Выполнение домашних заданий по курсу химии
Покупка
Новинка
Тематика:
Общая и неорганическая химия
Авторы:
Богословский Станислав Юрьевич, Голубев Александр Михайлович, Гуров Александр Алексеевич, Медных Жанна Николаевна, Слитиков Павел Владимирович, Смирнов Александр Давыдович
Год издания: 2013
Кол-во страниц: 104
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-3673-6
Артикул: 826507.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Даны задачи, которые включены в три домашних задания по основным разделам курса химии: "Строение вещества", "Закономерности протекания химических процессов" и "Электрохимические процессы". В каждом разделе приведены примеры решения типовых задач. В приложениях представлены справочные материалы.
Для студентов (бакалавров и специалистов) всех факультетов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих базовый курс химии.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного комплекса "Фундаментальные науки" МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана ВЫПОЛНЕНИЕ ДОМАШНИХ ЗАДАНИЙ ПО КУРСУ ХИМИИ Методические указания Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2013
УДК 54 ББК 24 В92 Авторы: С.Ю. Богословский, А.М. Голубев, А.А. Гуров, Ж.Н. Медных, П.В. Слитиков, А.Д. Смирнов Рецензент П.А. Носов В92 Выполнение домашних заданий по курсу химии : метод. указания / [C.Ю. Богословский и др.]. — М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. — 98 [6] с. ISBN 978-5-7038-3673-6 Даны задачи, которые включены в три домашних задания по основным разделам курса химии: «Строение вещества», «Закономерности протекания химических процессов» и «Электрохимические процессы». В каждом разделе приведены примеры решения типовых задач. В приложениях представлены справочные материалы. Для студентов (бакалавров и специалистов) всех факультетов МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучающих базовый курс химии. Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно- учебного комплекса «Фундаментальные науки» МГТУ им. Н.Э. Баумана. УДК 54 ББК 24 ISBN 978-5-7038-3673-6 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013
Д О М А Ш Н Е Е З А Д А Н И Е № 1 1. СТРОЕНИЕ АТОМА Пример решения задачи Составьте электронную и электронно-графическую формулы атома кремния в основном и возбужденном состояниях. Определите число неспаренных электронов. Укажите магнитные свойства атома кремния в основном состоянии. Отметьте значения главного, орбитального и магнитного квантовых чисел для электронов внешнего энергетического уровня атома кремния в основном состоянии. Р е ш е н и е . Порядковый номер кремния в Периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева равен 14. Ядро атома кремния содержит 14 протонов, следовательно, заряд равен +14 и вокруг ядра расположено 14 электронов. Электронная и электронно-графическая формулы атома кремния имеют соответственно следующий вид: 1s22s22p63s23p2 Таким образом, в основном состоянии атом кремния на внешнем электронном уровне содержит два неспаренных электрона (тогда суммарное магнитное спиновое квантовое число Σms ≠ 0) и поэтому является парамагнитным. Квантовые числа имеют следующие значения: 14Si 3 n = 2 n = 1 n =
Атомная орбиталь Значения квантовых чисел n l ml 3s 3 0 0 3p 3 1 −1 и 0 При затрате некоторой энергии один 3s-электрон атома кремния может быть переведен на вакантную 3p-орбиталь, при этом энергия атома возрастет, так как возникшая электронная конфигурация ( 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3) будет соответствовать возбужденному состоянию атома кремния 14Si*. Электронно-графическая формула приобретает вид Задачи для самостоятельного решения Задачи 1 — 15. По заданным координатам атома (период, группа) найдите элемент в длиннопериодном варианте Периодической системы химических элементов, составьте полную электронную формулу атома, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам, укажите магнитные свойства (диамагнитные или парамагнитные) нейтральных атомов данного элемента. № п/п Период Группа № п/п Период Группа № п/п Период Группа 1 5 6 6 4 11 11 4 15 2 4 5 7 4 17 12 5 5 3 3 17 8 5 1 13 3 6 4 2 14 9 4 12 14 3 16 5 4 3 10 4 7 15 5 2 Задачи 16 — 35. Определите, в каком периоде, группе и подгруппе Периодической системы химических элементов находится элемент, атом которого имеет электронную структуру, выражае- 3 n = 2 n = 1 n =
мую электронной формулой. Укажите магнитные свойства (диамагнитные или парамагнитные) нейтральных атомов данного элемента. № п/п Электронная формула № п/п Электронная формула № п/п Электронная формула № п/п Электронная формула 16 … 4d25s2 21 … 3d54s2 26 … 4d15s2 31 … 5s25p5 17 … 3d14s2 22 … 3d104s1 27 … 3d04s2 32 … 4d25s2 18 … 4d105s2 23 … 4s24p3 28 … 4f 05d16s2 33 … 5d54s2 19 … 3s23p4 24 … 3d10 4s2 29 … 4d105s25p1 34 … 3d104s1 20 … 3s23p5 25 … 4d55s15p0 30 … 3d44s2 35 … 2s22p5 Задачи 36 — 40. Электрон в атоме находится на указанной атомной орбитали (АО). Опишите состояние электрона квантовыми числами n, l, ml. № п/п……………….. 36 37 38 39 40 АО …………………. 3d 4f 3p 6d 7p Задачи 41 — 45. Определите, на какой атомной орбитали (s, p или d ) находится электрон, если его состояние характеризуется указанными квантовыми числами n, l, ml. Укажите форму атомной орбитали. № п/п……………...... 41 42 43 44 45 n…………………....... 3 5 4 6 2 l……………………… 2 1 2 0 1 ml……………………. –2 –1 +2 0 +1 Задачи 46 — 50. Используя правила Клечковского, определите последовательность заполнения электронами подуровней, для которых сумма квантовых чисел n + l равна заданному значению. № п/п ……………… 46 47 48 49 50 n + l……….………… 5 7 4 8 6
Задачи 51 — 56. Напишите полные электронные формулы данного атома в основном и возбужденном состояниях, покажите распределение валентных электронов по квантовым ячейкам, определите число неспаренных электронов. Укажите магнитные свойства атомов (диамагнитные, парамагнитные) в основном состоянии. № п/п ………………. 51 52 53 54 55 56 Атом ……………….. S As Al Mn Cl Ti Задачи 57 — 61. Приведите полные электронные формулы атомов в невозбужденном состоянии. Укажите значения квантовых чисел n, l, m для электронов, находящихся на внешнем энергетическом уровне. Определите число неспаренных электронов и магнитные свойства атомов (диамагнитные, парамагнитные). № п/п………….……. 57 58 59 60 61 Атомы ……………... Si, Mn Ca, Ti Sc, Pb Se, Mo Cs, Pd Задачи 62 — 66. Определите порядковый номер элемента в Периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева, у которого заканчивается заполнение электронами орбиталей данного уровня. № п/п………….……. 62 63 64 65 66 Подуровень ……….. 3d 4p 4f 5s 5d Задачи 67 — 78. Напишите полные электронные формулы указанного атома и его иона. Покажите для них распределение электронов внешнего энергетического уровня по квантовым ячейкам. Укажите количество неспаренных электронов в атоме и ионе. № п/п Атом Ион № п/п Атом Ион 67 68 69 70 71 72 S Ti Al Sn Mn Co S2- Ti3+ Al3+ Sn2+ Mn2+ Co3+ 73 74 75 76 77 78 Cu Cr Au Sc Pd Ag Cu2+ Cr3+ Au3+ Sc3+ Pd2+ Ag+
Задачи 79 — 83. Напишите полные электронные формулы атомов указанного ряда. Предскажите изменения (увеличение, уменьшение, постоянство) атомного радиуса и первой энергии ионизации атомов. № п/п……………….. 79 80 81 82 83 Ряд атомов ………… Cl−Br−I N−O−F N−P−As O−S−Se Al−Si−P Задачи 84 — 97. Объясните изменение первой энергии ионизации в указанном ряду элементов. Составьте полные электрон- ные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам. № п/п Элемент № п/п Элемент Первая энергия ионизации, эВ Первая энергия ионизации, эВ 84 Li Na K 91 Li Be B 5,39 5,14 4,34 5,39 9,32 8,30 85 Be Mg Ca 92 C N O 9,32 7,64 6,11 11,26 14,54 13,61 86 B Al Ga 93 K Ca Sc 8,29 5,98 6,00 2,36 1,97 1,64 87 C Si Ge 94 Na Mg Al 11,26 8,15 7,88 5,14 7,64 5,98 88 Cu Ag Au 95 B C N 7,72 7,57 9,22 8,29 11,26 14,54 89 Zn Cd Hg 96 O F Ne 9,39 8,99 10,34 13,61 17,42 21,56 90 N P As 97 Al Si P 14,54 10,55 9,81 5,98 8,15 10,55 Задачи 98 — 111. Объясните изменение радиусов атомов в указанном ряду атомов элементов. Составьте полные электронные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.
№ п/п Элемент № п/п Элемент Радиус атома R·1010 , м Радиус атома R·1010, м 98 Li Na K 105 Li Be B 1,55 1,89 2,36 1,55 1,13 0,91 99 Be Mg Ca 106 C N O 1,13 1,60 1,97 0,77 0,75 0,73 100 B Al Ga 107 K Ca Sc 0,90 1,42 1,39 2,36 1,97 1,64 101 C Si Ge 108 Na Mg Al 0,77 1,34 1,39 1,89 1,60 1,43 102 Sc Ti V 109 B C N 1,64 1,46 1,34 0,81 0,77 0,75 103 Fe Co Ni 110 O F Ne 1,26 1,25 1,24 0,73 0,72 0,70 104 N P As 111 Al Si P 0,71 1,30 1,48 1,43 1,34 1,30 2. МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ Пример решения задачи Постройте энергетические диаграммы молекулярных орбиталей в молекуле CN и в молекулярном ионе CN– , сравните энергии химических связей этих частиц. В какой из частиц длина связи наименьшая? Укажите диамагнитную и парамагнитную частицы. Р е ш е н и е . Энергетические диаграммы молекулярных орбиталей данных частиц в упрощенном виде представлены в таблице на с. 9. Видно, что кратности связи в CN и CN− соответственно равны 2,5 и 3. Наименьшей длиной связи характеризуется ион CN−, в котором кратность связи наибольшая. Наличие неспаренного электрона на молекулярной орбитали в CN указывает на парамагнитные свойства, в то время как ион CN− не имеет магнитных свойств (диамагнитные свойства).
Задачи для самостоятельного решения Задачи 112 — 216. Постройте энергетические диаграммы молекулярных орбиталей заданных частиц (молекул и молекулярных ионов), сравните энергии химических связей и укажите диамагнитную и парамагнитную частицы. Номер задачи соответствует заданной молекуле (столбец) и заданному молекулярному иону (строка). Ион Молекула H2 O2 B2 Li2 Cl2 N2 C2 N2 + 112 127 142 157 172 187 202 N2 − 113 128 143 158 173 188 203 O2 + 114 129 144 159 174 189 204 O2 − 115 130 145 160 175 190 205 H2 + 116 131 146 161 176 191 206 H2 − 117 132 147 162 177 192 207 B2 + 118 133 148 163 178 193 208 B2 − 119 134 149 164 179 194 209 C2 + 120 135 150 165 180 195 210 C2 − 121 136 151 166 181 196 211 He2 + 122 137 152 167 182 197 212 Cl2 + 123 138 153 168 183 198 213 Cl2 − 124 139 154 169 184 199 214 Li2 + 125 140 155 170 185 200 215 Be2 + 126 141 156 171 186 201 216 CN CN− Энергетическая диаграмма
3. МЕТОД ВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ Пример решения задачи Рассмотрите по методу валентных связей строение молекул ВCl3 и PCl3: укажите тип гибридизации АО центрального атома; изобразите пространственное перекрывание орбиталей; укажите, полярны ли эти молекулы. Поясните, почему значения валентных углов в указанных молекулах составляют 120° и 100,3° соответственно. Р е ш е н и е . Рассмотреть строение частицы по методу валентных связей, применив модель гибридизации АО, значит определить гибридизацию центрального атома, указать образующийся валентный угол, сколько и каких ( , ) связей содержит частица, каков механизм их образования, а также изобразить пространственное строение частицы и определить ее полярность. Стабильному состоянию атома бора В отвечает конфигурация [He]2s22p1. Для образования трех ковалентных σ-связей с атомами хлора по обменному механизму необходимо промотировать один электрон с 2s-АО на 2р-АО, тогда возникнет конфигурация возбужденного состояния бора В* [He]2s12p2. В данном случае валентные орбитали атома бора при образовании ковалентных связей будут находиться в состоянии sp2-гибридизации, под углом 120° (рис. 1). Рис. 1 Молекула представляет собой плоский треугольник, в котором суммарный дипольный момент трех связей равен нулю (Σμ = 0), т. е. молекула ВСl3 неполярна.
Доступ онлайн
В корзину