формулы водородного соединения германия, оксида молибдена и рениевой кислоты, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.
55. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.
56. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется кислотно-основной характер этих соединений при переходе от натрия к хлору? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида алюминия.
|
|
|
57. Какой из элементов четвертого периода — ванадий или мышьяк — обладает более выраженными металлическими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов этих элементов.
58. Марганец образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3 +4; +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида марганца (IV).
59. У какого элемента четвертого периода — хрома или селена — сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте строением атомов хрома и селена
60. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
ТЕМА : Химическая связь и строение молекул. Конденсированное состояние вещества.
Пример 1. Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами (спин-валентность), может проявлять фосфор в нормальном и возбужденном (*) состояниях?
Решение. Распределение электронов внешнего энергетического уровня фосфора …3s2 Зр3 (учитывая правило Хунда, 3s2 ЗрX ЗрУ ЗрZ) по квантовым ячейкам имеет вид:
Атомы фосфора имеют свободные d-орбитали, поэтому возможен переход одного 3s-электрона в Зd-состояние:
Отсюда валентность (спинвалентность) фосфора в нормальном состоянии равна трем, а в возбужденном — пяти.
Пример 2. Что такое гибридизация валентных орбиталей? Какое строение имеют молекулы типа АВn, если связь в них образуется за счет sp-, sp2-, sp3- гибридизации орбиталей атома А?
Решение. Теория валентных связей (ВС) предполагает участие в образовании ковалентных связей не только «чистых» АО, но и «смешанных», так называемых гибридных, АО. При гибридизации первоначальная форма и энергия орбиталей (электронных облаков) взаимно изменяются и образуются орбитали (облака) новой одинаковой формы и одинаковой энергии. Число гибридных орбиталей (q) равно числу исходных. Ответ на поставленный вопрос отражен в табл.3.
Таблица 3. Гибридизация орбиталей и пространственная конфигурация молекул.
| Тип молекулы | Исходные орбитали атома А | Тип гибридизации | Число гибридных орбиталей атома А | Пространственная конфигурация молекулы | |
| АВ2 | s+p | sp | 2 | Линейная | |
| АВ3 | s+p+p | sp2 | 3 | Треугольная | |
| АВ4 | s+p+p+p | sp3 | 4 | Тетраэдрическая |
Пример 3. Как метод молекулярных орбиталей (МО) описывает строение двухатомных гомоядерных молекул элементов второго периода?
Решение. Метод валентных связей (ВС) не может объяснить целый ряд свойств и строение некоторых молекул (парамагнетизм молекулы О2, большую прочность связей в молекулярных ионах F2+ и О2+, чем, соответственно, в молекулах F2 и О2; меньшую прочность связи в ионе N2+, чем в молекуле N2; существование молекулярного иона Не2+ и неустойчивость молекулы Не2; и т.п.). Более плодотворным оказался другой подход к объяснению ковалентной связи — метод молекулярных орбиталей (МО). В методе МО состояние молекулы описывается как совокупность электронных молекулярных орбиталей. При этом число молекулярных орбиталей равно сумме атомных орбиталей. Молекулярной орбитали, возникающей от сложения атомных орбиталей (АО), соответствует более низкая энергия, чем исходным орбиталям. Такая МО имеет повышенную электронную плотность в пространстве между ядрами, способствует образованию химической связи и называется связывающей. Молекулярной орбитали, образовавшейся от вычитания атомных, соответствует более высокая энергия, чем атомным орбиталям. Электронная плотность в этом случае сконцентрирована за ядрами атомов, а между ними равна нулю. Подобные МО энергетически менее выгодны, чем исходные АО, они приводят к ослаблению химической связи и называются разрыхляющими. Электроны, занимающие связывающие и разрыхляющие орбитали, называют соответственно связывающими (cв) и разрыхляющими (разр.) электронами. Заполнение молекулярных орбиталей происходит при соблюдении принципа Паули и правила Хунда по мере увеличения их энергии в такой последовательности:
σсв1s<σразр1s<σсв2s<σразр2s<σсв2рx<πсв2ру=πсв2рz<πразр2ру=πразр2рz<σразр2рx
Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей из атомных для двухатомных гомоядерных (одного и того же элемента) молекул элементов второго периода дана в учебнике «Общая химия» Н.Л.Глинка.
Следует отметить, что при образовании молекул В2, С2 и N2 энергия связывающей σ2рх,-орбитали больше энергии связывающих π2pу- и π2рz-орбиталей, тогда как в молекулах О2 и F2, наоборот, энергия связывающих π2pу- и π2рz-орбитапей больше энергии связывающей σ2рх-орбитали. Это нужно учитывать при изображении энергетических схем («Общая химия» Н.Л.Глинка) соответствующих молекул.
Порядок связи в молекуле определяется разностью между числом связывающих и разрыхляющих электронов, деленной на два. Порядок связи может быть равен нулю (молекула не существует), целому или дробному положительному числу.
Рис.1. Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей из атомных для гомоядерных молекул второго периода.
Контрольные вопросы
61. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы Не2 и молекулярного иона Не2+ по методу молекулярных орбиталей. Как метод МО объясняет устойчивость иона Не2+ и невозможность существования молекулы Не2?
62. Какую химическую связь называют водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему Н2О и HF, имея меньшую молекулярную массу, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги?
63. Какую химическую связь называют ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.
64. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов, в соединениях СН4, СН3ОН, НСООН, СО2.
65. Какие силы молекулярного взаимодействия называют ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают эти силы и какова их природа?
66. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулярного иона Н2- и молекулы Н2 по методу молекулярных орбиталей. Где энергия связи больше? Почему?
67. Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы ВF3?
68. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы О2 по методу молекулярных орбиталей (МО). Как метод МО объясняет парамагнитные свойства молекулы кислорода?
69. Нарисуйте энергетическую схему образования молекул F2 по методу молекулярных орбиталей (МО). Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях? Чему равен порядок связи в этой молекуле?
70. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы N2 по методу молекулярных орбиталей (МО). Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях? Чему равен порядок связи в этой молекуле?
71. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы воды?
72. Какую ковалентную связь называют полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Исходя из значений электроотрицательности атомов соответствующих элементов, определите, какая из связей: HI, ICℓ, BrF — наиболее полярна.
73. Какой способ образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NH4+ и BF4-. Укажите донор и акцептор.
74. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы BeC12 и тетраэдрическое СН4?
75. Какую ковалентную связь называют σ-связью и какую π-связью? Разберите на примере строения молекулы азота.
76. Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами?
77. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденных состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами?
78. Что называют электрическим моментом диполя? Какая из молекул НС1, НВг, HI имеет наибольший момент диполя? Почему?
79. Какие кристаллические структуры называют ионными, атомными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк — имеют указанные структуры?
80. Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекул H2S и линейное молекулы СО2?
ТЕМА: Энергетика химических процессов (термохимические расчеты)
При решении задач этого раздела данные для расчетов необходимо взять в таблице этого раздела и в справочнике физико-химических величин.
Науку о взаимных превращениях различных видов энергии называют термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного течения различных процессов в данных условиях.
В результате химических реакций происходят глубокие качественные изменения в системе, рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением или выделением энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называют термохимией. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называют экзотермическими, а те, которые сопровождаются поглощением теплоты, — эндотермическими. Теплоты реакций являются, таким образом, мерой изменения свойств системы, и знание их может иметь большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.
При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более общего закона природы — закона сохранения материи. Теплота Q, поглощенная системой, идет на изменение ее внутренней энергии ΔU и на совершение работы А:
Внутренняя анергия системы U— это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т.д. Внутренняя энергия — полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве, и без кинетической энергии системы как целого. Абсолютное значение внутренней энергии U веществ неизвестно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является функцией состояния, т.е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс ΔU = U2 — U1, где ΔU — изменение внутренней энергии системы при переходе от начального состояния U1 в конечное U2. Если U2 > U1, то ΔU > 0. Если U2 < U1, то ΔU < 0.
Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химически реакциях А — это работа против внешнего давления, т.е. в первом приближении А = ρΔV, где ΔV - изменение объема системы (V2 – V1). Так как большинство химических реакций проходит при постоянном давлении, то для иэобарно-изотермического процесса (p-const, Т-const) теплота
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!