Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Методические указания для студентов к практическому занятию № 12.

Ядро атома состоит из протонов (относительная масса1, относительный заряд +1) и нейтронов (относительная масса 1, заряд 0). Протоны и нейтроны относятся к элементарным частицам.

Число протонов в ядре атома Z определяет положительный заряд ядра. Этот заряд в относительных единицах равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д. И. Менделеева. Относительная масса ядра складывается из массы протонов, которая также будет равна Z, и массы нейтронов, которая в относительных единицах(а.е.м.) равна числу нейтронов в ядре N. Так как практически вся масса атома сосредоточена в ядре (масса электронной оболочки значительно меньше массы ядра), можно считать, что относительная атомная масса равна сумме масс протонов и нейтронов в ядре:

A_r = Z+N

Все химические элементы имеют атомы с различными массами – изотопы. Изотопы какого-либо элемента отличаются друг от друга числом нейтронов в ядре. Элемент водород, например, имеет три изотопа: протий ₁¹Н (в ядре 1 протон и О нейтронов, относительная масса атома 1), дейтерий ₁²Н или D (в ядре 1 протон и 1 нейтрон, относительная масса атома 2) и тритий ₁³Н или Т (в ядре 1 протон и 2 нейтрона, относительная масса атома 3). Многие элементы в природе имеют несколько изотопов. Большое число изотопов химических элементов получают искусственным путем.

Пример. Исходя из положения элементов в ПСЭ, составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?

Решение. Используя представления о распределении металлических и неметаллических свойств элементов в периодах, а также о зависимости высшей степени окисления от номера группы, можно изменения химических свойств элементов III периода представить в следующей таблице:

Пример. Составить электронную формулу атома кремния и графическую схему заполнения электронами валентных орбита-лей этого атома в нормальном и в возбужденном состояниях.

Р е ш е н и е. Составляем электронную формулу атома кремния. 1s²2s²2p⁶3s²3p². Валентными орбиталями в этом атоме являются орбитали внешнего (третьего) электронного слоя, т.е. 3s-, Зр- и незаполненные Зd-орбитали. Графически схема заполнения электронами этих орбиталей имеет следующий вид:

Размещение электронов на 3р-подуровне показано здесь в соответствии с правилом Хунда: суммарный спин атома имеет при этом максимальное значение (1). Другие возможные размещения электронов на Зр-подуровне, например,

3p 3p

отвечают нулевому значению суммарного спина атома и, следовательно, соответствуют возбужденному состоянию атома.

При затрате некоторой энергии один из 3s-электронов атома кремния может быть переведен на вакантную Зр-орбиталь; при этом энергия атома возрастает, так что возникающая электронная конфигурация (1s²2s²2p ⁶3s ¹3p³) также соответствует одному из возможных возбужденных состояний кремния:

Электронными аналогами называют элементы, у которых валентные электроны расположены на орбиталях, описываемых общей для всех элементов формулой. В периодической системе элементов электронные аналоги входят в состав одной подгруппы.

Пример. На каком основании хлор и марганец помещают в одной группе периодической системы элементов? Почему их помещают в разных подгруппах? Р е ш е н и е. Электронные конфигурации атомов:

Cl 1s²2s²3p⁶3s²3p⁵; Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s².

Валентные электроны хлора — 3s²3р⁵, а марганца — 3d⁵4s²; таким образом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов - 7. На этом основании оба элемента помещают в одну и ту же седьмую группу периодической системы, но в разные подгруппы.

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

1. В каких группах и подгруппах периодической системы находятся s- и р-элементы?

2. Какое максимальное число электронов может находиться на третьем и четвертом энергетических уровнях?

3. Как теория строения атома объясняет усиление неметаллических свойств элементов в пределах периода с увеличением атомного номера?

4. Как с точки зрения теории строения атома объяснить усиление металлических свойств элементов с увеличением их атомной массы в пределах группы?

5. На основании строения атома докажите, у какого элемента II группы, у магния или стронция,

сильнее проявляются металлические свойства.

6. Что общего в строении атомов лития, натрия, калия?

7. Назовите элементы I группы, в предпоследнем слое атомов которых содержится 8 электронов,18 электронов.

8. Напишите электронные формулы для ионов: Fe²⁺, Fe³⁺, Cl^-, S^2-, Cu²⁺, Сr³⁺.

9. Может ли ион двухвалентного металла иметь электронную конфигурацию ls²2s²2p⁶3s^l; ls²2s²2p⁶3s²3p⁶?

10. На основании электронной структуры установитехимические свойства элементов с порядковыми номерами 7, 17, 20, 26.

11. Сколько электронных слоев у атомов с числом протонов в ядре 4, 9, 17, 19? Ответ обоснуйте.

12. Для всех ли элементов номер группы соответствует числу электронов в последнем слое атома? Ответ поясните.

13. Сколько неспаренных электронов содержится в основном состоянии в электронных оболочках атомов хлора, серы, углерода?

14. Среди приведенных ниже конфигураций укажите возможные и невозможные: а)1р²; б) 4s²; в) 5f⁴; г) 3d³; д) 4р⁵; е) 2р⁴; ж) 3d⁸.

15. В следующих конфигурациях укажите, какие подуровни достроены, а какие не заполнены электронами до полной их емкости: a)3s²; б) 5d⁸; в) 4f¹⁴; г) 6s¹; д) 2 р⁶; е) 3d¹⁰.

16. Составьте электронную формулу атома элемента, расположенного: а) в шестой группе III периода; б) в четвертой группе в пятом ряду IV периода; в) в седьмой группе в седьмом ряду V периода.

17. Назовите элементы IV, V и VI периодов, у которых заканчивается заполнение d-орбиталей (3d¹⁰, 4d¹⁰, 5d¹⁰).

18. Напишите электронные формулы атомов IV периода седьмой группы.

19. Назовите элементы, имеющие следующие электронные формулы:

а) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵; б) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹;

в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d⁵5s¹;

20. Напишите электронную формулу атома железа. Как распределяются электроны на d-подуровне и какова высшая валентность железа?

21. Назовите элементы, имеющие по одному электрону на 3d-и 4d-пoдypoвняx. Напишите электронные формулы атомов этих элементов и укажите их положение в периодической системе.

22. Исходя из распределения электронов по орбиталям атома кремния в возбужденном состоянии, объясните проявление этим v элементом валентности, равной четырем.

23. На примере марганца и мышьяка покажите применимость правила Хунда.

24. Назовите элементы, имеющие по одному электрону на Зр¹- и 4р¹-подуровнях. Напишите электронные формулы атомов этих элементов и укажите их положение в периодической системе.

25. Сколько свободных d-орбиталей имеет атом ванадия? Напишите для него электронную и электронно-графическую формулы.

26. Пользуясь правилом Хунда, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам (орбиталям) у атомов хлора, кобальта, азота.

27. Напишите электронно-графическую формулу для атома хлора. Сколько электронных пар в атоме хлора и какие орбитали они занимают? Сколько неспаренных электронов в атоме хлора?

28. Могут ли содержаться d-электроны в данном слое, если его структура заканчивается одной из следующих конфигураций: 3s¹; 4p¹; 5f¹¹?

29. Напишите электронные формулы атомов элементов: цезия, лантана, тантала, свинца. К каким элементам они относятся (s, p, d или f)?

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

31. Какой подуровень заполняется в атомах после подуровня 5s?

32. У какого элемента начинает заполняться подуровень 4 f? У какого элемента завершается заполнение этого подуровня?

33. Записать электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра: а) 8; б) 13; в) 18; г) 23; д) 53; е) 63; ж) 83. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей
этих атомов.

34. Среди приведенных ниже электронных конфигураций указать невозможные и объяснить причину невозможности их реализации: а) 1р³; б) 3р⁶; в) 3s²; г) 2s²; д) 2d⁵; e) 5d²; ж) 3f¹²; з) 2р⁴; и) Зр⁷.

35. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы: а) В; б) S; в) As; г) Сr; д) Hg; e) Eu?

36. Структура валентного электронного слоя атома элемента выражается формулой: а) 5s²5p⁴; б) 3d⁵4s¹. Определить порядковый номер и название элемента.

37. Электронная структура атома описывается формулой 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s². Какой это элемент?

38. Написать электронные формулы ионов: а) Sn²⁺; б) Sn⁴⁺; в) Мn²⁺; г) Сu²⁺; д) Cr³⁺; e) S^2-.

39. Составьте электронную формулу атома элемента, подчеркните в формуле валентные электроны, укажите к какому электронному семейству относится данный элемент. Распределите электроны атома по электронным ячейкам и укажите число неспаренных электронов в атоме в нормальном (невозбуждеяном) состоянии. Напишите формулу высшего оксида. Определите число протонов и нейтронов:

а) ³⁵₁₇ Cl и ³⁷₁₇ Cl; б) ⁴²₂₀ Ca и ⁴⁰₂₀ Ca; в) ⁶⁸₃₁Ga и ⁷⁰₃₁Ga; г) ³²₁₆S и ³⁴₁₆S; д) ²³₁₁Na и ²⁴₁₁Na;

и) ⁵⁵₂₅Mn и ⁵⁶₂₅Mn; к) ⁴⁷₂₂Ti и ⁴⁸₂₂Ti; л) ³⁰₁₅P и ³²₁₅P; м) ²⁸₁₄Si и ³⁰₁₄Si; н) ²⁶₁₃Al и ²⁷₁₃Al.

40. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов III периода ПСЭ, отвечающие их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?

41. Что такое сродство к электрону? Как изменяется окислительная активность элементов в ряду N, О, F? Ответ мотивируйте строением атомов данных элементов.

42. Какую высшую степень окисления проявляют мышьяк, хром. марганец? К каким электронным семействам принадлежат эти элементы? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этой степени окисления.

43. Какую низшую степень окисления проявляют фосфор, кислород, фтор, кремний? Почему? Составьте и назовите формулы водородных соединений этих элементов. К какому электронному семейству они относятся?

44. Что понимают под электроотрицательностью? Как изменяются неметаллические свойства элементов в рядах: a) Si, Р, S, Cl; б) Cl, Br, I? Почему?

45. Что такое энергия ионизации? Используя значения J, объясните, какой из металлов - калий, рубидий, цезий или франций– легче всего окисляется.

46. Внешние уровни атомов имеют строение...2s²2p²;...4s²4p ¹;...5s²5p⁴;...6s¹. В каких периодах, группах и подгруппах находятся эти элементы? К каким электронным семействам они принадлежат?

47. Внешний и предвнешний уровень имеет строение:... 3s²3p⁶3d⁴4s²;...4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁴. В каких периодах, группах и подгруппах находятся эти элементы, к какому электронному семейству они относятся? Составьте формулы оксидов, соответствующие высшей степени окисления
этих элементов.

48. Какие степени окисления проявляют углерод и хлор? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов, соответствующие всем возможным положительным степеням окисления этих элементов.

Методические указания для студентов к практическому занятию № 12.