Энтальпия химических элементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. В чем особенность электронного строения s-элементов? Где расположены s-элементы в периодической системе? Приведите пример электронной формулы для s-элемента

Решение:

В зависимости от строения электронных оболочек атомов все элементы периодической системы Д.И. Менделеева делят на четыре семейства: s-, p-, d- и f-элементы.

К семейству s-элементов относят химические элементы, в атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровня внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода. Максимальное число электронов s-орбитали - два. В каждом периоде есть по два s-элемента. Это элементы главных подгрупп I и II групп, а также водород и гелий

Примеры электронных формул:

Электронная формула элемента натрия (Nа) - s-элемента I группы третьего периода:

1s2 2s2 2p6 3s1

Электронная формула элемента калия (К) s-элемента I группы четвертого периода:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

Электронная формула элемента магния (Мg) - s-элемента II группы третьего периода:

1s2 2s2 2p6 3s2

2. Какая величина количественно характеризует окислительную способность атомов? Изменение этой величины в пределах периода и в пределах главной и побочной подгрупп

Решение:

Радиусы атомов являются одной из важных характеристик элементов, т.к. размеры атомов определяют ряд физико-химических показателей и химическую активность элементов. Изменение атомных радиусов элементов носит периодический характер. Восстановительные и окислительные свойства элементов зависят от радиусов атомов. Чем меньше радиус атома, тем труднее элемент отдает электроны и слабее проявляет восстановительные свойства. В этом случае у элемента активнее будут проявляться окислительные свойства. В периодах слева направо восстановительные свойства элементов уменьшается, а окислительные - увеличиваются. В группах сверху вниз увеличиваются восстановительные свойства и уменьшаются окислительные.

3. Что такое энергия связи, от каких факторов она зависит? Будет ли она одинаковой по величине при образовании соединений с у- и р-связями? Ответ иллюстрируйте примерами

Решение:

Существенной характеристикой химической связи является ее прочность. Для оценки прочности связей обычно пользуются понятием энергии связей.

Энергия связи -- это работа, необходимая для разрыва химической связи во всех молекулах, составляющих один моль вещества. Чаще всего энергию связи измеряют в кДж/моль. Наиболее прочными являются ионные и ковалентные связи, энергии этих связей составляют величины от десятков до сотен кДж/моль. Металлическая связь, как правило, несколько слабее ионных и ковалентных связей, но величины энергий связи в металлах близки к значениям энергии ионных и ковалентных связей. Об этом свидетельствуют, в частности, высокие температуры кипения металлов, например 357 °С (Hg), 880 °С (Na), 3000є С (Fe) и т. д. Энергии водородных связей очень небольшие по сравнению с энергией межатомных связей. Так, энергия водородной связи составляет обычно величину 20--40 кДж/моль, тогда как энергия ковалентных связей может достигать несколько сотен кДж/моль.

Энергия связи между двумя данными атомами зависит от ее кратности, которая определяется числом электронных пар, связывающих эти атомы. С увеличением кратности связи возрастает и энергия связи. Например, энергия одинарной связи C-C в молекуле этана равна 263 кДж/моль, двойной связи C=C в этилене составляет 422 кДж/моль, тройной связи C(C в молекуле ацетилена равна 535 кДж/моль. Важной характеристикой связи является также ее длина, которая измеряется расстоянием между ядрами связанных атомов. При увеличении кратности связи ее длина уменьшается: C(C 0,154 нм; C=C 0,134 нм; C(C 0,120 нм) у -

Ковалентная связь, которая является результатом электронно-ядерных взаимодействий, располагается в определенном направлении по отношению к ядрам этих атомов. Если электронные облака перекрываются в направлении прямой, которая соединяет ядра атомов (т.е. по оси связи), такая ковалентная связь называется у-связью (сигма-связью). Например, в молекулах Н2, Cl2, HC1 атомы соединяются ковалентной у-связью. Ковалентные сигма-связи образуются при перекрывании орбиталей: s- s (как в Н2): s - р (как в НС1), р - р (как в С12). При перекрывании p-орбиталей, направленных перпендикулярно оси связи, образуются две области перекрывания по обе стороны оси связи. Такая ковалентная связь называется р-связью (пи-связью) Например, в молекуле азота атомы связаны одной у -связью и двумя р-связями Связи у являются более прочными, чем р -связи.

4. При сгорании 1 литра С2Н2 (О°С и 760 мм рт. ст.) выделяется 58,02кДж тепла. Вычислить энтальпию образования ацетилена

Решение:

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840 г.): тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода.

В термохимических расчетах применяют чаще следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции (ДHх.р) равен сумме энтальпий образования ДHобр продуктов реакции за вычетом суммы энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов:

Запишем термохимическое уравнение реакции:

C2H2(г) + 5/2О2(г) = 2СО2(г) + Н2О(ж) + ДН0

Из условия задачи , что сгорает 1 л с выделением 58,02 кДж. тепла, находим, при сгорании 1 моля ацетилена (С2Н2) выделяется 58,02*22,4=1299,65кДж тепла, т.е. ДН0= -1299,65кДж

Отсюда можно записать:

ДH0 = 2ДH0 (СО2) + Д H0 (Н2О) - ДH0 (С2Н2) = -1299,65 кДж.

ДH0(С2Н2) = 2ДH0(СО2) + ДH0(Н2О) - ДH0 = 2ДH0(СО2) + ДH0(Н2О) + 1299,65.

Пользуясь табличными данными (ДH0(СО2(г))=-393,51; ДH0(Н2О(ж))=-285,83) находим:

ДH0(С2Н2)=2*(-393,51)+ (-285,83)+1299,65=226,8кДж.

Ответ 226,8 кДж.

5. Исходные концентрации СО и Н2О (пар) равны и составляют 0,03моль/л. вычислите равновесные концентрации [СО], [Н2О(пар)], [Н2] в системе СО + Н2О(пар) - СО2 + Н2, если равновесная концентрация [СО] оказалась равной 0,01моль/л

энтальпия ацетилен ковалентный термохимический

Решение:

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V1) равна скорости обратной реакции (V2). При химическом равновесии концентрации веществ остаются неизменными. Химическое равновесие имеет динамический характер: прямая и обратная реакции при равновесии не прекращаются

Концентрации, входящие в выражение константы равновесия, называются равновесными концентрациями

Константа равновесия - постоянная при данной температуре величина, выражающая соотношение между равновесными концентрациями продуктов реакции (числитель) и исходных веществ (знаменатель). Чем больше константа равновесия, тем "глубже" протекает прямая реакция, т.е. тем больше выход ее продуктов.

Для данной системы константа равновесия равна:

К=[СО2][Н2]/[СО][Н2О]

Так как стехиометрические коэффициенты данной реакции равны, то равновесная концентрация [СО2] =[Н2] =0,01моль/л

Так как исходные концентрации веществ равны и составляют 0,03моль/л, а концентрации продуктов реакции равны и составляют 0,01моль/л то равновесная концентрация [СО] =[Н2О] = 0,03моль/л -0,01моль/ л =0,02моль/л

Ответ: [СО] =[Н2О] =0,02моль/л; [Н2] =0,01моль/л

6. Напишите выражение константы равновесия для следующих реакций

а) N2 +3Н2 - 2NН3

б) Fе2О3+3СО - 2Fе +3СО2

Как увеличить выход продуктов реакции? Обе реакции экзотермические.

Решение:

а) N2 +3Н2 - 2NН3

К=[NН3]2/[ N2][ Н2]3

б) Fе2О3+3СО - 2Fе +3СО2

В выражение константы равновесия гетерогенной реакции, как и в выражение закона действия масс, входят только концентрации веществ, находящихся в жидкой или газообразной фазе, так как концентрации твердых веществ остаются, как правило, постоянными. Поэтому выражение константы равновесия для данной реакции выглядит следующим образом:

К=[СО2]3/[ СО]3

Принцип Ле Шателье (принцип смещения равновесия), устанавливает, что внешнее воздействие, выводящее систему из состояния термодинамического равновесия, вызывает в системе процессы, стремящиеся ослабить эффект воздействия.

Поскольку реакции экзотермические, то для увеличения выхода продуктов реакции, необходимо понизить температуру, т.е постоянно отводить тепло в ходе течения реакции

Размещено на Allbest.ru