Задача 1.
1. Рассчитайте количество вещества: а) азота массой 14 г; б) кислорода массой 48 г; в) железа массой 112 г; г) фосфора массой 31 г.
Решение:
Единицей измерения количества вещества в химии является 1 моль – это такое количество вещества, которое содержит NА = 6,02*1023 структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов). Масса одного моля вещества называется молярной (атомной) массой вещества, она численно равна сумме атомных масс всех элементов, входящих в соединение, измеряется в г/моль. Количество вещества в молях вычисляют по формуле:
n(В) =
где n(В) – количество вещества;
m(В) – масса вещества,г;
М(В) – молярная масса вещества, г/моль.
а) Молярная масса азота N2: М(N2) = 2*14 = 28 г/моль.
n(N2) = =
б) М(О2) = 2*16 = 32 г/моль
n(О2) = .
в) М(Fe) = 56 г/моль
n(Fe) = .
г) М(Р) = 31 г/моль
n(Р) = .
Ответ: а) n(N2) = 0,5 моль; б) n(O2) = 1,5 моль;
в) n(Fe) = 2 моль; г) n(Р) = 1 моль.
Задача 11.
Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
Решение:
Общее число электронов, входящих в состав атома элемента, равно порядковому номеру этого элемента в таблице Д.И. Менделеева.
Электронная формула отображает распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nlх, где:
n – главное квантовое число, принимает значения 1, 2, 3… Максимальное значение n для элемента – число электронных уровней в атоме элемента, равно номеру периода, в котором находится элемент в таблице. Максимальное количество электронов на каждом уровне равно 2 n2.
l – орбитальное квантовое число, определяет форму, которую принимает электронное облако (в формуле вместо l записывают обозначения подуровней: s, p, d, f).
х - число электронов в данном подуровне (орбитали).
Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем (валентном) уровне равно номеру группы в таблице Менделеева.
При заполнении электронных уровней электрон занимает тот энергетический уровень, на котором он обладает наименьшей энергией – меньшая сумма (n + l) (Правило Клечковского).
Поэтому последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней следующая, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 4f14 5d2-10 6p6 7s2 6d1 5f14…
При распределении электронов по квантовым ячейкам по правилу Хунда в каждой ячейке может находиться не более двух элементов, различающихся своими магнитными квантовыми числами («спинами»). В пределах подуровня сначала в ячейки «заселяется» по одному электрону с одинаковыми магнитными числами, потом по второму с противоположными магнитными числами.
Электронное семейство элемента определяется тем подуровнем, на котором у данного элемента находятся «валентные» электроны, определяющие химическую природу атома.
1) Фтор 9F – элемент номер 9 таблицы Д.И. Менделеева. Общее количество электронов равно 9, количество энергетических уровней n = 2 (номер периода), относится к главной подгруппе VII группы, следовательно содержит на внешнем уровне 7 электронов. Электронная формула фтора: 9F 1s2 2s2 2p5.
Распределение электронов по квантовым ячейкам:
^v
^v
^v
^v
^
n = 1 S
n = 2 P
Валентные электроны находятся на заполняющемся р – подуровне, значит, фтор относится к р – электронному семейству.
2) Никель 28Ni – элемент номер 28. Общее количество электронов равно 28, распределены они на 4-х энергетических уровнях (относится к 4-ому периоду).
В соответствии с порядком заполнения орбиталей имеет электронную формулу: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2.
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^v
^
^
^v
28Ni n=1 s
n=2 p
n=3 d
n=4 f
У никеля идёт заполнение 3d – подуровня, поэтому он относится к d – электронному семейству.
Задача 21.
Вычислить тепловой эффект реакции восстановления 1 моль Fe2O3 металлическим алюминием.
Решение:
При восстановлении протекает реакция Fe2O3 + 2Al > Al2O3 + 2Fe