Ванадий, марганец и бром в таблице Д.И. Менделеева

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Напишите электронно-графическую формулу для 23 элемента, определите его валентные электроны и охарактеризуйте их с помощью квантовых чисел

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). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией - меньшая сумма n+1 (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s>2s>2р>3s>3р>4s>3d>4р>5s>4d>5р>6s>(5d¹) >4f>5d>6р>7s>(6d^1-2)>5f>6d>7р

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для 23 элемента - ванадия( V -порядковый № 23) электронная формула имеют вид:

V²³ 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶4s²3d³

Валентные электроны ванадия - 4s²3d³ - находятся на 4s и 3d подуровнях На валентных орбиталях атома ванадия находится 5 электронов. Поэтому элемент помещают в пятую группу периодической системы Д.И.Менделеева.

2. Исходя из электронных структур атомов марганца и брома, их места в периодической системе, объясните сходство и различие их химических свойств

Решение:

Марганец - 25 -й элемент таблицы Менделеева. Электронная формула марганца имеет вид: ванадий марганец бром энтальпия энтропия

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵

Валентные электроны находятся на 4s и 3d подуровнях. На валентных орбиталях атома марганца находится 7 электронов.

Бром - 35 элемент периодической таблицы

Электронная формула брома имеет вид:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

Валентные электроны находятся на 4s и 4р подуровнях. На валентных орбиталях атома находится 7 электронов.

Таким образом, марганец и бром не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов - 7. Поэтому оба элемента помещают в одну и ту же группу периодической системы Д.И.Менделеева.

Марганец - d-элемент VIIB-группы, а бром - p-элемент VIIA-группы.

На внешнем энергетическом уровне у атома марганца два электрона, а у брома - семь. Атомы типичных металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне, а следовательно, тенденцией терять эти электроны. Они обладают только восстановительными свойствами и не образуют элементарных отрицательных ионов. Элементы, атомы которых на внешнем уровне содержат более трех электронов, обладают определенным сродством к электрону, а следовательно, приобретают отрицательную степень окисления и даже образуют элементарные отрицательные ионы. Таким образом, марганец, как и все металлы, обладает только восстановительными свойствами, тогда как для брома, проявляющего слабые восстановительные свойства, более свойственны окислительные функции. Общей закономерностью для всех групп, содержащих p- и d-элементы, является преобладание металлических свойств у d-элементов. Следовательно, металлические свойства у марганца сильнее выражены, чем у брома.

3. Почему сера проявляет валентность 2,4,6. а кислород имеет валентность только равную двум? Дайте объяснение на основе рапределения электронов по атомным орбиталям в атомах серы и кислорода в невозбужденном и возбужденном состоянии

Решение:

Свойства элементов, формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Высшую степень окисления элемента определяет номер группы периодической системы Д.И. Менделеева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом при присоединении того количества электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки (пs² пр⁶).

Так как у элементов второго периода отсутствует d-подуровень, то кислород не может достигать валентности равной номеру группы. У него нет возможности распаривать электроны. У кислорода максимальная валентность может быть равной двум,. Возбуждение 2s-электрона может происходить только на уровень с n = 3, что энергетически крайне невыгодно Для образования незаполненных АО необходимо, чтобы этот процесс был энергетически выгодным., но энергия, необходимая для перевода 2s-электрона на 3d- слишком велика. Взаимодействие атомов с образованием связи между ними происходит только при наличии орбиталей с близкими энергиями, т.е. орбиталей с одинаковым главным квантовым числом В отличие от кислорода атомы серы, хлора могут образовывать соответственно пять, шесть, семь ковалентных связей.. В этом случае возможно участие 3s-электронов в образовании связей, поскольку d-АО (3d) имеют такое же главное квантовое число.

4. Используя стандартные значения энтальпии и энтропии веществ, участвующих в следующей реакции: Сu₂О_(к) + 1/_2О2(г) = 2СuО_(к), определите в результате расчета ДG⁰₂₉₈х.р. возможность самопроизвольного протекания вышеназванной реакции при стандартных условиях

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:

Сu₂О_(к) + 1/2О₂(_г) = 2СuО_(к),

ДН _х.р.= 2ДН(СuО(к)) -ДН(Сu₂О(к₎- 1/2 ДН(О_2(г))

т.к. ДН для простых веществ равна 0, то выражение принимает вид:

ДН _х.р.= 2ДН(СuО(к)) -ДН(Сu₂О(к

ДН _х.р =2*(-165,3) -(-167,36)=-163,24 кДж/моль=-163,24*10³Дж/моль

Энтропия является функцией состояния, т.е. ее изменение (ДS) зависит только от начального (S₁) и конечного (S₂)состояния и не зависит от пути процесса:

ДSх.р.=2ДS(СuО(к))-ДS(Сu₂О(к₎-1/2ДS(О_2(г)=2*42,64-93,93-1/2*205,04=-111,17Дж/моль*К

ДG, можно найти из соотношения:

ДG = ДH - TДS.

Необходимо рассчитать возможность самопроизвольного протекания реакции при стандартных условиях (Т=298)

ДG =-163,24*10³-298(-111,17)=-163,24*10³+33,13*10³ <0, следовательно -реакция может протекать самопроизвольно.

5. Реакция по уравнению: 2NО+О₂-2NО₂

Начальные концентрации реагирующих веществ были (моль/л): С_NО =0,8; С_О2 =0,6. Как изменится скорость реакции, если концентрацию кислорода увеличить до 0,9моль/л, а концентрацию оксида азота (II) - до 1,2 моль/л

Решение:

Зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ. ванадий марганец бром энтальпия энтропия

V =К [NО]²[О₂]

Обозначим скорость реакции до изменения концентраций V_1, а после изменения концентраций V₂

Тогда V₁=К*0,8²*0,6

V₂ = К*1,2²*0,9

изменение скорости (V₂/V₁) равно:

V2/V1 = (К*1,2²*0,9)/ К*0,8²*0,6 =1,44*0,9/0,64*0,6=3,4

Ответ: Скорость реакции возрастет в 4 раза.

6. Константа равновесия гомогенной системы: СО_(г) +Н₂О_(г⁾ - СО² _(г) + Н_2(г) при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации С_СО = 0,1моль/л; С_Н2О =0,4моль/л

Решение:

Обозначим равновесные концентрации следующим образом:

[СО] - а;

[Н₂О] - в

[СО₂]- с

[Н₂]- d

Тогда уравнение реакции запишем а+в-с+d

Константа равновесия К равна:

К=с*d/а*в

Т.к. из уравнения реакции [СО^{2 -}]=[Н₂], то с=d, поэтому

К=с²/а*в=1

Так как исходные концентрации реагирующих веществ по условию задачи равны 0,1моль/л и 0,4 моля/л соответственно, то их равновесные концентрации можно выразить следующим образом:

а=0,1-с

в=0,4-с

Тогда с²/(0,1-с)(0,4-с)=1

Решая уравнение относительно с получим:

0,04=0,5с с=0,08

Следовательно равновесные концентрации СО² и Н₂ равны 0,08моль/л

Равновесная концентрация СО =0,1-0,08=0,02моль/л

Равновесная концентрация Н₂О =0,4-0,08=0,32моль/л

Размещено на Allbest.ru