МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э. БАУМАНА
Методические указания к выполнению домашнего задания
по неорганической химии
МОСКВА 2006
Аннотация
рукописи “ Методические указания к выполнению домашнего задания по неорганической химии”
Авторы : В.И. Ермолаева, Н.Н. Двуличанская, Л.А. Хмарцева,
Ю.А. Ершов, Г.Н.Фадеев.
Методические указания содержат более 500 задач по основным разделам неорганической химии, включенным в домашнее задание 1-ого семестра, и примеры решения типовых задач.
Методические указания предназначены для студентов специальности «Промышленная экология и безопасность» и факультета «Биомедицинская техника».
ВВЕДЕНИЕ.
Методические указания по выполнению домашнего задания содержат
задачи по всем основным разделам курса неорганической химии, читаемого
в первом семестре: строение вещества, окислительно-восстановительные
реакции, химия элементов. Всего в домашнем задании содержится более 500 задач.
В методических указаниях подробно рассмотрены примеры решения
типовых задач ко всем разделам домашнего задания.
В разделе «Строение вещества: атом, молекула, кристалл» приведены задачи различной сложности, требующие умения от студента не только составить электронную конфигурацию атома, но и объяснить закономерности в изменении свойств атомов и молекул в соответствии с современными теориями и Периодическим законом или определить тип кристаллической решетки вещества и вычислить ее параметры.
В разделе «Окислительно-восстановительные реакции» приведены уравнения, для которых необходимо подобрать коэффициенты, используя метод электронно-ионных полуреакций, или составить полное уравнение реакции на основе уравнений отдельных полуреакций.
В разделе «Химия элементов» приведены различные типы задач, в которых требуется определить количества реагирующих веществ, используя стехиометрические законы химии, написать уравнения реакций, отвечающих химическим превращениям веществ.
Подобный набор заданий позволит преподавателю по результатам
выполнения домашнего задания объективно оценить уровень усвоения студентами изученного материала.
При выполнении домашнего задания студент получает от преподавателя индивидуальный набор задач, включающий указанные разделы курса.
Оглавление
Введение
Раздел 1. Строение вещества: атом, молекула, кристалл.
-
Атом.
-
Молекула.
-
Метод молекулярных орбиталей.
-
Метод валентных связей.
-
Кристалл.
Раздел 2. Окислительно-восстановительные реакции.
Раздел 3. Химия элементов.
3.1. Химические превращения веществ.
3.2. Стехиометрические расчеты.
3.2.1. Расчеты по уравнениям реакций.
3.2.2. Расчеты по закону эквивалентов.
Примеры решения задач
Раздел 1. Строение вещества: атом, молекула, кристалл.
1.1. Атом
В задачах (1-12) укажите максимальное количество электронов на атомных орбиталях, имеющих заданные значения главного квантового числа
n и орбитального квантового числа
l. Как обозначаются эти орбитали?
№
|
n
|
l
|
№
|
n
|
l
|
№
|
n
|
l
|
№
|
n
|
l
|
1
|
4
|
3
|
4
|
5
|
1
|
7
|
4
|
1
|
10
|
5
|
0
|
2
|
3
|
1
|
5
|
3
|
2
|
8
|
6
|
0
|
11
|
4
|
2
|
3
|
4
|
0
|
6
|
5
|
2
|
9
|
2
|
1
|
12
|
6
|
2
|
В задачах (13-27) напишите электронную формулу атома элемента с указанным порядковым номером
Z, определите значения квантовых чисел
n и
l электронов внешнего энергетического уровня.
№
|
Z
|
№
|
Z
|
№
|
Z
|
№
|
Z
|
№
|
Z
|
13
|
31
|
16
|
8
|
19
|
24
|
22
|
14
|
25
|
35
|
14
|
15
|
17
|
7
|
20
|
12
|
23
|
18
|
26
|
13
|
15
|
21
|
18
|
20
|
21
|
11
|
24
|
22
|
27
|
27
|
В задачах (28-42) определите химический элемент по его положению в указанном периоде и группе Периодической системы, составьте электронную формулу атома элемента, изобразите электронографическую диаграмму внешнего энергетического уровня в основном состоянии атома.
№
|
Период
|
Группа
|
№
|
Период
|
Группа
|
№
|
Период
|
Группа
|
28
|
3
|
III A
|
33
|
2
|
VI A
|
38
|
4
|
IIB
|
29
|
4
|
IV A
|
34
|
4
|
VI B
|
39
|
3
|
IVA
|
30
|
4
|
IV B
|
35
|
3
|
V A
|
40
|
5
|
IVB
|
31
|
3
|
VI A
|
36
|
4
|
VII B
|
41
|
4
|
IA
|
32
|
5
|
II A
|
37
|
4
|
I B
|
42
|
2
|
V A
|
В задачах (43-58) составьте электронные формулы атома элемента в основном и возбужденном состоянии, изобразите электронографические диаграммы внешнего энергетического уровня атома в этих состояниях.
-
№
|
Элемент
|
№
|
Элемент
|
№
|
Элемент
|
№
|
Элемент
|
43
|
P
|
47
|
Sc
|
51
|
As
|
55
|
Ga
|
44
|
Ca
|
48
|
Zn
|
52
|
Sr
|
56
|
Ge
|
45
|
Si
|
49
|
V
|
53
|
Ti
|
57
|
Co
|
46
|
Al
|
50
|
Cr
|
54
|
Fe
|
58
|
Mn
|
В задачах (59 -71) приведены энергии ионизации
I для атомов. Определите наиболее вероятную формулу хлорида указанного атома.
№
|
Атом
|
I1, эВ
|
I2, эВ
|
I3, эВ
|
I4, эВ
|
I5, эВ
|
I6, эВ
|
59
|
B
|
8,296
|
25,15
|
37,92
|
259,30
|
340,13
|
|
60
|
C
|
11,264
|
24,376
|
47,86
|
64,48
|
391,99
|
489,84
|
61
|
Na
|
5,138
|
47,29
|
71,8
|
98,88
|
138,6
|
172,4
|
62
|
Mg
|
7,644
|
15,03
|
78,2
|
109,3
|
141,23
|
186,8
|
63
|
Ti
|
6,83
|
13,57
|
28,14
|
43,24
|
99,8
|
119
|
64
|
Li
|
5,39
|
75,62
|
122,42
|
|
|
|
65
|
Si
|
8,149
|
16,34
|
33,46
|
45,13
|
166,73
|
205,1
|
66
|
Ge
|
7,88
|
15,93
|
34,21
|
45,7
|
93,4
|
123,0
|
67
|
Rb
|
4,176
|
27,56
|
40,0
|
52,6
|
71,0
|
84,4
|
68
|
Sn
|
7,332
|
14,6
|
30,7
|
46,4
|
91,0
|
103,0
|
69
|
Be
|
9,32
|
18,21
|
153,85
|
217,66
|
|
|
70
|
Al
|
5,984
|
18,82
|
28,44
|
119,96
|
153,8
|
190,42
|
71
|
P
|
10,55
|
19,65
|
30,16
|
51,35
|
65,01
|
220,41
|
В задачах (72-85) объясните изменение первой энергии ионизации в указанном ряду элементов. Составьте электронные формулы атомов элементов.
-
№
|
Первая энергия ионизации, эВ
|
№
|
Первая энергия ионизации, эВ
|
72
|
5,39(Li), 9,39(Be), 8,296(B)
|
79
|
7,90(Fe), 7,86(Co), 7,633(Ni)
|
73
|
8,296(B), 11,264(C), 14,54(N)
|
80
|
7,724(Cu), 7,57(Ag), 9,22(Au)
|
74
|
5,128(Na), 7,644(Mg), 5,984(Al)
|
81
|
7,644(Mg), 6,111(Ca), 5,69(Sr)
|
75
|
11,264(C), 8,149(Si), 7,88(Ge)
|
82
|
8,149(Si), 7,88(Ge), 7,33(Sn)
|
76
|
9,39(Be), 7,644(Mg), 6,111(Ca)
|
83
|
6,74(V), 6,88(Nb), 7,7(Ta)
|
77
|
5,984(Al), 8,149(Si), 10,55(P)
|
84
|
6,76(Cr), 7,43(Mn), 7,90(Fe)
|
78
|
6,83(Ti), 6,835(Zr), 5,5(Hf)
|
85
|
13,614(O), 10,357(S), 9,75(Se)
|
1.2. Молекула
1.2.1 Метод молекулярных орбиталей
В задачах (86-93) объясните с позиций метода молекулярных орбиталей изменение энергии разрыва связи
Есв в частицах.
-
№
|
Частица
|
Есв ,
кДж/моль
|
Частица
|
Есв ,
кДж/моль
|
Частица
|
Есв ,
кДж/моль
|
86
|
C2
|
605
|
C2-
|
786
|
C2+
|
531
|
87
|
S2
|
426
|
S2-
|
548
|
S2+
|
522
|
88
|
F2
|
159
|
F2-
|
121
|
F2+
|
323
|
89
|
N2
|
945
|
N2-
|
1020
|
N2+
|
846
|
90
|
Cl2
|
243
|
Cl2-
|
124
|
Cl2+
|
392
|
91
|
Br2
|
194
|
Br2-
|
86
|
Br2+
|
320
|
92
|
Li2
|
102
|
Li2-
|
92
|
Li2+
|
125
|
93
|
I2
|
153
|
I2-
|
106
|
I2+
|
254
|
В задачах (94-99) объясните с позиций метода молекулярных орбиталей изменение величины межъядерного расстояния (длины связи)
dсв в частицах.
№
|
Частица
|
Длина связи,
dсв ∙1012, м
|
Частица
|
Длина связи, dсв ∙1012, м
|
94
|
Cs2
|
430
|
Cs2+
|
470
|
95
|
H2
|
74
|
H2+
|
108
|
96
|
C2
|
124
|
C2-
|
127
|
97
|
Li2
|
267
|
Li2+
|
314
|
98
|
Cl2
|
199
|
Cl2+
|
189
|
99
|
P2
|
189
|
P2+
|
199
|
В задачах (100-109) объясните с позиций метода молекулярных орбиталей, как изменяется энергия и длина связи в ряду частиц. Расположите частицы в порядке увеличения прочности связи.
-
№
|
Частицы
|
№
|
Частицы
|
100
|
B2+, B2, B2-
|
105
|
B2 , C2, N2
|
101
|
С2+, С2 , C2-
|
106
|
N2, O2, F2
|
102
|
N2+, N2 , N2-
|
107
|
N2, P2, As2,
|
103
|
F2+, F2 , F2-
|
108
|
С2, N2, O2
|
104
|
Li2+, Li2, Li2-
|
109
|
P2, S2, Cl2
|
1.2.2. Метод валентных связей
В задачах (110-133) с позиций метода валентных связей объясните геометрическую форму частицы, укажите тип гибридизации орбиталей центрального атома, наличие
- и
- связей, изобразите частицу.
№
|
Частица
|
Геометрическая форма
|
№
|
Частица
|
Геометрическая форма
|
110
|
BeF2
|
Линейная
|
122
|
AlF3
|
Плоский треугольник
|
111
|
BCl3
|
Плоский треугольник
|
123
|
SeF6
|
Октаэдр
|
112
|
CF4
|
Тетраэдр
|
124
|
AsBr3
|
Тригональная пирамида
|
113
|
CO2
|
Линейная
|
125
|
PF5
|
Тригональная бипирамида
|
114
|
HCN
|
Линейная
|
126
|
WF6
|
Октаэдр
|
115
|
SCl2
|
Угловая
|
127
|
AlCl3
|
Плоский треугольник
|
116
|
SiH4
|
Тетраэдр
|
128
|
CI4
|
Тетраэдр
|
117
|
BeCl2
|
Линейная
|
129
|
GeF4
|
Тетраэдр
|
118
|
SiI4
|
Тетраэдр
|
130
|
OF2
|
Угловая
|
119
|
COS
|
Линейная
|
131
|
H2O
|
Угловая
|
120
|
SnCl4
|
Тетраэдр
|
132
|
HOF
|
Угловая
|
121
|
NOF
|
Угловая
|
133
|
H2Se
|
Угловая
|
В задачах (134-149) с позиций метода валентных связей объясните пространственное строение частицы, укажите тип гибридизации орбиталей центрального атома, изобразите частицу.
-
№
|
Частица
|
Валентный угол, град
|
№
|
Частица
|
Валентный угол, град
|
134
|
[BeF4]2-
|
F-Be-F 109,5
|
142
|
[GeCl6]2-
|
Cl-Ge-Cl 90
|
135
|
[AlH4]-
|
H-Al-H 109,5
|
143
|
[BrF4]-
|
F-Br-F 90
|
136
|
[PH4 ]+
|
H-P-H 109,5
|
144
|
[ICl4]-
|
Cl-I-Cl 90
|
137
|
[SiF6]2-
|
F-Si-Fr 90
|
145
|
[AlCl4]-
|
Cl-Al-Cl 109,5
|
138
|
[BH4]-
|
H-B-H 109,5
|
146
|
[SnBr6]2-
|
Br-Sn-Br 90
|
139
|
[ClO4]-
|
O-Cl-O 109,5
|
147
|
[PCl6]-
|
Cl-P-Cl 90
|
140
|
[AsF6 ]-
|
F-As-F 90
|
148
|
[CO3]2-
|
O-C-O 120
|
141
|
[AlF6]3-
|
F-Al-F 90
|
149
|
[NO2]+
|
O-N-O 180
|
В задачах (150-163) приведены частицы, для которых указан тип гибридизации орбиталей центрального атома. Используя метод валентных связей, обоснуйте геометрическую форму частицы, укажите наличие
- и
- связей, изобразите частицу.
-
№
|
Частица
|
Тип гибридизации
|
№
|
Частица
|
Тип гибридизации
|
150
|
AlCl3
|
(Al) sp2
|
157
|
HOF
|
(O) sp3
|
151
|
AsF5
|
(As) sp3d
|
158
|
PCl5
|
(P) sp3d
|
152
|
BI3
|
(B) sp2
|
159
|
XeF2
|
(Xe) sp3d
|
153
|
CO2
|
(C) sp
|
160
|
PF5
|
(P) sp3d
|
154
|
CS2
|
(C) sp
|
161
|
NOF
|
(N) sp3
|
155
|
CSCl2
|
(C) sp2
|
162
|
GeH4
|
(Ge) sp3
|
156
|
H2O
|
(O) sp3
|
163
|
BBr3
|
(B) sp2
|
1.3. Кристалл
В задачах (164-187) определите структурный тип решетки, в которой кристаллизуется простое вещество (кубическая гранецентрированная, кубическая объемноцентрированная или типа алмаза), используя экспериментальные данные (плотность вещества
, ребро куба
а), рассчитайте атомный радиус элемента.
№
|
Вещество
|
,
кг/м3
|
а 1010,
м
|
№
|
Вещество
|
,
кг/м3
|
а 1010, м
|
164
|
Al
|
2703
|
4,05
|
176
|
Na
|
970
|
4,20
|
165
|
Li
|
534
|
3,50
|
177
|
Ge
|
5350
|
5,65
|
166
|
Ba
|
3750
|
5,02
|
178
|
Pt
|
21450
|
4,93
|
167
|
-Sn
|
5750
|
6,49
|
179
|
-Fe
|
8140
|
3,64
|
168
|
Cr
|
7200
|
2,89
|
180
|
-Fe
|
7800
|
2,87
|
169
|
W
|
19320
|
3,16
|
181
|
Nb
|
3470
|
3,30
|
170
|
Rb
|
1532
|
5,69
|
182
|
Ta
|
3310
|
3,30
|
171
|
V
|
5960
|
3,04
|
183
|
Mo
|
10200
|
3,15
|
172
|
Pb
|
11340
|
4,95
|
184
|
Cs
|
1900
|
6,00
|
173
|
C(алмаз)
|
3500
|
3,57
|
185
|
Rh
|
12420
|
3,80
|
174
|
Sr
|
2630
|
6,07
|
186
|
Ca
|
1550
|
5,58
|
175
|
Au
|
19320
|
4,08
|
187
|
Ag
|
10500
|
4,08
|
В задачах (188-207) определите структурный тип решетки, в которой кристаллизуется данное вещество (структурные типы NaCl или CsCl ), используя экспериментальные данные (плотность вещества
, ребро куба
а), рассчитайте радиус катиона при известном радиусе аниона
Rанион).
|
№
|
Вещество
|
R анион
∙ 1010,
м
|
,
кг/м3
|
а ∙ 1010,
м
|
№
|
Вещество
|
R анион
∙ 1010,
м
|
,
кг/м3
|
а ∙ 1010 ,
м
|
188
|
LiBr
|
1,96
|
3464
|
5,501
|
198
|
CsF
|
1,33
|
3586
|
6,020
|
189
|
LiF
|
1,33
|
2295
|
4,028
|
199
|
LiI
|
2,19
|
4061
|
6,012
|
190
|
MgS
|
1,82
|
2860
|
5,191
|
200
|
SrS
|
1,82
|
3700
|
6,006
|
191
|
-RbС1
|
1,81
|
2760
|
3,749
|
201
|
MnO
|
1,36
|
5440
|
4,425
|
192
|
LiH
|
1,36
|
780
|
4,093
|
202
|
SrO
|
1,36
|
4650
|
5,083
|
193
|
RbВг
|
1,96
|
3350
|
6,868
|
203
|
MnS
|
1,82
|
3990
|
5,211
|
194
|
-RbCl
|
1,81
|
2760
|
6,412
|
204
|
BaO
|
1,36
|
5720
|
5,542
|
195
|
RbI
|
2,19
|
3550
|
7,340
|
205
|
MgO
|
1,36
|
3580
|
4,213
|
196
|
NH4I
|
2,19
|
2514
|
4,380
|
206
|
BaS
|
1,82
|
4250
|
6,381
|
197
|
CsCl
|
1,81
|
3970
|
4,100
|
207
|
CaO
|
1,36
|
3370
|
4,812
|
следующая страница>