Методические рекомендации и комментарии к выполнению заданий первого учебного блока

Методические рекомендации и комментарии к выполнению заданий первого учебного блока.

Тема 1. Современные представления о строении атомов. Периодический закон и периодическая система элементов .

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Атом – электронейтральная химически неделимая частица, состоящая из ядра и электронной оболочки.

Атомное ядро – центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Число протонов определяет заряд ядра. В ядре сосредоточена практически вся масса атома, определяемая массой протонов и нейтронов.

Протон (р) – элементарная частица, заряд которой принят равным +1, а масса приблизительно равна атомной единице массы (а. е.м.).

Нейтрон (n) - элементарная частица, не имеющая заряда, масса которой приблизительно равна атомной единице массы (а. е.м.).

Изотопы – атомы. Имеющие одинаковый заряд ядра (одинаковое количество протонов), но разную массу (вследствие разного числа нейтронов).

Электрон (е-) – элементарная частица, заряд которой принят равным -1. Масса электрона приблизительно равна 1/1840 а. е.м.

Атомная орбиталь – область пространства вокруг ядра атома, в которой вероятность пребывания электрона достаточно высока. Атомныеорбитали различаются энергией, формой, размером.

Энергетический уровень – совокупность атомныхорбиталей, близких по энергии и размерам.

Энергетический подуровень – совокупность одинаковых по форме атомных орбиталей одного энергетического уровня.

Электронная конфигурация атома – распределение электронов по атомныморбиталям. При схематическом изображении электронных конфигураций атомов одна атомная орбиталь изображается квадратом □, а электрон – стрелкой ↑. Пара противоположно направленных стрелок соответствует пребыванию двух электронов с противоположными спинами на одной атомной орбитали.

Порядок заполненияатомныхорбиталей:

1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6sит. д.

Периодический закон : свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов.

Период – это последовательность элементов, расположенных по возрастанию заряда ядра их атомов, начинающаяся щелочным металлом (первый период – водородом) и заканчивающаяся элементом с завершенной конфигурацией р-подуровня (ns2np6) – благородным газом. В одном периоде объединены элементы с одинаковым числом завершенных и заполняемых энергетических уровней.

Группа – это совокупность элементов, в атомах которых содержится одинаковое число валентных электронов, но различное число заполненных электронных слоев. Каждая группа делится на подгруппы – главную и побочную. Главную подгруппу образуют s- и p-элементы, побочные подгруппы образованы d-элементами. Лантаноиды и актиноиды, которые являются f-элементами, рассматриваются отдельно.

СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.  Составьте схему строения атома, электронно-графическую и электронную формулу мышьяка.

Определяем положение мышьяка в периодической системе химических элементов: As – элемент №33, 4-й период, V группа, главная подгруппа.

Изображаем квантовые ячейки. Так как мышьяк находится в 4-м периоде, то заполненными будут четыре энергетических уровня. Номеру элемента соответствует заряд ядра, который, в свою очередь, должен быть компенсирован электронами в электронной оболочке, чтобы атом был электронейтрален. Следовательно, в атоме мышьяка 33 электрона, и на схеме мы должны изобразить 33 стрелки в квантовых ячейках, размещая их в порядке, описанном выше:

4f

4d

4p

4s

↑

↑

↑

↑↓

3d

3p

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

3s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

2p

2s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

1s

↑↓

Записываем электронную формулу: 1s22s22p63s23p64s23d104p3.

2.  В каком ряду химических элементов усиливаются неметаллические свойства соответствующих им простых веществ?

1)  Алюминий →фосфор →хлор

2)  Фтор →азот →углерод

3)  Хлор →бром →иод

4)  Кремний →сера →фосфор

Неметаллические свойства элементов усиливаются по периоду слева направо, по группе (для элементов главных подгрупп) усиливаются сверху вниз.

1)  Алюминий 13Alнаходится в главной подгруппе III группы (IIIA группа) 3-го периода.

2)  Фосфор 15Pнаходится в главной подгруппе V группы (VA группа) 3-го периода.

3)  Хлор 17Cl находится в главной подгруппе VIIгруппы (VIIA группа) 3-го периода.

Предложенная в задании последовательность соответствует расположению элементов по периоду слева направо, следовательно, неметаллические свойства в предложенном ряду будут усиливаться. Правильный ответ найден, оставшиеся варианты ответов рассматривать не будем.

3.  Свойства оксидов от кислотных к основным меняются в ряду:

1) CaO→ SiO2 → SO3

2) CO2 → Al2O3 → MgO

3) SO3 → P2O5 → Al2O3

4) Na2O → MgO → Al2O3

Свойства оксидов элементов по периоду изменяются от основных через амфотерные к кислотным, то есть слева направо происходит ослабление основных и усиление кислотных свойств. Основными свойствами обладают оксиды типичных металлов, расположенных в главных подгруппах I и II групп. В группе сверху вниз усиливаются основные свойства и ослабевают кислотные.

Для нахождения правильного ответа определяем: из предложенных оксидов, замыкающих рассматриваемые последовательности, только оксид магния является основным оксидом (магний находится в группе IIА). Оксид углерода (IV) CO2 – кислотный оксид, Al2O3 - амфотерный оксид. Значит, все элементы соответствуют условию. Ответ 2.

Тема 2. Степень окисления и валентность.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Степень окисления – это условный заряд атома в химическом соединении, если предположить, что оно состоит из ионов. Степень окисления соответствует заряду, который возник бы на атоме данного элемента в химическом соединении, если предположить, что все электронные пары, с помощью которых данный атом связан с другими атомами, полностью сместились к атомам элементов с большей электроотрицательностью. При этом электронные пары, обобщенные одинаковыми атомами, делятся пополам.

Валентность – способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов или атомных групп с образованием химической связи. Количественной мерой валентности атома элемента является число атомов водорода или кислорода (эти элементы принято считать одновалентными или двухвалентными), которые элемент присоединяет, образуя соединение с водородом или с кислородом.

СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.  Такую же степень окисления, как и в SO2, сера имеет в соединении

1)  K2SO4 2) H2SO3 3)(NH4)2S 4)SO3

Степень окисления элемента вычисляют, исходя из требования: сумма положительных зарядов в молекуле должна быть равна сумме отрицательных зарядов в молекуле, то есть молекула должна быть электронейтральной.

Для того, чтобы определить степени окисления, выполняем следующую последовательность действий:

а) записываем значения известных степеней окисления;

б) значение неизвестной степени окисления обозначаем через х;

в) составляем уравнение равенства электрических зарядов, решаем его и находим значение неизвестной степени окисления.

SO2: SxO2-2 х+(-2)∙2=0; х=+4;

K2SO4: K+2 SхO-24 +2+х+4∙(-2)=0; х=+6

H2SO3 :H+2 SхO-23+2+х+3∙(-2)=0; х=+4

Вывод: правильный ответ найден, остальные варианты рассматривать не будем.

2.  По данным формулам определить валентности элементов:

FeO, Fe2O3, CrO3, NH3, AlCl3.

В каждом соединении отмечаем валентность того элемента, у которого она постоянна:

II	II	II	I	III
FeO	Fe2O3	CrO3	NH3	AlCl3

Находим и записываем над формулами общее число валентностей, которые образуют атомы в этом соединении:

2	6	6	3	3
II	II	II	I	III
FeO	Fe2O3	CrO3	NH3	AlCl3

Вычисляем и надписываем в каждой формуле валентность другого элемента. Для этого общее число валентностей делим на индекс этого элемента (если он не обозначен, то равен единице):

II II	III II	VI II	III I	III I
FeO	Fe2O3	CrO3	NH3	AlCl3.

Тема 3. Химическая связь. Типы кристаллических решеток.

ОСНОВНЫЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕСВЕДЕНИЯ

Химическая связь – совокупность сил, обусловливающих взаимодействие атомов или ионов в химическом соединении.

Ковалентная связь - связь между атомами при помощи общих связывающих электронных пар.

Неполярная ковалентная связь – связь между атомами одного элемента в простом веществе, осуществляемая общей электронной парой (парами), расположенной на равном удалении от ядер связывающихся атомов.

Полярная ковалентная связь – связь между атомами разных элементов. В этом случае общая электронная пара смещается к атому элемента с большейэлектроотрицательностью.

Ионная связь – связь между ионами за счет сил электростатического притяжения. Может образовываться при очень высокой разности электроотрицательности элементов. Это идеальный крайний случай полярной связи, соответствующий полному переносу электронов с одного атома на другой.

Кристаллическая решетка – пространственное периодическое расположение атомов, молекул или ионов в кристалле.

СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.  Какой вид химической связи в молекуле фтора?

Молекула фтора F2 образована двумя атомами фтора. Так как фтор относится к неметаллам, то связь ковалентная. Оба атома, образующие химическую связь, имеют одинаковую электроотрицательность (одинаковые атомы), поэтому общая электронная пара не смещена ни к одному из этих атомов и связь будет неполярной.

Тема 4. Количество вещества. Расчеты с использованием понятий «количество вещества», «молярная масса», «молярный объем газов», «число Авогадро».

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Важнейшим понятием химии является количество вещества. Количество вещества характеризует число структурных единиц (атомов, молекул, ионов), которое содержится в определенном образце данного вещества.

Единицей измерения количества вещества является моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько же структурных единиц (атомов, молекул, ионов), сколько их содержится в 12 г изотопа углерода 12С. Согласно этому определению, 1 моль любого вещества содержит одинаковое число структурных единиц. Это число равно 6,02∙1023, его называют постоянной Авогадро (NA).

Количество вещества (n)связано с числом структурных единиц (N) в образце вещества, его массой (m) и объемом (V) – для газообразных веществ при н. у. – следующими уравнениями:

n= m M

n= V Vm

n= N NА

В этих уравнениях Vm=22,4 л/моль (мл/ммоль, м3/кмоль), NA=6,02∙1023, а молярная масса (М) численно равна относительной молекулярной массе вещества. (Относительную молекулярную массу вещества (Mr) вычисляют как сумму относительных атомных масс элементов, образующих вещество, с учетом числа атомов, например:Mr(H2O) = 2Ar(H)+Ar(O) = 2∙1 +16 = 18.)

Зная две величины в данных уравнениях, можно легко найти третью.

СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.1  Какое количество вещества содержится в 33 г оксида углерода (IV)?

Дано. m(CO2)=33г	Решение. 1.  Найдем молярную массу оксида углерода (IV): М(CO2) = М(С)+2М(О) = 12г/моль+2∙16г/моль = 44г/моль. 2.  Рассчитаем количество вещества оксида углерода (IV): n(CO2) = m(CO2) = 33 г = 0,75 моль M(CO2) 44 г/моль Ответ.n(CO2) = 0,75 моль.
n(CO2) - ?

1.2  Какое количество молекул содержится в 2,5 моль кислорода?

Дано. n(O2)= 2,5 моль	Решение. 1.  Преобразуя уравнение n= N NА для N, получим N = n∙NA. 2.  Подставив известные величины в полученное уравнение, найдем число молекул кислорода: N(O2) = n(O2)∙NA = 2,5 моль ∙ 6.02∙1023 моль-1 = 1,505∙1024. Ответ.N(O2) = 1,505∙1024.
N(O2) - ?

1.3  Определите объем (н. у.), который займут 0,25 моль водорода.

Дано. n(Н2)=0, 25 моль	Решение. 1.  Запишем уравнение, связывающее количество вещества и объем: V = n∙Vm. 2.  Зная, что молярный объем газов Vm при нормальных условиях – величина постоянная и равна 22,4 л/моль, найдем объем водорода: V(H2) = n(H2)∙Vm = 0,25моль ∙ 22,4 л/моль = 5,6 л. Ответ.V(H2) = 5,6л.
V(H2) - ?

1.4. Какую массу будет иметь порция оксида серы (IV), объем которой 13,44 л (н. у.)?

Дано. V(SO2)=3,44 л	Решение. Перейти от объема вещества к его массе можно, зная количество вещества. 1.  Найдем количество вещества оксида серы (IV): n(SO2)= V(SO2) = 13,44л = 0,6 моль Vm 22,4 л/моль 2.  Найдем молярную массу оксида серы (IV): M(SO2) = M(S)+2M(O) = 32 г/моль + 2∙ 16 г/моль =64 г/моль. 3.  Рассчитаем массу оксида серы (IV): m(SO2)= n(SO2) ∙M(SO2)=0,6 моль∙64 г/моль= 38,4 г. Ответ.m(SO2)=38,4 г.
m(SO2) - ?