Химия контрольные задания для студентовзаочников всех специальностей
 Скачать 1.63 Mb.
|
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВПримеры решения задач Пример 1. Как изменяется полярность ковалентных связей в двуатомных молекулах различных галогенидов лития и цезия? Как количественно определить степени ионности соответствующих связей, а также их энергии диссоциации и тепловые эффекты отвечающих им реакций, исходя из значений электроотрицательностей элементов и энергий диссоциации гомоатомных связей (см. табл. 6 Приложения)? Решение. Полярность (p) ковалентной σ-связи – это количественная мера смещения области перекрывания электронных облаков двух атомов по направлению к более электроотрицательному из них вдоль линии, соединяющей ядра. Грубая оценка полярности может быть осуществлена путём деления опытных величин дипольных моментов связей на плечо диполя, т.е. расстояние между центрами положительного и отрицательного связанных зарядов. Качественный вывод о величинах p может быть сформулирован на основе учёта электроотрицательностей (ЭО, χ) по шкале Лайнуса Полинга: наибольшей абсолютной разностью ЭО Δ χ и, следовательно, полярностью характеризуется связь между наиболее типичным металлом, расположенном в левом нижнем углу Периодической системы - цезием (  ) и наиболее типичным неметаллом, находящимся в правом верхнем углу той же таблицы – фтором ( ). Поэтому все другие парные комбинации химических связей (ХС) атомов щелочных металлов (ЩМ) и галогенов (Г) характеризуются меньшими величинами Δ χ и p, хотя они также относятся к разряду ХС условно ионного типа (p> 0,5). При этом количественно полярность ХС может быть аппроксимилирована относительной разностью ЭО: Степень ионности ХС (i), т.е. относительный эффективный заряд на атоме  ( ), возникший вследствие установления ХС, - это объёмная характеристика, которая однозначно связана с ковалентностью (с) и полярностью:  .Энергия диссоциации ХС может быть вычислена по модифицированной формуле Полинга:  (эВ)(  и  - энергии диссоциации соответствующих ковалентных связей в гомоатомных соединениях).Ниже указаны результаты вычислений значений i и  химических связей в рассматриваемых соединениях между двумя атомами, которые соответствуют изложенным выше представлениям о роли полярности ХС, а также тепловые эффекты ( ) (или энергии смешения) отвечающих им реакций между щелочными металлами и галогенами:  .Степени ионности (%) связей в двухатомных галогенидах лития и цезия
Вычисленные энергии диссоциации (эВ) связей в двуатомных галогенидах лития и цезия 
В круглых скобках указаны соответствующие опытные данные.Тепловые эффекты химических реакций (-ΔH, эВ) лития и цезия с галогенами
Для перевода указанной энергии в кДж/моль следует умножить приведённое значение на переводный коэффициент 96,487. В скобках указаны соответствующие экспериментальные данные.Из приведённых выражений и указанных данных следует, что энергии химических связей металлов с неметаллами зависят не только от разности электроотрицательностей, но и от величин ЭО неметаллического атома. Как видно, последние существенным образом влияют и на тепловые эффекты реакций с участием металлов, в которых всё же превалирует вклад ковалентной связи и, более очевидным образом, выявляется природа неметалла. Пример 2. Будут ли происходить изменения в водном растворе гидроксида калия, если опустить в них кусочки двухвалентных s-металлов: а) бериллия, б) кальция? Составьте уравнения возможных реакций в молекулярной и электронной формах. Решение. Оба металла являются элементами IIА – подгруппы, однако лишь кальций проявляет типично металлические свойства. а) Поскольку бериллий – это амфотерный металл, то он растворим в водно-щелочной среде:    2 1; восстановитель, окисляется 2 1; окислитель, восстанавливаетсяВ итоге образуется водорастворимое комплексное соединение – тетрагидроксобериллат калия. Координационное число катиона бериллия, являющегося комплексообразователем, равно четырём. Акцепторные свойства  обусловлены наличием четырёх вакантных атомных орбиталей на его внешнем уровне: одной 2s-АОи трёх 2p-АО.б) Кальций не реагирует с гидроксидом калия, являющимся типичным основанием. Однако этот металл взаимодействует с растворителем – водой:   2 1; восстановитель, окисляется 2 1; окислитель, восстанавливается В ходе реакции образуется другая щёлочь – гидроксид калия (или гашёная известь). Пример 3. Сравните между собой электронное строение атомов металлов цезия, бария и лантана, а также их поведение по отношению к кислороду и воде. Решение. Рассматриваемые элементы соседствуют в шестом периоде таблицы Менделеева; они расположены соответственно в IA, IIA и IIIB – подгруппах. В той же последовательности ослабляются металлические свойства. Цезий (Cs,…  ) – щелочной s-металл с минимальной электроотрицательностью 0,65  (см. табл. 5 Приложений). Поэтому он наиболее «металличен» и очень энергично взаимодействует как с кислородом (до  ), так и с водой (до  ). Барий ( ) – щелочноземельный s-металл с ЭО, равной 0.9 . Он также энергично взаимодействует с  (до BaO) и с  (до  ), но более слабо, чем Cs. Лантан (La,…  ) – редкоземельный d-металл с ЭО, равной 1,1. Он также взаимодействует как с (до  ), так и с (до  ), но ещё слабее, чем Csи Ba. |
Г
Г