Химическая связь и строение молекул

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего

Профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

МИИТ

 

Одобрено кафедрой

«Физика и химия»

 

 

ХИМИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

 

Задания на контрольную работу

с методическими указаниями для студентов 1 курса

Направлений: 271501.65 «Строительство железных дорог, мостов,

Транспортных тоннелей», 190901.65 «Наземные транспортно- технологические средства»,190300.65 «Подвижной состав железных дорог», 190401.65 «Эксплуатация железных дорог», 190901.65 «Системы обеспечения движения поездов»

(для всех специализаций)

 

 

Москва 2011

 

.

Составители: ст. преп. М.А. Журавлева

к.х.н. проф. Н.В.Заглядимова

к.х.н. доц. А.А. Махнин

к.х.н. доц. В.В. Ефанова

 

 

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Общие методические указания

В процессе изучения курса химии студент должен выполнить одну контрольную работу. Решение задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования.

Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена, написана четко и ясно и иметь поля для замечаний рецензента.

Номера и условия задач необходимо переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании.

В начале работы следует указать учебный шифр студента, номер варианта и полный список номеров задач этого варианта. В конце работы следует дать список использованной литературы с указанием года издания.

Работа должна иметь подпись студента и дату.

Если контрольная работа не зачтена, ее следует выполнить повторно в соответствии с указаниями рецензента и представить вместе с незачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце работы, после рецензии, а не в тексте.

Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не засчитывается как сданная.

Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (1101-Д-1594, две последние цифры 94, им соответствует вариант контрольного задания 94)

Варианты контрольного задания

Номер варианта	Номера задач, относящиеся к данному варианту
01 35 69
02 36 70
03 37 71
04 38 72
05 39 73
06 40 74
07 41 75
08 42 76
09 43 77
10 44 78
11 45 79
12 46 80
13 47 81
14 48 82
15 49 83
16 50 84
17 51 85
18 52 86
19 53 87
20 54 88
21 55 89
22 56 90
23 57 91
24 58 92
25 59 93
26 60 94
27 61 95
28 62 96
29 63 97
30 64 98
31 65 99
32 66 00
33 67
34 68

Строение атома.

Химическая связь и строение молекул.

 

Пример 1. Описать свойства атома индия и его положение в периодической системе элементов.

Решение. Так как Z=49, заряд ядра атома Jn и общее количество электронов равны 49. Зная, что свойства атома определяет структура его валентных электронов, начнем с ее построения. Индий находится в 5 периоде III А группы, отсюда его валентные электроны имеют следующую структуру: 5s²5p¹.

Наличие трех электронов на внешнем уровне и большой радиус атома (n=5) предполагают достаточную легкость отдачи электронов (небольшая энергия ионизации) и как следствие – металлические свойства и достаточно высокую химическую активность.

Пример 2. Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами (спин-валентность), может проявлять фосфор в нормальном и возбужденном* состояниях?

Решение. Распределение электронов внешнего энергетического уровня фосфора …3s²3p³ (учитывая правило Хунда, 3s²3p_x3p_у3p_z) по квантовым ячейкам имеет вид:

15P

s p d

 

 

3s² 3p_x 3p_у 3p_z

Атомы фосфора имеют свободные d – орбитали, поэтому возможен переход одного 3s – электрона в 3d – состояние:

s p d

 

 

3s² 3p_x 3p_у 3p_z 3d_ху

Отсюда валентность (спин0валентность) фосфора в нормальном состоянии равна трем, а в возбужденном – пяти.

Пример 3. Укажите тип связей в молекулах F₂, KCl, HCl. Приведите электронные модели их строения.

Решение. 1. Молекула F₂ состоит из двух одинаковых атомов фтора, поэтому ковалентная связь будет неполярной. Так как структура валентных электронов фтора …2s²2p⁵, строение молекулы можно представить:

 

 

или перекрыванием одноэлектронных р-р-орбиталей:

 

2. Молекула КСl состоит из двух резко отличающихся по электроотрицательности атомов металла (К) и неметалла (Сl), что определяет ионный тип связи;

К⁰ - ē®К⁺

К⁺+Cl^-®КCl

 

3. Молекула НСl тоже состоит из двух разных атомов Н и Сl, поэтому в данном случае имеем ковалентную полярную связь, причем общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому хлора:

 

При этом происходит перекрывание s-р - валентных орбиталей водорода и хлора:

Пример 4. Определите тип кристаллической решетки SiC и сделайте вывод о свойствах данного вещества.

Решение. Валентные электронные структуры кремния и углерода сходны (…3s²3p² и …2s²2p²), поэтому в результате перекрывания они образуют ковалентную связь (малополярную). Так как их насыщаемость в соединении высока (четыре связи), вещество является твердым и образует атомную кристаллическую решетку. А это влечет за собой высокую твердость вещества, его тугоплавкость, малую растворимость и диэлектрические свойства.

 

Контрольные задания.

1. Чем отличается последовательность заполнения электронами d – элементов от s- и p- элементов? Как это различие отражается на их свойствах?

2. У какого из элементов – лития, цезия или бериллия – больше энергия ионизации? Сделайте вывод о химических свойствах их атомов.

3. Какие из элементов S или Se проявляют более окислительные свойства? Почему?

4. Почему Cu, Ag, Au – благородные металлы? Дайте объяснение их свойств на основе электронных структур и справочного материала.

5. Объясните различие величин радиусов и свойств атомов Cu и Zn.

6. Радиусы атомов Si и V равны (r=1,34А^о), почему же так различны их свойства?

7. Почему Mn и Cl расположены в одной группе периодической системы, но в разных подгруппах? Дайте сравнительную характеристику свойств этих элементов на основе их электронных структур.

8. Установите химические свойства элемента с номером 32.

9. Установите химические свойства элемента с номером 40.

10. Почему свойства всех элементов II периода очень сильно отличаются от свойств элементов всех последующих периодов?

11. Укажите заполнение орбиталей для каждого из перечисленных ниже нейтральных атомов и определите число валентных электронов на них: К, Аs. Сделайте вывод о химических свойствах.

12. Изобразите с помощью энергетических ячеек строение атомов кислорода, германия. Сделайте вывод о химических свойствах.

13. Выделите валентные орбитали атомов кремния, ванадия. Сделайте вывод о химических свойствах этих атомов.

14. У какого из элементов As или Cl электроотрицательность выше? Почему? Сделайте вывод о химических свойствах.

15. Рассмотрите классификацию элементов периодической системы по электронным семействам.

16. Укажите тип химической связи в молекулах N₂, NaCl. Приведите схемы перекрывания их электронных облаков.

17. Укажите тип химической связи в молекулах NН₃, Н₂О. Приведите электронные модели их строения.

18. Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами, может проявлять свинец в нормальном и возбужденном состояниях? Сделайте вывод о химических свойствах соединений Pb с разной степенью окисления.

19. Укажите тип кристаллической решетки в кристаллах Н₂О, CsF. Сделайте вывод о свойствах этих кристаллов.

20. Докажите, что Mg, MgCl₂ – кристаллы. Укажите тип их решетки и дайте сравнительную характеристику свойств.

21. Почему Н₂О – жидкость, а Н₂S – газ? Сравните их t_кип, t_пл.

22. Оцените физико-химические свойства вещества Cr. Ответ обоснуйте.

23. Определите тип связи молекул NaJ, CH₄. Сделайте вывод о свойствах (прочность, реакционная способность, агрегатное состояние).

24. У каких из кристаллов Н₂О, SiO₂, КСl, Li температура плавления наибольшая? Ответ обоснуйте.

25. Определите тип кристаллической решетки SiO₂. Сделайте вывод о свойствах. Ответ обоснуйте.

26. Какой тип кристаллической решетки характерен для веществ с самой низкой температурой плавления? Ответ обоснуйте.

27. Почему кислород и сера, имея в наружном слое одинаковое число электронов, проявляют разную валентность?

28. Проанализируйте валентные возможности атомов Be, Al в основном и возбужденном состояниях.

29. Укажите, какие из перечисленных молекул являются полярными и какие неполярными: СО₂, Н₂О, SO₂, СН₄. Ответ мотивируйте.

30. Как изменяются химические свойства соединений марганца и характер связей в них с увеличением степени окисления?