Моль. Закон Авогадро. Мольный объем газа.

Контрольные задания:

1.Сколько молекул содержится в 1,00 мл водорода при нормальных условиях.

2.Какой объем при нормальных условиях занимают 27 ∙ 10²¹ молекул газа?

3.Определить объем, занимаемый 0,07 кг при 21 ⁰С и давлении 142 кПа (1065 мм рт. ст.).

4.Оксид углерода (IV) находится в сосуде, объем которого равен 20 л, при температуре 22 ⁰С и давлении 500 кПа. Определите массу оксида углерода (IV).

5.Сколько молей содержится в 20 мл газа при 300 К и давлении 103 кПа?

6.Вычислите массу 10 л водорода при температуре 291 К и давлении 101,3 кПа.

7.Вычислите объем метана массой 3 кг при температуре 320 K и давлении 102 кПа.

8.Найдите массу углекислого газа в колбе объемом 250 мл при 300 К и давлении 102 кПа.

9.Определите объем, который займет при нормальных условиях газовая смесь, содержащая водород массой 1,4 г и азот массой 5,6 г.

10.Какой объем Н₂ (при 17 ⁰С и давлении 102,4 кПа) выделится при растворении 1,5 кг цинка в соляной кислоте?

11.Смесь состоит из 92 г этанола и 72 г воды. Определите количество атомарного кислорода в смеси.

12.Какую массу имеет образец гидроксосульфата алюминия количеством вещества 0,2 моль?

13.Определите массу образца воды, содержащего 12,04×10²² молекул воды.

14.Определите массу раствора этанола в воде, содержащего 12,04×10²² атомов углерода и 24,08×10²² атомов кислорода.

15.Какой объем (н.у.) занимает оксид углерода (II) массой 5,6 г?

16.Какую массу имеет образец гидрофосфата калия количеством вещества 0,5 моль?

17.Газообразное соединение (НХ) занимает объем, равный 6,72 л (н.у.). Его масса равна 6 г. Определите Х.

18.Газовая смесь, состоящая из фтора и гелия, имеет молярную массу 21 г/моль. Определите объем гелия при н.у. в смеси массой 4,2 г.

19.Смесь состоит из 80 г пропанола и 60 г воды. Определите количество атомарного кислорода в смеси.

20.Определите массу 11,2 л водорода при н.у.

21.Привести объем газа к нормальным условиям, если при температуре 300ºС и давлении 1,8кПа он равен 1,5м³

22.Выразить в единицах массы, а также, для газообразных веществ, - в единицах объема: а) 0,3 моль азотной кислоты; б) 2 моль углекислого газа (н.у.)

23.Выразить в молях: а) 5,6дм³ водорода (н.у.); б) 10кг оксида бария.

24.Выразить в единицах массы, а также, для газообразных веществ, - в единицах объема: а) 5 моль ацетилена (С₂Н₂) (н.у.); б) 10 моль гидроксида марганца (II).

25.Выразить в молях: а) 11,2м³ кислорода (н.у.); б) 10г хлорной кислоты.

26.Вычислить массу 1м³ азота при 10ºС и давлении 102,9кПа.

Тема № 5.

Строение атома.

Представления о строение атома необходимо при изучении периодического закона Д.И.Менделеева, химической связи и свойств соединений. Без знания строения атома невозможно материалистическое понимание химических и биологических наук.

Основные понятия и определения.

Характеристика квантовых чисел:

Квантовые числа	Возможные значения	Число значений	Определяют
Главное n	1,2,3…		основной запас энергии электрона, размеры электронного облака, энергетический уровень
Орбитальное l	0,1,2,3… (n-1)	n	форму электронного облака, энергетический подуровень
Магнитное m	-1,…,0,…,+1	2l+1	Пространственную ориентацию электронного облака
Спиновое s	±1/2		Собственный момент количества движения электрона

Последовательность заполнения электронами АО в соответствии с правилами Клечковского:

Пример 1. Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 16. Покажите расположение электронов этого атома по энергетическим ячейкам.

Решение. Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням, подуровням (атомным орбиталям). Электронные конфигурации обозначаются группами символов n ^х, где n – главное квантовое число, –орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение s, p, d, f), х – число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором обладает наименьшей энергией – меньшей суммой n+ (правило Клечковского). Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая:

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→5d¹→
→4f→5d→6p→7s→6d^1-2→5f→6d→7p.

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Менделеева, то для элемента № 16 (сера) электронная формула будет иметь вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

Электронная структура атомов может быть изображена также в виде схемы размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическими изображениями атомных орбиталей (АО), квантовую ячейку изображают в виде прямоугольника или линейки, а электроны в этих ячейках обозначают стрелками. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами ↑↓ (принцип Паули).

Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда).

Контрольные задания:

1.Напишите электронные формулы атомов фосфора и меди. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из элементов, и определите число протонов и нейтронов в ядре их атомов.

2.Укажите последовательность заполнения электронами атомных орбиталей 4d, 5s, 6s, 5р и сформулируйте правило, определяющее эту последовательность.

3.Напишите электронно- графические формулы атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 27. определите число нейтронов и электронов в их атомов.

4.В соответствии с принципом Паули укажите максимальное число электронов на s-, р-, d-, f- подуровнях данного энергетического уровня.

5.Дайте определение понятия изотоп. Объясните причину нецелочисленных значений атомных масс большинства химических элементов. Вычислите атомную массу серебра, если известно, что массовые доли изотопов в природном серебре составляют соответственно - 40% и - 60%.

6.Дайте определения понятия s-, р-, d-, f- элемент. Приведите примеры.

7.Энергетическое состояние электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами n, l, m, s.укажите, какие значения может принимать каждое из них. Определите набор квантовых чисел для внешнего электрона атома натрия.

8.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 25. Укажите, к какому электронному семейству относится каждый из них. Приведите электронные и электронно - графические формулы атомов элементов II периода, которые могут иметь на р – подуровне один электрон, учитывая как основное, так и возбужденное состояние атома.

9.Укажите число квантовых d – орбиталей в основном состоянии у атомов элементов с порядковыми номерами 23, 42, 47, 49.

10.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14, 25 и укажите, к какому электронному семейству они относятся.

11.Объясните физический смысл главного и орбитального квантовых чисел и укажите, какие значения они принимают.

12.Объясните физический смысл магнитного квантового числа и укажите, какие значения оно может принимать при данном числовом и буквенном значении орбитального квантового числа. Заполните таблицу:

	m
Числовое значение	Буквенное значение
	s

13.Напишите электронную формулу элемента, в атоме которого содержится один электрон на 3d – орбитали. Укажите период, группу и символ этого электрона.

14.Приведите формулы, позволяющие рассчитать электронную емкость энергетического уровня и подуровня, а также число орбиталей на данном уровне и подуровне.

15.Сформулируйте правило Клечковского. Определите порядок заполнения электронами орбиталей 3d, 4s, 4р, 5s, 5р.

16.Укажите период, группу и символ химического элемента, атому которого соответствует электронная формула: [Ne ] 3s² 3р⁶ 3d⁵ 4s². К какому электронному семейству он относится?

17.Укажите возможные значения квантовых чисел для электронов второго и третьего энергетических уровней. Заполните таблицу:

n		m	s

18.Укажите число протонов и нейтронов в ядре атома углерода, изотопа . Напишите электронную формулу атома углерода в основном и возбужденном состояниях.

19.Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 8 и 24. Подчеркните валентные электроны и укажите, к какому электронному семейству относится каждый элемент.

20.Назвать элементы, имеющие по одному электрону на подуровне: а) 3d; б) 4d; в) 5d. Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать их положение в периодической системе – период, группа и подгруппа.

21.Сколько свободных d-орбиталей имеется в атомах титана и ванадия? Написать для них электронно-графическую структуру d-подуровня.

22.Назвать элементы 4-го периода, атомы которых содержат наибольшее число непарных d-электронов. Написать электронно-графическую структуру их d-подуровня.

23.Написать электронно-графические формулы атомов индия, германия и титана в нормальном и возбужденном состоянии.

24.У элементов каких периодов электроны внешнего слоя характеризуются значением n + l = 5?

25.Указать порядковый номер элемента, у которого: а) заканчивается заполнение электронами орбиталей 4d; б) начинается заполнение подуровня 4р.

26.Сколько вакантных 3d-орбиталей имеют возбужденные атомы: а) Сl; б) V; в) Mn?

27.Среди приведенных ниже электронных конфигураций указать невозможные и объяснить причину невозможности их реализации: а) 1р³; б) 3р⁶; в) 3s²; г) 2s²; д) 2d⁵; е) 5d²; ж) 3f¹²; з) 3p⁷.

28.Написать электронные формулы атомов элементов четвертого периода – калия, марганца, криптона. К какому семейству элементов они относятся?

29.Написать электронные формулы атомов элементов четвертого периода – скандия, цинка, мышьяка. К какому семейству элементов они относятся?

30.Назвать элементы 4, 5 и 6-го периодов, у которых заканчивается заполнение d-орбиталей (3d¹⁰, 4d¹⁰ и 5d¹⁰). Написать электронные формулы атомов этих элементов и указать, к какому периоду, группе и подгруппе периодической системы они относятся.

31.Запишите общую сокращенную электронную конфигурацию галогенов.

32.Сколько валентных электронов у атома фосфора?

33.Запишите полную электронную конфигурацию атома марганца. К семейству каких элементов он относится?

34.К какому семейству элементов относится группа элементов, имеющая общую сокращенную конфигурацию ns²np²?

35.Структура валентного электронного уровня атома элемента выражается формулой: a) 5s²5p⁴;

36.б) 3d⁵4s¹. Определите порядковый номер и название элемента.

37.Какое максимальное число электронов может содержать атом на электронном уровне с главным квантовым числом n = 5 и n = 3?

38.Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них, почему?

39.Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы В, S, Сr? Составьте их электронные и графические схемы.

40.Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковым номером 32 и 42. У последнего один 5s-электрон проваливается на 4d-подуровень. К какому электронному семейству они относятся?

41.Какой подуровень заполняется в атомах после заполнения 5p-подуровня; после заполнения 5d-подуровня, почему?

42.Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента, неверны: а) 1s²2s²2p⁵3s¹; б) 1s²2s²2p⁶; в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴;г) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²; д) 1s²2s²2p⁶3s²3d²? Почему?

43.Запишите электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра 8; 13 и 18. Составьте графические схемы.

44.Какое максимальное количество электронов может располагаться в s-, p-, d- и f-подуровнях данного уровня? Почему? Напишите электронную структуру атома с порядковым номером 29.

45.Электронная структура атома описывается формулой 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s². Какой это элемент? Составьте его графическую схему.Какое максимальное число электронов может содержать атом на электронном уровне с главным квантовым числом n = 5 и n = 3? Ответ мотивируйте.

46.Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33. Составьте их графические схемы. К какому электронному семейству относится каждый из них, почему?

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Контрольные задании:

Периодический закон является главным инструментом систематизации и классификации химической информации, средствам направленного поиска соединений с ранее заданными свойствами.

Современная формулировка периодического закона: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Физический смысл периодического законы: при последовательном увеличении зарядов атомных ядер периодически повторяется конфигурация электронных оболочек, и как следствие, периодически повторяются химические свойства элементов.

Основные понятия и определения.

Свойства атомов элементов и периодичность их изменения:

Свойство	Определение (ед.изм.)	Изменение
по периоду	по главной группе
Атомный радиус	Орбитальный – расстояние от ядра до более удаленного максимума электронной плотности (нм). Эффективный – половина расстояния между центрами двух смежных атомов в кристалле (нм).	уменьшается	увеличивается
Энергия ионизации	- минимальная энергия, необходимая для отрыва наиболее слабого связанного электрона от невозбужденного атома (I, кДж/моль, эВ)	увеличивается	уменьшается
Сродство к электрону	- энергетический эффект присоединения к атому одного электрона ( Е, кДж/моль, эВ)	увеличивается	уменьшается
Электроотрицательность	- способность атома в молекуле или кристалле притягивать к себе электроны, осуществляющие химическую связь ( ЭО= ; отн.ед.) Чем больше величина ЭО элемента, тем сильнее его неметаллические и химические свойства	увеличивается	уменьшается