Контрольные и лабораторные работы_Вариант 1. Учебнометодическое пособие для студентов 1 курса заочного отделения фармацевтического факультета

• Название: Учебнометодическое пособие для студентов 1 курса заочного отделения фармацевтического факультета
• Дата: 07.02.2022
• Размер: 1.14 Mb.
• Имя файла: Контрольные и лабораторные работы_Вариант 1.doc
• Тип: Учебно-методическое пособие; #354525
• страница: 5 из 17

2. Строение вещества

2.1. Электронные оболочки атомов. ПЗ и ПСЭ

Пример 1. Исходя из положения элемента в ПСЭ дать характеристику атома фосфора. Показать его основное и ионизированное электронное состояние. Указать валентные электроны и семейство элементов.

Ответ: Фосфор (P) находится в III периоде, V группе, главной подгруппе. Порядковый номер Z=15; массовое число А = 31. Порядковый номер соответствует положительному заряду ядра атома, т.е. числу протонов (p), а также числу электронов (ē). Число нейтронов (n) соответствует разности массового числа и порядкового номера.

Запись:

, р = 15; ē = 15; n = A – Z = 31 – 15 = 16.

15 электронов атома фосфора располагаются на трех энергетических уровнях (слоях), т.к. он находится в III периоде. Валентными электронами являются электроны внешнего незавершенного уровня. Их число соответствует номеру группы (для элементов главных подгрупп), в которой находится данный элемент.

Запись: P⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p³, 3s²3p³ – валентные электроны.

Фосфор относится к семейству р-элементов, т.к. электронная конфигурация (формула) основного (электронейтрального) состояния показывает незавершенный р-подуровень внешнего энергетического уровня.

Для атома фосфора возможно ионизированное состояние. Оно характеризуется приемом или отдачей электронов с внешнего энергетического уровня.

Например:

а) P⁰ – 3ē  P⁺³ (в соединениях P₂O₃, H₃PO₃, Na₃PO₃)

Запись: Р⁺³: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁰

б) P⁰ – 5ē  P⁺⁵ (в соединениях P₂O₅, H₃PO₄, К₃PO₄)

Запись: Р⁺⁵: 1s²2s²2p⁶3s⁰3p⁰

в) P⁰ + 3ē  P^-3 (в соединении PH₃).

Запись: Р⁺⁵: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Пример 2. Строение внешнего энергетического уровня атома …4s²4p³. Назовите элемент и укажите, к какому семейству он относится.

Ответ:

Исходя из строения внешнего энергетического уровня следует: элемент находится в IV периоде, 5 группе, главной подгруппе. Этот элемент – мышьяк (As). Также можно записать электронную конфигурацию атома элемента полностью (с учетом правила Клечковского): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³. Сумма всех электронов равна 33. Это соответствует порядковому номеру элемента, следовательно, элемент – ₃₃As. Т.к. внешний незавершенный подуровень – р, то As относится к семейству р-элементов.

Пример 3. Главное квантовое число n=2. Определите максимальное число электронов. Какие значения принимает побочное квантовое число? Как называются соответствующие им электроны?

Ответ:

Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле Х_n = 2n², следовательно, в данном случае: Х_n = 22² = 8. Побочное квантовое число l изменяется от 0 до n-1, следовательно, в данном случае l = 0, 1. Так как значения l определяют подуровни, на которых располагаются электроны, то в этом случае: l=0 (s-электроны), l=1 (р-электроны).

Пример 4. Исходя из положения элементов в ПСЭ, сравнить по свойствам а) Si и P; б) P и As.

Ответ:

а) Si и Р находятся в III периоде ПСЭ, в IV и V группах (главных подгруппах) соответственно. Их электронное строение:

₁₄Si⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p²

₁₅P⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p³

Оба элемента относятся к семейству р-элементов. Но у Si 4 валентных электрона, а у Р – 5 валентных электронов. До завершения энергетического уровня Р не хватает только 3-х электронов, а Si – 4-х, поэтому Р обладает в большей степени неметаллическими свойствами, он более электроотрицателен, а Si – металлическими свойствами.

б) Р и As находятся в V группе ПСЭ, в III и IV периодах соответственно. Их электронное строение

₁₅P⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p³ – 5 валентных электронов

₃₃As⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³ – 5 валентных электронов;

Оба элемента относятся к семейству р-элементов. Но валентные электроны As располагаются дальше от ядра, чем у Р, т.к. у As радиус атома больше (с увеличением порядкового номера элемента в группах радиус атома возрастает). Поэтому отрыв электронов с IV уровня будет легче, чем с III-го, значит As обладает более металлическими свойствами, чем Р, который является типичным неметаллом.

2.2. Природа химической связи и строение химических соединений

Пример 1. Пользуясь методом валентных связей, показать образование молекулы HCl. Указать тип связи; изобразить графически молекулу HCl.

Ответ: В состав молекулы HCl входят атомы H и Cl, характеризующиеся различной ОЭО. При взаимодействии атомов неспаренные электроны образуют общую электронную пару, которая будет смещаться в сторону атома Cl, т.к. он более электроотрицателен. Связь – ковалентная, полярная. Ее образование можно представить следующим образом:

₁H⁰: 1s<sup>1

17Cl0: 1s22s22p63s23p</sup>5



или, учитывая ОЭО атомов,

Т.к. при образовании молекулы образовалась одна электронная пара, то связь однократная (одинарная) и графически молекула выглядит так: H–Cl.

При образовании связи происходит перекрывание электронных облаков атомов H и Cl. Это можно показать следующим образом:



Связь, образующаяся между H и Cl, является -связью, т.к. она находится на линии, соединяющей ядра атомов.

Пример 2. Показать возбужденное состояние атомов серы. Определить ее максимальную ковалентность.

Ответ:

Основное состояние атома серы:

₁₆S⁰: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Заполнение электронами энергетических ячеек (орбиталей) для внешнего уровня выглядит так:

16S0: …

В
алентность S равна II, т.к. имеется 2 неспаренных электрона. Атом серы может перейти в возбужденное состояние за счет перехода электронов с 3s- и 3p-подуровней на свободные орбитали 3d-подуровня:

Возбужденное состояние атома является причиной переменной валентности серы. Например:

H₂S, валентность = II (H–S–H)

SO₂, валентность = IV (O=S=O)

SO3, валентность = VI

Максимальная ковалентность (т.е. способность образовывать ковалентные связи) для атома серы равна VI.

Примечание: возбужденное состояние возможно только для тех атомов, у которых есть свободные орбитали, на которые могут переходить электроны. Расспаривание электронов возможно только в пределах данного уровня. Для большинства элементов максимальное число неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии равно номеру группы, в которой находится элемент.

2.3. Комплексные соединения

Пример 1. Определить степень окисления (С.О.) и координационное число (К.Ч.) комплексообразователя в соединениях, написать диссоциацию и составить выражения для констант нестойкости (К_нест.)

а) K₄[Fe(CN)₆], б) [Cu(NH₃)₄]SO₄

Ответ: С.О. комплексообразователя определяется при подсчете зарядов всех компонентов (ионов и молекул), входящих в К.С. Следует помнить, что в целом молекула К.С. электронейтральна, т.к. заряд внешней сферы К.С. компенсируется зарядом внутренней сферы.

К.Ч. определяется числом монодентатных лигандов, окружающих комплексообразователь (центральный ион) и входящих во внутреннюю сферу. Лигандами могут быть как заряженные ионы, так и нейтральные молекулы.

Диссоциация К.С. протекает в 2 стадии, причем II стадия – распад комплексного иона – практически не идет, что доказывается малыми величинами К_{нестойкости}. Чем меньше К_нест. комплексного иона, тем более устойчив сам комплекс.

а) С.О.(Fe) = +2; К.Ч. = 6

Диссоциация:

I_ст K₄[Fe(CN)₆]  4K⁺ + [Fe(CN)₆]^4–

II_ст [Fe(CN)₆]^4–  Fe²⁺ + 6CN^–



б) . С.О. (Cu) = +2; К.Ч. = 4.

Диссоциация:

I_ст. [Cu(NH₃)₄]SO₄  [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2–

II_ст. [Cu(NH₃)₄]²⁺  Cu²⁺ + 4NH₃⁰



Пример 2. Дописать реакцию образования К.С. и назвать продукт.

а) AgCl + NH₃  к.ч. = 2

б) KCl + PtCl₄  к.ч. = 6

Ответ: При написании продукта реакции следует помнить, что комплексообразующими свойствами обладают в первую очередь d-элементы (малоактивные металлы), затем p-элементы. Для s-элементов комплексообразование не характерно.

В названиях К.С. следует использовать номенклатуры Штока или Эвенса-Бассета.

а) - комплекс катионного типа.

Шт: Диаммин серебро (I) хлорид

Э-Б: Диаммин серебро (1+) хлорид, где (I) – С.О. комплексообразователя Ag, а (1+) – заряд комплексного иона.

б) - комплекс анионного типа.

Шт: Калий гексахлороплатинат (IV).

Э-Б: Калий гексахлороплатинат (2–), где (IV) – С.О. комплексообразователя Pt, а (2–) – заряд комплексного иона.

Пример 3. Допишите реакцию обмена между двумя солями …. Назовите полученный комплекс, напишите для него диссоциацию и составьте выражение К_{нестойкости}.

Ответ:

3FeSO₄ + 2K₃[Fe(CN)₆]  Fe₃[Fe(CN)₆]₂ + 3K₂SO₄

Fe₃[Fe(CN)₆]₂ – комплекс анионного типа

Шт: железо гексацианоферрат (III),

Э-Б: железо гексацианоферрат (3–).

Диссоциация:

I_ст. Fe₃[Fe(CN)₆]₂  3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3–

II_ст. [Fe(CN)₆]^3–  Fe³⁺ + 6CN^–



Пример 4. Определите величину и знак заряда комплексного иона:

а) ,

б) . Чему равно координационное число?

Ответ:

а) , к.ч. = 6.

б) , к.ч. = 6.

Заряд комплексного иона определяется алгебраической суммой зарядов ионов-комплексообразователей и лигандов, а координационное число зависит от С.О. комплексообразователя и равно сумме лигандов.

В данных примерах следует учесть, что молекула H₂O электронейтральна, а оксалат-ион C₂O₄^2- - бидентатный лиганд.