15P
s p d
3s2 3px 3pу 3pz
Атомы фосфора имеют свободные d – орбитали, поэтому возможен переход одного 3s – электрона в 3d – состояние:
 s p d
3s2 3px 3pу 3pz 3dху
Отсюда валентность (спин0валентность) фосфора в нормальном состоянии равна трем, а в возбужденном – пяти.
Пример 6. Укажите тип связей в молекулах F2, KCl, HCl. Приведите электронные модели их строения.
Решение. Молекула F2 состоит из двух одинаковых атомов фтора, поэтому ковалентная связь будет неполярной. Так как структура валентных электронов фтора …2s22p5, строение молекулы можно представить: F : F
Молекула КСl состоит из двух резко отличающихся по электроотрицательности атомов металла (К) и неметалла (Сl), что определяет ионный тип связи; К0 - ēК+
К++Cl-КCl
Молекула НСl тоже состоит из двух разных атомов Н и Сl, поэтому в данном случае имеем ковалентную полярную связь, причем общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому хлора: H : F
Пример 7. Определите тип кристаллической решетки SiC и сделайте вывод о свойствах данного вещества.
Решение. Валентные электронные структуры кремния и углерода сходны (…3s23p2 и …2s22p2), поэтому в результате перекрывания они образуют ковалентную связь (малополярную). Так как их насыщаемость в соединении высока (четыре связи), вещество является твердым и образует атомную кристаллическую решетку. А это влечет за собой высокую твердость вещества, его тугоплавкость, малую растворимость и диэлектрические свойства.
Пример 8. Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами, может проявлять фосфор в нормальном и возбужденном состоянии?
Решение. Распространение электронов внешнего энергетического уровня фосфора...3s23p3 (учитывая правило Хунда, 3s23px3py3pz) по квантам - ячейкам имеет вид (а):
Атомы фосфора имеют свободные d-орбитали, поэтому возможен переход одного 3s-электрона в 3d-состояние (б). Отсюда валентность фосфора в нормальном состоянии равна трем, а в возбужденном - пяти.
Контрольные задания
34. Какова валентность металлов второй главной подгруппы в устойчивом и возбужденном состоянии?
Какой тип гибридизации внешних электронов отвечает атому углерода при степени окисления +4?
Какова валентность углерода в нормальном и возбужденном состоянии?
Как изменяются валентность, окислительная активность, температуры плавления и кипения элементов главной подгруппы шестой группы?
Какую валентность обнаруживает железо в своих соединениях?
На основе электронных структур дать объяснение, почему азот и ванадий находятся в различных подгруппах одной группы?
У какого из элементов четвертого периода - марганца или брома сильнее выражены восстановительные свойства?
Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?
Пользуясь электронной структурой атома  в возбужденном состоянии, объяснить механизм образования молекулы  и иона  .
Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 26. Объясните, к какому электронному семейству относится каждый из этих элементов.
Составьте электронную формулу химического элемента с порядковым номером 50. Объясните, к какому электронному семейству относится этот элемент. Назовите его электронные аналоги. Приведите значения квантовых чисел для валентных электронов. Определите высшую степень окисления элемента.
Что такое электроотрицательность? Как меняются окислительно-восстановительные свойства элемента с изменением величины электроотрицательности. Сравните свойства Be, Ва, О.
Какие значения квантовых чисел ml и ms возможны для 2р состояния электрона? Охарактеризуйте квантовыми числами электроны атома натрия (основное состояние).
Сколько электронов в атоме стронция имеют значение квантового числа l = 0? Какую характеристику движения электрона определяет орбитальное квантовое число?
Напишите электронную формулу марганца. Определите, к какому электронному элементу относится этот элемент. Какую степень окисления имеет этот элемент в возбужденном состоянии?
Какая химическая связь характеризуется насыщенностью и направленностью? Почему?
Вещества с каким типом кристаллической решетки обладают высокими значениями прочности, твердости, температуры плавления, низкой электропроводностью?
В какой из указанных молекул ковалентная связь между атомами неполярная HCl, HF, NH3, CO2?
Как изменяется поляризуемость молекул в ряду HF, HCl, HI?
Какие молекулы являются наиболее полярными: СO2, H2O, SO3, SO2?
Укажите тип химической связи в молекулах: C2H4, HNO3, KMgCl3, KNO3, SiO2.
Изобразите электронные схемы и укажите валентность и степень окисления азота в соединениях: N2, NH3, N2H4, NH4+.
Составьте электронную формулу элемента в виде энергетических ячеек. Укажите степени окисления элемента и типы химической связи в соединениях: Sn, Na2SnO3, K2SnO2, SnS2.
Составьте структурную формулу соединения В2Н6. Укажите степени окисления элементов и тип химической связи, используя значение электроотрицательности.
Расположите молекулы в порядке возрастания полярности связи: CO2 (=0 - электрический момент связи); NH3
(=1,48 D); H2O (=1,84 D); SO2 (=1,61 D). Объясните, почему молекула CO2 - неполярна, а SO2 – полярная молекула. Графически изобразите структуру молекул.
В каких молекулах дипольный момент связи совпадает с дипольным моментом молекулы: N2; NH3; H2O; CS2; SO3? Чем отличаются эти понятия? ( =0;  =1,46 D; H2O=1,84 D; CS2=0; SO3=0).
Назовите факторы, определяющие тип кристаллической решетки. Перечислите типы кристаллических решеток и приведите примеры веществ, имеющих эти типы решеток.
Какую химическую связь называют водородной? Объясните механизм образования водородной связи. Приведите примеры веществ, имеющих водородные связи.
Напишите уравнение превращения ионов в нейтральные атомы, используя взаимодействие NaCl; NaBr или NaI с серной кислотой (конц). Укажите, как изменяются восстановительные свойства в ряду: Cl, Br, I.
Какие силы обусловливают межмолекулярное соединение в молекулярной и ионной кристаллических решетках. Проиллюстрируйте этот пример с использованием температур кипения и плавления хлоридов элементов 1-4 группы.
Почему кристаллическая решетка Si - атомная, SiCl4 и SiH4 - молекулярная, а Na2SiO3 - ионная?
Определите тип химической связи в молекулах P2S5, SCl2, SO3, H3PO4, KNO3. Какова степень окисления каждого элемента в этих соединениях?
Как зависят физические и химические свойства от химической связи веществ (пример на основе KNO3 и Fe)?
СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА
Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества в единице объема или веса растворителя.
Существуют следующие основные способы выражения концентрации раствора:
Весовые проценты показывают весовое количество растворенного компонента, содержащегося в 100 весовых частях раствора. Так 5% раствор борной кислоты содержит 5 в. ч. борной кислоты и 95 ч. в. воды.
По табличным данным для веществ определенной концентрации находят плотность вещества при определенной температуре. Так, 20% раствор HCl имеет плотность d = 1,1 г/см3 при 150С.
Молярная концентрация (М) – определяет количество молей растворенного компонента в 1 л раствора.
Одномолярный раствор H2SO4 содержит в литре раствора 1 моль кислоты, т.е. 98 г.
Децимолярный 0,1 М – 9,8 г H2SO4; сантимолярный 0,01 М 0,98 г H2SO4.
Нормальная концентрация (н) выражается числом грамм-эквивалентов растворенного вещества в литре раствора.
Однонормальный раствор 1 н. содержит в 1 литре раствора 1 г*экв. растворенного вещества.
Моляльная концентрация показывает количество молей растворенного компонента, содержащегося в 1000 г растворителя. Если m – масса растворенного компонента, n – масса растворителя, а M – молекулярный вес растворенного вещества, то моляльная концентрация выражается зависимостью
 .
Концентрация раствора выражается еще через титр. Это такое количество вещества в граммах, которое содержится в 1 см3 раствора. Титр связан с нормальностью раствора соотношением
 г/см3,
где н – нормальность раствора в г*экв/л;
Э – эквивалент растворенного вещества.
Для определения концентрации растворов применяется метод объемного анализа. Этот метод заключается в определении концентрации исследуемого раствора с помощью другого раствора известной концентрации, называемого титрованным раствором.
Раствор с известной концентрацией (титрованный раствор) наливается в бюретку. К определенному объему исследуемого раствора, помещенного в колбу, по каплям прибавляют титрованный раствор из бюретки, непрерывно взбалтывая раствор в колбе. Такой процесс взаимодействия растворов называется .процессом титрования. Его ведут в присутствии индикаторов. Окончание реакции (эквивалентная точка) определяется па изменению окраски индикатора
Реагирующие вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях. Грамм-эквивалент одного вещества реагирует с грамм-эквивалентом другого вещества. Поэтому растворы одинаковой концентрации реагируют в равных объемах. Растворы различной концентрации реагируют в объемах. Обратно пропорциональных их нормальностям:
.
Объем и нормальность титрованного раствора известны , объем определяемого раствора берется в известном количестве, и из этого соотношения вычисляется нормальность определяемого раствора Одним из методов объемного анализа является метод нейтрализации. В основе его лежит реакция нейтрализации, например:
NaOH +HC1 = NaCl +Н2О.
Вещества при этом реагируют в эквивалентных соотношениях. Точка эквивалентности определяется с помощью индикаторов
Примеры решения задач
Пример 1. Массовая доля растворенного вещества.
Определите массовую долю (в %) хлорида калия в растворе, содержащем 0,072 г КС1 в 0,3 л раствора, плотность которого 1,12 г/ мл.
Решение: Массовая доля показывает, сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Массовая доля безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или в процентах: ω(x) =100 m (x)/ m, где ω(x) - массовая доля (в %) растворенного вещества, г; m - масса раствора, г. Масса раствора равна произведению объема раствора на его плотность: m = V × ρ. Тогда ω(x) =m(x) / V × ρ ×100 %.
Массовая доля хлорида калия в растворе равна: ω (KCl) = 0,072x 100/1,12 × 300 = 0, 02 %.
Пример 2. Молярная концентрация раствора.
Какова масса соляной кислоты, содержащейся в 0,4 л раствора, если молярная концентрация раствора равна 0,25 моль / л.
Решение: Молярная концентрация раствора (молярность) показывает количество растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора. Молярную концентрацию (моль/ л) выражают формулой, где m(x) - масса растворенного вещества, г; М - молярная масса растворенного вещества, г/ моль, V - объем раствора, л. М(НС1) = 36, 5 г/ моль. Масса НС1, содержащегося в растворе, равна m(HCl) = С M(НС1) × М(НС1) × V = 0, 25 × 36,5 × 0, 4 = 3, 65 (г).
Пример 3. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация).
Определите молярную концентрацию эквивалента хлорида кальция, если в 0, 5 л раствора содержится 33, 3 г СаС12.
Решение: Молярная концентрация эквивалента (нормальность раствора) показывает число молярных масс эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора (моль/ л): СН= m (x) /MЭ(x) × V, где m(x) - масса растворенного вещества, г; МЭ(х) - молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль; V - объем раствора, л. Молярная масса эквивалента СаСl2 равна МЭ (СаС12) = М (СаС12)/ 2 = 111 / 2 = 55, 5 г/ моль.
Молярная концентрация эквивалента раствора СаС12 равна СН (СаС12 =33, 3 / 55, 5 × 0, 5 = 1, 2 моль/ л.
Пример 4. Моляльность раствора.
В какой массе воды надо растворить 3,5 г глюкозы C6H12O6, чтобы получить раствор, моляльность которого равна 0,5 моль/ кг ?
|
