Вариант 60

Задача № 24

Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Решение. Электронные формулы изображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nlх, где n - главное квантовое число, l - орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение - s, p, d, f), x - число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он будет обладать наименьшей энергией - меньшая сумма n+l.

Заполнение энергетических уровней и подуровней идет в такой последовательности: 1s>2s>2p>3s>3p>4s>3d>4p>5s>4d>5p>6s> (5d1)>4f>(5d2-10)>6р>7s>(6d1)>5f>(6d2-10)>7р

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И.Менделеева, то для элементов № 9 (фтор) и № 28 (никель) электронные формулы имеют вид:

9F 1s22s22p5

28Ni 1s22s22p63s23p63d84s2

Электронная структура атома может быть изображена также в виде схем размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическим изображением атомных орбиталей (АО):

s

n = 1

^v

p

n = 2

^v

^v

^v

^

9F

s

n = 1

^v

p

n = 2

^v

^v

^v

^v

d

n = 3

^v

^v

^v

^v

^v

^v

^v

^

^

f

n = 4

^v

28Ni

Задача № 42

Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s- и p-элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

Решение. Энергией ионизации I называется коли­чество энергии, необходимое для отрыва электрона от невозбужденного атома:

Э0 + I =Э+ + з

Энергия ионизации выражается в кдж/г-ат или эв/атом. Значения энергии ионизации в эв/атом численно равны потенциалам ионизации в в.

Наименьшей энергией ионизации (3 - 5 эв) обла­дают s-элементы I группы, наибольшей — s- и р-элементы VIII группы. Возрастание энергии ионизации (соответственно возрастание восстановительной активности) при переходе от s-элементов I группы к р-элементам VIII группы обусловливается возрастанием эф­фективного заряда ядра. Восстановительная активность s- и p-элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера уменьшается, так как увеличивается радиус и уменьшается эффективный заряд ядра.

Задача № 105

Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ДS для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

Решение. Энтропия отражает движение частиц веществ и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц.

В первой системе энтропия возрастает, так как хотя в жидком состоянии молекулы могут свободно двигаться, для газа возможность хаотического движения больше. Во второй системе энтропия уменьшается, так как уменьшается возможность хаотического движения: в соответствии с sp2-гибридизацией графита атомы углерода в нем объединяются в макромолекулы С, углеродные слои объединяются в кристаллическую решетку в основном за счет межмолекулярных сил – поэтому графит довольно мягок и легко расслаивается, а в алмазе, вследствие sp3-гибридизации каждый атом образует равноценные прочные у-связи с четырьмя соседними – это обуславливает его исключительную твердость.

Для первого превращения ДS = ДS - ДS; для второго - ДS = = ДS - ДS. Используя табличные данные, определим стандартные энтропии Н2О (г), Н2О(ж), С (графит), С (алмаз):

Н2О (г) = 188,72 Дж/(моль*К);

Н2О(ж) = 69,94 Дж/(моль*К);

С (графит) = 5,69 Дж/(моль*К);

С (алмаз) = 2,44 Дж/(моль*К).

а) ДS = 188,72 – 69,94 = 118,78 Дж/(моль*К);

б) ДS = 2,44 – 5,69 = -3,25 Дж/(моль*К).

Вывод. При фазовых превращениях изменение энтропии происходит в большем диапазоне, чем при аллотропических превращениях.

Задача № 130

В гомогенной газовой системе А + В - С + D равновесие установилось при концентрациях: [В] = 0,05 моль/л, [С] = 0,02 моль/л. Константа равновесия