Химия неметаллических элементов

Зависимость свойств неметаллов от их положения в периодической таблице Д.И.Менделеева. Бор и его соединения. Углерод и его аллотропные формы. Карбонаты. Силикаты. Стекла. Ситаллы. Техническая и строительная керамика.

Элементы VI и VII групп и их соединения.

 

Химия вяжущих веществ

 

Определение и классификация вяжущих веществ и их свойства. Воздушные и гидравлические вяжущие вещества. Известковые и гипсовые вяжущие вещества. Потрландцемент. Процессы схватывания и твердения. Бетон. Коррозия бетонов и методы борьбы с ней.

 

Химия воды

Строение молекул и свойства воды. Химические свойства воды. Взаимодействие воды с простыми веществами и химическими соединениями.

Природные воды и их состав. Жесткость воды. Умягчение и обессоливание воды.

ЛИТЕРАТУРА

 

1.Коровин Н.В. Общая химия. М.: Высшая школа, 1998.

2.Глинка Н.Л. Общая химии.Л.:Химия, 1988.

3.Фролов В.В. Химия. – М.: Высшая школа, 1986.

4.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1998.

 

Дополнительная

1. Харин А.И. Курс химии. М.:Высшая школа, 1983.

2. Лучинский Г.П. Курс химии. М.: Высшая школа 1985.

3. Курс химии. Ч.2, специальная для строительных вузов / Под ред. В.А. Киреева. М.: Высшая школа, 1975.

4. Глинка Н.Л. Задания и упражнения по общей химии. М.: Высшая школа, 1997.

5. Романцева Л.М., Лещинская З.Л., Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. М.: Высшая школа. 1990.

6. Шиманович И.Л. Химия. Методические указания. М.: Высшая школа. 1998.

 

Таблица вариантов контрольных заданий

 

Номер варианта	Номер контрольного задания	Номера задач, относящихся к данному заданию
	I II	1, 21, 41, 61, 81, 101, 121, 141, 161, 181, 201, 221, 241, 261, 281, 301, 321, 341, 361, 391,
	I II	2, 22, 42, 62, 82, 102, 122, 142, 162, 182, 202 222, 243, 262, 282, 302, 322, 342, 362, 392,
	I II	3, 23, 43, 63, 83, 103, 123, 143, 163, 183, 203 223, 243, 263, 283, 303, 323, 343, 363, 393,
	I II	4, 24, 44, 64, 84, 104, 124, 144, 164, 184, 204 224, 244, 264, 284, 304, 324, 344, 364, 394,
	I II	5, 25, 45, 65, 85, 105, 125, 145, 165, 185, 205 225, 245, 265, 285, 305, 325, 345, 365, 395,
	I II	6, 26, 46, 66, 86, 106, 126, 145, 166, 186, 206 226, 246, 266, 286, 306, 326, 346, 366, 396,
	I II	7, 27, 47, 67, 87, 107, 127, 147, 167, 187, 207 227, 247, 267, 287, 307, 327, 347, 367, 397,
	I II	8, 28, 48, 68, 88, 108, 128, 148, 168, 188, 208 228, 248, 268, 288, 308, 328, 348, 368, 398,
	I II	9, 29, 49, 69, 89, 109, 129, 149, 169, 189, 209 229, 249, 269, 289, 309, 329, 349, 369, 399,
	I II	10, 30, 50, 70, 90, 110, 130, 150, 170, 190, 210 230, 250, 270, 290, 310, 330, 350, 370, 400,
	I II	11, 31, 51, 71, 91, 111, 131, 151, 171, 191, 211 231, 251, 271, 291, 311, 331, 351, 371, 391,
	I II	12, 32, 52, 72, 92, 112, 132, 152, 172, 192, 212 232, 252, 272, 292, 312, 332, 352, 372, 392,
	I II	13, 33, 53, 73, 93, 113, 133, 153, 173, 193, 213 233, 253, 273, 293, 313, 333, 353, 373, 393,
	I II	14, 34, 54, 74, 94, 114, 134, 154, 174, 194, 214 234, 254, 274, 294, 314, 334, 354, 374, 394,
	I II	15, 35, 55, 75, 95, 115, 135, 155, 175, 195, 215 235, 255, 275, 295, 315, 335, 355, 375, 395,
	I II	16, 36, 56, 76, 96, 116, 136, 156, 176, 196, 216 236, 256, 276, 296, 316, 336, 356, 376, 396,
	I II	17, 37, 57, 77, 97, 117, 137, 157, 177, 197, 217 237, 257, 277, 297, 317, 337, 357, 377, 397,
	I II	18, 38, 58, 78, 98, 118, 138, 158, 178, 198, 218 238, 258, 278, 298, 318, 338, 358, 378, 398,
	I II	19, 39, 59, 79, 99, 119, 139, 159, 179, 199, 219 239, 259, 279, 299, 319, 339, 359, 379, 399,
	I II	20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400,
	I II	1, 22, 43, 64, 85, 106, 127, 148, 169, 190, 211 222, 243, 264, 285, 306, 327, 348, 381, 391,
	I II	2, 23, 44, 65, 86, 107, 128, 149, 170, 191, 212 223, 244, 265, 286, 307, 328, 349, 382, 392,
	I II	3, 24, 45, 66, 87, 108, 129, 150, 171, 192, 213 224, 245, 266, 287, 308, 329, 350, 383, 393,
	I II	4, 25, 46, 67, 88, 109, 130, 151, 172, 193, 214 225, 246, 267, 288, 309, 330, 351, 384, 394,
	I II	5, 36, 47, 68, 89, 110, 131, 152, 173, 194, 215 226, 247, 268, 289, 310, 331, 352, 385, 395,
	I II	6, 27, 48, 69, 90, 111, 132, 153, 174, 195, 216 227, 248, 269, 290, 311, 332, 353, 386, 396,
	I II	7, 28, 49, 70, 91, 112, 133, 154, 175, 196, 217 228, 249, 270, 291, 312, 333, 354, 387, 397,
	I II	8, 29, 50, 71, 92, 113, 134, 155, 176, 197, 218 229, 250, 271, 292, 313, 334, 355, 388, 398,
	I II	9, 30, 51, 72, 93, 114, 135, 156, 177, 198, 219 230, 251, 272, 293, 314, 335, 356, 389, 399,
	i ii	10, 31, 52, 73, 94, 115, 136, 157, 178, 199, 220, 231, 252, 273, 294, 315, 336, 357, 390, 400,
	i ii	11, 32, 53, 74, 95, 116, 137, 158, 179, 200, 201 232, 253, 274, 295, 316, 337, 358, 361, 391,
	i ii	12, 33, 54, 75, 96, 117, 138, 159, 180, 181, 202 233, 254, 275, 296, 317, 338, 359, 362, 392,
	i ii	13, 34, 55, 76, 97, 118, 139, 160, 161, 182, 203 234, 255, 276, 297, 318, 339, 360, 363, 393,
	i ii	14, 35, 56, 77, 98, 119, 140, 141, 162, 183, 204 235, 256, 277, 298, 319, 340, 347, 364, 394,
	i ii	15, 36, 57, 78, 99, 120, 121, 142, 163, 184, 205 236, 257, 278, 299, 320, 322, 346, 365, 395,
	i ii	16, 37, 58, 79, 100, 101, 122, 143, 164, 185, 206 237, 258, 279, 300, 301, 323, 345, 366, 396,
	i ii	17, 38, 59, 80, 81, 102, 123, 144, 165, 186, 207 238, 259, 280, 281, 302, 324, 344, 367, 397,
	i ii	18, 39, 60, 65, 86, 107, 128, 145, 166, 187, 208 239, 260, 261, 282, 303, 325, 343, 368, 398,
	i ii	19, 40, 44, 66, 87, 108, 129, 146, 167, 188, 209 240, 241, 262, 283, 304, 326, 342, 369, 399,
	i Ii	20, 23, 45, 67, 88, 109, 130, 147, 168, 189, 210 221, 242, 263, 284, 305, 327, 341, 370, 400,
	i Ii	2, 24, 46, 68, 89, 110, 131, 148, 170, 190, 201 223, 241, 265, 281, 306, 328, 341, 371, 391,
	i ii	3, 25, 47, 69, 90, 111, 132, 149, 171, 191, 202 224, 242, 266, 282 307, 329, 342, 372, 392,
	i ii	4, 26, 48, 70, 91, 112, 133, 150, 172, 192, 203 225, 243, 267, 288 308, 330, 343, 373, 393,
	i ii	5, 27, 49, 71, 92, 113, 134, 151, 173, 193, 204 226, 244, 268, 284, 309, 331, 344, 374, 394,
	i ii	6, 28, 50, 72, 93, 114, 135, 152, 174, 194, 205 227, 245, 269, 285, 310, 332, 345, 375, 395,
	i Ii	7, 29, 51, 73, 94, 115, 136, 153, 175, 195, 206 228, 246, 270, 286, 311, 333, 346, 376, 396,
	i ii	8, 30, 52, 74, 95, 116, 137, 154, 176, 196, 207 229, 247, 271, 287, 312, 334, 347, 377, 397,
	i ii	9, 31, 53, 75, 96, 117, 138, 155, 177, 197, 208 230, 248, 272, 288, 313, 335, 348, 378, 398,
	i ii	10, 32, 54, 76, 97, 118, 139, 156, 178, 198, 209 231, 249, 273, 289, 314, 336, 349, 379, 399,
	i ii	11, 33, 55, 77, 98, 119, 140, 157, 179, 199, 210 232, 250, 274, 290, 315, 137, 350, 380, 400,
	i ii	12, 34, 56, 78, 99, 120, 122, 158, 180, 200, 211 233, 251, 275, 291, 316, 321, 341, 361, 381,
	i ii	13, 35, 57, 79, 100, 103, 121, 159, 169, 182, 212 234, 252, 276, 292, 317, 325, 342, 362, 382,
	i ii	14, 36, 58, 80, 85, 104, 123, 160, 161, 183, 213 235, 253, 277, 293, 318, 324, 343, 363, 383,
	i ii	15, 37, 59, 61, 84, 105, 124, 141, 162, 184, 214 236, 254, 278, 294, 319, 323, 344, 364, 384,
	i ii	16, 38, 60, 62, 83, 106, 125, 143, 163, 185, 215 237, 255, 279, 295, 320, 322, 345, 365, 385,
	i ii	17, 39, 41, 63, 82, 101, 126, 142, 164, 186, 216 238, 256, 280, 296, 301, 321, 346, 366, 386,
	i ii	18, 40, 42, 61, 81, 102, 127, 144, 165, 187, 217 239, 257, 271, 297, 302, 326, 347, 367, 387,
	i i	19, 21, 43, 62, 87, 103, 128, 145, 166, 188, 218 240, 258, 272, 298, 303, 327, 348, 368, 388,
	i ii	20, 22, 44, 63, 88, 104, 129, 146, 167, 189, 219 223, 259, 273, 299, 304, 328, 349, 369, 389,
	i II	1, 24, 42, 64, 89, 105, 130, 147, 168, 190, 220 222, 260, 274, 300, 305, 329, 350, 370, 390,
	i ii	3, 25, 43, 65, 90, 106, 131, 148, 169, 191, 201 221, 250, 275, 281, 301, 330, 341, 361, 392,
	i II	4, 26, 44, 66, 91, 107, 132, 149, 170, 192, 202 222, 251, 276, 282, 302, 331, 342, 362, 393,
	i ii	5, 27, 45, 67, 92, 108, 133, 150, 171, 193, 203 224, 252, 277, 283, 303, 332, 343, 363, 394,
	i ii	6, 28, 46, 68, 93, 109, 134, 151, 172, 194, 204 223, 253, 278, 284, 304, 333, 344, 364, 395,
	i ii	7, 29, 47, 69, 94, 110, 135, 152, 173, 195, 205 225, 254, 279, 285, 305, 334, 345, 365, 396,
	I ii	8, 30, 48, 70, 195, 111, 136, 153, 174, 196, 206 226, 255, 280, 286, 306, 335, 346, 366, 397,
	i ii	9, 31, 49, 71, 96, 112, 137, 154, 175, 197, 207 227, 256, 261, 287, 307, 336, 347, 367, 398,
	i ii	10, 32, 50, 72, 97, 113, 138, 155, 176, 198, 208 228, 257, 262, 288, 308, 337, 348, 368, 399,
	i ii	11, 33, 51, 73, 98, 114, 139, 156, 177, 199, 209 229, 258, 263, 289, 309, 338, 349, 369, 400,
	i ii	12, 34, 52, 74, 99, 115, 140, 157, 178, 200, 210 230, 259, 264, 290, 310, 339, 350, 370, 391,
	i ii	13, 35, 53, 75, 100, 116, 121, 158, 179, 181, 211 231, 260, 265, 291, 311, 340, 351, 371, 392,
	i ii	14, 36, 54, 76, 86, 117, 122, 159, 180, 182, 212 232, 241, 266, 292, 312, 321, 352, 372, 390,
	i ii.	15, 37, 55, 77, 85, 118, 123, 160, 162, 183, 213 233, 242, 267, 293, 313, 322, 353, 373, 392,
	i ii	16, 38, 56, 78, 84, 119, 124, 142, 161, 184, 214 234, 243, 268, 294, 314, 323, 354, 374, 393,
	i ii	17, 39, 57, 79, 83, 120, 125, 141, 163, 185, 215 235, 244, 269, 295, 315, 324, 355, 375, 396,
	i ii	18, 40, 58, 80, 82, 101, 126, 143, 164, 186, 216 236, 245, 270, 296, 316, 325, 156, 376, 397,
	i ii	19, 23, 59, 61, 81, 102, 127, 144, 165, 187, 217 237, 246, 271, 297, 317, 326, 357, 377, 398,
	i Ii	20, 21, 60, 62, 100, 103, 128, 145, 166, 188, 218 238, 247, 272, 298, 318, 327, 358, 378, 399,
	i ii	4, 22, 51, 63, 99, 104, 129, 146, 167, 189, 219 239, 248, 273, 300, 319, 328, 359, 379, 400,
	i ii	5, 23, 52, 64, 98, 105, 130, 147, 168, 190, 220 240, 249, 274, 281, 320, 329, 360, 380, 391,
	i ii	6, 24, 53, 65, 97, 106, 131, 148, 169, 191, 211 231, 250, 275, 282, 301, 330, 351, 381, 392,
	i ii	7, 25, 54, 66, 96, 107, 132, 149, 170, 192, 212 232, 251, 276, 283, 302, 334, 352, 382, 393,
	i ii	8, 26, 55, 67, 95, 108, 133, 150, 171, 193, 213 233, 252, 277, 284, 303, 335, 353, 383, 394,
	i ii	9, 27, 56, 68, 94, 109, 134, 151, 172, 194, 214 234, 253, 278, 285, 304, 336, 354, 384, 395,
	i ii	10, 28, 57, 69, 93, 110, 135, 152, 173, 195, 215 235, 254, 279, 286, 305, 337, 355, 385, 396,
	I ii	11, 29, 58, 70, 92, 111, 136, 153, 174, 196, 216 236, 255, 280, 287, 306, 338, 356, 386, 397,
	i ii	12, 30, 59, 71, 91, 112, 137, 154, 175, 197, 217 237, 256, 264, 288, 307, 339, 357, 387, 398,
	i ii	13, 31, 60, 72, 90, 113, 138, 155, 176, 198, 218 238, 257, 265, 289, 308, 340, 358, 388, 399,
	i ii	14, 32, 41, 73, 69, 114, 139, 156, 177, 199, 219 239, 258, 266, 290, 309, 331, 359, 389, 400,
	i ii	15, 33, 42, 74, 88, 115, 140, 157, 178, 200, 220, 240, 259, 267, 291, 310, 332, 350, 370, 391,
	i ii	16, 34, 43, 75, 87, 116, 131, 158, 179, 181, 201, 221, 260, 268, 292, 311, 333, 341, 365, 392,
	i ii	17, 35, 44, 76, 86, 117, 132, 159, 180, 182, 202 222, 241, 269, 293, 312, 321, 342, 367, 393,
	i ii	18, 36, 45, 77, 85, 118, 133, 160, 161, 183, 203 223, 242, 270, 294, 313, 322, 343, 369, 394,
	i ii	19, 37, 46, 78, 84, 119, 134, 141, 162, 184, 204 224, 243, 261, 295, 314, 323, 344, 371, 395,
	i ii	20, 38, 47, 79, 83, 120, 135, 142, 163, 185, 205 225, 244, 562, 296, 315, 324, 345, 375, 396,
	i ii	1, 39, 48, 80, 82, 110, 136, 143, 164, 186, 206 226, 245, 463, 297, 316, 325, 346, 377, 397,
	i ii	2, 40, 49, 61, 81, 111, 137, 144, 165, 187, 207 227, 246, 471, 298, 317, 326, 347, 380, 398,
	i ii	3, 24, 50, 62, 100, 112, 138, 145, 166, 188, 208 228, 247, 972, 299, 318, 327, 348, 383, 399,
	i ii	4, 25, 51, 63, 99, 113, 139, 146, 167, 189, 209 229, 248, 273, 300, 319, 328, 349, 364, 381,
	i ii	5, 26, 52, 64, 98, 114, 140, 147, 168, 190, 210 230, 249, 274, 281, 320, 329, 350, 365, 392,

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

 

Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 98–594, две последние цифры 94, им соответствует вариант контрольного задания 94.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1

 

СТРОЕНИЕ АТОМОВ

 

1. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относятся каждый из этих элементов?

2. Напишите электронные формулы атомов фосфора и ванадия. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

3. Какое максимальное число электронов могут занимать s -, p -, d - и f - орбитали данного энергетического уровня? Почему?

4. Напишите электронные формулы атомов марганца и селена. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

5. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4 s или 3 d; 5 s или 4 p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

6. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 29. У последнего происходит провал одного 4 s - электрона на 3 d - подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

7. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4 d или 5 s; 6 s или 5 p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

8. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных 3 d – орбиталей в атомах этих элементов?

9. Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторого элемента имеют следующие значения: n = 4; l = 0; m _l = 0; m _s = ±½. Напишите электронную формулу атома этого элемента и определите, сколько свободных 3 d орбиталей он содержит?

10. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 29. Какие электроны этих атомов являются валентными?

11. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: а) 1 s ²2 s ²2 p ⁵3 s ¹; б) 1 s ²2 s ²2 p ⁶; в) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶3 d ⁴; г) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶4 s ² д) 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 d ²? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?

12. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относятся каждый из этих элементов?

13. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 45 и 53. Какие электроны этих атомов являются валентными?

14. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m _i при орбитальном квантовом числе l = 0; 1; 2 и 3? Какие элементы в периодической системе носят название s -, p -, d - и f - элементов? Приведите примеры.

15. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m_l и m _s, характеризирующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?

16. Чем отличается последовательность в заполнении атомных орбиталей у атомов d - элементов от последовательности заполнения их у атомов s - и p - элементов? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 46, учитывая, что, находясь в пятом периоде, атомы этого элемента на пятом энергетическом уровне не содержат ни одного электрона.

17. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что, у первого происходит провал одного 4 s - электрона на 3 d - подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

18. Значения какого квантового числа определяют число s -, p -, d - и f - орбиталей на энергетическом уровне? Сколько всего s -, p - и d - электронов в атоме кобальта?

19. В чем заключается принцип несовместимости Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома p ⁷- и d ¹²- электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

20. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что, у последнего происходит провал одного 5 s - электрона на 4 d - подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

 

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

21. Исходя из положения германия, цезия и технеция в периодической системе составьте формулы следующих соединений: мета- и ортогерманиевой кислот, дигидрофосфата цезия и оксида технеция, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.

22. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s - и p - элементов в группах периодической системе с увеличением порядкового номера? Почему?

23. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность p - элементов в периоды; в группе периодической системе с увеличением порядкового номера?

24. Исходя из положения германия, молибдена и рения в периодической системе составьте формулы следующих соединений: водородного соединения германия, рениевой кислоты и оксида молибдена, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.

25. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность металлов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

26. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающего его высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?

27. Какой из элементов четвертого периода- ванадий или мышьяк- обладает более выраженными металлическими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте исходя из строения атомов данных элементов.

28. Какие элементы образуют газообразные соединение с водородом? В каких группах периодической системы находятся эти элементы? Составьте формулы водородных и кислородных соединений хлора, теллура и сурьмы, отвечающих их низшей и высшей степеням окисления.

29. У какого элемента четвертого периода- хрома или селена- сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте исходя из строениям атомов хрома или селена.

30. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?

31. У какого из p - элементов пятой группы периодической системы - фосфора или сурьмы - сильнее выражены металлические свойства? Какой из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов.

32. Исходя из положения металла в периодической системе дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидрооксидов более сильное основание: Ba(OH)₂ или Mg(OH)₂; Ca(OH)₂ или Fe(OH)₂; Cd(OH)₂ или Sr(OH)₂?

33. Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор - неметаллические? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов и гидрооксидов хлора и марганца.

34. Какую низшую степень окисления проявляют водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?

35. Какую низшую и высшую степень окисления проявляют кремний, мышьяк, селен и хлор? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

36. К какому семейству относятся элементы, в атомах которых последний электрон поступает на 4 f- и на 5 f - орбитали? Сколько элементов включает каждое из этих семейств? Как отражается на свойствах этих элементов электронное строение их атомов?

37. Атомные веса элементов в периодической системе непрерывно увеличиваются, тогда как их свойства простых веществ изменяются периодически. Чем это можно объяснить?

38. Какова современная формулировка периодического закона? Объясните, почему в периодической системе элементов аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и протактинием, хотя и имеют больший атомный вес?

39. Какую низшую и высшую степень окисления проявляют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

40. Какую высшую степень окисления могут проявлять германий, ванадий, марганец и ксенон? Почему? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этой степени окисления.

 

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ.

КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА.

41. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы воды?

42. Какая ковалентная связь называется неполярной и какая полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Составьте электронные схемы строения молекул N₂, H₂O, HI. Какие из них являются диполями?

43. Какой способ образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NH⁺₄ и BF^-₄? Укажите донор и акцептор.

44. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы BeCl₂ и тетраэдрическое – СН₄?

45. Какая ковалентная связь называется s- связью и какая p- связью? Разберите на примере строения молекулы азота.

46. Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы хлороводорода?

47. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы сероводорода?

48. Что называется дипольным моментом? Какая из молекул HCl, HBr, HI имеет наибольший дипольный момент? Почему?

49. Какие кристаллические структуры называются ионными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк - имеют указанные структуры?

50. Составьте электронные схемы строения молекул Cl₂, H₂Se, CCl₄. В каких молекулах ковалентная связь является полярной? Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекулы H₂Se?

51. Чем отличается структура кристаллов NaCl от структуры кристаллов натрия? Какай вид связи осуществляется в этих кристаллах? Какие кристаллические решетки имеют натрий и NaCl? Чему равно координационное число натрия в этих решетках?

52. Какая химическая связь называется водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему H₂O и HF, имея меньший молекулярный вес, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги.

53. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

54. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов в соединениях CH₄, CH₃OH, HCOOH, CO₂.

55. Какие силы молекулярного взаимодействия называются ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают и какова природа этих сил?

56. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейную структуру молекулы СО₂? Сколько d и p-связей и за счет каких электронов образует углерод в этой молекуле? Имеет ли молекула СО₂ диполь? Почему?

57. Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы BF₃?

58. Как метод валентных связей (ВС) объясняет тетраэдрическое строение молекулы СCl₄? Имеет ли молекула CCl₄ диполь? Почему?

59. Что называется дипольным моментом? В каких единицах он выражается? Какие из молекул HF, HCl, HBr, HJ имеют наибольший диполь? Ответ мотивируйте исходя из электроотрицательности соответствующих элементов.

60. Что такое гибридизация валентных орбиталей? Какое строение имеют молекулы типа AB_n, если связь образуется за счет sp -, sp ²-, sp ³- гибридизации орбиталей атома А? Приведите примеры химических соединений.

 

Энергетика химических процессов

(Термохимические расчеты) [1]

Наука о взаимных превращениях различных видов энергии называется термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного течения различных процессов в данных условиях. При химических реакциях происходят глубокие качественные изменения в системе, рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением и выделение энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называются экзотермическими, а те, которые сопровождаются поглощением теплоты - эндотермическими. Теплоты реакций являются, таким образом, мерой изменения свойств системы, и знание их может иметь большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.

При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более общего закона природы- закона сохранения материи. Теплота (Q), поглощенная системой, идет на изменение ее внутренней энергии (D U) и на совершение работы (А):

Q = D U + A.

Внутренняя энергия системы U – это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярного колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т. д. Внутренняя энергия- это полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве и без кинетической энергии системы как целого. Абсолютное значение U веществ неизвестно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является функцией состояния, т. е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс D U = U ₂ – U ₁, где D U – изменение внутренней энергии системы при переходе от начального состояния (U ₁) в конечное (U ₂).

Если U ₂ > U ₁, то D U > 0.

Если U ₂ < U ₁, то D U < 0.

Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях А – это работа против внешнего давления, т. е. в первом приближении А = р D V, где D V – изменение объема системы (V ₂ - V ₁). Так как большинство химических реакций проводят при постоянном давлении, то для изобарно- изотермического процесса (р = const, Т = const) теплота Q_р будет равна:

Q_р = D U + р D V;

Q_р = (U ₂- U ₁) + р (V ₂ - V ₁);

Q_р = (U ₂+ рV ₂) – (U ₁+ рV ₁).

Сумму U + рV обозначим через Н, тогда

Q_р = Н ₂ – Н ₁ = D Н.

Величину Н называют энтальпией. Таким образом, теплота при р = const и Т = const приобретает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда теплота реакции в изобарно- изотермическом процессе Q равна изменению энтальпии системы Н (если единственным видом работы является работа расширения). Q_р =D Н.

Энтальпия (Н), как и внутренняя энергия (U), является функцией состояния, ее изменение (D Н) определяется только начальными и конечными состояниями системы и не зависит от пути перехода. Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом процессе (Q_v) (V = const; Т = const), при котором D V = 0, равна изменению внутренней энергии системы D U, Q_v = D U. Теплоты химических процессов, протекающих при P, Т = const и V, Т = const, называют тепловыми эффектами.

При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и D Н < 0 (Н ₂ < Н ₁), а при эндотермических энтальпия системы увеличивается и D Н > 0 (Н ₂ > Н ₁). В дальнейшем тепловые эффекты всюду выражаются через D Н. В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840): “ Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода ”. Часто в термохимических расчетах применяют следствие из закона Гесса: “ Тепловой эффект реакции (D Н _х.р.) равен сумме теплот образования (D Н _обр) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ, с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции ”:

D Н _х.р.= SD Н _обр^прод - SD Н _обр^исх.

Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (+5) с парами воды образуются жидкая хлор - окись POCl₃ и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.

Решение. Уравнение реакции, в которой около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называются термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q_р равные изменению энтальпии системы D Н. Значение D Н приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к– кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно.

Если теплота в результате реакции выделяется,тоD Н < 0. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

PCl_5(к) + H₂O_(г) = POCl_3(ж) + 2HCl_(г); D Н _х.р.= –111,4 кДж

Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением

С₂Н_6(г) + 3×½О_2(г) = 2СО_2(г) +ЗН₂О_(ж); D Н _х.р.= –1559,87 кДж.

Вычислить теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО_2(г) и Н₂О_(ж) (табл. 1).

Решение. Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования одного моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т. е. к 25⁰ С (298 К), и 1 атм (101,3 кПа)и обозначают через D Н ⁰₂₉₈ .

Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то и здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через D Н. Следовательно, нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой примет вид

2С_(граф) + 3Н_2(г) = С₂Н_6(г); D Н =...

исходя из следующих данных:

а) С₂Н_6(г) + 3×¹/₂О_2(г) = 2СО_2(г) + ЗН₂О_(ж); D Н = –1559,87 кДж;

б) С_(граф) + О_2(г) = СО_2(г); D Н = –393,51 кДж;

в) Н_2(г) + ¹/₂О_2(г) = Н₂О_(ж); D Н = –285,84 кДж;

 

Таблица 1

Стандартные теплоты (энтальпии) образования D Н ⁰₂₉₈

Некоторых веществ

Вещество	Состояние	D Н 0298, кДж/моль	Вещество	Состояние	D Н 0298, кДж/моль
CS2	г	+115,28	CH3OH	г	–201,17
NO	г	+90,37	C2H5OH	г	–235,31
C6H6	г	+82,93	H2O	г	–241,83
C2H4	г	+52,28	H2O	ж	–285,84
H2S	г	–20,15	NH4Cl	к	–315,39
NH3	г	–46,19	CO2	г	–393,51
CH4	г	–74,85	Fe2O3	к	–822,10
C2H6	г	–84,67	Ca(OH)2	к	–986,50
HCl	г	–92,31	Al2O3	к	–1669,80
CO	г	–110,52

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) — на 3, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):

С₂Н₆ +3×¹/₂О₂ – 2С – 2О₂ – ЗН₂ – ³/₂О₂ = 2СО₂ + ЗН₂О – 2СО₂ – ЗН₂О;

D Н = –1559,87 + 787,02 + 857,52;

С₂Н₆ = 2С + ЗН₂; D Н = + 84,67 кДж.

Так как теплота образования равна теплоте разложе­ния с обратным знаком, то D Н = – 84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи, применить вывод из закона Гесса

 

D Н _х.р.= 2D Н _СО2+ 3D Н _Н2О – D Н _С2Н6– 3×¹/₂D Н _О2.

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю,

D Н _С2Н6 = 2D Н _СО2 + 3D Н _Н2О – D Н _х.р.;

D Н _С2Н6= 2(–393,51) + 3(–285,84) + 1559,87 = –84,67;

D Н = –84,67 кДж.

Пример 3. Реакция горения этилового спирта выра­жается термохимическим уравнением:

C₂H₅OH_(ж) + 3О_2(г) = 2СО_2(г) + ЗН₂О_(ж); D Н =?

Вычислить тепловой эффект реакции, если известно, что мольная теплота парообразования C₂H₅OH_(ж) равна +42,36 кДж и известны теплоты образования: C₂H₅OH_(г); СО_2(г); Н₂О_(ж) (табл. 1).

Решение. Для определения D Н реакции необходимо знать теплоту образования C₂H₅OH_(ж). Последнюю находим из данных задачи:

C₂H₅OH_(ж) = C₂H₅OH_(г); D Н =+42,36 кДж.

+42,36 = –235,31 – D Н _{С2Н5ОН(ж)}.

D Н _{С2Н5ОН(ж)} = –235,31 – 42,36 = –277,67 кДж.

Вычисляем D Н реакции, применяя следствие из закона Гесса:

 

D Н _х.р.= 2(–393,51) + 3(–285,84) + 277,67 = –1366,87 кДж.

 

Пример 4. Растворение моля безводной соды Na₂CO₃ в достаточно большом количестве воды сопровождается выделением 25,10 кДж теплоты, тогда как при растворении кристаллогидрата Na₂CO₃×10Н₂О поглощается 66,94 кДж теплоты. Вычислить теплоту гидратации Na₂CO₃ (теплоту образования кристаллогидрата).

Решение. Составляем термохимические уравнения соответствующих реакций;

а) Na₂CO₃ + aq = Na₂CO₃ × aq; D Н = –25,10 кДж;

б) Na₂CO₃×10Н₂О + aq = Na₂CO₃× aq; D Н = +66,94 кДж.

Вычитая уравнение (б) из (а) (пример 2), получаем ответ:

Na₂CO₃+10Н₂О = Na₂CO₃×10Н₂О; D Н = –92,04 кДж;

т.е. при образовании Na₂CO₃×10Н₂О выделяется 92,04 кДж теплоты.

61. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления одного моля Fe₂O₃ металлическим алюминием.

Ответ: –847,7 кДж.

62. Газообразный этиловый спирт C₂H₅OH можно получить при взаимодействии этилена C₂H_4(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: –45,76 кДж.

63. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (+2) водородом исходя из следующих термохимических уравнений:

FeO_(к) + СО_(г) = Fe_(к) + CO_2(к); D Н = –13,18 кДж;

СО_(г) + ¹/₂О_2(г) = СО_2(г); D Н = –283,0 кДж;

Н_2(г)+¹/₂О_2(г) = Н₂О_(г); D Н = –241,83 кДж.

Ответ: +27,99 кДж.

64. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS_2(к). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: +65,43 кДж.

65. Напишите термохимическое уравнение реакции между СО_(г) и водородом, в результате которой образуются СН_4(г) и Н₂О_(г). Сколько теплоты выделится при этой реакции?

Ответ: 206,16 кДж.

66. При взаимодействии газообразных метана и сероводорода образуются сероуглерод CS_2(г) и водород. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

Ответ: +230,43 кДж.

67. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия?

Ответ: 78,97 кДж.

68. Вычислите теплоту образования метана исходя из следующих термохимических уравнений:

Н_2(г) + ¹/₂О_2(г) = Н₂О_(ж); D Н = –285,84 кДж;

С_(к)+О_2(г) = СО_2(г); D Н = –393,51 кДж;

СН₄ + 2О_2(г) = 2Н₂О_(ж) + СО_2(г); D Н = –890,31 кДж;

Ответ: –74,88 кДж.

69. Вычислите теплоту образования гидроксида кальция исходя из следующих термохимических уравнений:

Са_(к) + ¹/₂О_2(г) = СаО_(к); D Н = –635,60 кДж;

Н_2(г)+¹/₂О_2(г) = Н₂О_(ж); D Н = –285,84 кДж;

СаО_(к) + Н₂О_(ж) = Са(ОН)_2(к); D Н = –65,06 кДж;

Ответ: –986,50 кДж.

70. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен –3135,58 кДж. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С₆Н_6(ж).

Ответ: +49,03 кДж.

71. При взаимодействии трех молей оксида азота N₂О с аммиаком образуются азот и пары воды. Тепловой эффект реакции равен –877,76 кДж. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования N₂О_(г).

Ответ: +81,55 кДж.

72. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и моноксид азота NO_(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите тепловой эффект в расчете на один моль NH_{3 (г)}.

Ответ: –226,18 кДж.

73. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением: СН₃ОН_(ж) + ³/₂О_2(г) = СО_2(г) + 2Н₂О_(ж); D Н =? Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН₃ОН_(ж) равно +37,4 кДж.

Ответ: –726,62 кДж.

74. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С₂Н₅ОН_(ж), если известно, что при сгорании 11,5 г его выделилось 308,71 кДж теплоты.

Ответ: –277,67 кДж.

75. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением: С₆Н_6(ж) + 7×¹/₂О_2(г) = 6СО_2(г) +ЗН₂О_(г); D Н =? Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,394 кДж.

Ответ:-3135,58 кДж.

76. Вычислите тепловой эффект напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана С₂Н_6(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ этана в пересчете на нормальные условия?

Ответ: 63742,86 кДж.

77. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением: 4NH_3(г) + 3O_2(г) = 2N_2(г) + 6Н₂О_(ж); D Н = –1530,28 кДж. Вычислите теплоту образования NH_3(г).

Ответ: –46,19 кДж.

78. Теплота растворения безводного хлорида стронция SrCl₂ равна -47,70 кДж, а теплота растворения кристаллогидрата SrCl₂×6H₂O равна +30,96 кДж. Вычислите теплоту гидратации SrCl₂.

Ответ: –78,66 кДж.

79. Теплоты растворения сульфата меди CuSO₄ и медного купороса CuSO₄×5H₂O соответственно равны –66,11 кДж и +11,72 кДж. Вычислите теплоту гидратации CuSO₄.

Ответ: –77,83 кДж.

80. При получении одного грамм- эквивалента кальция из СаО_(к) и H₂O_(ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

Ответ: –635,6 кДж.