Общая химия (стр. 5 )

Задание I. Составить электронные формулы элементов, графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей в спокойном и возбужденном состояниях, указать, к какому типу эти элементы относятся.

1. B, Al, Th. 2. Po, Ba, Lu. 3. Mg, Pm, Be. 4. Br, Co, Hf. 5. C, Tm, As. 6. Nd, Ca, V. 7. Ta, O, Ce. 8. Y, Rb, S.

9. At, Xe, Lr. 10. Cs, U, H. 11. Cl, Cu, Bi. 12. Na, Ac, Fe. 13. Pb, Ra, Dy. 14. Ag, Re, In. 15. Cd, K, Pa. 16. P, Se, Li.

17. Yb, Mn, Sn. 18. Mo, La, N. 19. Pu, Ni, Sb. 20. Au, Np, Rn. 21. Cr, Tl, Cm. 22. Si, I, Zr. 23. Tb, Sr, Bk. 24. Fr, Ti, W.

25. He, Hg, Gd. 26. Pt, Ne, Sm. 27. Ga, Ru, Ho. 28. Sc, Pr, Os. 29. Ar, Ir, Eu. 30. Zn, Rh, Er. 31. Kr, Pd, Am. 32. Ge, Cf, F.

Задание II. Составить электронные формулы атомов в указанных состояниях и графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей.

33. Li+, C+2. 34. O-2, F-. 35. Na+, N-3. 36. Ca+2, C+4. 37. Al+3, B-3. 38. C-4, Ba+2. 39. S+6, P-3. 40. P+5, Cl-1.

41. I+5, Fe+3. 42. Be+2, Co+3. 43. Cr+6, Cu+2. 44. I-, P+3. 45. Cr+3, Br+3. 46. Ag+, Sn+4. 47. Zn+2, S-2. 48. K+, Fe+2.

49. Zr+4, Pb+2. 50. N+5, Br-. 51. Ni+2, Cl+5. 52. Se-2, Cs+. 53. Te-2, Sr+2. 54. Bi+3, Si-4. 55. B+3, Sc+2. 56. Mg+2, Mn+7.

57. Cd+2, Sn+2. 58. Nb+3, Hg+. 59. Tl+, V+3. 60. Ti+4, Mn+2. 61. Os+3, Au+3. 62. Rb+, Ce+3. 63. Fr+1, Y+3. 64. H+, Re+7.

Задание III. Исходя из состояния валентных электронов, составить электронную формулу элемента в нулевой степени окисления. Определить, к какому периоду таблицы принадлежит данный элемент.

65. 4d1. 66. 3d10. 67. 4s13d10. 68. 5d2. 69. 6p2. 70. 6s14f145d10. 71. 4s23d5. 72. 4s13d5.

73. 7s26d1. 74. 5d3. 75. 6s24f2. 76. 6p1. 77. 5s14d5. 78. 4f3. 79. 6d15f3. 80. 5s24d5.

81. 5d8. 82. 5s14d10. 83. 5s24d10. 84. 5s2. 85. 5p3. 86. 6p4. 87. 4d6. 88. 5d6.

89. 5f7. 90. 5d6. 91. 5f2. 92. 4d7. 93. 5d14f7. 94. 4f10. 95. 4d8. 96. 5p6.

3. Основные понятия и законы химии

Моль, молярная масса. Известно, что любое вещество состоит из атомов, химические процессы протекают благодаря взаимодействию атомов. Из практических соображений было введено понятие моля. Условились считать, что 1 моль вещества содержит 6,02×1023 частиц, любых – атомов, молекул, ионов. Число 6,02×1023 называется числом Авогадро. Математически понятие моля можно записать в виде формулы

,

где n – количество вещества, моль; N – число частиц (молекул, атомов, ионов); NA – число Авогадро.

Массу 1 моль вещества называют молярной массой M. Молярная масса в неорганической химии является характеристикой вещества, непосредственно связанной с его количественным составом и численно равна молекулярной массе (массе одной молекулы) вещества, выраженной в углеродных единицах. Молярная масса любого вещества

,

где ni – стехиометрический индекс в формуле вещества; Мi – молярная масса элемента, входящего в соединение, г/моль (см. таблицу элементов ).

Масса и количество вещества связаны зависимостью

.

Молярная масса вещества может быть определена экспериментально. Для газов ее находят, например, по относительной плотности газа D, которая представляет собой соотношение молярных масс двух газов, одна из которых обычно известна:

.

Наиболее часто используют плотность газа по воздуху Dвозд, тогда М2 = МвоздDвозд (Мвозд = 29 г/моль), или по водороду , тогда М2 = .

Основные газовые законы. Состояние газа характеризуется его температурой, давлением и объемом. Если температура газа 0 °С (273,15 K), а давление 1 атм (1,013×105 Па = 760 мм рт. ст.), то условия, при которых находится газ, называют нормальными.

Взаимосвязь между объемом и количеством вещества газа описывается законом Авогадро: в равных объемах любых газов, взятых при одной и той же температуре и одинаковом давлении, содержится одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется молярным объемом газа VM. При нормальных условиях VM = 22,4 л и количество вещества газа в молях может быть вычислено по уравнению

.

Взаимосвязь между количеством вещества, температурой, давлением и объемом газа устанавливает уравнение Менделеева – Клапейрона:

,

где P – давление, Па; V – объем, м3; n – количество вещества, моль; m – масса, г; М – молярная масса газа, г/моль; R – универсальная газовая постоянная, в системе СИ R = 8,314 Дж/(моль×K).

На практике чаще всего приходится иметь дело со смесью газов. Каждый газ вносит свой вклад в общее давление системы – парциальное давление. Парциальным называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси. Парциальное давление может быть вычислено через объемное содержание газа в газовой смеси или через мольную долю газа. Соответственно

;

где Vi – объем данного газа; SVi – общий объем газовой смеси; ni – количество вещества данного газа; Sni – сумма числа молей всех компонентов газовой смеси; xi – мольная доля газа, ; P – общее давление смеси газов.

Общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих данную смесь:

P = Spi.

Если газ собран над жидкостью, то при расчетах его парциального давления следует иметь в виду, что оно равно разности общего давления и парциального давления пара жидкости. Например, для газа, собранного над водой,

.

Закон эквивалентов. Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Эквивалентной массой Э называется масса одного эквивалента вещества. Эквивалентным объемом газа называется объем, занимаемый при данных условиях одним эквивалентом вещества. Эквивалент (эквивалентную массу) можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, эквивалент (эквивалентная масса) которого известен, по закону эквивалентов: массы взаимодействующих веществ A + B ® C + D пропорциональны их эквивалентным массам:

.

На основе закона эквивалентов можно вычислить эквивалентную массу вещества:

где М – молярная масса элемента, оксида, кислоты, основания или соли, г/моль; Z – степень окисления элемента в продукте реакции, произведение числа атомов элемента и степени окисления элемента в оксидах, основность кислоты, кислотность основания, произведение числа атомов металла и степени окисления металла в соли.

Пример 1. Определить массовую долю алюминия в его оксиде и вычислить, сколько алюминия теоретически можно выделить из 15 т боксита с содержанием Al2O3 87 %.

Решение. Найдем молярную массу Al2O3:

.

Примем количество вещества Al2O3 равным 1 моль, тогда количество вещества алюминия будет равно 2 моль. Масса оксида алюминия составит 102 г, а масса алюминия 2×27 = 54 г. Вычислим массовую долю алюминия в его оксиде:

.