Химические элементы таблицы Д.И. Менделеева

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Напишите электронную формулу для атома титана, определите 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 nlx, 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>(6d1-2)>5f>6d>7р

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для 22 -го элемента -Тi электронная формула имеет вид:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2

Валентные электроны титана 4s2 3d2 находятся на 4s 3d подуровнях.

В электронно-графических формулах атомов каждая атомная орбиталь обозначается квадратом

2. Какая величина количественно характеризует восстановительную способность атомов? Изменение этой величины в пределах периода и в пределах главной и побочной подгрупп

Решение:

Периодическая система Д.И. Менделеева - это наглядное графическое изображение периодического закона. Наиболее распространена её так называемая короткопериодная форма. В структуре таблицы (системы) выделяют периоды, группы и подгруппы. Так как движение электрона в атоме не имеет строгой, боровской траектории, а носит волновой характер, то и размер атома не имеет строго определенной границы. За радиус атома обычно принимают теоретически рассчитанные положения максимума плотности внешнего электронного облака. Такие радиусы называют орбитальными. Практически используют эффективные радиусы, которые определены из строения молекул и кристаллов. 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. Рассмотрим, как меняют радиуса атомов в пределах одного периода и одной группы. Если в химических реакциях элемент отдает электроны и повышает степень окисления, то он проявляет восстановительные свойства. Наоборот, в случае присоединения элементом электронов и понижении степени окисления, элемент проявляет окислительные свойства. 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. Руководствуясь разностью электроотрицательностей, определить, как меняется характер химической связи в оксидах элементов III периода таблицы Д.И. Менделеева

Решение:

Электроотрицательность (ЭО) представляет собой обобщенную характеристику элемента, связанную не с электронами на отдельных орбиталях, а с внешними электронами вообще, определяемую как сумма энергии ионизации и сродства к электрону. Под электроотрицательностью понимают относительную характеристику способности атома, притягивать электронную пару. Относительная электроотрицательность в периоде возрастает и уменьшается в подгруппе с ростом заряда ядра.Основные свойства высших оксидов и гидроксидов элементов в периоде закономерно ослабляются, что связано с увеличением силы притяжения гидроксид-ионов к центральному атому с ростом заряда его ядра и уменьшением атомного радиуса, а в подгруппе, в основном, усиливаются, потому что атомный радиус элементов возрастает.

Кислотные свойства этих соединений изменяются в обратном направлении. Неметаллические свойства в периоде, как правило усиливаются слева направо, а в подгруппе - ослабевают сверху вниз, металлические - наоборот. титан атом менделеев электроотрицательность

Если электроотрицательность атомов, образующих молекулу, одинакова или очень близка, то общая электронная пара располагается симметрично по отношению к обоим ядрам.

Если электроотрицательность атомов различная, то электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома. В этом случае центры (+) и (-) зарядов не совпадают, и возникает система (электрический диполь) из двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов (+ и -), расстояние между которыми (l) называют длиной диполя.

Подобные ковалентные связи называют полярными. Степень полярности такой связи оценивается значением электрического момента диполя- , равного произведению эффективного заряда на длину диполя

=q·l.

Наконец, если разница электроотрицательностей () превышает 1,9, то образуется ионная связь - предельный случай ковалентной полярной связи. Её можно рассматривать как электростатическое притяжение, возникающее между разноименно заряженными ионами.

Ионная связь, в отличие от ковалентной, является ненаправленной, ненасыщенной, а координационные числа в ионных соединениях определяются соотношением радиусов взаимодействующих ионов

() Nа 2 О =3,44-0,93=2,51 - связь ионная

() Мg О =3,44 -1,31 =2,13 - связь ионная

() Аl2 О3 =3,44 - 1,61 =1,83 связь ковалентная полярная

() SiО2 = 3,44-1,90 = 1,54 связь ковалентная полярная

() Р2О5 = 3,44 -2,19 =1,25 связь ковалентная полярная

()SОх = 3,44 -2,58 =0,86 связь ковалентная полярная

()СlхОх = 3,44 -3,16 = 0,28 связь ковалентная неполярная (()<0,4)

(Исходя из энтальпий реакций окисления Аs2О3 кислородом и озоном:

Аs2О3 + О2 = Аs2О5 ДН0298х.р. =-271кДж/моль

3Аs2О3 +2О3 = 3Аs2О5 ДН0298х.р. =-1096кДж/моль,

вычислите энтальпию образования озона из кислорода.

Решение: Для решения задачи запишем оба уравнения реакций, умножим первое на 3 и вычтем из него второе.

3Аs2О3+3О2 = 3Аs2О5 3ДН0298х.р.=3*(-271кДж/моль)

3Аs2О3 +2О3 = 3Аs2О5 ДН0298х.р. =-1096кДж/моль

3Аs2О3+3О2 - (3Аs2О3 +2О3) = 3Аs2О5 -3Аs2О5 3ДН0298х.р- ДН0298х.р

3О2 =2О3 3*(-271 кДж/моль)-(-1096 кДж/моль)=-813+1096=283 кДж/моль

Энтальпия образования озона из кислорода равна +283 кДж/моль

4. Чему равна константа равновесия реакции Н2+ I2-2НI если начальные концентрации СН2=СI2=0,08моль/л, а равновесная концентрация [НI] = 0,04моль/л

Решение:

Н2+ I2-2НI

Исходя из уравнения реакции, на получение 2 молей НI расходуется по 1 молю Н2 и I2. Следовательно, на получение 0,04моля НI ушло по 0,02моля Н2 и I2. Если начальные концентрации СН2=СI2=0,08моль/л,, то равновесные концентрации СН2=СI2=0,08моль/л,,-0,02моль/л=0,06моль/л

Константа равновесия данной реакции:

К=[НI]2/[ Н2][ I2]

К=0,042/0,062=0,44

5. Почему при изменении давления смещается равновесие системы:N2 + 3Н2-2NН3 и не смещается равновесие системы: N2 + О2-2NО? ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакций в этих системах до и после изменения давления. Напишите выражение констант равновесия каждой из систем

Решение:

В соответствии с принципом Ле Шателье, если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказать внешнее воздействие (изменить температуру, давление, концентрацию веществ), то равновесие сместится в сторону протекания той реакции, которая ослабляет это воздействие.

V1прям. - скорость прямой реакции до увеличения давления

V1обр. - скорость обратной реакции до увеличения давления.

1)N2 + 3Н2-2NН3

V1прям =k*[ N2][ Н2]3 , V1обр=k*[ NН3]2. Для удобства обозначим:

[N2]=а

[ Н2]=b

[ NН3]=с

Тогда V1прям =k*аb3 V1обр=k*с2

Допустим, увеличим давление в первой системе в два раза. Тогда

V2прям =k*2а(2b)3 = 16аb3 Скорость прямой реакции увеличилась в 16 раз:

V2прям/ V1прям=k*16аb3/k*аb3=16

Изменение скорости обратной реакции:

V1обр=k*с2 - скорость до увеличения давления

V2обр=k*(2с)2= k*4с

V2обр /V1обр= k*4с/ k*с2=4

т.е. скорость обратной реакции при увеличении давления в 2 раза возрастет в 4 раза.

Таким образом, в соответствии с произведенными расчетами, при увеличении давления скорость этой реакции сместится вправо, т.е. в сторону образования продуктов реакции.

Константа равновесия для данной реакции

К=[ NН3]2/[N2] [ Н2]3

2) N2 + О2-2NО

до увеличения давления: V1прям =k*аb V1обр=k*с2

после увеличения давления: V2прям =k*2а2b V2обр=k*(2с)2=4с2

Изменение скорости прямой реакции: V2прям./ V1прям=4аb/аb=4

Изменение скорости обратной реакции: V2обр /V1обр=4с2/с2=4

Т.к. скорости прямой и обратной реакции меняются одинаково, равновесие не смещается.

Константа равновесия для данной реакции:

К=[ NО]2/[ N2][ О2]

Размещено на Allbest.ru