Формулы s-элемента и окислительные способности атомов

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. s элемент энергия связи атом

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

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), 3000? 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.

Отсюда

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

Пользуясь табличными данными

(ДH⁰(СО_2(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

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