Основные газовые и стехиометрические законы

Пример 1. Какому количеству вещества соответствует 56 г азота и сколько молекул азота содержится в этом количестве?

Решение. Молярная масса атома азота (N) равна 14 г, молярная масса молекулы азота (N₂) равна 28 . Следовательно, 56 г соответствует двум моль.

, (1)

где ν – количество вещества;

m – масса вещества;

M – молярная масса вещества.

= 2 моль

Пример 2. Найти массу 200 л хлора при н. у.

Решение. Из закона Авогадро следует, что один моль любого газа при н. у. занимает объем 22,4 л (молярный объем). Один моль газообразного хлора Cl₂ имеет массу 71 г (молярная масса атома хлора – 35,5 ).

71 г – 22,4 л

x г – 200 л

= 633,2 г.

Задания

1. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NH₃ и в 1 г N₂. В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

2. Сколько молекул содержится в 1,00 мл водорода при нормальных условиях?

3. Исходя из молярной массы углерода и воды, определить абсолютную массу атома углерода и молекулы воды.

4. Выразить в молях: а) 6,02·10²² молекул С₂Н₆; б) 1,8·10²⁴ атомов азота; в) 3,01·10²³ молекул NH₃. Чему равны молярные массы указанных веществ?

5. Определить массу (в граммах) порции гидроксида бария, в котором содержится 1,806·10²³ атомов водорода.

6. Определить массовую долю кислорода (в процентах) в оксиде азота (IV).

7. Определить количество вещества (моль) в порции аммиака, содержащей 2,408·10²³ молекул.

8. Определить массу 11,2 л (н.у.) хлороводорода.

9. Определить число атомов водорода в 6,72 л (н.у.) метана (СН₄).

10. Определить массовую долю (в процентах) кислорода, входящего в состав хлората калия.

11. Определить массу (в граммах) порции сульфата калия, в котором содержится 6,02·10²³ атомов кислорода.

12. Сколько литров водорода, взятого при н.у., можно получить из 360 г воды?

13. Определить количество вещества (моль) в порции оксида натрия, содержащей 1,806·10²³ атомов натрия.

14. Определить молярную массу хлора, если масса 500 мл (н.у.) его равна 1,585 г.

15. Определить число атомов азота в 52,2 г нитрата бария.

16. Какой объем при н.у. занимает смесь 1,35 моль Н₂ и 0,6 моль О₂?

17. Какой из газов легче воздуха: 1) фтор; 2) оксид азота (II); 3) аммиак; 4) кислород; 5) оксид азота (IV). Ответ подтвердите расчетом.

18. Рассчитайте массовую долю кальция в карбонате кальция (%).

19. Вычислите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате сульфата кальция (в процентах) – CaSO₄·2H₂O.

20. Какова масса водорода, содержащего 1·10²³ молекул?

21. Какой объем займет смесь, состоящая из хлора количеством вещества 0,5 моль и кислорода количеством вещества 1,25 моль?

Моль – количество простого или сложного вещества, содержащее такое число структурных частиц: атомов, молекул, ионов или электронов, которое равно числу атомов в 12 г изотопа углерода ₁₂ С и составляет 6,022·10²³ (постоянная Авогадро, N_А).

1 моль – 6,022·10²³ молекул

2 моль – х

= 12,044·10²³ молекул.

Гибридизация орбиталей и определение валентностей.

Строение атома

Пример 1.Один из изотопов урана имеет массовое число А = 238. Каков заряд ядра его атома? Сколько электронов находится на электронных оболочках атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого изотопа?

Решение.Заряд ядра атома Z равен числу протонов в ядре и числу электронов на электронных оболочках и совпадает с порядковым номером элемента. Для урана Z = 92. Ядро состоит из протонов, заряженных положительно, и нейтронов, не имеющих электрического заряда. Массы протона и нейтрона примерно одинаковы. Массовое число A равно сумме числа протонов Z и нейтронов N: А = Z + N. Отсюда число нейтронов в данном изотопе: N = А – Z = 238 – 92 = 146.

Пример 2. Составьте электронные формулы невозбужденных атомов селена и скандия. Приведите графические схемы распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям). К каким электронным семействам относятся эти элементы? Укажите валентные электроны их атомов. Для каждого из валентных электронов приведите значения всех квантовых чисел.

Решение.Электронные формулы:

₃₄ Se 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴

₂₁ Sс 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s²

Графические схемы распределения электронов по квантовым ячейкам:

У селена происходит застройка p-подуровня, поэтому он относится к электронному семейству p-элементов; у скандия – застройка d-подуровня, он относится к электронному семейству d-элементов.

Валентными электронами p-элементов являются s и p электроны внешнего квантового уровня. Для селена это 4s² 4p⁴. Валентными электронами d-элементов являются s-электроны внешнего квантового уровня и d-электроны предвнешнего. Для скандия это 3d¹ 4s². Номер группы указывает максимальное число валентных электронов. Значения квантовых чисел, характеризующих валентные электроны, очевидны из выше приведенных графических схем.

₃₄ Se

Номер электрона	Подуровень	Квантовые числа
n	e	me	ms
	4s				+½
			–½
4p			+1	+½
		+1	–½
			+½
		–1	+½

₂₁ Sc

Номер электрона	Подуровень	Квантовые числа
n	e	me	ms
	4s				+½
			–½
3d			+2	+½

Пример 3. Определить возможные валентные состояния атома хлора (₁₇ Cl).

Решение. Электронная формула ₁₇ Cl – 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵.

В нормальном состоянии атом хлора содержит один неспаренный электрон и его валентность равна единице. Однако у хлора есть пять свободных орбиталей 3d подуровня, за счет этого число неспаренных электронов, а следовательно и валентность, может увеличиваться. При возбуждении атома спаренные электроны внешнего уровня могут распариваться и переходить на свободные орбитали другого подуровня в пределах того же уровня. При возбуждении атома хлора происходит переход 3p-электронов, затем 3s-электрона на свободные d-орбитали. Число неспаренных электронов становится равным соответственно 3, 5 и 7. Хлор проявляет переменную валентность равную 1, 3, 5, 7.

Задания

21-30. Выберите исходные данные в таблице и приведите обоснованные ответы на вопросы.

1). Один из изотопов элемента имеет массовое число A. Каков заряд ядра его атома? Сколько электронов находится на всех электронных оболочках атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого изотопа?

2). Напишите электронную формулу невозбужденного атома этого элемента, приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям).

3). К какому электронному семейству относится элемент?

4). Сколько имеется в атоме элемента электронов с орбитальным квантовым числом l?

Номер задачи	Элемент	A	l	Номер задачи	Элемент	A	l
	26 Fe				35 Br
	53 I				42 Mo*
	25 Mn				24 Cr*
	28 Ni				16 S
	27 Co				17 Cl

^*Следует учесть «провал» электрона с внешнего уровня.

31-40. Выберите исходные данные в таблице и приведите обоснованные ответы на вопросы.

1). Напишите электронную формулу невозбужденного атома элемента с зарядом ядра z, приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям).

2). Укажите валентные электроны его атома. Для каждого из них приведите значения всех квантовых чисел.

3). Сколько в атоме данного элемента электронов с совокупностью главного и орбитального квантовых чисел n и l?

Номер задачи	z	n	l	Номер задачи	z	n	l