Ответы к лекции. Ответы%20к%20лекции%20s-%20и%20p-элементы. Лекции s и рэлементы
 Скачать 46.07 Kb.
|
Задания к лекции s- и р-элементыs- элементы 1. Чем определяется принадлежность элементов к семейству s-элементов? Ответ: Принадлежность элемента к электронному семейству определяется характером заполнения энергетических подуровней: s- элементы – заполнение внешнего s - подуровня при наличии на предвнешнем уровне двух или восьми электронов, s-элементы являются активными металлами, характерные степени окисления которых численно равны количеству электронов на последнем уровне: +1 для щелочных металлов и +2 для элементов второй группы р- элементы – заполнение внешнего p- подуровня 2. Какие из s-элементов являются металлами, а какие неметаллами? Ответ: Металлы: Li Be Na Mg K Ca Cu Zn Rb Sr Ag Cd Cs Ba Au Hg Fr Ra Неметаллы: Н 3. Какие степени окисления могут проявлять s-элементы? Ответ: s- Элементы. Атомы s 1 элементов имеют на последнем уровне единственный электрон и проявляют степень окисления только +1, являются сильными восстановителями, самыми активными металлами. В соединениях преобладает ионная связь. s- Элементы II группы проявляют степень окисления +2. Это тоже довольно активные металлы. На воздухе окисляются до оксидов. 4. Каковы значения стандартных электродных потенциалов, характерных для щелочных металлов? Ответ: Стандартные электродные потенциалы щелочных металлов изменяются в пределах от - 3 05 до - 2 71 В, потенциал же восстановления воды равен - 0 41 В. 5. Почему литий имеет наибольший электродный потенциал по сравнению с другими элементами своей подгруппы? Ответ: У лития потенциал ионизации наибольший, несколько меньший потенциал ионизации имеет натрий. Более резкое снижение первого потенциала от натрия к калию объясняется явлением кайносимметрии (появление 3d-подуровня) 6. Каков характер связей, образуемых щелочными металлами в кристаллических решетках их соединений? Ответ: В узлах кристаллической решётки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся электроны проводимости, происходящие из атомов металлов при образовании ионов. Эти электроны играют роль «цемента», удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решётка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. В металлах в большинстве случаев проявляются высокие координационные числа (например, 12 или 8). Так, щелочные металлы кристаллизуются в кубической объёмно-центрированной решётке, и каждый положительно заряженный ион щелочного металла имеет в кристалле по восемь ближайших соседей — положительно заряженных ионов щелочного металла (рис.1). Кулоновское отталкивание одноимённо-заряженных частиц (ионов) компенсируется электростатическим притяжением к электронам связывающих звеньев, имеющих форму искажённого сплющенного октаэдра — квадратной бипирамиды, высота которой и рёбра базиса равны величине постоянной решётки aw кристалла щелочного металла. 7. Почему для щелочноземельных металлов более характерно образование комплексных соединений, чем для щелочных? Ответ: Щёлочноземельные металлы активно реагируют с разбавленными кислотами с образованием соли и водорода, но при этом, как и в случае щелочных металлов, параллельно происходит взаимодействие щёлочноземельного металла с водой. По-другому происходит взаимодействие сконцентрированными растворами кислот или с самими кислотами, являющимися сильными окислителями (HNO3, H2SO4). 8. Почему литий проявляет большое сходство в свойствах с магнием? Ответ: Сходство лития и магния заключается в следующем: а) их соединения окрашивают пламя в одинаковый (красный) цвет; б) оксиды этих элементов реагируют с водой обратимо; в) их фосфаты, фториды и карбонаты мало растворимы, в отличие от соответствующих кислых солей; их растворимые соли гигроскопичны; г) в способности образовывать металлоорганические соединения; Диагональное сходство проявляется также в существовании границы, включающей элементы: H − Be − Al − Ge − Sb − Po , - выше которой в длиннопериодном варианте таблицы располагаются неметаллы, а ниже – металлы. Последние составляют 4/5 из 105 элементов (внесенных в таблицу Менделеева) в том числе все d- и f-металлы, которые называют переходными. (Поскольку через d – элементы, начиная с 4-го периода, а с 6- го – и через f-Э, осуществляется переход от s- к р-элементам.) 9. Почему фториды щелочноземельных металлов малорастворимы в воде, а хлориды хорошо растворимы? Ответ: Галогениды имеют формулу ЭX2. Это белые кристаллические вещества, получаемые непосредственным взаимодействием элементов. Фториды резко отличаются по растворимости в воде от других галогенидов: они малорастворимы (для CaF2 ПР = 10-11). В данном случае большую роль играет очень малый размер иона F- по сравнению с большими размерами ионов Э2+. Энергия решетки уменьшается необычайно быстро, потому что большие катионы приходят в контакт друг с другом, не касаясь ионов фтора. Остальные галогениды хорошо растворимы в воде и выделяются из растворов в виде кристаллогидратов. Так, для CaCl2 растворимость равна 130 г на 100 г воды. Из растворов кристаллизуются в виде кристаллогидратов различного состава. Хлорид Тпл,°С MgCl2*6H2O 715 CaCl2*6H2O 780 SrCl2*6H2O 872 BaCl2*2H2O 960 При нагревании поведение хлоридов различно: BaCl2.H2O → BaCl2 + 2H2O; CaCl2.H2O → CaCl2 + 6H2O; MgCl2*6H2O → MgO + 2HCl + 5H2O. 10. Почему щелочные и щелочноземельные металлы более склонны к образованию катионов? Ответ: Потому что внешними наиболее орбитальными для этих элементов являются S-орбитали, и когда они теряют электроны с S-орбитали, они приобретают большую стабильность, поскольку имеют полный октет. Следовательно, они теряют электроны, превращаясь в катионы. 11. Чем объясняется увеличение термической устойчивости карбонатов от магния к барию? Ответ: Рост устойчивости карбонатов объясняется прежде всего уменьшением поляризующего действия катиона с увеличением порядкового номера в таблице Менделеева. 12. Какие кислородные соединения образуются при горении щелочных металлов в кислороде? Ответ:Состав продуктов, образующихся при сгорании щелочных металловна воздухе или в кислороде, зависит от природы металла. Так, литий образует оксид Li2O, натрий — пероксид Na2O2, калий, рубидий и цезий — супероксиды (надпероксиды) КO2, RbO2, CsO2. 13. Каковы способы получения щелочных и щелочноземельных металлов? Ответ: Щелочные металлы проявляют степень окисления +1 во всех своих соединениях. Щелочноземельные металлы проявляют степень окисления +2 во всех своих соединениях. Щелочные металлы реагируют с водой со взрывом. В результате реакции образуется щелочь и водород.  Взаимодействие натрия с водой Важно понимать, что данная реакция является: 1) реакцией замещения 2) экзотермической (+Q) 3) гетерогенной Щелочноземельные металлы тоже реагируют с водой, но не столь активно. Взаимодействие с неметаллами Так как щелочные и щелочноземельные металлы очень активные, то с легкостью реагируют со многими неметаллами. Взаимодействие с кислородом Щелочные металлы (кроме лития), а также барий при сгорании образуют пероксиды.  Взаимодействие натрия с кислородом  Взаимодействие бария с кислородом Взаимодействие с галогенами При взаимодействии с галогенами образуются соли (фториды, хлориды, бромиды, иодиды). Взаимодействие с серой При взаимодействии с серой образуются сульфиды. Взаимодействие с водородом Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водородом с образованием гидридов. Взаимодействие с азотом Азот — достаточно инертная молекула, поэтому прореагировать с ним может далеко не каждый элемент и для этого нужны особые условия (нагревание, повышенное давление), но литий — лучший друг азота. Литий реагируют с азотом при комнатной температуре. Взаимодействие с фосфором Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с фосфором с образованием фосфидов. Взаимодействие с кислотами Щелочные и щелочноземельные металлы очень бурно реагируют с кислотами. Взаимодействие со спиртами Щелочные металлы реагируют со спиртами образуя соли - алкоголяты. Данная реакция применяется для утилизации остатков щелочных металлов. 14. Почему для щелочноземельных элементов практически невозможно получение отрицательно заряженных ионов? Ответ: Щелочные и щелочноземельные нельзя получить электролизом водного раствора потому, что ионы этих металлов тут же взаимодействуют с водой, в результате чего вместо металлического калия образуется его гидроксид. 15. Чем отличается поведение щелочных металлов в воде от поведения в жидком аммиаке? Ответ: При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака и придаёт раствору голубой цвет. Образующиеся амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака р-элементы1. По какому признаку элементы относят к семейству р-элементов? Ответ: К P-элементам относятся непереходные металлы и большинство неметаллов. P-элементы имеютразличные свойства, как физические, так и механические. P-неметаллы - это высокореакционные, какправило, вещества, имеющию сильную электроотрицательность, P-металлы - умеренно активныеметаллы, причём их активность повышается к низу ПСХЭ. 2. Какова максимальная ковалентность р-элементов III периода? Ответ: Максимальное значение ковалентности у элементов 3 периода равно 6, что соответствует участию в образовании связей трех р-. 3. Какова формулировка правила Юма-Розери? Ответ: Правила Юм-Розери. Пра́вила Юм-Ро́зери — ряд основных правил, определяющих способность химического элемента растворяться в металле с образованием твёрдого раствора. Существует две формулировки этих правил, определяющие возможность образования твёрдых растворов замещения и внедрения. Названы по имени открывшего их английского металловеда Уильяма Юм-Розери. 4. Как проходит в периодической системе линия Цинтля? Ответ: Линия Цинтля - это гипотетическая граница, проведенная между группой 13 и группой 14, чтобы подчеркнуть тенденцию металлов 13 группы к образованию фаз с различными стехиометриями, в отличие от группы 14 и выше, которые имеют тенденцию к образованию солей с полимерными анионами. 5. Какие кристаллические структуры характерны для р-элементов V группы в соответствии с правилом Юма-Розери? Ответ: К р-элементам V группы относятся N P As Sb Bi. 5 электронов в наружном слое атома, характеризуются как неметаллы. Однако способность к присоединению электронов выражена слабее, чем у элементов VI и VII групп. Благодаря наличию пяти наружных электронов, высшая СО +5, а отрицательная -3. Вследствие относительно меньшей электроотрицательности связь рассматриваемых элементов с водородом менее полярна, чем связь с водородом элементов VI и VII групп. Поэтому водородные соединения этих элементов не отщепляют в водном растворе ионы водорода и, таким образом, не обладают кислотными свойствами. Физические и химические свойства элементов подгруппы азота изменяются с увеличением порядкового номера. вниз неметаличность элементов уменьшается, нарастают металлические свойства. Они заметны у мышьяка, сурьма обладает теми и другими свойствами в равной степени, а у висмута металлические свойства преобладают над неметаллическими. СО у N -3 -2 -1 +1 +2 +3 +4 +5 у остальных -3 +3 +5. 6. Почему галогены не могут образовать координационные кристаллические решетки? Ответ: Галогены состоят из незаряженных молекул Hal2, что говорит о невозможности создания ионных кристаллов. Для создания жёстких ковалентный структур - атомных кристаллов - требуется большое количество свободных валентностей, которые будут задействованы для создания трёхмерного каркаса. 7. В чем проявляется отличие 2р-элементов от их аналогов по подгруппе? Ответ: Отличие свойств элементов 2-го периода от свойств ихэлектронных аналогов в последующих периодах объясняется тем, что атомы элементов 2-го периода во внешнем электронном слое не содержат d-подуровень. Например, элементы главной подгруппы VI группы: О, S, Se, Te, Po являются электронными аналогами, так как ихатомы содержат на внешнем электронном слое по шесть электронов, два на s- и четыре на р- подуровне. 8. Почему азот не может образовать более 4 ковалентных связей? Ответ: Еще одну связь, четвертую, атом азота может образовать по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной 2s-электронной пары (являясь донором ее). Поскольку во втором энергетическом слое нет вакантных орбиталей, то атом азота не может распарить 2s2-электронную пару и повысить свои валентные возможности. 9. В чем суть правила четности? Ответ: Одной из закономерностей в химии р-элементов является менделеевское правило четности. Согласно этому правилу, относительно большей стабильностью обладают те соединения р- элементов, в которых центральный атом имеет степень окисления той же четности, что и четность номера соответствующей группы в периодической системе. Например, четными являются соединения ксенона (ХеО, XeO2, ХеО3, ХеO4) и серы (H2S, SO2, H2SО3, SО3, H2SO4) – элементов четных групп. 10. Каково объяснение правила четности в методе ВС и в методе МО? Ответ: В методе ВС кратность связи (порядок связи) определяется числом общих электронных пар: простой считается связь, образованная одной общей электронной парой, двойной — связь, образованная двумя общими электронными парами, и т. д. Аналогично этому, вметоде МО кратность связи принято определять по числу связывающих электронов, участвующих в ее образовании: два связывающих электрона соответствуют простой связи, четыре связывающих электрона - двойной связи и т. д. 11. Какова суть вторичной периодичности? Ответ: Вторичная периодичность — это изменение характеристик элементов по группе. Группой называют вертикальный ряд из элементов, обладающих одинаковым количеством электронов на внешнем уровне. Исходя из принципа фиксации изменений, внутреннюю периодичность иногда называют горизонтальной. 12. Каким образом концепция "инертной пары" объясняет понижение устойчивости высших степеней окисления р-элементов VI периода? Ответ: Высшие степени окисления р-элементов часто бывают стабильными только при взаимодействии с сильно электроотрицательными лигандами (SО3, SF6, РO43- , PF6-). Эти лиганды способны заставить центральный атом образовать связи как по ковалентному (CV), так и по гипервалентному (HV) механизму. Для р-элементов с увеличением номера периода в основном уменьшается потенциал ионизации, и, казалось бы, в этом направлении должна увеличиваться устойчивость высших степеней окисления. Но этого не происходит. Устойчивость высших степеней окисления по подгруппам р-элементов уменьшается. Рассмотрим валентные электроны атомов р- элементов VI периода Элемент Tl Pb Bi Po Электронная конфигурация 6s26р1 6s26p2 6s26p3 6s26p4 Для таллия характерна степень окисления +1, для свинца –+2, для висмута – +3. Из электронных конфигураций видно, чтовеличины степеней окисления совпадают с числом р-электронов, т.е. в образовании связи участвуют только р-электроны, а электронная пара 6s2 в связи не участвует, оставаясь нейтральной. Наблюдается так называемый "эффект инертной пары". Тl, Pb, Bi, Po – это элементы VI периода. В их электронных конфигурациях есть заполненный 4f-подуровень. Вследствие лантанидного сжатия электронная пара 6s2 прочнее связана с ядром и становится "инертной". Но далеко не всегда можно объяснить уменьшение устойчивости высших степеней окисления по подгруппам р-элементов "эффектом инертной пары". Так, если взять сумму потенциалов ионизации I2 + I3 для р-элементов IIIA (табл. 9.3), то значение этой суммы для таллия близко к аналогичному значению для галлия. При этом не совсем понятен тот факт, что у галлиястепень окисления +3 устойчива, а у таллия – нет. 13. Чем отличается распределение электронной плотности для кайносимметричных орбиталей от распределения электронной плотности других орбиталей? Ответ:У всех кайносимметричных орбиталей есть ряд важных особенностей: 1) для всех кайносимметричных орбиталей число узловых поверхностей (определяемое как n-l-1) равно нулю. 2) Они все имеют только один максимум на функции радиального распределения электронной плотности. 14. Как изменяется природа веществ по ряду р-элементов IV группы? Ответ: Для атомов всех элементов возможны 2 валентных состояния: 1. Основное (невозбужденное) ns2np2 2. Возбужденное ns1np3 Гидриды ЭН4 получают косвенным путем, так как прямой синтез из простых веществ возможен только в случае СН4, но и эта реакция протекает обратимо и в очень жестких условиях. 15. Как влияет 3d-сжатие на величины радиусов и электроотрицательностей атомов р-элементов? Ответ: радиус атомов увеличивается, электроотрицательность уменьшается сверху вниз. 16. Почему фтор является самым активным элементом, несмотря на то, что его сродство к электрону меньше, чем у хлора? Ответ: фтор более реакционноспособен, чем йод, несмотря на более слабую связь I-I 17. Почему для р-элементов VI группы потенциалы ионизации имеют меньшую величину. Ответ: Сходство и различие свойств элементов VI группы, главной подгруппы с точки зрения строения атома. В подгруппе кислорода с возрастанием атомного номера увеличивается радиус атомов, уменьшается энергия ионизации, характеризующая металлические свойства элементов. Поэтому в ряду 0--S--Se--Te--Ро свойства элементов изменяются от неметаллических к металлическим. В обычных условиях кислород - типичный неметалл (газ), а полоний -- металл, похожий на свинец. С увеличением атомного, номера элементов значение электроотрицательности элементов в подгруппе уменьшается. Отрицательная степень окисления становится все менее характерной. Окислительная степень окисления становится все менее характерной. Окислительная активность простых веществ в ряду 02--S--Se--Те снижается. Так, если сера и значительно слабее, селен непосредственно взаимодействует с водородом, то теллур с ним в реакцию не вступает. По значению электроотрицательности кислород уступает только фтору, поэтому в реакциях со всеми остальными элементами проявляет исключительно окислительные свойства. Сера, селен и теллур по своим свойствам. относятся к группе окислителей-восстановителей. В реакциях с сильными восстановителями проявляют окислительные свойства, а при действии сильных окислителей. они окисляются, то есть проявляют восстановительные свойства. 18. Чем объясняется такая низкая температура плавления металлического галлия (29,8° С)? Ответ: Температура плавления галлия необычно низкая, в пять раз ниже, чем у индия. Объясняется это необычным строением кристаллов галлия. Его кристаллическая решетка образована не отдельными атомами (как у «нормальных» металлов), а двухатомными молекулами. Молекулы Ga2 очень устойчивы, они сохраняются даже при переводе галлия в жидкое состояние. 19. Каким образом можно изменить электропроводящие свойства полупроводникового германия? 20. Какое явление называется "оловянной чумой"? Ответ: при очень низких температурах количество электронов проводимости в полупроводнике уменьшается, поэтому их электропроводность становится такой же, как у диэлектрика. Полупроводниковые свойства при этом сохраняются. При сильном нагревании количество электронов проводимости в германии и кремнии резко увеличивается, и их электропроводность могла бы стать такой, как у металлов, но при таком нагревании полупроводники переходят в жидкое состояние; ковалентные связи разрываются, и это влечет за собой исчезновение полупроводниковых свойств 21. Какие продукты получаются при взаимодействии р-элементов III группы с кислородом? Ответ: Благодаря высокому сродству с кислородом алюминия, возможен процесс алюмотермии - выделение металлов из их оксидов при действии алюминия. Алюмотермию используют для лабораторного получения многих металов (Mn, Cr, V, W, и др.), в ряде случаев в промышленности (получение Sr, Ba, и др.) 22. Каким образом реагируют с азотной кислотой германий и свинец? Ответ: Свинец при взаимодействии с концентрированной азотной кислотойобразует нитрат свинца (II) 23. Почему белый фосфор более химически активен, чем красный? Ответ: Красный фосфор при сильном нагревании и охлаждении паров превращается в белый. Химические свойства. Химические свойства разных аллотропных модификаций фосфора похожи. Белый фосфорболее активен и вступает в реакции легче. Окислительные свойства фосфор проявляет в реакциях с активными металлами 24. Где располагается в ряду стандартных потенциалов металлический висмут? Ответ: химический элемент с атомным номером 83. Принадлежит к 15-й группе периодической таблицы химических элементов. В ряду напряжений висмут стоит между водородом и медью, поэтому в разбавленных серной и соляной кислотах он не растворяется. Растворение в концентрированных серной и азотной кислотах идет с выделением SO2 и соответствующих оксидов азота: Bi + 4HNO3 → Bi(NO3)3 + NO↑ + 2H2O. 25. Почему сера встречается в природе в самородном виде? Ответ: В природе сера встречается как в самородном виде, так и в видесоединений, главным образом, сульфатов и сульфидов. Большие запасы самородной серы обнаружены в Средней Азии, Польше, Мексике, на юге Италии. 26. Почему соединения брома в высшей степени окисления отличаются низкой устойчивостью? Бром расположен в четвертом периоде VII группы главной (А) подгруппы Периодической таблицы. Обозначение – Br. В виде простого вещества бром представляет собой жидкость красно-бурого цвета, обладающую резким неприятным запахом. Бром образует двухатомные молекулы состава Br2 за счет наведения ковалентных неполярных связей, а, как известно, в соединениях с неполярными связями степень окисления элементов равна нулю. 27. Чем объясняется низкая химическая активность "инертных" газов? Ответ: Инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, по сравнению с другими газами с тем же молекулярным весом. Это происходит из-за насыщенного характера атомных молекул инертных газов. Химические свойства. Инертные газы обладают очень малой химической активностью, что объясняется жёсткой восьмиэлектронной конфигурацией внешнего электронного слоя 28. Почему алюминий используют для получения металлов из оксидов? Ответ: Алюминий применяют для восстановления редких металлов из их оксидов или галогенидов. Ограничено применяется как протектор при анодной защите. В чёрной металлургии. Алюминий — очень сильный раскислитель, поэтому его применяют при производстве сталей, что особенно важно при продувке передельного чугуна с ломом в конвертере. 29. Какие различия наблюдаются при взаимодействии сурьмы с азотной кислотой различной концентрации? Ответ: В азотной кислоте сурьма растворяется с образованием трехокиси или пятиокиси сурьмы в зависимости от ее концентрации. С горячей концентрированной серной кислотой она реагирует с выделением двуокиси серы и с образованием сульфата сурьмы. В соляной кислоте и в разведенной серной кислоте сурьма не растворяется. 30. Какие процессы наблюдаются при помещении свинца в воду? Ответ: Свинец в составе воды. Свинец – один из важнейших видов минерального сырья и в то же время – глобальный загрязнитель окружающей среды. В природе самородный металл встречается редко, однако содержится в большом количестве минеральных отложений и руд. Как свинец попадает в воду? В естественные водоёмы соединения свинца попадают с атмосферными осадками, из-за вымывания пород и почв. Но самый большой вклад в загрязнение водных источников вносит деятельность человека. Огромное количество свинца поступает в воду со стоками промышленных и горно-обогатительных предприятий. |