Пример контрольной работы по химии: Коллоидная химия (МГТА, вариант 1)

Выдержка из текста работы

Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nl^x, 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). Устойчивому (невозбужденному) состоянию многоэлектронного атома отвечает такое распределение электронов по атомным орбиталям, при котором энергия атома минимальна. Поэтому они заполняются в порядке последовательного возрастания их энергий. Этот порядок заполнения определяется правилом Клечковского (правило n + l ):

– заполнение электронных подуровней с увеличением порядкового

номера атома элемента происходит от меньшего значения (n+l) к большему значению (n + l );

– при равных значениях (n + l ) заполняются сначала энергетические подуровни с меньшим значением n.

Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней, указанных условием задачи следующая:

4р→5s→4d→5р→4f→5d

2. (45) Открытие какого закона позволило объяснить причину кажущегося несоответствия в расположении некоторых элементов в периодической системе Д.И. Менделеева?

Решение:

В 1869 г. Д. И. Менделеев на основе анализа свойств простых веществ и соединений сформулировал Периодический закон:

Свойства простых тел. и соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов.

На основе периодического закона была составлена периодическая система элементов. В ней элементы со сходными свойствами оказались объединены в вертикальные столбцы — группы. В некоторых случаях при размещении элементов в Периодической системе приходилось нарушать последовательность возрастания атомных масс, чтобы соблюдалась периодичность повторения свойств. Например, пришлось «поменять местами» теллур и йод, а также аргон и калий. Причина состоит в том, что Менделеев предложил периодической закон в то время, когда не было ничего известно о строении атома. После того, как в XX веке была предложена планетарная модель атома, периодический закон формулируется следующим образом.

Свойства химических элементов и соединений на­ходятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.

Заряд ядра равен номеру элемента в периодической системе и числу электронов в электронной оболочке атома.

Эта формулировка объяснила «нарушения» Периодического закона. В Периодической системе номер периода равен числу электронных уровней в атоме, номер группы для элементов главных подгрупп равен числу электронов на внешнем уровне.Причиной периодического изменения свойств химиче­ских элементов является периодическое заполнение электронных оболочек. После заполнения очередной оболочки начинается новый период.

3. (75) Какие типы связи осуществляются в молекуле NН₄Сl? Ответ мотивировать.

Решение:

В молекуле NН₄Сl имеется два вида связи.

а) донорно-акцепторная. Существование ионов аммония NН₄ ⁺ объясняется образованием химической связи по донорно-акцепторному механизму Возникает вопрос: как в нейтральной молекуле NH₃, где все электронные орбитали заполнены, возникает связь с протоном и образуется ион NН₄ ⁺с четырьмя химическими связями? В молекуле аммиака четыре валентные орбитали атома азота (одна 2s и три 2p) находятся в состоянии sp³-гибридизации. Три из них вовлечены в связи с атомами водорода по ковалентному способу. Одна оставшаяся орбиталь заполнена парой собственных электронов атома азота. Именно эта орбиталь с парой электронов и взаимодействует с протоном, ядром атома водорода, не имеющим своих электронов.

Таким образом, атом азота в молекуле аммиака играет роль донора электронной пары, а протон – роль акцептора:

В ионе NН₄ ⁺все связи, несмотря на различное их происхождение, энергетически равноценны и все углы между связями равны 109°28′

б) ионная. Связь NН₄ — Сl – ионная. Ионной связью называется химическая связь, осуществляемая за счет электростатического притяжения между ионами,. Соединения, образованные путем притяжения ионов называются ионными. Ионные соединения состоят из отдельных молекул только в парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют.

4. (105) В ходе доменного процесса возможна реакция:

Fе3О4(к) +СО(г)= 3FеО(к) +СО2(г). При какой температуре начнется эта реакция, если ΔН⁰₂₉₄ х.р^.= 44,5кДж.

Решение:

Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать,что мера беспорядка ≈ ТΔS. Энтропия выражается в Дж/(моль⋅К). Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух составляющих: стремления к упорядочению (Н) и стремления к беспорядку (TΔS). При Р =const и Т = const общую движущую силу процесса, которую обозначают ΔG, можно найти из соотношения: ΔG = (Н2 – H1) – (TS2 – TS1); ΔG = ΔH – TΔS. Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса.

Реакция начнется при температуре при которой ΔG=0, следовательно

ΔH= TΔS

Откуда Т= ΔH/ΔS

Из справочных материалов посчитаем ΔS для данной реакции:

ΔS⁰= 3S⁰FеО(к)+S⁰ СО2(г).- S⁰Fе3О4(к)- S⁰СО(г)

ΔS⁰=3*58,79+213,6-151,46-197,4=41,11Дж/К или 41,11*10^-3кДж/К

Откуда Т=44,5кДж/41,11*10^-3=1082,4К

5. (135) Реакция идет по уравнению: 4НСl+О₂↔2Н₂О +2Сl₂ Через некоторое время после начала реакции концентрации участвующих в ней веществ стали (моль/л) НСl=0,85; СО₂ =0,44; ССl₂ = 0,30. Какими были концентрации НСl и О₂ в начале реакции?

Решение:

Для нахождения исходных концентраций НСl иО₂ учтем, что, согласно уравнению реакции, из 4 молей НСl и 1 моля О₂образуется по 2 моля Н₂О и Сl₂. Поскольку по условию задачи в каждом литре системы образовалось по 0,3 моля, Н₂О и Сl₂,то при этом было израсходовано 0,6 молей НСl и0,15 молей О₂. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:

[НСl]исх = 0,6 + 0,85 = 1,45 моль/л;

[О₂]исх = 0,15 + 0,44 = 0,59 моль/л.

6. (165) В каких нижеприведенных обратимых реакциях изменение давления не вызовет нарушения равновесия:

2SО₂+О₂↔2SО₃

НСl+О₂↔2Н₂О +2Сl₂

МgСО₃↔ Мg+СО₂

Н₂+I₂↔2НI

Решение:

Принцип Ле Шателье (принцип смещения равновесия), устанавливает, что внешнее воздействие, выводящее систему из состояния термодинамического равновесия, вызывает в системе процессы, стремящиеся ослабить эффект воздействия.

При увеличении давления смещение равновесия связано с уменьшением общего объёма системы, а уменьшению давления сопутствуют физ. или хим.процессы, приводящие к увеличению объема.

а) 2SО₂+О₂↔2SО₃ — увеличение давления смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции, уменьшение — в сторону обратной реакции, т.к. в результате реакции общий объем смеси уменьшается.

константа равновесия для этой реакции: К=[ SО₃]²/[ SО₂]²[О₂]

б) НСl+О₂↔2Н₂О +2Сl₂ — увеличение давления смещает равновесие в сторону исходных продуктов, уменьшение — в сторону образования продуктов реакции, т.к. в результате реакции объем смеси увеличивается. Константа равновесия для этой реакции: К=[ Н₂О]²[ Сl₂]²/[ НСl][ О₂]

в) МgСО₃↔ Мg+СО₂ Константа равновесия для этой реакции: К=[СО₂] увеличение давления смещает равновесие в сторону исходных продуктов, уменьшение — в сторону образования продуктов реакции, т.к. в результате реакции объем смеси увеличивается.

г) Н₂+I₂↔2НI т.к. объем смеси не меняется, то изменение давления не влияет на течение реакции. Константа равновесия для этой реакции:

К=[ НI]²/[ Н₂][ I₂]