Для заочников. Методические указания и контрольные задания для студентов заочников инженернотехнических (нехимических)

• Название: Методические указания и контрольные задания для студентов заочников инженернотехнических (нехимических)
• Анкор: Для заочников
• Дата: 02.05.2022
• Размер: 417.39 Kb.
• Имя файла: _dlya_zaochnikov_WAhMML.docx
• Тип: Методические указания; #507822
• страница: 3 из 15

Пример 7. В какой массе Ca(OH)₂ содержится столько же эквивалентов, сколько в 312 г Al(ОН)₃?

Решение. Эквивалентная масса Аl(ОН)₃ равна 1/3 его мольной массы, т. е. 78/3= 26 г/моль. Следовательно, в 312 г Аl(ОН)₃ содержится 312/ 26=12 эквивалентов. Эквивалентная масса Ca(OH)₂ равна 1/2 его мольной массы, т. е. 37 г/ моль. Отсюда 12 эквивалентов составляют 37 г/ моль • 12 моль = 444г.

Пример 8. Вычислите абсолютную массу молекулы серной кис­лоты в граммах.

Решение. Моль любого вещества (см. пример 1) содержит по­стоянную Авогадро N_A структурных единиц (в нашем примере молекул). Мольная масса H₂SO₄ равна 98,0 г/моль. Следовательно, масса одной молекулы 98/(6,02•10²³) = 1,63•10^-22 г.
Контрольные вопросы
1. Определите эквивалент и эквивалентную массу фосфора, кис­лорода и брома в соединениях РН₃, Н₂O, НBr.

2. В какой массе NaOH содержится столько же эквивалентов, сколько в 140 г КОН? Ответ: 100 г

3. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ: 32,5 г/моль.

4. Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г его сульфата. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ: 9 г/моль.

5. Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58% кислорода. Вычислите эквивалентную массу, мольную массу и атомную массу этого элемента.

6. Чему равен при н. у. эквивалентный объем водорода? Вычислите эквивалентную массу металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовалось 0,28 л водорода (н. у.) Ответ:32,68 г/ моль.

7. Выразите в молях: а) 6,02•10²² молекул С₂Н₂; б) 1,80•10²⁴ атомов азота; в) 3,01 • 10²³ молекул NH₃. Чему равна мольная масса указанных веществ?

8. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу Н₃РO₄ в реакциях образования: а) гидрофосфата; б) дигидрофосфата; в) ортофосфата.

9. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите эквивалентные массы металла и его оксида. Чему равна мольная и атомная масса этого металла.

10. Чуму равен при н. у. эквивалентный объем кислорода? На сжигание 1,5 г двухвалентного металла требуется 0,69 л кислорода (н. у.) Вычислите эквивалентную массу, мольную массу и атомную массу этого металла.

11. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите эквивалентную массу этого металла. Ответ: 103,6 г/моль.

12. Напишите уравнения реакций Fe(OH)₃ с хлороводородной (соляной) кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) хлорид дигидроксожелеза; б) дихлорид гидроксожелеза; в) трихлорид железа. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу Fe(OH)₃ в каждой из этих реакций.

13. Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия; б) нитрата дигидроксовисмута (III). Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их эквиваленты и эквивалентные массы.

14. В каком количестве Cr(OH)₃ содержится столько же эквивалентов, сколько в 174,96 г Mg(OH)₂ ? Ответ: 174 г.

15. Избытком хлорводородной (соляной) кислоты подействовали на растворы: а) гндрокарбоната кальция; б) дихлорида гидроксоалюминия. Напишите уравнения реакций этих веществ с НCl и Определите их эквиваленты и эквивалентные массы.

16. При окислении 16,74 г двухвалентного металла образовалось 21,54 г оксида. Вычислите эквивалентные массы металла и его оксида. Чему равна мольная и атомная масса металла?

17. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода (н. у.). Вычислите эквивалентную, мольную и атомную массы металла.

18. Исходя из мольной массы углерода и воды, определите абсолютную массу атома углерода и молекулы воды. Ответ: 2,0 • 10^-23 г, 3,0•10^-23 г.

19. На нейтрализацию 9,797 г ортофосфорной кислоты израсходовано 7,998 г NaOH. Вычислите эквивалент, эквивалентную массу и основность Н₃РО₄ в этой реакции. На основании расчета напишите уравнение реакции. Ответ: 0,5 моль, 49 г/ моль, 2.

20. На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислоты Н₃РO₃ израсходовано 1,291 г КОН. Вычислите эквивалент, эквивалентную массу и основность кислоты. Ответ: 0,5 моль, 41 г/моль, 2.
Строение атома
Пример 1. Что такое квантовые числа? Какие значения они могут принимать?

Решение. Движение электрона в атоме носит вероятностный ха­рактер. Околоядерное пространство, в котором с наибольшей веро­ятностью (0,9—0,95) может находиться электрон, называется атомной орбиталью (АО). Атомная орбиталь, как любая геометрическая фигура, характеризуется тремя параметрами (координатами), получившими название квантовых чисел (п, l, m_l). Квантовые числа принимают не любые, а определенные, дискретные (прерывные) значения. Соседние значения квантовых чисел различаются на единицу. Квантовые числа определяет размер (п) форму(l) и ориентацию (m_l) атомной орбитали в пространстве.Занимая ту или иную атомную орбиталь, электрон образует электронное облако, которое у электронов одного и того же атома может иметь различную форму(рис. 1). Формы электронных облаков аналогичны АО. Их также называют электронными или атомными орбиталями. Электронное облако характеризуется четырьмя квантовыми числами (n,l, т_lи т_s). Эти квантовые числа связаны с физическими свойствами электрона, и число n (главное квантовое число) характеризует энергетический (квантовый) уровень электрона; число l (орбитальное) — момент количества движения (энергетический подуровень), число m_l(магнитное)— магнитный момент, m_s— спин. Спин электрона возникает за счет вращения его вокруг собственной оси. Электроны в атоме должны отличаться хотя бы одним квантовым числом (принцип Паули), поэтому в АО могут находиться не более двух электронов, отличающихся своими спинами (m_s = ± 1/2). В табл. 1 приведены значения и обозначения квантовых чисел, а также число электронов на соответствующем энергетическом уровне и подуровне.
Таблица I. Значение квантовых чисел и максимальное число электронов на квантовых уровнях и подуровнях

Квантовый				Магнитное квантовое число ml		Число квантовых состояний (орбиталей)			Максимальное число электронов
Уровень		Подуровень
обоз- наче- ние	глав- ное- кван- товое число n	обоз- наче- ние	орби- таль-ное кван- товое число l			В под- уровне (2l+1)	В уровне n2	В под- уровне 2(2l +1)		В уров-не 2n2
K	1	s	0		0		1	1	2		2
L	2	s p	0 1		0 -1; 0; +1		1 3	4	2 6		8
M	3	s p d	0 1 2		0 -1; 0; +1 -2; -1; 0; +1; +2		1 3 5	9	2 6 10		18
N	4	s p d f	0 1 2 3		0 -1; 0; +1 -2; -1; 0; +1; +2 -3; -2; -1; 0; +1; +2; +3		1 3 5 7	16	2 6 10 14		32

Рис.1. Формы s-, р-и d-электронных орбиталей
Пример 2. Составьте электронные и формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 22. Покажите распределение электронов по квантовым (энергетическим) ячейкам.

Решение. Электронные формулы изображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов

nl^x, где п — главное квантовое число, l— орби­тальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение — s, р, d, f), х — число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он будет обладать наименьшей энергией — меньшая сумма п+l(правило Клечковского). Заполнение энергетических уровней и подуровней идет в такой последовательности:
1s → 2s→2р → 3s→ Зр →4s→3d → 4р → 5s→ 4d→5p→6s→

(5d¹) → 4f→ 5d→ 6p → 7s → (6d^1-2) → 5f→6d→ 7p

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д. И. Менделеева, то для элементов №16 (сера) и №22 (титан) электронные формулы имеют вид:
₁₆S 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴
₂₂Ti ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d²4s²
Электронная структура атома может быть изображена также в виде схемы размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическим изображением атомных орбиталей (АО). Квантовую ячейку обозначают в виде прямоугольника □, кружка ○, или линейки ___ , а электроны в этих ячейках обозначаются стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами , или . В данном пособии применяют прямоугольники.

Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда):

Пример 3. Изотоп 101-го элемента – менделевия (256) был получен бомбардировкой α- частицами ядер атомов эйнштейния (253). Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.

Решение. Превращение атомных ядер обуславливается их взаимодействий с элементарными частицами или друг с другом. Ядерные реакции связаны с изменением состава ядер атомов химических элементов. С помощью ядерных реакций можно из атомов одних элементов получить атомы других.

Превращения атомных ядер, как при естественной, так и при искусственной радиоактивности записывают в виде уравнений ядерных реакций. При этом следует помнить, что суммы массовых чисел (цифры, стоящие у символа элемента вверху слева) и алгебраические суммы зарядов (цифры, стоящие у символа элемента внизу слева) частиц в левой и правой частях равенства должны быть равны. Данную ядерную реакцию выражают уравнением:

Часто применяют сокращенную форму записи. Для приведенной реакции она имеет вид: ²⁵³Es(a, n) ²⁵⁶Md. В скобках на первом месте пишут бомбардирующую частицу, а на втором, через запятую, - частицу, образующуюся при данном процессе. В сокращенных уравнениях частицы ; обозначают соответственно а, р, d, n.

Пример 4. Исходя из сокращенных уравнений ядерных реакций

(табл. 2), напишите их полные уравнения.

Решение. Ответ на вопрос отражен в табл. 2.
Таблица 2. Сокращенные и полные уравнения ядерных реакций.

Сокращенные уравнения	Полные уравнения
27Al(p, a)24Mg
9Be(a, n)12C
59Co(n, a)56Mn
14N(n, p)14C
32S(d, a)30P

Контрольные вопросы
21. Напишите электронные формулы атомов элементов с поряд­ковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится Каждый из этих элементов?

22. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 26. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится Каждый из этих элементов?

23. Какое максимальное число электронов может занимать s-, р-, d-и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

24. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 25 и 34. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

25. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5sили 4р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

26. Изотоп никеля-57 образуется при бомбардировке α-частицами ядер атомов железа-54. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.

27. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4dили 5s; 6s или 5р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

28.Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?

29. Изотоп кремния-30 образуется при бомбардировке а-частицами ядер атомов алюминия-27. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме.

30. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных d-орбиталей у атома последнего элемента?