задачи. ПР_Периодические свойства элементов. Периодический закон и периодические свойства элементов Пример 1
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ Периодический закон и периодические свойства элементов Пример 1. В какой группе ив каком периоде Периодической системы элементов Д. И. Менделеева находится элемент с порядковым номером 42? Решение.Расположение элементов в периодической системе в соответствии со строением их атомов следующее в первом периоде – 2, во втором – 8, в третьем – 8. Третий период заканчивается элементом с порядковым номером 18 (2+8+8). В четвертом периоде 18 элементов, те. он заканчивается элементом с порядковым номером 36. В пятом периоде также 18 элементов, поэтому элемент с порядковым номером 42 попадает в пятый период. Он занимает шестое место, следовательно, находится в шестой группе (побочной подгруппе. Это элемент – молибден Мо. Пример 2. Опишите химические свойства элемента с порядковым номером 23 по его положению в Периодической системе. Решение. По Периодической системе определяем, что элемент с порядковым номером 23 находится в четвертом периоде ив побочной подгруппе пятой группы. Этот элемент – ванадий V. Электронная формула V: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 , сокращенно – [Ar]3d 3 4s 2 . Следовательно, V – d- элемент. Элемент может легко отдавать два электрона с го уровня, проявляя степень окисления +2. При этом он образует оксид VO и гидроксид V(OH) 2 , проявляющие основные свойства. Газообразных водородных соединений ванадий не образует. так как расположен в побочной подгруппе. Атом ванадия может отдавать электроны с подуровня предпоследнего энергетического уровня (3 электрона) и, таким образом, проявлять высшую степень окисления +5 (численно равную номеру группы, в которой расположен элемент. Оксид, соответствующий высшей степени окисления, V 2 O 5 . Этот оксид обладает кислотными свойствами. В качестве гидроксида ему соответствует неустойчивая метаванадиевая кислота Н (соли ее – ванадаты – устойчивые соединения. Пример 3. Какие соединения с водородом образуют элементы главной подгруппы VI группы Назовите наиболее и наименее прочные из них. Решение. Элементы главной подгруппы VI группы – р-элементы. У их атомов на внешнем энергетическом уровне находится по 6 электронов ns 2 np 4 . Следовательно, в соединениях с водородом (общая формула H 2 R) они проявляют степень окисления – 2. С ростом порядкового номера элемента (от кислорода к полонию) увеличивается радиус атома, что обуславливает уменьшение прочности соединения с водородом (от НО к Н 2 Ро). Таким образом, из названных соединений наиболее прочными является вода НО, наименее прочным – Н 2 Ро. Пример 4. Какой из элементов – литий или калий – обладает более выраженными металлическими свойствами Решение. Строение электронных оболочек атомов лития и калия представляем следующим образом Li – 1s 2 2s 1 , K – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 или сокращенно или [Ar]4s 1 . Как видим, у обоих атомов на внешнем энергетическом уровне находится по одному электрону. Однако у атома калия внешний электрон расположен дальше от ядра (на четвертом энергетическом уровне, ау лития – на втором) и, следовательно, легче отрывается. Поскольку металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они сильнее выражены у калия. Пример 5. Состав оксида некоторого металла может быть выражен простейшей формулой Ме 2 О 3 . Известно, что оксид массой 76,5 г содержит металл массой 40,5 г. Какой металл образует оксид. Решение. Определяем массу кислорода, содержащегося в оксиде массой 76,5 г m (O) = m (Me 2 O 3 ) – m (Me), m (O) = 76,5 – 40,5 = 36 г. Находим количество вещества кислорода n = m/M, n (O) = 36,0/16 = 2,25 моль. Из формулы оксида следует, что на 3 моль атомного кислорода приходится 2 моль металла, тех, х = (2· 2,25)/3 = 1,5 моль. Таким образом, металл массой 40,5 г составляет 1,5 моль. M = m/n; M (Me) = 40,5/1.5 = 27. Металл – алюминий. Пример 6. Напишите соединения в высшей и низшей степенях окисления для химических элементов I–VII главных подгрупп 1 и 2 периодов периодической системы элементов (оксиды, гидроксиды, гидриды. Укажите степени окисления элементов. Решение. Период Номер группы I II III IV V VI VII 1 +1 HCl; +1 -2 H 2 O; +1 -1 LiH; +3 -1 AlH 3 2 +1 -2 Li 2 O; +1 LiOH; +1 -1 LiH +2 -2 BeO; +2 Be(OH) 2 +3 B 2 O 3 ; +3 B(OH) 3 ; +3 H 3 BO 3 ; + 3 -1 BH 3 +4 -2 CO 2 ; +4 H 2 CO 2 ; - 4 +1 С +5 -2 N 2 O 5 ; +5 HNO 3 ; -3 +1 NH 3 +1 -2 H 2 O; +1 -1 -1 +1 H-O-O-H +2 -1 OF 2 ; +1 -1 HF Пример 7. Приведите электронную формулу атома серы. Определите степень окисления атома серы в соединениях сернистая кислота H 2 SO 3 , серная кислота H 2 SO 4 . В каких промежуточных степенях окисления может находиться сера Приведите формулы и названия соответствующих оксидов, гидроксидов и водородного соединения серы. Решение Электронная формула серы 16 S – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 (6 валентных электронов на внешнем энергетическом уровне 3s 2 3p 4 ). x 1 x 2 H 2 SO 3 H 2 SO 4 H(+1); S(x 1 ); O(-2) H(+1); S(x 2 ); O(-2) 2(+1) + x 1 + 3(-2) = 0 2(+1) + x 2 + 3(-2) = 0 Отсюда степень окисления серы равна + 4 +6 x 1 = +4,H 2 SO 3 ; x 2 = +6, Сера находится подгруппе периодической системы элементов. Высшая степень окисления ее +6, низшая (N – 8= –2), элементарная сера в виде простого вещества имеет степень окисления 0 S +6 S o S -2 6e +2e 4e 2e +4 S Пример 8. Напишите формулы оксидов и гидроксидов бора В и алюминия Al. С помощью уравнений химических реакций докажите кислотность оксидов этих элементов и амфотерность гидроксидов алюминия. Решение Оксид бора B 2 O 3 . Оксид алюминия кислотный ВО + НО = 2Н 3 ВО 3 оксид ВО + КОН = КВО + НО 4Н 3 ВО 3 + 2 NaOH + 3H 2 O = Na 2 B 4 O 7 10H 2 O борная тераборат натрия кислота (кристаллогидрат) или бура Al 2 O 3 – пассивирующая (защитная) пленка на металлическом алюминии, так как без нее может протекать реакция с водой до гидроксида Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 Вследствие образования защитной пленки, алюминий устойчив в очень разбавленной азотной кислоте HNO 3 и концентрированных растворах HNO 3 и H 2 SO 4 на холоду. Эта устойчивость позволяет использовать его при изготовлении емкостей для хранения и транспортировки HNO 3 . Оксид алюминия (корунд) не взаимодействует с водой и с кислотами щелочами (ОН – ) разрушается при длительном хранении + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O. алюминат натрия Амфотерность гидроксида алюминия проявляется во взаимодействии с кислотами и со щелочами 2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O. Если сократить одноименные ионы в левой и правой части уравнения, то получают ионно-молекулярное уравнение Al(OH) 3 + Н = Al 3+ + 3H 2 O запись ионно-молекулярных уравнений см. с. 83-84). 2Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3 [Al(HO) 6 ] Al(OH) 3 + 3OH – = Пример 9. Исходя из закономерностей периодической системы элементов, определите, какой из гидроксидов является более сильным основанием Ca(OH) 2 ; Ba(OH) 2 ; Zn(OH) 2 ; Fe(OH) 2 ; Fe(OH) 3 или Sr(OH) 2 ? Расположите гидроксиды вряд по возрастанию их основности. Решение. В зависимости о степени диссоциации основания на катионы и анионы Э Э + определяется сила основания. Чем больше заряд катиона металла, тем меньше радиус катиона Э, образующего гидроксид, тем прочнее химическая связь в гидроксиде. Сила оснований, имеющих одинаковый заряд катиона и исходное электронное строение атома металла, зависит от радиуса иона. Чем больше радиус иона, тем легче осуществляется диссоциация на ионы. В пределах одной подгруппы (IIA) радиусы ионов Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ увеличивается, следовательно Ва(ОН) 2 оказывается наиболее сильным основанием. Zn(OH) 2 , Fe(OH) 2 и относятся к гидроксидам элементов в пределах одного четвертого периода радиусы ионов при переход от s– к элементам уменьшается, так как число электронных слоев не изменяется, а порядковый номер и заряд ядра соответственно увеличиваются. Поэтому основание Са(ОН) 2 более сильное, чем Fe(OH) 2 . Однако кальций и цинк, хотя и находятся водном периоде ив одной группе, но радиус иона главной подгруппы Са 2+ элемент) больше радиуса иона побочной подгруппы Zn 2+ (элемент) по вышеуказанным причинам. Следовательно, Са(ОН) 2 более сильное основание, чем Заряд иона Fe(III) больше заряда иона Fe(II), а размер иона Fe 3+ немного меньше, чем иона Fe 2+ , поскольку больше заряд (+3) атома железа Следовательно, Fe(OH) 3 менее сильное основание, чем Fe(OH) 2 . Основание Zn(OH) 2 является амфотерным соединением, реагирующим как с кислотой, таки с основаниями (растворяется в щелочах ив растворе аммиака. Следовательно, основность гидроксидов возрастает в ряду Zn(OH) 2 , Fe(OH) 3 , Fe(OH) 2 , Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ва(ОН) 2 |