Общая и неорганическая химия (стр. 4 )

В процессе реакции выделяется газ. Когда выделение пузырьков газа прекратится, нагрейте колбу (стакан) до 60-70 0С для удаления оставшегося в растворе газа. Полученный раствор осторожно слейте, оставшийся мрамор промойте 2 раза дистиллированной водой, каждый раз осторожно сливая жидкость.

Промытые кусочки мрамора промокните фильтровальной бумагой и поместите в эксикатор, после чего взвесьте (m2).

Вычисления

А) Масса карбоната кальция, вступившего в реакцию с соляной кислотой:

(6.5)

В) Количество молей эквивалентов HCl, израсходованных на реакцию с CaCO3, равно (6.6)

(1 мл 1 н раствора HCl содержит 0,001 молей эквивалентов).

С) В соответствии с законом эквивалентов с 0,01 моль эквивалентов HCl прореагирует 0,01 моль эквивалентов CaCO3, что соответствует убыли массы, т. е. , (6.7)

откуда (6.8).

D) Вычислите теоретическое значение молярной массы эквивалентов CaCO3 и сравните с полученной экспериментальной величиной.

Е) Вычислить относительную ошибку опыта по формуле:

(6.9)

6.4 Контрольные вопросы и задачи

1 Что называют эквивалентом элемента (простого вещества), сложного вещества?

2 Что называют молярной массой эквивалентов?

3 Как определить молярную массу эквивалентов оксида, кислоты, основания, соли?

4 Сколько молей эквивалентов цинка вступило в реакцию с кислотой, если при этом выделилось 2,8 л водорода при н. у.?

5 Вычислите молярную массу эквивалентов и валентность фосфора в его оксиде, содержащем 43,6 % кислорода.

6 При взаимодействии 6,75 г металла с серой образовалось 18,75 г сульфида. Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла.

7 ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА АТОМОВ И ОДНОАТОМНЫХ ИОНОВ

Лабораторная работа № 4

7.1 Цель лабораторной работы

Привить навыки составления формул, выражающих электронную конфигурацию атомов и одноатомных ионов элементов.

7.2 Теоретическая часть

Согласно квантово-механическим представлениям, состояние электрона в атоме химического элемента определяется значениями четырех квантовых чисел: n, l, ml ms.

Главное квантовое число n принимает значения ряда целых чисел (1,2,3,4 и т. д.) и характеризует уровень энергии электрона в атоме.

Орбитальное квантовое число l принимает значения целых чисел в пределах от 0 до (n-1) и характеризует подуровень энергии электрона на данном энергетическом уровне. Для обозначения энергетических подуровней используют буквы латинского алфавита:

l …………………… 0 1 2 3

обозначение……. S p d f

Используя цифровые значения n и буквенные обозначения l, можно составить формулу, отражающую электронную конфигурацию атома химического элемента.

Максимальное число электронов, имеющих одинаковый уровень энергии, определяется как 2n2 . Максимальной число электронов, имеющих одинаковый подуровень энергии на данном энергетическом уровне, определяется как 2(2l+1).

Каждый энергетический подуровень условно делится на квантовые ячейки, количество которых связано с магнитным квантовым числом ml, принимающим значения от –l через нуль до +l.

Квантовая ячейка ٱ - графическое изображение атомной орбитали, т. е. состояние электрона в атоме, характеризующегося определенными значениями трех квантовых чисел: n, l, ml.

В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов отличающихся друг от друга значением спинового квантового числа

(ms = ±1/2 ).

Электроны в квантовых ячейках обозначаются стрелками:↑ или ↓.

Общее число электронов в атоме определяется порядковым номером химического элемента в ПС. Элементы со сходной электронной конфигурацией атомов называются электронными аналогами. В ПС они располагаются в одной подгруппе, т. е. они являются и химическими аналогами.

Устойчивому состоянию атома отвечает такое распределение электронов по атомным орбиталям – АО, при ктором энергия атома минимальна. Поэтому АО заполняются в порядке последовательного возрастания их энергии, который определяется правилами Клечковского:

-  АО заполняются электронами в порядке последовательного увеличения суммы (n+l) (1-е правило);

-  а при одинаковых значениях этой суммы – в порядке последовательного возрастания главного квантового числа n (2-е правило).

7.3 Эксперименальная часть

7.3.1 Опыт 1. Электронная структура атомов и ионов металлов.

В три пробирки налейте по 2-3 мл раствора нитрата свинца.

В первую пробирку опустите кусочек железа, во вторую – цинка, в третью – магния. Через несколько минут отметьте изменения, которые произошли в пробирках. Составьте уравнения реакций.

Заполните предложенную таблицу:

До реакции	После реакции
Химический знак атома или иона металла	Электронная формула атома или иона	Химический знак атома или иона металла	Электронная формула атома или иона
Fe Zn Mg Pb2+		Fe2+ Zn2+ Mg2+ Pb

7.3.2 Опыт 2. Электронные структуры атомов и ионов неметаллов.

Опыт проводите под тягой!

В одну пробирку налейте 2 мл раствора сульфида натрия, а в другую 2 мл иодида натрия и в каждую по 1 мл хлорной воды.

Отметьте изменения, которые произошли в пробирках. Составьте уравнения реакций.

Заполните предложенную таблицу.

До реакции	После реакции
Химический знак атома или иона неметалла	Электронная формула атома или иона	Химический знак атома или иона неметалла	Электронная формула атома или иона
S2- I- Cl		S I Cl-

7.4 Контрольные вопросы и задачи

1 Чем определяется общее число электронов в атоме?

2 Какими квантовыми числами определяется состояние электрона в атоме? Какие значения они имеют? Что характеризуют?

3 Что такое атомная орбиталь?

4 Как составляется электронная формула атома элемента? Графическая формула (квантовая ячейка)?

5 Какова последовательность заполнения электронами атомных орбиталей?

6 Электронную структуру атома выражают сокращенной формулой … 3d34s2. Что это за элемент?

7 Атому, какого элемента отвечает сокращенная формула:

а) …3s23p2 б) … 3s23p63d54s2 в) …4s24p4?

8 Укажите значения главного, орбитального и магнитного квантовых чисел, характеризующих атомную орбиталь:

а) 11-го электрона в атоме натрия,

б) 19-го электрона в атоме калия.

9 Проведите схему распределения внешних электронов по квантовым ячейкам в атоме:

а) мышьяка, б) селена.

10 На основании электронной структуры атомов серы и хлора охарактеризуйте их валентные свойства в невозбужденном и возбужденном состояниях.

11 Дать определение понятиям:

а) радиус атома;

б) энергия ионизации;

в) сродство к электрону;

г) электроотрицательность.

12 Как изменяется эти понятия для элементов главных и побочных подгрупп?

13 Как изменяются эти понятия по периоду?

14 Охарактеризовать свойства элементов и их соединений по вышеуказанному плану 3517Cl (хлор); 5224Mn (марганец).

15 Сравнить неметаллические свойства фосфора и сурьмы.

16 У какого элемента более выражено металлическое свойство (ванадий, мышьяк)? Почему?

17 Какой из элементов (хром, селен) образует летучее водородное соединение? Написать формулу и объяснить.

18 Какой из состояний марганца Mn+2, Mn+4, Mn+6, Mn+7 в окислительно-восстановительных реакциях проявляет свойство:

а) только восстановителя; б) только окислителя.

19 Какие состояния хлора Cl-1, Cl+1, Cl+3, Cl+5, Cl+7 в окислительно-восстановительных реакциях проявляют свойства окислителя и восстановителя.

20 Как изменяются кислотные свойства в ряду: H2SiO4, H3PO4, H2SO4, HClO4.

8 ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

Лабораторная работа № 5

8.1 Цель лабораторной работы

Выполнение калориметрических измерений и термодинамических расчетов, связанных с энергетикой химических реакций.

8.2 Теоретическая часть

При химических реакциях изменение химического состава вещества сопровождается изменением запаса химической энергии системы (наиболее часто в виде тепловой энергии).

Изучением тепловых эффектов занимается термохимия и более широко химическая термодинамика, которая устанавливает взаимосвязь различных видов энергии в форме теплоты и работы.

Химическая энергия системы – это определенный запас внутренней энергии (U) системы при постоянном объеме (V – const) или запас энтальпии системы (Н), рассматриваемой при постоянном давлении (P – const).

Энтальпия связана с внутренней энергией:

H = U + PV (8.1)

Если вещества, образующиеся при реакции, обладают меньшим запасом химической энергии, чем вещества вступающие в реакцию, то в процессе реакции выделяется энергия: при этом уменьшается запас энтальпии системы:

Нкон < Ннач. (8.2)

∆Н = Нкон. – Ннач. < 0 (8.3).

Такие реакции называются экзотермическими.

Если реакция сопровождается затратой энергии, то вещества, образующиеся в результате реакций, обладают большим запасом химической энергии, большей энтальпией, чем исходные вещества:

Нкон. > Ннач. (8.4)

Δ Н >0 (8.5)

Такие реакции называются эндотермическими.

Таким образом, тепловой эффект химической реакции есть не что иное, как изменение внутренней энергии в результате реакции, протекающей при постоянном объеме, или изменение энтальпии в результате реакции, протекающей при постоянном давлении.

Изменение энтальпии (тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении) отличается от изменения внутренней энергии (теплового эффекта химической реакции при постоянном объеме) на величину работы против сил внешнего давления и при равенстве работы нулю изменение энтальпии равно изменению внутренней энергии. Это заключение вытекает из выражения (1).