Химия ПНИПУ для заочников. Программа и контрольные задания для студентов заочного обучения

• Название: Программа и контрольные задания для студентов заочного обучения
• Анкор: Химия ПНИПУ для заочников.doc
• Дата: 10.05.2017
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: Химия ПНИПУ для заочников.doc
• Тип: Программа; #7394
• страница: 2 из 13

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 98–594, две последние цифры 94, им соответствует вариант контрольного задания 94.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1
СТРОЕНИЕ АТОМОВ

1. 
   Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относятся каждый из этих элементов?
   
2. 
   Напишите электронные формулы атомов фосфора и ванадия. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
   
3. 
   Какое максимальное число электронов могут занимать s-, p-, d- и f- орбитали данного энергетического уровня? Почему?
   
4. 
   Напишите электронные формулы атомов марганца и селена. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
   
5. 
   Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или 3d; 5s или 4p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.
   
6. 
   Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 29. У последнего происходит провал одного 4s- электрона на 3d- подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
   
7. 
   Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s; 6s или 5p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.
   
8. 
   Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных 3d – орбиталей в атомах этих элементов?
   
9. 
   Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторого элемента имеют следующие значения: n = 4; l = 0; m_l = 0; m_s = ½. Напишите электронную формулу атома этого элемента и определите, сколько свободных 3d орбиталей он содержит?
   
10. 
    Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 29. Какие электроны этих атомов являются валентными?
    
11. 
    Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: а) 1s²2s²2p⁵3s¹; б) 1s²2s²2p⁶; в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴; г) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² д) 1s²2s²2p⁶3s²3d²? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?
    
12. 
    Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относятся каждый из этих элементов?
    
13. 
    Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 45 и 53. Какие электроны этих атомов являются валентными?
    
14. 
    Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m_i при орбитальном квантовом числе l = 0; 1; 2 и 3? Какие элементы в периодической системе носят название s-, p-, d- и f- элементов? Приведите примеры.
    
15. 
    Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m_l и m_s, характеризирующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?
    
16. 
    Чем отличается последовательность в заполнении атомных орбиталей у атомов d- элементов от последовательности заполнения их у атомов s- и p- элементов? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 46, учитывая, что, находясь в пятом периоде, атомы этого элемента на пятом энергетическом уровне не содержат ни одного электрона.
    
17. 
    Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что, у первого происходит провал одного 4s- электрона на 3d- подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
    
18. 
    Значения какого квантового числа определяют число s-, p-, d- и f- орбиталей на энергетическом уровне? Сколько всего s-, p- и d- электронов в атоме кобальта?
    
19. 
    В чем заключается принцип несовместимости Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома p⁷- и d¹²- электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.
    
20. 
    Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что, у последнего происходит провал одного 5s- электрона на 4d- подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
    

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

21. 
    Исходя из положения германия, цезия и технеция в периодической системе составьте формулы следующих соединений: мета- и ортогерманиевой кислот, дигидрофосфата цезия и оксида технеция, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.
    
22. 
    Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s- и p- элементов в группах периодической системе с увеличением порядкового номера? Почему?
    
23. 
    Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность p- элементов в периоды; в группе периодической системе с увеличением порядкового номера?
    
24. 
    Исходя из положения германия, молибдена и рения в периодической системе составьте формулы следующих соединений: водородного соединения германия, рениевой кислоты и оксида молибдена, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.
    
25. 
    Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность металлов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.
    
26. 
    Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающего его высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?
    
27. 
    Какой из элементов четвертого периода- ванадий или мышьяк- обладает более выраженными металлическими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте исходя из строения атомов данных элементов.
    
28. 
    Какие элементы образуют газообразные соединение с водородом? В каких группах периодической системы находятся эти элементы? Составьте формулы водородных и кислородных соединений хлора, теллура и сурьмы, отвечающих их низшей и высшей степеням окисления.
    
29. 
    У какого элемента четвертого периода- хрома или селена- сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте исходя из строениям атомов хрома или селена.
    
30. 
    Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
    
31. 
    У какого из p- элементов пятой группы периодической системы - фосфора или сурьмы - сильнее выражены металлические свойства? Какой из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов.
    
32. 
    Исходя из положения металла в периодической системе дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидрооксидов более сильное основание: Ba(OH)₂ или Mg(OH)₂; Ca(OH)₂ или Fe(OH)₂; Cd(OH)₂ или Sr(OH)₂ ?
    
33. 
    Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор - неметаллические? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов и гидрооксидов хлора и марганца.
    
34. 
    Какую низшую степень окисления проявляют водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
    
35. 
    Какую низшую и высшую степень окисления проявляют кремний, мышьяк, селен и хлор? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
    
36. 
    К какому семейству относятся элементы, в атомах которых последний электрон поступает на 4f- и на 5f- орбитали? Сколько элементов включает каждое из этих семейств? Как отражается на свойствах этих элементов электронное строение их атомов?
    
37. 
    Атомные веса элементов в периодической системе непрерывно увеличиваются, тогда как их свойства простых веществ изменяются периодически. Чем это можно объяснить?
    
38. 
    Какова современная формулировка периодического закона? Объясните, почему в периодической системе элементов аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и протактинием, хотя и имеют больший атомный вес?
    
39. 
    Какую низшую и высшую степень окисления проявляют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
    
40. 
    Какую высшую степень окисления могут проявлять германий, ванадий, марганец и ксенон? Почему? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этой степени окисления.
    

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ.

КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА.

41. 
    Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы воды?
    
42. 
    Какая ковалентная связь называется неполярной и какая полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Составьте электронные схемы строения молекул N₂ , H₂O , HI. Какие из них являются диполями?
    
43. 
    Какой способ образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NH⁺₄ и BF^-₄? Укажите донор и акцептор.
    
44. 
    Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы BeCl₂ и тетраэдрическое – СН₄?
    
45. 
    Какая ковалентная связь называется - связью и какая - связью? Разберите на примере строения молекулы азота.
    
46. 
    Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы хлороводорода?
    
47. 
    Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы сероводорода?
    
48. 
    Что называется дипольным моментом? Какая из молекул HCl, HBr, HI имеет наибольший дипольный момент? Почему?
    
49. 
    Какие кристаллические структуры называются ионными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк - имеют указанные структуры?
    
50. 
    Составьте электронные схемы строения молекул Cl₂ , H₂Se , CCl₄ . В каких молекулах ковалентная связь является полярной? Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекулы H₂Se?
    
51. 
    Чем отличается структура кристаллов NaCl от структуры кристаллов натрия? Какай вид связи осуществляется в этих кристаллах? Какие кристаллические решетки имеют натрий и NaCl? Чему равно координационное число натрия в этих решетках?
    
52. 
    Какая химическая связь называется водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему H₂O и HF, имея меньший молекулярный вес, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги.
    
53. 
    Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.
    
54. 
    Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов в соединениях CH₄ , CH₃OH , HCOOH , CO₂ .
    
55. 
    Какие силы молекулярного взаимодействия называются ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают и какова природа этих сил?
    
56. 
    Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейную структуру молекулы СО₂? Сколько  и -связей и за счет каких электронов образует углерод в этой молекуле? Имеет ли молекула СО₂ диполь? Почему?
    
57. 
    Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы BF₃ ?
    
58. 
    Как метод валентных связей (ВС) объясняет тетраэдрическое строение молекулы СCl₄? Имеет ли молекула CCl₄ диполь? Почему?
    
59. 
    Что называется дипольным моментом? В каких единицах он выражается? Какие из молекул HF, HCl, HBr, HJ имеют наибольший диполь? Ответ мотивируйте исходя из электроотрицательности соответствующих элементов.
    
60. 
    Что такое гибридизация валентных орбиталей? Какое строение имеют молекулы типа AB_n, если связь образуется за счет sp-, sp²-, sp³- гибридизации орбиталей атома А? Приведите примеры химических соединений.
    

Энергетика химических процессов

(Термохимические расчеты)¹

Наука о взаимных превращениях различных видов энергии называется термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного течения различных процессов в данных условиях. При химических реакциях происходят глубокие качественные изменения в системе, рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением и выделение энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называются экзотермическими, а те, которые сопровождаются поглощением теплоты - эндотермическими. Теплоты реакций являются, таким образом, мерой изменения свойств системы, и знание их может иметь большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.

При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более общего закона природы- закона сохранения материи. Теплота (Q), поглощенная системой, идет на изменение ее внутренней энергии (U) и на совершение работы (А) :

Q= U+ A .

Внутренняя энергия системы U – это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярного колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т. д. Внутренняя энергия- это полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве и без кинетической энергии системы как целого. Абсолютное значение U веществ неизвестно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является функцией состояния, т. е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс  U = U₂ – U₁, где U – изменение внутренней энергии системы при переходе от начального состояния (U₁) в конечное (U₂).

Если U₂ > U₁ , то U > 0.

Если U₂ < U₁ , то U < 0.

Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях А – это работа против внешнего давления, т. е. в первом приближении А = рV, где V – изменение объема системы (V₂ - V₁). Так как большинство химических реакций проводят при постоянном давлении, то для изобарно- изотермического процесса (р = const, Т = const) теплота Q_р будет равна:

Q_р = U + рV;

Q_р = (U₂-U₁) + р(V₂ - V₁);

Q_р = (U₂+рV₂) – (U₁+ рV₁).

Сумму U + рV обозначим через Н, тогда

Q_р= Н₂ – Н₁ = Н .

Величину Н называют энтальпией. Таким образом, теплота при р = const и Т = const приобретает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда теплота реакции в изобарно- изотермическом процессе Q равна изменению энтальпии системы Н (если единственным видом работы является работа расширения). Q_р=Н .

Энтальпия (Н), как и внутренняя энергия (U), является функцией состояния, ее изменение (Н) определяется только начальными и конечными состояниями системы и не зависит от пути перехода. Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом процессе (Q_v) (V = const; Т = const), при котором V = 0, равна изменению внутренней энергии системы U , Q_v = U. Теплоты химических процессов, протекающих при P, Т = const и V, Т = const, называют тепловыми эффектами.

При экзотермических реакциях энтальпия системы уменьшается и Н < 0 (Н₂ < Н₁), а при эндотермических энтальпия системы увеличивается и Н > 0 (Н₂ > Н₁). В дальнейшем тепловые эффекты всюду выражаются через Н. В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса (1840): “ Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода ”. Часто в термохимических расчетах применяют следствие из закона Гесса: “ Тепловой эффект реакции (Н_х.р.) равен сумме теплот образования (Н_обр) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ, с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции ”:

Н_х.р.= Н_обр^прод - Н_обр^исх.