Вопросы и задачи для подготовки к семинару «Строение вещества»

1. Составьте полные уравнения ядерных превращений:

· ⁵⁹Co (n, α) ® …

· ²⁵³Es (α, n) ® …

· ²⁴²Сm (α, 2n) ® …

2. Определите природу частиц, образующихся в результате ядерных превращений. Установите массовое число и порядковый номер образующихся атомов.

a. b- a b+

3. ₈₂²¹²Pb ¾¾® X ¾¾® Y ¾¾® Z

4. Образец чистого углерода массой 0,25 г содержит 15% радиоактивного изотопа ¹⁴С, период полураспада которого равен 5470 лет. Какова масса образца через 100 лет? Какова будет массовая доля изотопа ¹⁴С в образце?

5. Рассчитайте длину волны де Бройля, которая соответствует α-частице с массой 6,6^.10^-27 кг, движущейся со скоростью 70 м/с.

6. Рассчитайте энергию, поглощаемую атомом водорода при переходе электрона из состояния n=1 в состояние n=2. Оцените радиусы первой и второй боровских орбит и рассчитайте скорости электрона на этих орбитах, используя постулаты теории Бора.

7. Составьте электронные конфигурации для атомов бериллия и бора в основном и первом возбужденном состоянии.

8. Составьте электронные конфигурации для атомов хрома, иттрия, гафния, актиния, резерфордия.

9. Запишите электронные конфигурации для нейтрального атома брома в основном и первом возбужденном состоянии, а также в степенях окисления -1, +1, +3, +5, +7. Для каждого внешнего электрона нейтрального атома брома в основном состоянии запишите наборы значений четырех квантовых чисел.

10. Принцип изоэлектронности. Составьте изоэлектронный ряд ксенона.

11. Какова максимальная валентность атомов элементов второго периода? Третьего периода? d- и f-элементов? Обсудите возможность существования молекул NF₃, NF₅, PF₃, PF₅.

12. Энергия диссоциации молекулы иодоводорода равна 298,4 кДж/моль. Можно ли разложить молекулу иодоводорода на атомы при облучении ультрафиолетовым светом с l=2×10^-7 м? Какую энергию надо затратить, чтобы разложить 0,05 г HI?

13. Длина связи С-С составляет 1,54×10^-10 м, а межъядерное расстояние в молекуле водорода равно 0,74×10^-10 м. Рассчитайте длину химической связи в молекуле метана.

14. Рассчитайте энергию химической связи в молекуле фторида ксенона(IV), если при образовании XeF₄ из простых веществ выделяется 230 кДж/моль теплоты, а энергия связи в молекуле фтора составляет 159 кДж/моль.

15. Какие из d-АО центрального атома участвуют в образовании s-связей в плоских квадратных молекулах? В молекулах, построенных в виде тригональной бипирамиды? В октаэдрических молекулах?

16. Молекула SiF₄ может присоединять фторид ионы с образованием SiF₆^2--иона. В полученном ионе все шесть связей одинаковы. Укажите тип гибридизации внешних АО атома кремния в этом ионе. Какие из d-АО участвуют в образовании σ-связей в этом ионе? Представьте пространственные диаграммы этих АО и расставьте знаки ψ-функции.

17. Объясните природу связи в соединении NH₃^.BF₃.

18. Какова гибридизация внешних атомных орбиталей центрального атома в молекулах аммиака и фторида бора, если известно, что валентные углы в этих молекулах равны 107° и 120° соответственно?

19. Валентный угол между связями в молекулах газообразных гидридов элементов шестой группы равны: в H₂O - 104,5°; в H₂S - 92°; в H₂Se - 91°; в H₂Te - 89,5°. Объясните причину изменения валентных углов в указанных соединениях при переходе вниз по подгруппе (O-S-Se-Te).

20. Согласно результатам экспериментальных измерений валентный угол в молекуле NH₃ равен 107°. Рентгеноструктурные исследования молекулы воды показали, что валентный угол в этой молекуле равен 104,5°. Чем объяснить тот факт, что несмотря на большее число связей в молекуле аммиака, чем в молекуле воды, валентный угол HNH больше валентного угла HOH?

21. Почему соединение SF₆ существует, а соединения SH₆ нет; соединение TiCl₄ - существует, а TiH₄ - нет?

22. Объясните, почему молекула СО₂ неполярна, хотя каждая связь <С-О> характеризуется высоким моментом электрического диполя (3,7^.10^-29 Кл^.м).

23. Почему молекула метана СН₄ неполярна, а молекула воды Н₂О имеет постоянный дипольный момент 1,8 D? Поясните.

24. Используя метод ВС, определите геометрию следующих частиц и тип гибридизации внешних атомных орбиталей центрального атома: AlBr₃, BeF₂, CF₄, SbCl₅, PbCl₆^2-, CO₂. Каков тип гибридизации атомных орбиталей центральных атомов в этих молекулах. Какие из АО участвует в образовании σ-связей в этих молекулах? Представьте пространственную диаграмму этих АО и расставьте знаки ψ-функции.

25. Используя метод ВС представьте канонические и резонансные ВС для молекул азотной кислоты, оксида азота(IV) и озона.

26. Используя теорию Гиллеспи, покажите, какие среди молекул NH₃, H₂O, CO₂, H₂S, AlCl₃ являются неполярными.

27. Двухатомные молекулы и молекулярные ионы элементов I периода в методе МО.

28. Двухатомные молекулы элементов II периода в методе МО. Гомо- и гетероатомные молекулы. s- и p-МО базиса sp.

29. Что прочнее: молекула N₂ или молекула СО? Молекулярный ион водорода Н⁺₂ или молекула Н₂? Почему?

30. Используя метод МО, постройте энергетические диаграммы O2, O₂⁺ и O₂^-. Запишите электронные конфигурации нейтральной молекулы и молекулярных ионов. Укажите диа- и парамагнитные частицы. Рассчитайте порядок связи в нейтральной молекуле и молекулярных ионах. В какой из этих частиц химическая связь наиболее прочная?

31. Зависимость температуры кипения жидких водородных соединений шестой группы от порядкового номера не является монотонной: H₂O (100 °С), H₂S (-60 °С), H₂S (-41 °С), H₂Te (-2 °С). Чем объясняется аномально высокое значение температуры кипения воды?

32. Вода при обычных условиях – жидкость, а сероводород - газ. Почему? Рассмотрите механизм образования водородных связей между молекулами воды в жидкой воде. Как меняется структура воды при переходе в твердое агрегатное состояние? Почему лед легче жидкой воды?

33. Какие виды межмолекулярных взаимодействий, обеспечивают жидкое агрегатное состояние CO₂, Cl₂, H₂S, NH₃?

34. На основе фазовой диаграммы системы CsCl – AlCl₃ установите состав образующегося в системе химического соединения и охарактеризуйте его устойчивость. Определите число и состав фаз, а также число степеней свободы в точках А, В и С фазовой диаграммы этой системы. Укажите на диаграмме точки, в которых реализуются нонвариантные равновесия. Нарисуйте кривую охлаждения для расплава, содержащего 10% AlCl₃.

35. На основе фазовой диаграммы системы KCl – ZrCl₄ установите состав образующегося в системе химического соединения и охарактеризуйте его устойчивость. Определите число и состав фаз, а также число степеней свободы в точках А, В и С фазовой диаграммы этой системы. Укажите на диаграмме точки, в которых реализуются нонвариантные равновесия. Нарисуйте кривую охлаждения для расплава, содержащего 80% ZrCl₄.

36. На основе фазовой диаграммы системы Ni – Cu укажите температуры начала и завершения процесса кристаллизации смеси, содержащей 60% Сu. Определите число и состав фаз, а также число степеней свободы в точках А, В и С фазовой диаграммы этой системы. Нарисуйте кривую охлаждения для расплава, содержащего 40% Cu.