Строение атомов и молекул. Химическая связь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

1. Какой энергетический подуровень будет заполняться электронами в первую очередь: 4d, 5s, 4р, 5d, 5р, 4f? Ответ мотивируйте

Решение:

Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nl^x, где n - главное квантовое число, l - орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение - s, p, d, f), x - число электронов в данном подуровне (орбитали). Устойчивому (невозбужденному) состоянию многоэлектронного атома отвечает такое распределение электронов по атомным орбиталям, при котором энергия атома минимальна. Поэтому они заполняются в порядке последовательного возрастания их энергий. Этот порядок заполнения определяется правилом Клечковского (правило n + l ):

- заполнение электронных подуровней с увеличением порядкового

номера атома элемента происходит от меньшего значения (n+l) к большему значению (n + l);

- при равных значениях (n + l) заполняются сначала энергетические подуровни с меньшим значением n.

Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней, указанных условием задачи следующая:

4р>5s>4d>5р>4f>5d

2. Открытие какого закона позволило объяснить причину кажущегося несоответствия в расположении некоторых элементов в периодической системе Д.И. Менделеева?

Решение:

В 1869 г. Д.И. Менделеев на основе анализа свойств простых веществ и соединений сформулировал Периодический закон:

Свойства простых тел и соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов.

На основе периодического закона была составлена периодическая система элементов. В ней элементы со сходными свойствами оказались объединены в вертикальные столбцы - группы. В некоторых случаях при размещении элементов в Периодической системе приходилось нарушать последовательность возрастания атомных масс, чтобы соблюдалась периодичность повторения свойств. Например, пришлось "поменять местами" теллур и йод, а также аргон и калий. Причина состоит в том, что Менделеев предложил периодической закон в то время, когда не было ничего известно о строении атома. После того, как в XX веке была предложена планетарная модель атома, периодический закон формулируется следующим образом. Свойства химических элементов и соединений находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.

Заряд ядра равен номеру элемента в периодической системе и числу электронов в электронной оболочке атома.

Эта формулировка объяснила "нарушения" Периодического закона. В Периодической системе номер периода равен числу электронных уровней в атоме, номер группы для элементов главных подгрупп равен числу электронов на внешнем уровне.

Причиной периодического изменения свойств химических элементов является периодическое заполнение электронных оболочек. После заполнения очередной оболочки начинается новый период.

3. Какие типы связи осуществляются в молекуле NН₄Сl? Ответ мотивировать

Решение:

В молекуле NН₄Сl имеется два вида связи.

а) донорно-акцепторная. Существование ионов аммония NН₄ ⁺ объясняется образованием химической связи по донорно-акцепторному механизму. Возникает вопрос: как в нейтральной молекуле NH₃, где все электронные орбитали заполнены, возникает связь с протоном и образуется ион NН₄ ⁺с четырьмя химическими связями? В молекуле аммиака четыре валентные орбитали атома азота (одна 2s и три 2p) находятся в состоянии sp³-гибридизации. Три из них вовлечены в связи с атомами водорода по ковалентному способу. Одна оставшаяся орбиталь заполнена парой собственных электронов атома азота. Именно эта орбиталь с парой электронов и взаимодействует с протоном, ядром атома водорода, не имеющим своих электронов.

Таким образом, атом азота в молекуле аммиака играет роль донора электронной пары, а протон - роль акцептора:

В ионе NН₄ ⁺все связи, несмотря на различное их происхождение, энергетически равноценны и все углы между связями равны 109°28'

б) ионная. Связь NН₄ Сl - ионная. Ионной связью называется химическая связь, осуществляемая за счет электростатического притяжения между ионами. Соединения, образованные путем притяжения ионов называются ионными. Ионные соединения состоят из отдельных молекул только в парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют.

электрон орбиталь периодический термодинамический

4. В ходе доменного процесса возможна реакция: Fе3О4(к) +СО(г)= 3FеО(к) +СО2(г). При какой температуре начнется эта реакция, если ДН⁰₂₉₄ х.р^.= 44,5кДж.

Решение:

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка ? ТДS. Энтропия выражается в Дж/(моль?К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух составляющих: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку (TДS). При Р =const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают ДG, можно найти из соотношения:

ДG = (Н2 - H1) - (TS2 - TS1); ДG = ДH - TДS

Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса.

Реакция начнется при температуре при которой ДG=0, следовательно

ДH= TДS

Откуда Т= ДH/ДS

Из справочных материалов посчитаем ДS для данной реакции:

ДS⁰= 3S⁰FеО(к)+S⁰ СО2(г).- S⁰Fе3О4(к)- S⁰СО(г)

ДS⁰=3*58,79+213,6-151,46-197,4=41,11Дж/К или 41,11*10^-3кДж/К

Откуда: Т=44,5кДж/41,11*10^-3=1082,4К

5. Реакция идет по уравнению: 4НСl+О₂-2Н₂О +2Сl_2. Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л) НСl=0,85; СО₂ =0,44; ССl₂ = 0,30. Какими были концентрации НСl и О₂ в начале реакции?

Решение:

Для нахождения исходных концентраций НСl иО₂ учтем, что, согласно уравнению реакции, из 4 молей НСl и 1 моля О₂образуется по 2 моля Н₂О и Сl₂. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось по 0,3 моля, Н₂О и Сl₂,то при этом было израсходовано 0,6 молей НСl и0,15 молей О₂. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

[НСl]исх = 0,6 + 0,85 = 1,45 моль/л;

[О₂]исх = 0,15 + 0,44 = 0,59 моль/л.

6. В каких нижеприведенных обратимых реакциях изменение давления не вызовет нарушения равновесия:

2SО₂+О₂-2SО₃

НСl+О₂-2Н₂О +2Сl₂

МgСО₃- Мg+СО₂

Н₂+I₂-2НI

Решение:

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

При увеличении давления смещение равновесия связано с уменьшением общего объёма системы, а уменьшению давления сопутствуют физ. или хим.процессы, приводящие к увеличению объема.

а) 2SО₂+О₂-2SО₃ - увеличение давления смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции, уменьшение - в сторону обратной реакции, т.к. в результате реакции общий объем смеси уменьшается.

Константа равновесия для этой реакции: К = [SО₃]²/[ SО₂]²[О₂]

б) НСl+О₂-2Н₂О +2Сl₂ - увеличение давления смещает равновесие в сторону исходных продуктов, уменьшение - в сторону образования продуктов реакции, т.к. в результате реакции объем смеси увеличивается. Константа равновесия для этой реакции: К = [Н₂О]²[ Сl₂]²/[ НСl][ О₂]

в) МgСО₃- Мg+СО₂ Константа равновесия для этой реакции: К=[СО₂] увеличение давления смещает равновесие в сторону исходных продуктов, уменьшение - в сторону образования продуктов реакции, т.к. в результате реакции объем смеси увеличивается.

г) Н₂+I₂-2НI т.к. объем смеси не меняется, то изменение давления не влияет на течение реакции. Константа равновесия для этой реакции:

К = [НI]²/[Н₂][I₂]

Размещено на Allbest.ru