Методичка СТРОЕНИЕ АТОМА. Строение атома методические указания к практическим занятиям по курсу общей и неорганической химии для студентов химических и нехимических специальностей дневной и вечерней форм обучения Нижний Новгород 2007

• Название: Строение атома методические указания к практическим занятиям по курсу общей и неорганической химии для студентов химических и нехимических специальностей дневной и вечерней форм обучения Нижний Новгород 2007
• Анкор: Методичка СТРОЕНИЕ АТОМА.doc
• Дата: 15.05.2018
• Размер: 321.5 Kb.
• Имя файла: Методичка СТРОЕНИЕ АТОМА.doc
• Тип: Методические указания; #19272
• страница: 2 из 4

1. Характеризуется ли движение электрона в атоме определенной траекторией? Что такое граничная поверхность электронного облака?

2. Какие энергетические состояния называются вырожденными? Чем определяется кратность вырождения? Какие значения она имеет для p-,d- и f- орбиталей?


3. Чем обусловлена склонность элементов побочных подгрупп к различным степеням окисления?

4. Напишите электронные формулы элементов №16 и №28. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления, принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронную формулу этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …3s²3p² укажите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Назовите его электронные аналоги. К металлам или неметаллам они относятся? Возможна ли для этих элементов отрицательная степень окисления? С точки зрения строения атома объясните, как изменяются кислотно-основные свойства этих элементов по группе?

6. Элементы каких электронных семейств входят в состав III
10

группы? Для элемента, находящегося в 6-м периоде III группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома, укажите валентные электроны и распишите их по атомным орбиталям. Напишите электронный переход от атома к иону со степенью окисления +1. Как при этом изменяется радиус частицы? Почему степень окисления +1 наиболее характерна для этого элемента? Что общее и отличное в электронном строении этого элемента и элемента №57?
ЗАДАНИЕ 6

1. Что определяет радиальная и угловая составляющая волновой функции?

2. Что называется сродством к электрону? Для каких элементов эта величина имеет наибольшее положительное значение и для каких отрицательное? Сравните сродство к электрону атомов азота и кислорода.


3. Чем объясняется большое сходство d-элементов 5-го и 6-го периодов, находящихся в одной и той же группе?

4. Напишите электронные формулы элементов с порядковыми номерами №51 и №73. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления, принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные формулы этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …4d¹5s² определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию его электронных аналогов и назовите их. К металлам или неметаллам они относится? Возможна ли для данных элементов отрицательная степень окисления? Как изменяются радиусы
11


атомов и величины энергии ионизации элементов III группы побочной подгруппы? Чем это объяснить?

6. Для элемента, находящегося в 6-м периоде I группе побочной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома в основном и возбужденном состоянии. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии. Напишите электронную конфигурацию иона со степенью окисления +1 и электронный переход от атома к иону. Как при этом изменяется радиус частицы?
ЗАДАНИЕ 7

1. Дайте определение понятия электронного облака и атомной орбитали. Какими квантовыми числами она характеризуется?

2. В атомах каких элементов осуществляется проскок электронов? Объясните причину этого эффекта.

3. Что общего в строении атомов элементов одной и той же группы; одной и той же подгруппы? Почему свойства кремния и свинца резко отличаются друг от друга?

4. Напишите электронные формулы элементов №17 и №22. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления, принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные формулы этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …5s²5р⁴ определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию его электронных аналогов и назовите их. К металлам или неметаллам они относится? Возможна ли для данных элементов отрицательная степень окисления? Кислотными, основными или
12

амфотерными свойствами обладают их оксиды и гидроксиды в максимальной степени окисления? Чем объяснить, что окислительная активность в ряду S-Se-Te уменьшается, а восстановительная увеличивается, а у элементов в положительной степени окисления (+4) наоборот, окислительные свойства увеличиваются, а восстановительные уменьшаются?

6. Для элемента, находящегося во 2 периоде VII группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома и иона в низшей степени окисления. Напишите электронный переход от атома к этому иону. Как при этом изменяется радиус частицы? Какова общая формула валентных электронов для элементов главной подгруппы VII группы? Что определяет общность положения этих элементов в периодической системе? Почему хлор может проявлять степень окисления +7, а фтор нет? Что является количественной характеристикой окислительной способности атомов в газовой фазе?
ЗАДАНИЕ 8

1. Может ли возбужденный атом испускать фотон любой частоты?


2. Как связано с принципом Паули определение емкости энергетических уровней и подуровней?

3. Как изменяется энергия ионизации и сродство к электрону для элементов одного периода с увеличением порядкового номера элемента? Какие закономерности в изменении энергии ионизации и сродства к электрону будут наблюдаться для элементов одной группы?

4. Напишите электронные формулы элементов №14 и №22. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления,
13

принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные формулы этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …4d¹⁰5s² определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию его электронных аналогов и назовите их. К металлам или неметаллам они относятся? Кислотными, основными или амфотерными свойствами обладают его оксиды и гидроксиды в максимальной степени окисления? Чем объяснить, что для кадмия I₁=8,994В, а для цинка I₁=9,394В?

6. Для элемента, находящегося в 3 периоде V группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома и иона в высшей степени окисления. Напишите электронный переход от атома к этому иону. Как изменяется радиус частицы при этом переходе? Возможна ли для этого элемента отрицательная степень окисления?
ЗАДАНИЕ 9

1. Чем определяется для данного энергетического уровня число подуровней, число атомных орбиталей и его электронная емкость?

2. Почему водород помещают в I или VIII группу периодической системы? Дайте обоснования обоим вариантам.

3. Почему в высшей степени окисления d-элементы (Cr и Mn) проявляют определенное сходство с р-элементами (S и CI) той же группы? Покажите это на примере элементов VI и VII групп.

4. Напишите электронные формулы элементов №11 и №27. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления,
14

принадлежность к семействам и классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные конфигурации этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …4f³5d¹6s² определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию его электронных аналогов и назовите их. К металлам или неметаллам они относится? Возможна ли для них отрицательная степень окисления? Какие электроны являются валентными у этих элементов? Почему эти элементы помещены в III группу? Что характерно для электронного строения лантаноидов?

6. Для элемента, находящегося в 4-м периоде VI группе побочной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома и иона в устойчивой степени окисления. Какие степени окисления характерны для элементов этой подгруппы? Определите степень окисления хрома в следующих соединениях: Cr₂O₃, Cr(OH)₂, Fe(CrO₂)₃, K₂CrO₄; какая из них наиболее устойчива? На основании табличных величин относительной электроотрицательности сделайте вывод об активности Cr, Mo, W. Напишите электронный переход от атома к иону со степенью окисления +2 в газовой фазе.
ЗАДАНИЕ 10
1. Запишите соотношение неопределенности Гейзенберга, поясните сущность вероятностного описания движения микрообъектов и, в частности, вероятностного описания состояния электронов в атомах.

2. Как изменяется полная энергия электронов по мере удаленности электронных слоев от ядра атома? Запишите последовательность возрастания энергии уровней, подуровней и атомных орбиталей в многоэлектронных атомах в зависимости от номера электронных слоев. Укажите квантовые числа, определяющие энергию уровня, подуровней и атомных
15
орбиталей в невозбужденном атоме. Исчезнет ли вырожденность

электронных состояний подуровня при возбуждении атомов внешними электрическим или магнитным полем? Как называются квантовые числа, ответственные за взаимодействие с указанными полями?

3. Определите понятия: орбитальный, эффективный металлический и ковалентный радиус атомов, радиусы катионов и анионов. Как они изменяются в периодах, группах, подгруппах и при превращении атомов в катионы и анионы?

4. Напишите электронные формулы элементов №33 и №42. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления, принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные формулы этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации элемента …3d⁵4s² определите его место в периодической системе (период, группа, подгруппа). К металлам или неметаллам он относится? Какова его максимальная и минимальная положительная степень окисления? Напишите электронную конфигурацию электронных аналогов этого элемента. Назовите их и поясните, почему элементы этого семейства расположены в 4-7 периодах и отсутствуют в 1-3 периодах?

6. Для элемента, находящегося в 3-м периоде VII группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома , определите заряд ядра и порядковый номер элемента, а также распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии. Напишите электронный переход от атома к иону со степенью окисления -1 и укажите, как изменяется радиус частицы при этом.
16
ЗАДАНИЕ 11
1. Какими квантовыми числами описывается состояние электрона в атоме? Что характеризует каждое квантовое число, и какие значения они могут принимать?

2. Как изменяется разница в энергиях s- и p- подуровней одного и того же квантового уровня с увеличением числа электронов на этих подуровнях?

3. Объясните, почему в I и II группах периодической системы металлические свойства в большей степени характерны для элементов главных подгрупп, а в других группах - для элементов побочных подгрупп.

4. Напишите электронные формулы элементов №32 и №40. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группа, подгруппа, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления, принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные формулы этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …3d²4s² определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию его электронных аналогов и назовите их. Чем объясняется их положение в побочной подгруппе периодической системы? Какие степени окисления могут проявлять эти элементы и какие оксиды им соответствуют? С точки зрения строения атома объясните химические свойства этих элементов.

6. Для элемента, находящегося в 5-м периоде V группе побочной подгруппе, распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии. Какие степени окисления возможны для этого элемента? Напишите
17

электронный переход от атома к иону со степенью окисления +2. Как при этом изменяется радиус частицы? Чем объяснить резкое изменение первого потенциала ионизации от Nb к Ta по сравнению с V – Nb?
ЗАДАНИЕ 12
1. Какова структура периодической системы? Что определяет число периодов, групп и подгрупп? Чем отличается восьмая группа от всех остальных?


2. Может ли быть на внешнем квантовом слое больше 8 электронов?


3. К какой группе относятся f-элементы? Чем объяснить близость f-элементов по своим химическим свойствам? Что такое f-сжатие?

4. Напишите электронные формулы элементов №11 и №44. Определите место элементов в периодической системе. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии и определите суммарный спин. Какими квантовыми числами отличаются два последних электрона у элемента №11?

5. На основании электронной конфигурации атома …3d⁶4s² определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию остальных элементов III В группы и назовите их. К металлам или неметаллам и они относятся? Какие степени окисления возможны для этих элементов в соединениях? Как изменяются свойства этих элементов?

6. Для элемента, находящегося в 4-м периоде III группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию в основном и возбужденном состоянии, распределите валентные электроны по атомным орбиталям и определите суммарный спин в основном состоянии. Какие степени окисления возможны для этого элемента? Напишите электронный переход от атома к иону со
18

степенью окисления +1 в газовой фазе и электронную конфигурацию этого иона. Как при этом изменяется радиус частицы? Чем объяснить, что атомный радиус Ga меньше, чем у AI?
ЗАДАНИЕ 13
1. Что такое спин электрона? Какое наиболее энергетически выгодное распределение электронов по атомной орбитали? Как формулируется правило Гунда? Покажите на примере.


2. Чем определяется число s-, p-, d- и f-элементов в периоде? Какие элементы образуют главные и побочные подгруппы?

3. В чем проявляется групповая аналогия? Покажите это на примере свойств элементов V группы.

4. Напишите электронные формулы элементов №20 и №53. Определите место элементов в периодической системе. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям и определите суммарный спин. Какие квантовые числа характеризуют валентные электроны элемента №20?

5. На основании электронной конфигурации атома …2s²2р⁴ определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Какими свойствами обладает этот элемент (металл, неметалл)? Напишите электронную конфигурацию электронных аналогов этого элемента и назовите их. Как объяснить изменение I₁ и I₂ в ряду:

I₁(O) =13,6; I₁(N) =14,53; I₁(F) =17,42

I₂(O) =35,15; I₂(N) =25,59; I₂(F) =34,9


Как изменяются кислотно-основные свойства элементов в этом ряду?

6. Для элемента, находящегося в 4-м периоде II группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию, распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии. Какие степени окисления характерны для этого элемента? Напишите электронную конфигурацию иона
19


со степенью окисления +2 и электронный переход от атома к этому иону в газовой фазе. Как изменяется при этом радиус частицы?

ЗАДАНИЕ 14

1. Почему расстояние электрона от ядра определяется в квантовой механике как средняя величина?

2. Каков характер распределения электронной плотности в s-, p- и


d-состояниях? Что называется граничной поверхностью атомной орбитали ?

3. Как изменяются радиусы атомов и величины энергий ионизации элементов главной и побочной подгруппы VII группы? Чем объяснить, что элементы главной подгруппы могут иметь и положительные, и отрицательные степени окисления, а элементы побочной подгруппы – только положительные?

4. Напишите электронные формулы элементов №19 и №73. Определите место элементов в периодической системе. Распределите валентные электроны по атомным орбиталям и определите суммарный спин. Какие квантовые числа будут одинаковы для электронов, завершающих электронные формулы элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …3s²3p⁵ определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Напишите электронную конфигурацию электронных аналогов этого элемента и назовите их. Какие степени окисления характерны для этих элементов? Возможна ли для них отрицательная степень окисления? Как изменяются их окислительные свойства по подгруппе, и что является количественной характеристикой этой способности?

6. Для элемента, находящегося в 4-м периоде VII группе побочной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома, распределите валентные электроны по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии. Какие степени окисления
20

характерны для этого элемента? Какая из них наиболее устойчива? Напишите электронную конфигурацию иона этого элемента со степенью окисления +2 и электронный переход от атома к этому иону. Как изменяется при этом радиус частицы?
ЗАДАНИЕ 15
1. Как в многоэлектронном атоме изменяется энергия электронов одного и того же квантового слоя с увеличением орбитального квантового числа ℓ?

2. Будут ли вырожденными атомные орбитали с одинаковым значением главного квантового числа, но с различным значением орбитального квантового числа?

3. Как изменяется конфигурация валентных электронов, максимальная степень окисления и ее устойчивость в ряду d-элементов 4 периода? Для каких d-элементов число валентных электронов и максимальная степень окисления совпадает с номером группы? Объясните изменение температуры плавления у этих элементов.

4. Напишите электронные формулы элементов №21 и №13, распределите валентные электроны по атомным орбиталям и определите суммарный спин. Назовите элементы, обоснуйте их место в периодической системе (период, группу, подгруппу, семейство), их возможные положительные и отрицательные степени окисления, принадлежность к классам металлов, неметаллов. Какие квантовые числа совпадают для электронов, завершающих электронные формулы этих элементов?

5. На основании электронной конфигурации атома …4d⁶5s² определите место элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа). Возможна ли для него отрицательная степень окисления? Напишите электронную конфигурацию его электронных аналогов и назовите их. На основании электронного строения сделайте предположение об активности элемента и объясните, почему ионный радиус Rh и Ir одинаков (0,065нм)?
21

Объясните максимальную степень окисления +5 для Rh и +8 для Ru.

6. Для элемента, находящегося в 4-м периоде VI группе главной подгруппе, напишите электронную конфигурацию атома и иона в минимальной степени окисления, а также электронный переход от атома к иону с этой степенью окисления. Распределите валентные электроны в основном и возбужденном состоянии. Какие степени окисления характерны для этого элемента? Сравните характер изменения первых ионизационных потенциалов атомов элементов главной и побочной подгрупп:
V-6,74; Nb-6,88; Ta-7,88

N-14,5; P-11,0; As-9,81; Sb-8,64; Bi-7,29

Какие выводы можно сделать:

а) об изменении радиусов атомов элементов главной и побочной подгрупп;