Строение атома и систематика химических элементов

26. Какой элемент имеет в атоме три электрона, для каж­дого из которых n=3 и 1=1? Чему равно для них зна­чение магнитного квантового числа? Должны ли они иметь антипараллельные спины?

27. Укажите значения квантовых чисел n и 1 для валент­ных электронов в атомах элементов с порядковыми но­мерами 11, 14, 20, 23, 33.

28. Какое значение имеет: а) орбитальное квантовое число для энергетических подуровней, емкость которых равна 10 и 14; б) главные квантовые числа для энергетичес­ких уровней, суммарная емкость которых равна 32, 50 или 72?

29. Составьте таблицу, в которой укажите для s-, p-, d- и f-энергетических подуровней: значения 1; число АО; энергетическую емкость. Напишите электронную фор­мулу подуровней.

30. Учитывая емкость энергетических уровней, покажите, сколько энергетических уровней содержит электронная оболочка атома из 18, 36, 54 или 86 электронов.

31. В атоме элемента находится 5 энергетических уров­ней, на 5-м энергетическом уровне - 7 валентных элек­тронов. Какими квантовыми числами они характери­зуются?

32. Каждой сумме n+1 соответствует n значений для каж­дого квантового числа, например, если n+l=5, то n и 1 могут иметь значения: n = 1, 2, 3, 4, 5; 1 = 4, 3, 2, 1, 0. Все ли из этих сочетаний n и 1, дающих сумму 5, возможны? Сколько АО и какие дадут реализуемые сочетания n и 1?

33. Масса ядра атома некоторого изотопа равна 181 уг.ед. В электронной оболочке атома содержится 73 электро­на. Указать: а) сколько протонов и нейтронов содер­жится в ядре атома; б) электронную формулу эле­мента; в) какой это элемент.

34. Энергетическая емкость атома некоторого элемента 35 электронов. Сколько протонов содержится в ядре атома? Указать порядковый номер элемента и его наз­вание. Составить электронную формулу.

35. Указать число электронов, отдаваемых электронейт­ральным атомам при следующих превращениях: Mg Mg²⁺; A1 A1³⁺; Pb Pb²⁺; Cr Cr³⁺.

Составить электронные формулы атомов и ионов.

36. К каждому из перечисленных ниже ионов прибавлено по 2 электрона: As^5+; Ti⁴⁺; V⁵⁺. Написать электрон­ные формулы исходных ионов и образующихся частиц.

37. Представить по правилу Клечковского электронные формулы атомов и отвечающих им ионов следующих элементов: а) S, S^2–, S⁴⁺, S⁶⁺; б) N^3–, N, N³⁺, N⁵⁺.

38. Напишите электронные формулы атомов элементов и назовите их, если значения квантовых чисел (n, l, m₁, m_s) электронов наружного (последнего) и предпослед­него электронных слоев следующие: а) 6, 0, 0, +1/2; 6, 0, 0, –1/2; 6, 1, –1, +1/2; б) 3, 2, –2, +1/2; 3, 2, –1, +1/2; 4, 0, 0, +1/2; 4, 0, 0, –1/2.

39. Какова энергетическая емкость s-, p-, d- и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

40. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных d-орбиталей у атомов последнего элемента? Опреде­лите валентность и ковалентность элементов.

41. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 15 и 28. Чему равен макси­мальный спин р-электронов у атомов первого и d-элек­тронов у атомов второго элемента?

42. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных d-орбиталей в атомах этих элементов? Определите валентность и ковалентность элементов.

43. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m₁ при орбитальном числе l = 0, 1, 2 и 3? Какие элементы в периодической системе называ­ют s-, p-, d- и f-элементами? Приведите примеры.

44. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: а) 1s²2s²2p⁵3s¹; б) 1s²2s²2p⁶; в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴; г) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²; д) 1s²2s²2p⁶3s²3d². Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно состав­ленные электронные формулы?

45. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у пер­вого происходит “провал” одного 4s-электрона на 3d-подуровень. Чему равен максимальный спин d-элект­ронов у атомов первого и р-электронов у атомов вто­рого элементов?

46. Квантовые числа для электронов внешнего энергети­ческого уровня атомов некоторого элемента имеют сле­дующие значения: n = 4; l = 0; m₁ = 0; m_s = 1/2. Напишите электронную формулу атома этого элемента и определите, сколько свободных 3d-орбиталей он со­держит.

47. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р⁷ или d¹²-электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома эле­мента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

48. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим низшему энергетическому сос­тоянию атомов: марганца, азота, кислорода, кремния, кобальта.

49. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим высшему энергетическому сос­тоянию атомов: фосфора, алюминия, кремния, серы, никеля.

50. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по орбиталям, соответствующим низшему энергетичес­кому состоянию, для атомов элементов с порядковыми номерами 21, 35, 37, 73, 58.

51. Как изменяются радиусы атомов, ионизационные по­тенциалы, сродство к электрону и электроотрицатель­ность элементов внутри периода и при переходе от од­ного периода к другому в пределах данной группы? Атомы каких элементов имеют максимальные и мини­мальные значения этих величин?

52. Какую информацию о месте элемента в периодической системе и его свойствах можно получить, зная по­рядковый номер элемента? Покажите это на примере элементов с порядковыми номерами 20, 24, и 25.

53. Атом элемента имеет электронную формулу 1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁵. Определите место элемента в периодической системе и напишите для него электронные формулы иона Э^– и условного иона Э⁷⁺.

54. Из двух элементов один образует ион Э⁺³, а другой - Э^3–. Оба иона имеют одинаковую электронную кон­фигурацию, которая выражается формулой 1s²2s² 2p⁶3s²3p⁶. Определите период, группу, подгруппу, и порядковый номер каждого элемента.

55. Конфигурация валентных электронов в атомах двух элементов выражается формулами: а) 3s²3p² и 3d²4s²; б) 3d³4s² и 4s²4p³. В каких периодах и группах находятся эти элементы? Должны ли они отличаться по своим свойствам, имея одинаковое число валентных электронов?

56. Укажите, какое из сравниваемых двух соединений яв­ляется более сильным основанием: а) NaOH или CsOH; б) Са(ОН)₂ или Ва(ОН)₂; в) Zn(ОН)₂ или Сd(ОН)₂. Почему?

57. Какое строение электронных слоев у элементов под­группы скандия при степени их окисления +3? Как из­меняются основные свойства гидроксидов этих ме­таллов по подгруппе сверху вниз? Почему?

58. Объяснить, как меняются окислительные свойства и сила кислот в ряду HClO, HClO₂, HClO₃, HClO₄?

59. У какого из элементов пятого периода - молибдена или теллура сильнее выражены металлические свойства и почему?

60. Исходя из положения германия и технеция в периоди­ческой системе, составьте формулы мета-, ортогерма­ниевой кислот и оксида технеция, отвечающие их выс­шей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически. Определите степень окисления и валентность германия и технеция в этих соедине­ниях.

61. 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?

62. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность р-элементов в периоде, в груп­пе периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему? Приведите примеры.

63. Исходя из положения германия, молибдена и рения в периодической системе, составьте формулы водород­ного соединения германия, оксида молибдена и ре­ниевой кислоты, отвечающие их высшей степени окис­ления. Изобразите формулы этих соединений графи­чески и определите валентность данных элементов.

64. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная актив­ность неметаллов в периоде и группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемен­та.

65. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется кис­лотно-основной характер этих соединений при пере­ходе от натрия к хлору? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида алюминия.

66. Какой из элементов четвертого периода - ванадий или мышьяк - обладает более выраженными металличес­кими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотиви­руйте, исходя из строения атомов данных элементов.

67. Марганец образует соединения, в которых он прояв­ляет степень окисления +2, +3, +4, +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида марганца (IV).

68. У какого элемента четвертого периода хрома или селе­на - сильнее выражены металлические свойства? Ка­кой из этих элементов образует газообразное соедине­ние с водородом? Ответ мотивируйте строением ато­мов хрома и селена.

69. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, се­ра, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соеди­нений алюминия с данными элементами в этой сте­пени окисления. Как называются соответствующие со­единения?

70. У какого из р-элементов пятой группы периодической системы - фосфора или сурьмы - сильнее выражены не­металлические свойства? Какое из водородных соеди­нений данных элементов более сильный восстанови­тель? Ответ мотивируйте строением атома этих эле­ментов.

71. Исходя из положения металла в периодической сис­теме, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ва(ОН)₂ или Mg(ОН)₂; Cа(ОН)₂ или Fe(ОН)₂; Cd(ОН)₂ или

Sr(ОН)₂?

72. Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: СuOH или Сu(ОН)₂; Fe(ОН)₂ или Fe(ОН)₃; Sn(ОН)₂ или Sn(ОН)₄? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида олова (II).

73. Какую низшую степень окисления проявляют водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соеди­нений кальция с данными элементами в этой их сте­пени окисления. Как называются соответсвующие со­единения?

74. Какова современная формулировка периодического закона? Объясните, почему в периодической системе элементы аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и про­тактинием, хотя и имеют большую атомную массу?

75. Какую низшую и высшую степени окисления прояв­ляют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

76. Что называют линией связи и углом связи, или ва­лентным углом? Как называют связь, которая обра­зуется перекрыванием электронных облаков вдоль ли­нии связи? Приведите примеры образования σ-связи.

77. Почему при наличии одной связи между атомами она может быть только σ-связью? При каких условиях об­разуются π-? Для всех ли форм электронных облаков возможно образование этих связей?

78. Приведите примеры молекул, которые содержат между соседними атомами: а) только σ-связи; б) одну σ- и одну π-связи, в) одну σ- и две π-связи. Сколько σ- и π-связей содержат молекулы: CC1₄, SO₃, C₂H₄, C₂H₂?

79. Перечислите возможные типы гибридизации s- и p-ор­биталей. В каком из них гибридные орбитали по энер­гии и форме в наибольшей степени приближаются к исходной s- или p-орбитали?

80. Какие АО не могут участвовать в гибридизации? Воз­можна ли гибридизация орбиталей: а) 3p- и 4s-; б) 4s- и 5р-; в) 4s- и 4р-; е) 4s-, 4p- и 4d-? Почему?

81. Какое влияние оказывает не поделённая электронная пара на углы между связями? Как это можно объяс­нить? Почему угол НОН в молекуле Н₂О меньше угла HNH в молекуле NH₃?

82. Какую связь называют водородной и почему ее об­разуют только те атомы водорода, которые связаны с атомами наиболее электроотрицательных элементов? Назовите их.

83. Почему для молекул H₂S и НС1 в отличие от Н₂О и НF образование водородных связей не характерно?

84. Чем объяснить значительно более высокие температу­ры плавления и кипения воды и фтороводородной кис­лоты по сравнению с теми, которые должны соответст­вовать их молярным массам?

85. Покажите схемами два возможных механизма обра­зования ковалентной связи. При какой структуре элек­тронных оболочек атомов возможен тот и другой слу­чай? Влияет ли механизм образования ковалентной связи на ее свойства?

86. Какие атомы или ионы называют донорами и акцеп­торами электронных пар? Приведите примеры.

87. Кроме таких параметров, как энергия и длина связи, какими тремя свойствами характеризуется ковалентная связь? Что понимается под насыщаемостью ковалент­ной связи и чем она определяется?

88. Чем объясняется способность многих элементов к об­разованию числа связей, превышающего число неспа­ренных электронов в их атомах? Какое состояние ато­ма называют основным и возбужденным? Приведите примеры.

89. Сравните возможности промотирования электронов в атомах азота, кислорода и фтора с теми же воз­можностями в атомах аналогов по группе, например, фосфора, серы и хлора.

90. Сколько валентных электронов и валентных АО имеют атомы: С и Si; N и Р; О и S? Чему равна макси­мальная ковалентность элементов 2-го и 3-го пе­риодов?

91. На примере ряда соединений объясните, как влияет на устойчивость гибридного состояния центрального атома плотность гибридизируемых облаков. Ряд соединений: NH₃ PH₃ AsH₃ SbH₃.

92. Что такое sр³-гибридизация электронных облаков? Ка­кую пространственную конфигурацию имеют молекулы веществ с таким типом гибридизации? Приведите при­меры соответствующих соединений.

93. Какую ковалентную связь называют полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Исходя из значений электроотрицательности атомов соответствующих элементов определите, какая из связей: HJ, JCl, BrF - наиболее полярна.

94. Распределите электроны атома серы по атомным ор­биталям. Сколько неспаренных электронов имеет атом серы в основном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспа­ренными электронами?

95. Нарисуйте энергетическую схему образования моле­кулы He₂ и молекулярного иона He по методу МО и объясните невозможность существования молекулы He₂?

96. Какую химическую связь называют ионной? Каков ме­ханизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите электрон­ные уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

97. Что следует понимать под степенью окисления ато­ма? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов, в соединениях СН₄, СН₃ОН, НСООН, СО₂.

98. Какие силы молекулярного взаимодействия называют ориентационными, индукционными и дисперсион­ными? Когда возникают эти силы и какова их при­рода?

99. Нарисуйте энергетическую схему образования моле­кулярного иона Н и молекулы Н₂ по методу моле­кулярных орбиталей. Где энергия связи больше? По­чему?

100. Нарисуйте энергетическую схему образования моле­кулы О₂ по методу молекулярных орбиталей (МО). Как метод МО объясняет парамагнитные свойства мо­лекулы кислорода?