Вариант 10

Задача 10.

Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58% кислорода. Вычислите молярную массу эквивалента, молярную и атомную массы этого элемента.

Решение:

Формула оксида Э2О3.

Найдем молярную массу соединения:

48 г/ моль соответствует 31,58% кислорода

х г/моль соответствует 100%

х = 48*100/31,58 = 151,99 г/моль

Молярная масса элемента:

2х + 48 = 151,99

х = 51,99 г/ моль

Данный элемент – хром

Эквивалент хрома равен = 51,99/3 = 17,33

Атомная масса хрома равна молярной массе и равна 51,99 г/моль.

Задача30

Напишите электронные и электронно-графические формулы атомов элементов с порядковыми номерами 22 и 24. Сколько свободных 3d-орбиталей в атомах этих элементов.

Решение:

Элемент с порядковым номером 22 – титан.

Электронная формула:

1s22s22p63s23p64s23d2

В Периодической системе Д.И. Менделеева химический элемент титан расположен в 4 периоде, 4 группе, побочной подгруппе. Ядро атома титана содержит 22 протона и 26 нейтронов, вокруг ядра расположено 22 электрона. Электронная формула имеет следующий вид: 1s22s22p63s23p63d24s2, в графическом виде представлена следующим образом (рис.1).

1 (K)

2 (L)

 3 (M)

 

4 (N)

Рисунок 1 - Схема распределения электронов в нейтральном и невозбужденном атоме титана.

Валентными орбиталями являются орбитали внешней электронной оболочки, находящиеся в самом нестабильном энергетическом состоянии (максимальная валентность титана равна 9, то есть числу валентных орбиталей 4s-, 4р- и Зd-подуровней, причём 4 связи могут образовываться по обменному, а 5 - по донорно-акцепторному механизму).

Титан относится к d-элементам, является переходным металлом.

В атоме титана 3 свободных d- орбитали.

Первым элементом с явлением проскока электрона является хром . Рассмотрим подробнее его электронное строение (рис. 2). У атома хрома на 4s-подуровне не два, как этого следовало бы ожидать, а только один электрон. Зато на 3d-подуровне пять электронов, а ведь этот подуровень заполняется после 4s-подуровня. Чтобы понять, почему так происходит, посмотрим, что собой представляют электронные облака 3d-подуровня этого атома.

Каждое из пяти 3d-облаков в этом случае образовано одним электроном.Общее электронное облако таких пяти электронов имеет шарообразную форму, или, как говорят, сферически симметрично. По характеру распределения электронной плотности по разным направлениям оно похоже на 1s-ЭО. Энергия подуровня, электроны которого образуют такое облако, оказывается меньше, чем в случае менее симметричного облака. В данном случае энергия орбиталей 3d-подуровня равна энергии 4s-орбитали. При нарушении симметрии, например, при появлении шестого электрона, энергия орбиталей 3d-подуровня вновь становится больше, чем энергия 4s-орбитали. Поэтому у атома марганца опять появляется второй электрон на 4s-АО.

Сферической симметрией обладает общее облако любого подуровня, заполненного электронами как наполовину, так и полностью. Уменьшение энергии в этих случаях носит общий характер и не зависит от того, наполовину или полностью заполнен электронами какой-либо подуровень. А раз так, то следующее нарушение следует искать у атома, в электронную оболочку которого последним "приходит"девятый d-электрон. И действительно, у атома меди на 3d-подуровне 10 электронов, а на 4s-подуровне только один.

Электронно-графическая формула атома хрома приведена на рис.2

Рисунок 2 - Рисунок 1 - Схема распределения электронов в нейтральном и невозбужденном атоме хрома.

Таким образом, в атоме хрома нет свободных d-орбиталей, все d-орбитали заполнены.

Задача 50

Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекулы Н2S и линейное строение молекулы СО2?

Решение:

Геометрическая форма молекул соединений зависит от типа гибридных орбиталей, участвующих в образовании ковалентных связей. Гибридным sp-орбиталям отвечает линейная структура молекул, sp2-гибридизация приводит к образованию плоских треугольных молекул, при sp3-гибридизации образуются молекулы тетраэдрической формы, результат гибридизации типа sp3d2 ѕ молекулы октаэдрической конфигурации.

В молекуле Н2S sp3-гибридизация (рис.3).

 

Рисунок 3 - Расположение электронных облаков при sp3-гибридизации ѕ четыре sp3-облака в молекуле Н2S