УУНиТ | ЗХиРТ

Задания по химии для практических занятий и лабораторных работ находятся по ссылке https://disk.yandex.ru/d/yPGy3DSiEeU--w.

Задания для студентов бакалавриата и специалитета приведены в разных файлах с соответствующим названием.

Ссылка на сборник задач по химии под редакцией Беляевой Л.С. https://disk.yandex.ru/d/ypOPEB1Q-Cfg5g

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

ЧАСТЬ 1

Уфа 2021

1. СТРОЕНИЕ АТОМА

Атомы – наименьшая частица химических элементов, состоит из положительно заряженного ядра и движущихся около него электронов. Ядра атомов состоят из двух видов элементарных частиц – протонов и нейтронов. Протон (р) – это частица, имеющая массу 1,67·10^-27 кг и положительный заряд. Нейтрон (n) – незаряженная частица, обладающая массой 1,67·10^-27 кг.

В электронейтральном атоме химического элемента содержится Z протонов (в ядре) и Z электронов (на оболочке).

Число протонов в ядре характеризует заряд ядра (Z) и принадлежность атома данному химическому элементу, соответствует порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И.Менделеева. Его пишут слева внизу у символа элемента.

Сумму протонов (Z) и нейтронов (n), содержащихся в ядре атома, называют массовым числом (А), А = Z + n. Массовое число обычно пишут слева вверху у символа элемента.

Согласно квантово-механической теории, электрон в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами: n, l, m_l, m_s. Приведем характеристику каждого квантового числа и его возможные значения.

Главное квантовое число n определяет энергию и размеры электронных орбиталей. Ввиду того, что n определяет основную характеристику электрона в атоме – квантованность его энергии, эта величина получила название главного квантового числа. Главное квантовое число характеризует энергетический уровень, чем больше n, тем выше энергия квантового состояния. Главное квантовое число принимает значения 1, 2, 3, … ∞.

Орбитальное квантовое число l характеризует форму орбитали, а также энергетические подуровни в электронной оболочке атома. Орбитальное квантовое число зависит от главного и принимает набор целочисленных значений: 0, 1, 2, 3, … (n – 1).

Для обозначения подуровней используют буквы s, p, d, f, при значениях l равных 0, 1, 2, 3 соответственно.

Согласно квантово-механическим расчетам s-орбитали имеют форму сферы, р-орбитали – форму гантели, d- и f-орбитали более сложные формы.

Следует учесть, что чем выше номер энергетического уровня, тем большим набором форм орбиталей он характеризуется. Например:

Главное квантовое число, n	Орбитальное квантовое число, l	Обозначение орбитали
1	0	1s
2	0, 1	2s, 2p
3	0, 1, 2	3s, 3p, 3d
4	0, 1, 2, 3	4s, 4p, 4d, 4f

Таким образом, для электрона первого энергетического уровня
(n = 1) возможна только одна форма орбитали, для второго (n = 2) возможны две формы орбиталей и т.д.

В зависимости от формы, орбитали одного уровня отличаются по энергии, т.е. каждый энергетический уровень делится на подуровни:
1-й уровень содержит один подуровень, 2-й – два, 3-й – три, 4-й – четыре.

Магнитное квантовое число m_l характеризует расположение (ориентацию) орбитали в пространстве вокруг ядра под действием магнитных полей ядра, других электронов и внешнего магнитного поля. Магнитное квантовое число зависит от l и принимает набор значений от –l, включая 0, до +l.

Следовательно, s-состоянию отвечает одна орбиталь,
р-состоянию – три, d-состоянию – пять, f-состоянию – семь орбиталей.

Например, для l = 2 возможные значения m_l будут: -2; –1; 0; +1; +2, т.е. на данном подуровне (d-подуровень) существует пять орбиталей.

Спиновое квантовое число или спин m_s характеризует собственный момент количества движения электрона, являясь свойством электрона. Спиновое квантовое число имеет только два значения: +½ и –½. Положительное и отрицательное значения m_s связаны с направлением собственного момента количества движения электрона. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками.

Главное (n), орбитальное (l) и магнитное (m_l) квантовые числа характеризуют атомную орбиталь (АО) – область пространства, в котором вероятно нахождение электрона в атоме. Набор атомных орбиталей с n = const, называют энергетическим уровнем, набор атомных орбиталей с l = const – энергетическим подуровнем. Например, запись 4 d отвечает подуровню с n = 4 и l = 2.

Каждый энергетический подуровень содержит то число АО, сколько значений m_l отвечает данному значению l. Например, при l= 1 получаем три значения: m_l = –1, 0, +1 (p-подуровень, три p-АО).

Согласно принципу Паули, каждая орбиталь (n, l, m_l = const; обозначается на рисунках квадратной ячейкой) не может принять более двух электронов и обязательно с антипараллельными спинами.

Атом элемента характеризуется следующими свойствами.

Радиус атома орбитальный – теоретически рассчитанное положение главного максимума плотности внешних электронных облаков. На практике пользуются эффективным радиусом. Эффективный радиус – ½ расстояния между ядрами атомов химически связанных элементов.

Энергией ионизации, I – называется количество энергии, необ-ходимое для отрыва электрона от атома или иона: Э⁰ + I = Э⁺+ .

Сродством к электрону, F – называется энергетический эффект процесса присоединения электрона к атому: Э⁰+ = Э^- ± F.

Понятие относительной электроотрицательности (ОЭО) позволяет оценить способность атома данного элемента к оттягиванию на себя электронной плотности по сравнению с другими элементами соединения. Эта способность зависит от энергии ионизации атома и его сродства к электрону. Согласно Малликену, относительная электроотрицательность атома может быть выражена как полусумма его энергии ионизации и сродства к электрону:

ЭО = ½ (I + F).

Степень окисления – заряд атома элемента в соединении, вычисленный исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Принято указывать степень окисления арабской цифрой сверху символа элемента со заком «+» или «–» перед цифрой (например, Cl⁺⁷).

Решение типовых задач

Пример 1.1. Для химического элемента вольфрама, напишите распределение электронов в порядке заполнения орбиталей в нормальном и возбужденном состояниях. Приведите электронно-графическую формулу валентных электронов. Определите число протонов и нейтронов в атоме .

Р е ш е н и е

Распределение электронов в порядке заполнения орбиталей для атома ₇₄W в нормальном состоянии, т.е. электронную формулу, напишем согласно правилу Клечковского с учетом энергии каждого уровня и подуровня:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d⁴.

Для проявления возбужденного состояния атома представим электронно-графическую формулу валентного слоя:

нормальное состояние

↑↓

↑

При возбуждении атома электроны переходят в более высокое энергетическое состояние в пределах внешнего уровня:

возбужденное состояние

↑

Порядковый номер элемента вольфрама равен 74, соответственно число протонов в ядре и, следовательно, заряд ядра (Z), атома вольфрама равны 74.

Массовое число (А) у атома вольфрама – 184, тогда число нейтронов n= А – Z = 184 – 74 = 110.

Следовательно, у атома вольфрама имеется 74 протона и 110 нейтронов.

Пример 1.2. Составьте таблицу значений четырех квантовых чисел: n, l, m_l, m_s, если известно значение одного из квантовых чисел, например, n = 4.

Р е ш е н и е

В примере n = 4, что соответствует четвертому энергетическому уровню, который содержит четыре подуровня, а именно 4s, 4p, 4d, 4f, и следовательно, орбитальное квантовое число принимает значения 0; 1; 2; 3. Каждому значению орбитального квантового числа отвечает определенное количество значений магнитного квантового числа, равное 2 l +1.

При данном n = 4 запишем значения всех квантовых чисел в виде табл. 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

n	l	m_l	m_s
4	0	0	+½; –½
	1	-1; 0; +1	+½; –½
	2	-2;-1;0;+1;+2	+½; –½
	3	-3;-2;-1;0;+1;+2;+3	+½; –½

Пример 1.3. Определите элемент, последний по порядку заполнения электрон которого характеризуется следующими значениями квантовых чисел: n = 6, l = 2, m_l = 1, m_s= +½. Представьте электронную формулу в порядке заполнения орбиталей выбранного элемента.

Р е ш е н и е

Последний по порядку заполнения электрон атома, который характеризуется приведенными значениями квантовых чисел, занимает 6 энергетический уровень (n = 6), d- подуровень (l = 2). Значению l = 2 соответствует пять значений
m_l = –2, –1, 0, +1, +2 и пять d-АО. Значению m_l =1 отвечает четвертая слева направо АО.

↑

Т.к. m_s=+½, эту четвертую орбиталь занимает единственный (неспареный) электрон.

В соответствии с правилом Хунда, p-, d-, f-подуровени вначале занимают электроны с параллельными спинами по одному на каждую АО, а затем – электроны с противоположно направленными спинами. Следовательно, данный электрон будет записываться как 6d⁴.

Запишем электронную формулу элемента в порядке заполнения орбиталей: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d⁴. Это 106 элемент – сиборгий.

Пример 1.4. Приведите координаты элементов, т.е. определите, к каким периоду, группе, семейству Периодической системы элементов они относятся.

Напишите распределение электронов для ₈₀Hg и ₅₆Ва. Укажите их валентные электроны. Объясните, в чем сходство и различие элементов с учетом следующих параметров: возможные степени окисления, радиус атома, энергия ионизации, относительная электроотрицательность, восстановительная и окислительная способности.

Р е ш е н и е

Оба элемента находятся в шестом периоде и во II группе. Следовательно, внешние электроны расположены на шестом энергетическом уровне (n=6). Поскольку у Ва последним заполняется
s-подуровень, этот элемент относится к s-семейству. У ртути (Hg) идет заполнение d-подуровня, следовательно, это d-элемент. Но последний электрон у Hg (d -электрон) расположен на предвнешнем уровне, а у Ва (s -электрон) – на внешнем. Поэтому, Hg – элемент побочной, Ва – главной подгруппы.

Напишем распределение электронов в порядке заполнения орбиталей:

для ₅₆Ва 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²

для ₈₀Hg 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰.

Выпишем отдельно валентные электроны:

для ₅₆Ва это 6s², для ртути ₈₀Hg – 6s²5d¹⁰.

Валентный слой Ва, содержащий 2 электрона, представим графически:

в нормальном состоянии

↑↓

в возбужденном состоянии

↑

Теоретически возможные степени окисления бария будут 0 и +1; +2.

У ртути валентный слой содержит 12 электронов:

в нормальном состоянии:

↑↓

в возбужденном состоянии:

↑

↑↓

↑

Возможные степени окисления ртути будут 0; +1; +2.

Рассмотрим периодичность изменения свойств атомов.

Атомы ₅₆Ва и ₈₀Hg находятся в одном периоде, и радиус атома(r_ат) ₅₆Ва значительно больше радиуса атома ₈₀Hg. Объясняется тем, что в периодах атомные радиусы по мере увеличения заряда ядра, имеют тенденцию к уменьшению, так как при одинаковом числе электронных слоев возрастает заряд ядра, а, следовательно, притяжение им электронов. Действительно, согласно табличным данным r_ат(Ва) = 0,221 нм, r_ат(Hg) = 0,160 нм.

При удалении электронов от ядра в процессе ионизации необходимо затратить энергию, причем тем большую, чем больше заряд ядра. Энергия ионизации и относительная электроотрицательность по периоду немонотонно возрастает. Энергия ионизации является мерой восстановительной способности атома.

Оба элемента относятся к металлам и являются восстановителями. Энергия ионизации и относительная электроотрицательность у атома ₅₆Ва меньше, чем у атома ₈₀Hg. Это свидетельствует о том, что восстановительная способность атома Ва выше, чем у атома Hg.

Сходные признаки и различия указанных элементов могут быть представлены в виде таблицы.

	Элемент 1	Элемент 2
Период
Группа, подгруппа
Семейство
Металл/неметалл
Радиус атома
Энергия ионизации
ОЭО

Пример 1.5. Объясните, что характеризуют и как изменяются радиус атома, энергия ионизации, восстановительная способность, сродство к электрону, относительная электроотрицательность: а) по периоду слева направо ₃₈Sr - ₅₂Te, б) по группе сверху вниз ₁₉K - ₅₅Cs?

Р е ш е н и е

В периодах атомные радиусы по мере увеличения заряда ядра, в общем, уменьшаются, так как при одинаковом числе электронных слоев возрастает заряд ядра, а, следовательно, притяжение им электронов.

В пределах каждой подгруппы элементов, как правило, радиусы атомов увеличиваются сверху вниз, так как наряду с увеличением заряда ядра возрастает число электронных уровней.

По периоду энергия ионизации немонотонно возрастает. Резкие максимумы соответствуют атомам благородных газов, которые обладают наиболее устойчивой электронной конфигурацией s²p⁶.

В пределах одной группы с увеличением порядкового номера энергия ионизации обычно убывает, что связано с увеличением расстояния внешнего электронного уровня от ядра.

В периодах сродство к электрону и окислительные свойства элементов возрастают, в группах, как правило, уменьшаются.

В периодах наблюдается общая тенденция роста величины относительной электроотрицательности, а в группах – ее падение.

Пример 1.6. Напишите электронную формулу в порядке заполнения орбиталей химического элемента хрома. Приведите электронно-графическую валентных электронов в устойчивых степенях окисления. Приведите примеры соединений хрома в этих степенях окисления.

Р е ш е н и е

Запишем электронную формулу атома хрома Cr⁰, в порядке заполнения орбиталей, с учетом эффекта провала электрона 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵. Валентный слой атома хрома содержит 6 электронов.

Для хрома характерны следующие устойчивые степени окисления: 0, +2, +3, +6.

Представим электронно-графические формулы валентных электронов в этих степенях окисления:

Cr⁰ 4s

↑

Cr⁺² 4s

↑

Cr⁺³ 4s

↑

Cr⁺⁶ 4s

Нулевая степень окисления хрома проявляется в простом веществе, а также в карбониле [Cr⁰(CO)₆].

Степень окисления +2 хром имеет в гидроксиде Cr(OH)₂, солях типа CrCl₂ и др.

Примером соединения хрома в степени окисления +3 может служить оксид Cr₂O₃. Эта степень окисления наиболее характерна для хрома.

Степень окисления +6 проявляется в оксиде CrO₃, хроматах типа K₂CrO₄ и др.

Задачи

1.1. Для указанного элемента напишите распределение электронов в порядке заполнения орбиталей в нормальном и возбужденном состояниях. Приведите электронно-графическую формулу валентных электронов. Определите число протонов и нейтронов в атоме элемента.

Т а б л и ц а 1.2

Вариант	Элемент	Вариант	Элемент
1	₃₂Ge	1’	₄₀Zr
2	₅₁Sb	2’	₅₃I
3	₃₃As	3’	₅₅Cs
4	₃₁Ga	4’	₄₃Tc
5	₂₆Fe	5’	₅₆Ba
6	₃₄Se	6’	₄₆Pd
7	₄₂Mo	7’	₃₀Zn
8	₃₅Br	8’	₄₇Ag
Окончание табл. 1.2
9	₅₂Te	9’	₄₈Cd
10	₃₈Sr	10’	₅₇La
11	₄₄Ru	11’	₅₈Ce
12	₅₀Sn	12’	₅₉Pr
13	₄₉In	13’	₆₀Nd
14	₄₁Nb	14’	₆₁Pm
15	₄₅Rh	15’	₆₂Sm

1.2. Составьте таблицу значений четырех квантовых чисел: n, l, m_l, m_s, если известно значение одного из квантовых чисел.

Т а б л и ц а 1.3

Вариант	Значения	Вариант	Значения
1	n = 2	1’	l = 2
2	n = 3	2’	n = 1
3	l = 4	3’	n = 3
4	n = 5	4’	l = 4
5	n = 6	5’	n = 5
6	n = 7	6’	n = 6
7	l = 0	7’	n = 7
8	l = 1	8’	l = 0
9	l = 3	9’	l = 1
10	m = 0	10’	l = 3
11	m = 1	11’	m = 0
12	m = 2	12’	m = 1
13	m = 3	13’	m = 2
14	n = 1	14’	m = 3
15	l = 2	15’	n = 2

1.3. Определите элемент, последний по порядку заполнения электрон которого характеризуется следующими значениями квантовых чисел. Представьте электронную формулу в порядке заполнения орбиталей выбранного элемента.

Т а б л и ц а 1.4

Вариант	значения				Вариант	значения
Вариант	n	l	m_l	m_s	Вариант	n	l	m_l	m_s
1	6	0	0	– ½	1’	4	2	–1	+½
2	4	2	+2	–½	2’	6	1	+1	+½
3	6	1	+1	+½	3’	5	1	0	+½
Окончание табл. 1.4
4	4	2	+2	+½	4’	4	3	+3	–½
5	5	1	0	–½	5’	7	0	0	+½
6	5	2	–2	–½	6’	5	2	–1	–½
7	4	1	0	–½	7’	5	2	0	+½
8	5	1	–1	–½	8’	5	1	–1	+½
9	4	3	–3	+½	9’	4	2	–2	–½
10	4	2	0	–½	10’	5	2	+1	–½
11	5	1	+1	+½	11’	6	2	–2	+½
12	5	2	–2	+½	12’	5	2	+1	+½
13	4	2	+1	–½	13’	4	3	–2	+½
14	6	1	0	+½	14’	5	2	+2	–½
15	5	2	–1	+½	15’	5	3	–3	+½

1.4. Приведите координаты указанных элементов, т.е. определите, к каким периоду, группе, семейству Периодической системы элементов они относятся.

Напишите распределение электронов в порядке заполнения орбиталей для элементов. Укажите их валентные электроны. Объясните, в чем сходство и различие элементов с учетом следующих параметров: возможные степени окисления, радиус атома, энергия ионизации, относительная электроотрицательность, восста-новительная и окислительная способности.

Т а б л и ц а 1.5

Вариант		Элементы		Вариант	Элементы
1	₉F		₈₅At	1’		₁₇Cl	₈₅At
2	₂₀Ca		₃₀Zn	2’		₁₉K	₂₉Cu
3	₂₁Sc		₃₁Ga	3’		₂₃V	₃₃As
4	₂₂Ti		₃₂Ge	4’		₃₉Y	₄₉In
5	₅₇La		₈₁Tl	5’		₄₄Ru	₅₂Te
6	₇₂Hf		₈₂Pb	6’		₂₀Ca	₂₇Co
7	₇₃Ta		₈₃Bi	7’		₂₀Ca	₂₈Ni
8	₄₁Nb		₅₁Sb	8’		₇₄W	₈₄Po
9	₄₂Mo		₅₂Te	9’		₇₆Os	₈₄Po
10	₄₀Zr		₅₀Sn	10’		₇₇Ir	₈₅At
11	₂₄Cr		₃₄Se	11’		₇₈Pt	₈₄Po
12	₂₅Mn		₃₅Br	12’		₃₇Rb	₄₇Ag
13	₄₃Tc		₅₂Te	13’		₅₅Cs	₇₉Au
14	₂₆Fe		₃₆Kr	14’		₃₈Sr	₄₈Cd
15	₇₅Re		₈₅At	15’		₄₁Nb	₅₀Sn

1.5. Объясните, что характеризуют и как изменяются радиус атома, энергия ионизации, восстановительная способность, сродство к электрону, электроотрицательность а) по периоду слева направо (табл. 1.6); б) по группе сверху вниз (табл. 1.7).

Т а б л и ц а 1.6

Вариант	Элементы	Вариант	Элементы
1	₈₇Fr - ₁₀₈Hs	1'	₈₈Ra - ₁₀₉Mt
2	₅₅Cs - ₈₆Rn	2'	₅₆Ba - ₈₅At
3	₃₇Rb - ₅₄Xe	3'	₃₈Sr - ₅₂Te
4	₁₉K - ₃₆Kr	4'	₂₀Ca - ₃₅Br
5	₁₁Na - ₁₈Ar	5'	₁₂Mg - ₁₈Ar
6	₃Li - ₁₀Ne	6'	₄Be - ₉F
7	₃₈Sr - ₅₃I	7'	₂₂Ti - ₃₄Sе
8	₂₁Sc - ₃₅Br	8'	₄₀Zr - ₅₃I
9	₁₂Mg - ₁₇Cl	9'	₇₂Hf - ₈₅At
10	₇₄W - ₈₄Po	10'	₂₆Fe - ₃₅Br
11	₄₆Pd - ₅₃I	11'	₄₄Ru - ₅₃I
12	₅₈Ce - ₇₁Lu	12'	₁₃Al - ₁₇Cl
13	₉₀Th - ₁₀₃Lr	13'	₇₆Os - ₈₄Po
14	₃₇Rb - ₅₃I	14'	₂₀Ca - ₃₃As
15	₂₅Mn - ₃₆Kr	15'	₃₇Rb - ₅₂Te

Т а б л и ц а 1.7

Вариант	Элементы	Вариант	Элементы
1	₂₃V - ₇₃Ta	1'	₄₁Nb - ₁₀₄Db
2	₂₆Fe - ₇₆Os	2'	₃₉Y - ₈₉Ac
3	₂₉Cu - ₇₉Au	3'	₁₁Na - ₅₅Cs
4	₃Li - ₈₇Fr	4'	₁₇Cl - ₈₅At
5	₆C - ₈₂Pb	5'	₆C - ₅₀Sn
6	₈O - ₈₄Po	6'	₂₇Co - ₇₇Ir
7	₂₄Cr - ₇₄W	7'	₁₉K - ₈₇Fr
8	₉F - ₈₅At	8'	₁₂Mg - ₅₆Ba
9	₂₁Sc - ₅₇La	9'	₉F - ₅₃I
10	₂₈Ni - ₇₈Pt	10'	₄₀Zr - ₇₂Нf
11	₂₃V - ₇₃Ta	11'	₂₀Ca - ₈₈Ra
12	₄Be - ₈₈Ra	12'	₁₃Al - ₈₁Tl
13	₂₂Ti - ₇₂Hf	13'	₁₄Si - ₅₀Sn
14	₂₅Mn - ₇₅Re	14'	₃Li – ₃₇Rb
15	₃₀Zn - ₈₀Hg	15'	₇N - ₅₁Sb

1.6. Напишите электронную формулу в порядке заполнения орбиталей указанного химического элемента. Приведите электронно-графическую валентных электронов в устойчивых степенях окисления и примеры соединений элемента в этих степенях окисления.

Т а б л и ц а 1.8

Вариант	Элемент	Вариант	Элемент
1	₂₅Mn	1'	₇N
2	₃₅Br	2'	₅₁Sb
3	₁₅P	3'	₅₀Sn
4	₃₃As	4'	₂₈Ni
5	₁₄Si	5'	₂₂Ti
6	₃₄Se	6'	₆C
7	₅₃I	7'	₉F
8	₁₃Al	8'	₈₂Pb
9	₁₇Cl	9'	₃₀Zn
10	₂₇Co	10'	₂₉Cu
11	₂₃V	11'	₇₉Au
12	₇₄W	12'	₂₆Fe
13	₄₁Nb	13'	₂₀Ca
14	₈O	14'	₃₇Rb
15	₁₆S	15'	₄₇Ag

1.7. Вычислите энергию квантов излучения с длиной волны
λ = 600 нм. Какой цвет имеет это излучение?

1.8. Значения энергий энергетических уровней атома водорода составляют –5,44·10^-19, –2,42·10^-19 и –1,36·10^-19 Дж. Рассчитайте, какому энергетическому уровню соответствует каждое значение.

1.9. Рассчитайте скорость электрона, соответствующую длине волны де Бройля, равной 0,01 нм.

1.10. Определите радиус электронной орбиты атома водорода и скорость электрона на ней при n = 3.

1.11. Во сколько раз изменится радиус орбиты и энергия атома водорода при переходе из состояния с n = 5 в состояние с n = 1?

1.12. Определите длину волны λ света, испускаемого атомом водорода при его переходе с энергетического уровня n = 4 на энергетический уровень с n = 2.

1.13. Определите минимальную длину волны в серии Бальмера.

1.14. Природный хлор содержит два изотопа: ₃₅Cl и ₃₇Cl. Относительная атомная масса хлора равна 35,45. Определите молярную долю каждого изотопа хлора.

1.15. Медь встречается в природе в виде двух изотопов: ₆₃Cu и ₆₅Cu. Определите молярную долю каждого изотопа меди, если ее относительная молярная масса равна 63,54.

1.16. Калий встречается в природе в виде двух изотопов: ₃₉K и ₄₁K. Определите молярную долю каждого изотопа меди, если его относительная молярная масса равна 39,098.

1.17. Аргон встречается в природе в виде двух изотопов: ₃₆Ar и ₄₀Ar. Определите молярную долю каждого изотопа аргона, если его относительная молярная масса равна 39,948.

1.18. Магний в природе состоит из трех изотопов, относительные атомные массы двух из них равны 25 и 26, а содержание их составляет 10 и 13 % соответственно. Определите относительную атомную массу третьего изотопа, если относительная атомная масса магния равна 24,305.

1.19. Возможно ли наличие в атоме двух электронов с одинаковыми значениями трех квантовых чисел: n, l, m_l? Объясните и приведите примеры.

1.20. Возможно ли наличие в атоме двух электронов с одинаковыми значениями трех квантовых чисел: n, l, m_s? Объясните и приведите примеры.

1.21. Возможно ли наличие в атоме двух электронов с оди-наковыми значениями трех квантовых чисел: l, m_l, m_s? Объясните и приведите примеры.

1.22. Возможно ли наличие в атоме двух электронов с одинаковыми значениями трех квантовых чисел: n, m_l, m_s? Объясните и приведите примеры.

1.23. На основе учения о строении атома объясните, почему энергетический s-подуровень атома содержит одну атомную орбиталь, р-подуровень – три, d-подуровень – пять и f-подуровень – семь атомных орбиталей. Укажите максимальное число электронов
на s-, p-, d- и f- энергетических подуровнях атома.

1.24. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m_l, m_s? Укажите значение орбитального квантового числа для последнего электрона атома скандия.

1.25. Какие значения принимает магнитное квантовое число при главном квантовом числе n = 3 и орбитальном квантовом числе l = 2?

1.26. Составьте таблицу значений четырех квантовых чисел n, l, m_l, m_s, определяющих каждый из электронов атома фосфора в нормальном состоянии

Номер электрона	n	l	m_l	m_s
1
2
3
и т.д.

1.27. Сколько свободных р-орбиталей содержится в атоме элемента, последний электрон которого характеризуется следую-щими значениями квантовых чисел: n = 5, l = 1, m_l = 0, m_s = + ½?

1.28. Сколько свободных d-орбиталей содержится в атоме элемента, последний электрон которого характеризуется следую-щими значениями квантовых чисел: n = 4, l = 2, m_l = –1, m_s = + ½?

1.29. Сколько свободных f-орбиталей содержится в атоме элемента, последний электрон которого характеризуется следую-щими значениями квантовых чисел: n = 5, l = 3, m_l = –2, m_s = + ½?

1.30. Какие энергетические подуровни и уровни называются валентными? Укажите валентные подуровни в приведенных электронных формулах следующих атомов:

а) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹; б) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴ ;

в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³; г) 1s²2s²2p⁶3s¹.

1.31. Напишите электронные формулы ₂₃V и ₃₃As и покажите различия между d- и р-элементами.

1.32. Напишите электронные формулы ₃₈Sr и ₄₈Сd и покажите различия между s- и d-элементами.

1.33. Напишите электронную формулу атомов ₅₇La и ₅₈Се и для последнего электрона укажите значения всех четырех квантовых чисел.

1.34. Назовите элементы, которым соответствуют следующие электронные формулы:

а) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴; б) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴;

в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s¹.

Определите порядковый номер элементов, период и группу, к которым они относятся.

1.35. Укажите, что объединяет атомы в указанной степени окисления в данном наборе:

As^3-; Ga³⁺; Ge^4-; Kr⁰; Zr⁴⁺; Se^2-.

Напишите электронные формулы данных частиц.

1.36. Объясните зависимость радиуса атомов от порядкового но-мера элементов третьего периода Периодической системы Д. И. Мен-делеева.

1.37. Как изменяется первая энергия ионизации при переходе от лития к другим металлам I группы? На основании ответа объясните, почему лучше использовать в фотоэлементах калий или цезий, чем натрий или литий.

1.38. Значения потенциалов ионизации первых четырех электронов атома бора таковы:

I₁ = 8,29 эВ; I₂ = 25,16 эВ; I₃ = 37,9 эВ; I₄ = 258,73 эВ.

Объясните эти величины на основании электронной конфигурации атома бора и определите число валентных электронов бора.

1.39. Как изменяется радиус атома, энергия ионизации и электроотрицательность для элементов, электронная формула которых описывается выражением ns²(n–1)d⁶?

1.40. Сравните значения сродства к электрону атомов О и S; О и N. Объясните разницу в значениях в каждой приведенной паре атомов. Воспользуйтесь табличными данными.

2. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Химическая связь – взаимодействие атомов, приводящее к образованию молекул простых и сложных веществ, а также кристаллов. При образовании химической связи между атомами происходит изменение электронной плотности.

При образовании химической связи происходит снижение общей энергии системы, т.е. происходит выделение энергии.

Параметры химической связи:

Длина связи (d, l, нм) – расстояние между атомами, образующими связь.
Энергия связи (Е, кДж/моль, эВ/моль) – энергия, которая выделяется при образовании связи.

Различают четыре основных вида химической связи: ковалентная, ионная, водородная и металлическая.

Ковалентная связь – связь, возникающая при образовании общей электронной пары между атомами. В результате обобществления электроны образуют заполненный энергетический уровень.

Важнейшими характеристиками ковалентной связи являются длина, полярность и прочность. На длину связи влияет кратность.

Кратность – число общих электронных пар между атомами. Чем больше общих электронных пар у атомов, тем короче связь.

Прочность ковалентной связи обусловливается устойчивостью общей электронной пары к разрыву.

Существует два механизма образования ковалентной связи: обменный (рекомбинация) и донорно-акцепторный. Атомы и свободные радикалы склонны к рекомбинации – образованию ковалентной связи путём обобществления двух неспаренных электронов, принадлежащих разным частицам. Если реализуется донорно-акцепторный механизм, одна частица, предоставляет электронную пару, и называется донором, а другая частица, принимает эту электронную пару, на вакантную орбиталь, и называется акцептором.

Метод валентных связей: 1) Ковалентная связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит двум атомам.

2) Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются электронные облака.

Свойства ковалентной связи:

Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6.
Направленность обусловлена тем, что электронные орбитали ориентированы определенным образом в пространстве. Характеризуется валентным углом – углом, между воображаемыми прямыми, которые проходят через центры атомов, образующих связь.

Сигма (σ-связь) связь возникает при перекрывании орбиталей, направленных вдоль оси, соединяющей ядра взаимодействующих атомов. Пи (π-связь) связь образуется при перекрывании атомных орбиталей, по обе стороны оси, соединяющей ядра атомов. Дельта (δ-связь) связь возникает при перекрывании всех четырех лопастей двух d-орбиталей, расположенных в параллельных плоскостях. При наложении π- и δ-связей на σ-связи образуются двойные и тройные связи.

Полярность связи – смещение электронной плотности в сторону одного из атомов, образующих связь; при этом образуется диполь.

Гибридизация – смешение атомных орбиталей с разными, но близкими энергетическими состояниями, вследствие чего возникает такое же количество атомных орбиталей, одинаковых по форме и симметрично расположенных в пространстве. Выделяют три основных вида гибридизации: sp-гибридизация, sp²-гибридизация и sp³-гибридизация.

Полярность молекулы определяется геометрией молекулы, наличием неподеленных электронных пар. Если электрический момент диполя молекулы не равен нулю, молекула полярна.

Ионная связь – связь, возникающая в результате электростатического притяжения катионов и анионов. Ионная связь возникает между атомами с большой разностью относительных электроотрицательностей (ОЭО), при которой общая электронная пара переходит преимущественно к атому с большей ОЭО. Примером может служить соединение CsF, в котором «степень ионности» составляет 97 %. Ионная связь – крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу, образуются ионы. {\displaystyle {\mathsf {A}}\cdot +\cdot {\mathsf {B}}\to {\mathsf {A}}^{+}[:{\mathsf {B}}^{-}]}

Комплексные соединения (лат. complexus – сочетание, обхват) или координационные соединения (лат. co – «вместе» и ordinatio – «упорядочение») – соединения (нейтральные молекулы или ионы), которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами.

Состав комплексных соединений.

Внешняя сфера комплексного соединения – остальные частицы, связанные с комплексной частицей ионной или межмолекулярными связями, включая водородные.

Внутренняя сфера комплексного соединения – центральный атом со связанными с ним лигандами, то есть, собственно, комплексная частица.

Комплексообразователь – центральный атом комплексной частицы. Комплексообразователь обычно положительно заряжен и чаще всего это d-металл. Комплексообразователь является акцептором электронов.

Лиганды (адденды) – ионы, атомы или молекулы с неподеленной электронной парой, непосредственно связанные с комплексообразователем. Связь реализуется через донорно-акцепторный механизм. Лиганды являются донорами электронной пары.

Координационное число (КЧ) – число связей, образуемых центральным атомом с лигандами.

Водородная связь – взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством атома водорода: А−Н ^... В (чертой обозначена ковалентная связь, тремя точками - водородная связь). Водородная связь может быть внутри- и межмолекулярная.

Металлическая связь – связь, реализуемая в металлах и сплавах, при которой атомы металла в узлах кристаллической решетки окружены электронным «облаком».

Решение типовых задач

Пример 2.1. Покажите образование молекулы, используя формулу Льюиса. Напишите электронно-графическую формулу атомов в той степени окисления, которую они проявляют в данной молекуле.

Р е ш е н и е

Рассмотрим молекулу HBr.

Запишем электронные и электронно-графические формулы валентных электронов атомов водорода и брома:

↑

₁Н: 1s¹

₃₅Вr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵

↑↓

↑

↑↓

Формула Льюиса. В формуле Льюиса показывается точками количество электронов на внешнем электронном слое у каждого атома.

_{∙ ∙ ∙ ∙}

H∙ + ∙Br: →H : Br :

^{∙ ∙} ^{∙ ∙}

Бром принимает один электрон, а водород – отдает, образуя общую электронную пару.

Электронно-графические формулы атомов в той степени окисления, которую они проявляют в данной молекуле следующие:

₁Н⁺: 1s⁰

₃₅Вr^-: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶

↑↓

Пример 2.2. Покажите образование молекулы, используя формулу Льюиса. Какие орбитали соединяющихся атомов участвуют в образовании связей? Определите количество и тип связей в молекуле.

Р е ш е н и е

а) Рассмотрим молекулу N₂.

Приведем электронно-графическую формулу валентного слоя атома азота.

₇N: 2s²2p³

↑

↑↓

₇N: 2s²2p³

↑

↑↓

Видим, что у азота на внешнем энергетическом слое три неспаренных электрона, следовательно азот может образовать три связи по обменному механизму, связь ковалентная.

Запишем образование молекулы азота через формула Льюиса:

∙ ∙

: N ∙ + : N ∙ → : N ⁝⁝ N:

^{∙ ∙}

Структурно-графическая формула молекулы азота: N≡N.

Нарисуем пространственную форму молекулы N₂:

Перекрывание p-орбиталей по оси, соединяющей центры атомов, приводит к образованию одной σ-связи. Перекрывание р-орбиталей, по обеим сторонам от центров атомов приводит к образованию двух π-связей. Таким образом, тройная связь состоит из одной σ- и двух π -связей.

б) Рассмотрим молекулу C₂H₂.

В нормальном состоянии у атома углерода только два неспаренных электрона, для увеличения количества неспаренных электронов, способных участвовать в обменном механизме, необходимо возбудить атом углерода. Запишем электронно-графическую формулу валентного слоя атома углерода в основном и возбужденном состоянии:

₆С: 2s²2p²

↑

↑↓

₆С*: 2s¹2p³

↑

В возбужденном состоянии у атома углерода четыре неспаренных электрона, следовательно, углерод может образовать четыре связи.

Запишем образование молекулы ацетилена через формула Льюиса:

_{∙ ∙}

H ∙ + ∙ С ∙ + ∙ С ∙ + H ∙ → H : C ⁝⁝ C : H

^{∙ ∙}

Структурно-графическая формула молекулы ацетилена: Н–С≡С–Н.

Орбитали атомов углерода, между которыми образована тройная связь, находятся в состоянии sp-гибридизации. Это означает, что в гибридизации участвует одна s- и одна р-орбиталь, а две р-орбитали остаются негибридизованными. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию σ-связи, а за счёт негибридизованных р-орбиталей соседних атомов углерода образуются две π-связи. Таким образом, тройная связь состоит из одной σ- и двух π -связей. Все гибридные орбитали атомов, между которыми образована тройная связь, а также заместители при них (орбитали атомов водорода и орбитали атомов углерода образуют σ-связи) лежат на одной прямой, а плоскости π-связей перпендикулярны друг другу.

Нарисуем пространственную форму молекулы C₂H₂:

Пример 2.3. С позиций метода валентных связей (ВС) покажите образование молекулы ВН₃. Какова пространственная структура молекулы? Каков тип гибридизации центрального атома в указанном соединении (если есть)? Отметьте полярность связей и полярность молекулы в целом.

Р е ш е н и е

Запишем электронно-графические формулы внешнего слоя атомов бора и водорода:

₁Н: 1s¹

↑

₅В: 2s²2p¹

↑

↑↓

В невозбужденном состоянии атом бора имеет один неспаренный электрон. Для образования трех связей необходимо распаривание 2s-электронов с переходом одного из них на 2р-орбиталь, происходит смешение орбиталей:

₅В*: 2s¹2p²

↑

Запишем образование молекулы ВН₃ через формула Льюиса:

∙ ∙ ∙

3 Н ∙ + · В ∙ → Н : В : Н

Для образования трех одинаковых связей В-Н необходима гибридизация одного 2s и двух 2р-орбиталей - sp²-гибридизация с образованием трех гибридных орбиталей, расположенных в одной плоскости под углом 120⁰ относительно друг друга:

Образованные гибридные орбитали перекрываются с s-орбиталями атома водорода с образованием трех s-связей:

Молекула ВН₃ имеет плоское треугольное строение.

Для определения полярности связей В–Н сравним значения ОЭО атомов В и Н; ОЭО(В) = 2,0; ОЭО(Н) = 2,1. Поскольку электро-отрицательность водорода больше, то связь В–Н будет полярной. Однако в целом молекула ВН₃ не обладает полярностью, так как полярность связей В–Н, направленных к вершинам правильного треугольника, взаимно компенсируется.

Таким образом, в образовании молекулы ВН₃ принимают участие s-орбитали атома Н и sp²-гибридные орбитали бора. Молекула ВН₃ не полярна, хотя содержит три полярные s-связи, имеет плоскую треугольную структуру. Атом В находится в состоянии sp²-гибридизации.

Пример 2.4. В комплексном соединении K₃[Fe(CN)₆] отметьте: комплексообразователь, лиганды, внутреннюю и внешнюю сферы. Определите степень окисления комплексообразователя и координационное число. Напишите уравнение диссоциации комплекса. Назовите соединение.

Р е ш е н и е

В данном соединении комплексообразователь Fe³⁺. Степень окисления иона железа определяется исходя из нейтральности соединения в целом и зарядов входящих в него других частиц: К⁺ и CN^- ; лиганды - ионы CN^-; координационное число - 6; внутренняя сфера [Fe(CN)₆]^3-; внешняя сфера К⁺.

Комплекс диссоциирует в растворе по уравнению:

[Fe(CN)₆]^3- Fe³⁺ + 6CN^-

В соответствии с правилами ИЮПАК это соединение называется гексацианоферрат (III) калия.

Задачи

2.1. Покажите образование молекулы, используя формулу Льюиса. Напишите электронно-графическую формулу атомов в той степени окисления, которую он проявляет в данной молекуле.

Т а б л и ц а 2.1

Вариант	Молекула	Вариант	Молекула
1	НCl	1'	C₂H₄
2	РН₃	2'	SiF₄
3	HF	3'	OF₂
4	O₂	4'	PCl₃
5	NH₃	5'	AsH₃
6	CF₄	6'	SbH₃
7	BeBr₂	7'	BeI₂
8	H₂S	8'	CH₃F
9	N₂	9'	H₂Te
Окончание таблицы 2.1
10	SiH₄	10'	HI
11	BCl₃	11'	H₂O
12	H₂Se	12'	CH₄
13	HBr	13'	CCl₄
14	Br₂	14'	AlCl₃
15	CO₂	15'	CF₄

2.2. Покажите образование молекулы, используя формулу Льюиса. Какие орбитали соединяющихся атомов участвуют в образовании связей? Определите количество и тип связей в молекуле.

Т а б л и ц а 2.2

Вариант	Молекула	Вариант	Молекула
1	Н₂О	1'	C₂H₄
2	РН₃	2'	SiF₄
3	Сl₂	3'	OF₂
4	O₂	4'	PCl₃
5	NH₃	5'	AsH₃
6	CF₄	6'	SbH₃
7	BeBr₂	7'	BeI₂
8	H₂S	8'	CH₃F
9	N₂	9'	H₂Te
10	SiH₄	10'	HI
11	BCl₃	11'	I₂
12	H₂Se	12'	C₂H₂
13	HBr	13'	CCl₄
14	Br₂	14'	AlCl₃
15	CO₂	15'	CF₄

2.3. С позиций метода валентных связей (ВС) покажите образование молекулы. Какова пространственная структура молекулы? Каков тип гибридизации центрального атома в указанном соединении (если есть)? Отметьте полярность связей и полярность молекулы в целом.

Т а б л и ц а 2.3

Вариант	Молекула	Вариант	Молекула
1	Н₂О	1'	C₂H₄
2	РН₃	2'	SiF₄
3	Сl₂	3'	OF₂
4	O₂	4'	PCl₃
Окончание таблицы 2.3
5	NH₃	5'	AsH₃
6	CF₄	6'	SbH₃
7	BeBr₂	7'	BeI₂
8	H₂S	8'	CH₃F
9	N₂	9'	H₂Te
10	SiH₄	10'	HI
11	BCl₃	11'	I₂
12	H₂Se	12'	C₂H₂
13	HBr	13'	CCl₄
14	Br₂	14'	AlCl₃
15	CO₂	15'	CF₄

2.4. В указанном комплексном соединении отметьте комплексообразователь, лиганды, внутреннюю и внешнюю сферы; определите степень окисления комплексообразователя и координационное число. Напишите уравнение диссоциации комплекса. Назовите это соединение.

Т а б л и ц а 2.4

Вариант	Соединение	Вариант	Соединение
1	[Zn(NH₃)₄]Cl₂	1'	[Co(H₂O)(NH₃)₄(CN)]Br₂
2	[Al(H₂O)₆]Cl₃	2'	[Co(NH₃)₅(SO₄)]NO₃
3	K₂[BeF₄]	3'	[Pd(NH₃)₃Cl]Cl
4	K[Al(OH)₄]	4'	(NH₄)₃[RhCl₆]
5	K₂[Be(SO₄)₂]	5'	K₂[Co(NH₃)₂(NO₂)₄]
6	[Pt(NH₃)₂Cl₂]	6'	K₂[Pt(OH)₅Cl]
7	[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂	7'	K₂[Cu(CN)₄]
8	[Cr(H₂O)₅Cl]SO₄	8'	[Cr(H₂O)₄(PO₄)]
9	[Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl	9'	[Cu(NH₃)₂(SCN)₂]
10	[Pt(NH₃)₃Cl]Cl	10'	[Rh(NH₃)₃(NO₂)₃]
11	[Co(NH₃)₅Br]SO₄	11'	[Pt(NH₃)₂Cl₄]
12	Ba[Cr(NH₃)₂(SCN)₄]₂	12'	[Co(NH₃)₅(H₂O)]Cl₃
13	(NH₄)₂[Pt(OH)₂Cl₄]	13'	[Ag(NH₃)₂]NO₃
14	[Pd(H₂O)(NH₃)₂Cl]Cl	14'	K[Ag(CN)₂]
15	[Cu(NH₃)₄](NO₃)₂	15'	[Co(NH₃)₃(NO₂)₃]

2.5. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: KMnO₄, Ba(ClO₃)₂, F₂O, Al(NO₃)₃, H₂SiF₆, H₂O₂, Cr₂(SO₄)₃, K₂Cr₂O₇.

2.6. В чем заключается сущность донорно-акцепторного механизма образования химической связи? Приведите три примера соединений, связь в которых образована по этому механизму.

2.7. Дайте характеристику водородной связи. В каких случаях возможно ее образование? Приведите примеры.

2.8. Приведите формулы трех соединений, в состав которых входят ионы с электронной конфигурацией 1s²2s²2p⁶.

2.9. Какова кратность связей в молекулах: CO и CO₂?

2.10. Почему существует ион NH и не существует ион СН (ответ обоснуйте, приведя электронные формулы)?

2.11. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: K₂CrO₄, Sr(ClO)₂, F₂O,Са₃(РО₄)₂, NH₄NO₃, Fe₂(SO₄)₃.

2.12. Опишите пространственное строение следующих молекул: AlCl₃ и РН₃. Объясните причины их различия

2.13. Опишите пространственное строение следующих молекул: Н₂О, ВеF₂. Объясните причины их различия

2.14. Объясните, почему максимальная валентность фосфора может быть равной пяти, а у азота такое состояние отсутствует.

2.15. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: FeS, K₃[Fe(CN)₆], Fe₂O₃, Mn[PtF₆], CH₂Cl₂, CH₃COOH.

2.16. Какую валентность может проявлять сера в своих соединениях? Приведите электронные формулы в устойчивых степенях окисления.

2.17. Каково взаимное расположение электронных облаков при sp³-гибридизации? Приведите примеры соответствующих соединений. Какую пространственную конфигурацию могут иметь молекулы веществ с таким типом гибридизации?

2.18. В чем причина различной пространственной структуры молекул BCl₃и NH₃ ?

2.19. Какую форму могут иметь трехатомные молекулы типа АВ₂? Рассмотрите на примерах СО₂ и Н₂О.

2.20. Объясните механизм образования молекулы SiF₄. Может ли существовать ион CF ?

2.21. Как изменяется прочность связи в ряду: HF-HCl-HBr-HI? Укажите причины этих изменений.

2.22. Объясните механизм образования ковалентных связей в молекулах NH₃ и в ионе NH . Может ли существовать ион NH ?

2.23. Объясните механизм образования молекулы BF₃ и иона
BF . Какой атом или ион служит донором электронной пары при образовании иона BF ?

2.24. Дипольные моменты молекул BF₃и NF₃ равны соответственно 0 и 0,2 D. Объясните причины неполярности первой и полярности второй молекул.

2.25. Сколько σ- и π-связей содержат молекулы: SF₆, CCl₄, SO₃, PCl₅, POCl₃, C₂H₄, C₂H₂, SO₂Cl₂, COCl₂ ?

2.26. Каково взаимное расположение электронных облаков при sp²-гибридизации? Какую пространственную конфигурацию могут иметь молекулы веществ с таким типом гибридизации? Приведите примеры соответствующих соединений.

2.27. В чем заключается sp-гибридизация атомных орбиталей? Приведите примеры молекул, при образовании которых происходит sp-гибридизация атомных орбиталей. Какова структура этих молекул?

2.28. Приведите формулы трех соединений, в состав которых входят ионы с электронной конфигурацией 1s²2s²2p⁶3s².

2.29. Какие типы химических связей вам известны? Одинаковый ли тип связи в следующих соединениях: HCl, Cl₂, RbCl? Ответы поясните.

2.30. Приведите примеры молекул, которые содержат: а) только σ-связи; б) одну σ- и одну π-связь; в) две σ- и одну π-связь; г) две σ- и две π-связи; ж) четыре σ- и две π-связи.

3. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Первый закон (начало) термодинамики – количество теплоты, сообщенное системе, идет на изменение её внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.

Q = ΔU + W (3.1)

При р = const (изобарный процесс) количество теплоты равно функции состояния, называемой энтальпией (Н)

ΔН = Q_p = ΔU + pΔV (3.2)

Δ_rH⁰– стандартная теплота реакции (стандартная энтальпия реакции), является теплотой одного оборота реакции при заданных условиях.

Δ_fH⁰ – стандартная теплота (энтальпия) образования, равна изменению энтальпии при образовании 1моля сложного соединения из простых веществ, в стандартных условиях.

Δ_сH⁰ – стандартная теплота сгорания, равна изменению энтальпии при сгорании 1 моль вещества в кислороде.

Единицы измерения ΔН – кДж/моль.

Закон Гесса – тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы, и не зависит от пути протекания процесса. Закон выполним при условии р или
V = const.

Второй закон (начало) термодинамики. Постулат Клаузиуса (1850 г): теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому. Для отражения самопроизвольности процесса Клаузиус ввел функцию, которую назвал энтропия (S).

ΔS – энтропия, функция состояния системы, изменения которой при переходе из начального состояния в конечное равно сумме приведенных количеств тепла, сообщенных системе при обратимом переходе из начального состояния в конечное. Энтропия отражает меру беспорядка. Единицы измерения: Дж/(моль·К).

Для элементарного обратимого процесса

ΔSобр.= , (3.3)

для необратимого ΔSнеобр.> . (3.4)

В изолированной системе знак изменения энтропии является критерием направленности самопроизвольного процесса. При этом для реальных процессов, в закрытых системах при условии
(р,Т = const) или (V,T = const), критерием направления само-произвольности процесса является изменение энергии Гиббса (ΔG).

Энергия Гиббса (ΔG) – функция состояния, изменение которой в обратимом изобарно-изотермическом процессе равно максимально полезной работе. Единицы измерения, кДж/моль.

ΔG = ΔН – ТΔS (3.5)

Если ΔG < 0 процесс протекает самопроизвольно;

ΔG > 0 самопроизвольно протекает обратный процесс;

ΔG = 0 в системе равновесие.

Константа равновесия (К_равн.) равна отношению констант скоростей прямой и обратной реакций или отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакций, взятых в степенях стехиометрических коэффициентов, к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степенях стехиометрических коэффициентов. К_равн. можно выразить через уравнение, которое часто называют термодинамическим выражением закона действующих масс, уравнение справедливо только для элементарных реакций.

Покажем выражение константы равновесия на примере реакции:

СН₄(г) + 2О₂(г) = СО₂(г) + 2Н₂О(ж)

К_равн. = , (3.6)

Связь между энергией Гиббса и К_равн. выражается:

= –RTlnK_равн., (3.7)

lnK_равн.= – ; = _.(3.8)

Решение типовых задач

Пример 3.1. Реакция горения протекает по уравнению:

СН₄(г)+2О₂(г) = СО₂(г)+2Н₂О(ж), Q_p=Δ_rH⁰₂₉₈= –890,31 кДж

Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 100 л (н.у.) метана?

Р е ш е н и е

Объем одного моля газа V_M_(г) = 22,4 л/моль.

Найдем количество вещества газообразного метана (СН₄):

n(СН₄) = = = 4,46 моль.

Следовательно, количество теплоты, выделяющееся при сгорании 100 л метана, будет равно

Q_p= · n(СН₄) = –890,31 · 4,46 = –3970,78 кДж.

Пример 3.2. При соединении 27 г алюминия с кислородом выделилось 836,8 кДж теплоты. Определите энтальпию образования оксида алюминия (Al₂O₃).

Р е ш е н и е

Данную задачу можно решить двумя способами:

1) составлением пропорций; 2) используя формулы.

Составим уравнение реакции взаимодействия алюминия с кислородом: 2Al(т) + 3/2O₂(г) = Al₂O₃(г)

1). По уравнению реакции видно, что для получения 1 моля Al₂O₃ необходимо 2 моля атомов Al, что составляет 54 г.

Составим пропорцию:

при взаимодействии 27 г алюминия – выделится 836,8 кДж

54 г алюминия – выделится Q кДж ,

следовательно Q = (54·836,8) : 27 = 1673,6 кДж,

(Al₂O₃) = – 1673,6 кДж., так как энтальпия обратна по знаку теплоте.

2). Решение задачи, используя формулы.

Находим количество вещества Al в 27г:

n(Al) = = = 1 моль.

По уравнению реакции видно, что для получения 1 моля Al₂O₃ необходимо 2 моля атомов Al, следовательно, количество теплоты, выделяющееся при взаимодействии алюминия с кислородом, будет равно

Q_p= · n(Al) = 836,8 · 2 = 1673,6 кДж,

(Al₂O₃)= – 1673,6 кДж.

Пример 3.3. Рассчитаете стандартную энтальпию (стандартный тепловой эффект при постоянном давлении) химической реакции:

С₂Н₂ (г) + 3О₂(г) = 2СО₂(г) + Н₂О(ж).

Для расчета используем значения стандартной энтальпии для данных веществ из табл. П.1.

Р е ш е н и е

По первому следствию из закона Гесса находим для данной реакции

=2·Δ_f (СO₂г)+Δ_f (H₂Oж)–(Δ_f (С₂Н₂г)+3·Δ_f (О₂г))= = 2·(–393,51) + (–285,83) – (226,75 + 3·0) = –1299,58кДж.

Данная реакция является экзотермической.

Пример 3.4. Рассчитайте изменение внутренней энергии (ΔU) в химической реакции:

4NH₃ (г) + 5O₂ (г) = 4NO (г) + 6H₂O (г).

Р е ш е н и е

Согласно первому закону термодинамики и уравнению Менделеева-Клапейрона:

= – Δn_rRT, (3.9)

Δn_r=∑Δn_прод.˗∑Δn_исх.= (4 + 6) – (4 + 5) = 1,

где n_r – число моль газообразных веществ,

R (универсальная газовая постоянная) = 8,31·10^-3 Дж/моль·К;
Т = 298К;

По первому следствию из закона Гесса определяем энтальпию химической реакции. Δ_f исходных веществ и продуктов реакции находим из табл. П.1.

Δ_rH⁰₂₉₈= 4·Δ_f (NOг) + 6·Δ_f (H₂Oг) – 4·Δ_f (NH₃г) –

–5·Δ_f (О₂г) = 4·91,26 + 6·(–241,81)–4·(–45,94)= –902,06 кДж/моль,

Δ_rU⁰₂₉₈ = –902,06 – 8,31·298·10^-3= – 904,53 кДж.

Пример 3.5. Вычислите термодинамическую вероятность ( при Т = 298К для следующей химической реакции :

2СО (г) + 2Н₂ (г) = СН₄ (г) + СО₂ (г)

Рассчитайте предельную температуру равновероятности протекания прямой и обратной реакции. Определите константу равновесия при Т = 298К для данного процесса.

Р е ш е н и е

По первому следствию из закона Гесса рассчитаем стандартные значения энтальпии и энтропии, представленной реакции при Т=298К.

= Δ_f (СO₂г) + Δ_f (СН₄г) ˗2·Δ_f (СO г) ˗2·Δ_f (Н₂г)= = –393,51+(–74,85)–2·(–110,53)= –247,3кДж = –247300Дж;

= Δ (СO₂г) + Δ (СН₄г) –2·Δ (СO г) ˗2·Δ (Н₂г) =

= 213,66+186,27–2·197,55 – 2·130,6 = –253,37Дж/ К.

Чтобы понять будет ли реакция протекать самопроизвольно при указанных условиях, вычислим изменение энергии Гиббса, по значению которой можно судить о термодинамической вероятности протекания реакции:

= – 298

= –247300 – 298 · (–253,37)= –170901,74Дж = –170,9кДж < 0, следовательно, данная реакция будет протекать самопроизвольно.

При термодинамическом равновесии

= – Т_пред. = 0,

следовательно, Т_пред.= = = 976,04 К.

При данной температуре осуществляется равновероятностное протекание реакции.

По изотерме Вант-Гоффа найдем значение константы равновесия при Т = 298К, не зависящей от давления:

= = = 10⁹.

Большое значение свидетельствует о том, что в стандартных условиях идет прямая реакция (К_равн.> 1) .

Задачи

3.1. Вычислите,сколькотеплавыделитсяприсгорании100л(н.у.)углеводорода.Реакция горенияпротекает по уравнению.

Т а б л и ц а 3.1

Вариант	Уравнение
1	C₂H₆(г) + 3,5O₂(г) = 2CO₂(г) + 2H₂O(ж) + 1559,88 кДж
2	C₂H₂(г) + 2,5O₂(г) = 2CO₂(г) + H₂O(ж) + 1299,63 кДж
3	C₂H₄(г) + 3O₂(г) = 2CO₂(г) + 2H₂O(ж) + 1410,97 кДж
4	C₃H₈(г) + 5O₂(г) = 3CO₂(г) + 4H₂O(ж) + 2219,99 кДж
5	C₃H₆(г) + 4,5O₂(г) = 3CO₂(г) + 3H₂O(ж) + 2017,64 кДж
6	C₄H₁₀(г) + 6,5O₂(г) = 4CO₂(г) + 5H₂O(ж) + 3127,94 кДж
7	C₄H₈(г) + 6O₂(г) = 4CO₂(г) + 4H₂O(ж) + 2718,51 кДж
8	C₄H₆(г) + 5,5O₂(г) = 4CO₂(г) + 3H₂O(ж) + 2543,46 кДж
9	C₅H₁₂(г) + 8O₂(г) = 5CO₂(г) + 6H₂O(ж) + 3536,19 кДж
10	C₅H₁₀(г) + 7,5O₂(г) = 5CO₂(г) + 5H₂O(ж) + 3319,51 кДж
11	C₃H₄(г) + 4O₂(г) = 3CO₂(г) + 2H₂O(ж) + 1944,31 кДж
12	C₆H₆(г) + 7,5O₂(г) = 6CO₂(г) + 3H₂O(ж) + 2120,98 кДж
13	C₆H₁₂(г) + 9O₂(г) = 6CO₂(г) + 6H₂O(ж) + 2772,47 кДж
14	C₆H₁₄(г) + 9,5O₂(г) = 6CO₂(г) + 7H₂O(ж) + 3414,22 кДж
15	C₇H₈(г) + 9O₂(г) = 7CO₂(г) + 4H₂O(ж) + 2331,97 кДж

3.2. При соединении определенного количества элемента вещества с кислородом выделилась теплота. Определите энтальпию образования оксида.

Т а б л и ц а 3.2

Вариант	Вещество	Оксид	Масса, г	Выделенная теплота, кДж
1’	Al	Аl₂O₃	32	836,8
2’	B	В₂О₃	27,5	1569,0
3’	P	Р₂О₅	248	6192,3
4’	Fe	Fe₃O₄	560	4100,3
5’	Si	SiO₂	2,8	87,2
6’	Li	Li₂O	28	1190,8
7’	Ca	CaO	160	2538,9
8’	Fe	FeO	112	539,7
9’	S	SO₂	160	1485,3
10’	Na	Na₂O₂	46	416,3
11’	K	KO₂	78	780,0
12’	Cr	Cr₂O₃	26	285,3
13’	Zn	ZnO	13	40,2
14’	Ba	BaO₂	5	14,0
15’	Mg	MgO	12	300,5

3.3. Рассчитайте стандартную энтальпию (стандартный тепловой эффект при постоянном давлении) химической реакции представленной в табл. 3.3. Для расчета используем значения стандартной энтальпии для данных веществ из табл. П.1.

Таблица 3.3

Вариант	Уравнения реакций
1	2CН₃Cl (г) + 3O₂ (г) = 2CO₂ (г) + 2H₂O (ж)+ 2HCl(г)
2	CH₄ (г) + 2O₂ (г) = CO₂ (г) + 2H₂O (г)
3	COCl₂ (г) = CO (г) + Cl₂ (г)
4	CO (г) + H₂O (г) = CO₂ (г) + H₂ (г)
5	2H₂S (г) + 3O₂ = 2H₂O (ж) + 2SO₂ (г)
6	2CH₃OH (ж) + 3O₂ (г) = 4H₂O (ж) + 2CO₂ (г)
7	4HCl (г) + O₂ (г) = 2Cl₂ (г) + 2H₂O (г)
8	CaCO₃ (к) + HCl (ж) = CaCl₂ (к) + CO₂ (г)+ Н₂О(ж)
9	2СН₄(г) + 3О₂(г)+2NH₃(г)=2HCN(г)+6H₂O(г)
10	3Fе₂О₃ (к) + Н₂ (г) = 2Fе₃O₄ (к) + Н₂О (г)
11	FеО (к) + СО (г) = Fе (к) + СО₂ (г)
12	Fе₃О₄ (к) + 4Н₂ (г) = 3Fе (к) + 4Н₂О (г)
13	Fе₃О₄ (к) + Н₂ (г) = 3FеО (к) + Н₂О (г)
14	2NО (г) + Н₂ (г) = N₂O (г) + Н₂О (г)
Окончание таблицы 3.3
15	СО(г) + 3Н₂ (г) = СН₄ (г) + Н₂О (г)
1’	B₂H₆(г) + 6H₂O(г)=2H₃BO₃(к) +6H₂(г)
2’	C₃H₈(г) + 5O₂(г) = 3CO₂(г) + 4H₂O(ж)
3’	C(т) + 2 N₂O(г) = CO₂(г) + 2 N₂(г)
4’	4NH₃ (г) + 3O₂ (г) = 2N₂ (г) +6H₂O (ж)
5’	SO₂ (г) + CO₂ (г) = SO₃ (г) + CO (г)
6’	4NH₃ (г) + 5O₂ (г) = 4NO (г) + 6H₂O (г)
7’	C₄H₁₀(г) + 6,5O₂(г) = 4CO₂(г) + 5H₂O(ж)
8’	2ZnS (к) + 3O₂ (г) = 2ZnO (к) + 2SO₂ (г)
9’	CaO (к) + 3C (граф) = CaC₂ (к) + CO (г)
10’	CH₄ (г) + Cl₂ (г) = CH₃Cl (г) + HCl (г)
11’	H₂S (г) + Cl₂ (г) = 2HCl (г) + S (к)
12’	H₂S (г) + I₂ (г) = 2HI (г) + S (к)
13’	PCl₅ (г) = PCl₃ (г) + Cl₂ (г)
14’	Al₂O₃ (к) + 3SO₃ (г) = Al₂(SO₄)₃ (к)
15’	C₅H₁₂(г) + 8O₂(г) = 5CO₂(г) + 6H₂O(ж)

3.4. Рассчитайте изменение внутренней энергии (ΔU) в химической реакции, представленной в табл. 3.3.

3.5. Вычислите термодинамическую вероятность ( при Т = 298К для химической реакции, представленной в таблице 3.3. Будет ли протекать данная реакция самопроизвольно при указанных условиях? Рассчитайте предельную температуру равновероятности протекания прямой и обратной реакции. Определите константу равновесия при Т = 298К для данного процесса.

3.6. Знаятеплотысгоранияграфитаиалмаза,вычислитенеподдающуюсяэкспериментальномуопределениютеплотупревращенияграфитавалмаз:

С (графит) + О₂ = СО₂ + 393,51 кДж,

С (алмаз) + О₂ = СО₂ + 395,40 кДж.

3.7. Установите,ккакомутипутермодинамическихсистемотносятся следующиесистемы:а) термос со льдом;б) грелкасгорячей

3.8. Сколько теплоты выделится при сжигании 535 г бензола? Запишите реакцию горения.

3.9. Укажите,какиеизфазовыхпереходов будутэкзотермическими,какие–эндотермическими. Объясните ответ.

3.10. По значению Δ_r определите, не проводя расчетов, какая из следующих реакций соответствует образованию жидкой H₂SO₄:

1) H₂SO₄ (г) = H₂SO₄ (ж) Δ_r (реак.1)= – 70 кДж;

2) H₂SO₄· Н₂О(ж) = H₂SO₄(ж) + Н₂О(ж) Δ_r (реак.2)= +28 кДж;

3) Н₂О(г) + SO₃(г) = H₂SO₄(ж) Δ_r (реак.3)= – 176 кДж;

4) Н₂(г) + 2О₂(г) + S(тв) = H₂SO₄(ж) Δ_r (реак.4)= – 814 кДж;

5) Н₂(г) + 2О₂(г) + S(г) = H₂SO₄(ж) Δ_r (реак.5)= – 1093 кДж;

6) Н₂(г) + SO₂(г) + О₂(г) = H₂SO₄(ж) Δ_r (реак.6)= – 517 кДж.

3.11. Вкакомизследующихпроцессовпроисходитнаибольшее положительноеизменениеэнтропии?

1 моль СН₃ОН(тв) ® 1 моль СН₃ОН(г);
1 моль СН₃ОН(тв) ® 1 моль СН₃ОН(ж);
½ моля О₂(г) + 2 моля Na(тв) ® 1 моль Na₂O(г);
1 моль ХеО₄(тв) ® 1 моль Хе(г) + 2 моля О₂(г).

3.12. Привзаимодействии40мл2МраствораHClстакимже количеством2МраствораNaOHтемпературареакционнойсмеси увеличиласьна13,7К.Вычислите тепловой эффект реакции, если удельная теплоемкостьводыравна4,18Дж/(г·К).

3.13. ОпределитеболееустойчивуюстепеньокисленияPbиS поначениям Δ_r реакции: PbO₂(т)+Pb(т)=2PbO(т); 2SO₂(г)+O₂(г)=2SO₃(г).

3.14. Укажите,какойоксид(Al₂O₃илиTl₂O₃)обладаетболееосновнымисвойствами, объясните ответ:

Al₂O₃(тв) + 3SO₃(г) = Al₂(SO₄)₃(тв), Δ_r = – 405 кДж;

Tl₂O₃(тв) + 3SO₃(г) = Tl₂(SO₄)₃(тв), Δ_r = – 442 кДж.

3.15. Длярезкиисваркиметалловиспользуютвысокотемпературное пламя ацетилено-кислородных горелок. Можнолидляэтихжецелейиспользоватьпламяметано-кислороднойгорелки? Рассчитайте, в какой из двух типов горелок и во сколько развыделитсябольшетеплотыприсгоранииодинаковыхобъемовацетиленаи метана.

3.16. Термит(смесьAlиFe₃O₄)используютдлясваркиметаллических изделий, поскольку при сжигании термита выделяетсябольшое количество тепла. Рассчитайте минимальную массу смеси,которуюнужновзять,чтобывыделилось665,3кДжтеплотывпроцессеалюмотермии.

3.17. Присжиганиипаровэтанолавкислородевыделилось494,2кДжтеплотыиосталось19,7лнепрореагировавшегокислорода (измерено в стандартных условиях). Рассчитайте массовыедоликомпонентов висходнойсмеси.

3.18. Найдите теплоту, работу, изменение внутренней энергии иэнтальпии при испарении 6 гтолуола. Температура кипения толуоларавна383К,аудельнаятеплотаиспарения–33,6кДж/моль(парсчитатьидеальнымгазом).

3.19. 100гбензолаиспаряетсяпритемпературекипения(353,36 К) и давлении 1,013 Н/м². Теплота испарения 396,48 Дж/г.Рассчитайтеработурасширения,теплотупроцессаиизменениевнутренней энергии.

3.20. Стандартныеэнтальпиисгоранияциклопропана(газ),графитаиводородаравны2092,8;393,8;285,3кДж/моль(дообразованияжидкойводы).Энтальпияобразованияпропиленаизэлементовравна20,4кДж/моль.Найдитестандартнуюэнтальпиюобразования циклопропана и энтальпию изомеризации циклопропанавпропилен.

3.21. Вычислитеизменениеэнтропии,соответствующее превращению 1 г воды в лед при 0⁰С (ΔН⁰_плавл.=605 кДж/моль).

3.22. Теплотаплавленияльдапри0^оСравна333,5Дж/г.Удельнаятеплоемкостьводыравна4,18Дж/(г·К).Удельнаятеплоемкостьльдаравна2,01Дж/(г·К).НайдитеΔG,ΔH,ΔS дляпроцессапревращения1 мольпереохлажденной воды при–5 ^оС влед.

3.23. Рассчитайтетепловойэффект реакции:СН₄(г)+Cl₂(г)=СН₃Cl(г)+HCl(г),

если известны тепловые эффекты реакций:

1) СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О Δ_r (реак.1)= – 892,0 кДж;

2)2СH₃Сl(г)+3О₂(г)=2СО₂(г)+2Н₂О(ж)+2HCl

Δ_r (реак.2)= – 1374 кДж;

3) 2Н₂(г) + О₂(г) = 2Н₂О(ж) Δ_r (реак.3)= – 571,7 кДж;

4) Н₂(г) + Cl₂(г) = 2HCl(г) Δ_r (реак.4)= – 814 кДж.

3.24. Теплоты растворения сульфата меди CuSO₄ и медного купороса CuSO₄·5Н₂О соответственно равны–66,11 кДжи +11,72 кДж.Вычислите теплотугидратацииCuSO₄.

3.25. Молярнаяэнтропияводородапри298КиР =1,013Н/м²

равна 130,76 Дж/моль. Найдите изменение Δ при нагревании 1 моль Н₂ при Р_атм от 298 до 373 К. Молярная теплоемкость водорода равна 28,89 Дж/моль.

3.26. Вычислитеизменениеэнтропиипринагревании16кгО₂

от 273 до 373 К: а) при постоянном объеме; б) при постоянном давлении. Кислород считать идеальным газом.

3.27. Вычислите изменение внутренней энергии при испарении10 гводы при 293 К, приняв, что пары воды подчиняются законамидеальных газов и что объем жидкости незначителен по сравнению собъемомпара.Теплотапарообразования водыλ =2451,8Дж/г.

3.28. Вычислите реакции восстановления оксида цинка углем с образованием угарного газа.

3.29. При сгорании 2 л бутана (н.у.) выделяется 115 кДж теплоты. Рассчитайте стандартную энтальпию образования бутана.

3.30. Для реакции 4NH₃(г) + 3O₂(г)= 2N₂(г)+6H₂O(ж) рассчитайте стандартные тепловые эффекты при постоянном давлении (Q_p) и объеме (Q_v).

3.31. Для реакции CH₄(г) + 2O₂(г) = CO₂(г) + 2H₂O(ж) рассчитайте стандартные тепловые эффекты при постоянном давлении (Q_p) и объеме (Q_v).

3.32. Для реакции 4NH₃(г) + 5O₂(г)= 4NO(г)+6H₂O(ж) рассчитайте стандартные тепловые эффекты при постоянном давлении (Q_p) и объеме (Q_v).

3.33. Сколько теплоты выделится при сжигании 550г метанола?

3.34. Рассчитайте изменение энтропии (р, Т = const) при смешении 105 г азота, 25 г неона и 65 г криптона.

3.35. Рассчитайте изменение энтропии при изобарном и изохорном охлаждении 3 кг NaClO₃ от 520 до 300 К. Среднюю молярную теплоемкость соли при постоянном давлении в указанном интервале температур считать постоянной, равной 101,85Дж/(моль·К).

4. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ

Скорость химической реакции − изменение количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства.

Для гомогенных реакций реакционным пространством является объем реактора. Отношение количества вещества к объему –концентрация, поэтому скорость гомогенной реакции равна изменению концентрации участников реакции во времени.

Для гетерогенных реакций реакционным пространством является граница раздела фаз, на которой и происходит взаимодействие реагентов. Поэтому скорость гетерогенной реакции равна изменению количества вещества на единице площади соприкосновения реагентов в единицу времени.

1. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагентов. Закон действующих масс для химической кинетики

Согласно закону действующих масс для химической кинетики для реакции:

aA + bB → Продукты

скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ в некоторых степенях. То есть,

(4.1)

где k – константа скорости;

C – концентрация реагентов;

x – кинетический порядок реакции по веществу А;

y – кинетический порядок реакции по веществу В;

x + y – общий кинетический порядок реакции.

Для элементарных (одностадийных) реакций x = а и y = b, для сложных (многостадийных) реакций x и y определяются только экспериментально.

2. Зависимость скорости химической реакции от температуры.

Правило Вант-Гоффа

, (4.2)

где γ – температурный коэффициент.

Уравнение Аррениуса

(4.3)

где А – предэкспоненциальный множитель;

Е_а – энергия активации.

3. Химическое равновесие. Закон действующих масс для химического равновесия. Константа равновесия

Согласно закону действующих масс для химического равновесия для реакции:

аА + bB dD + mM

отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, при
Т = сonst, является величиной постоянной. То есть,

(4.4)

где К_с – константа равновесия, [A], [B], [D], [M] – равновесные концентрации участников обратимого процесса.

Воздействие на химическое равновесие. Принцип Ле Шателье

Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывать внешнее воздействие путем изменения какого-либо из условий (С, р, Т), определяющих положение равновесия, то в системе происходит изменение равновесного состава и смещение положения равновесия в направлении того процесса, протекание которого ослабляет влияние этого воздействия.

Решение типовых задач

Пример 4.1. Для приведенных элементарных (одностадийных) реакций:

а) Н₂(г) + S(тв) = Н₂S(г);

б) Н₂(г) + С₂Н₄(г) = С₂Н₆(г)

1) запишите кинетические уравнения;

2) укажите кинетический порядок по каждому из реагентов и общий кинетический порядок реакции;

3) определите, как изменится скорость каждой реакции при увеличении давления в системе в 2 раза?

Свои ответы поясните или подтвердите расчетами.

Р е ш е н и е

а) Реакция гетерогенная, тогда согласно закону действующих масс для химической кинетики кинетическое уравнение будет иметь вид:

v = k ∙ {C(H₂)}¹

(твердые вещества не входят в кинетическое уравнение, кинетический порядок по реагентам для элементарных реакций совпадает со стехиометрическими коэффициентами).

Данная реакция является реакцией первого порядка по водороду, общий кинетический порядок реакции – первый.

Увеличение давления приводит к пропорциональному увеличению концентрации газообразных участников процесса, тогда после увеличения давления в 2 раза

v´ = k ∙ {2 ∙ C(H₂)}¹ = 2 ∙ k ∙ C(H₂) = 2v,

т.е. скорость реакции увеличится в 2 раза.

б) Реакция гомогенная, кинетическое уравнение имеет вид:

v = k ∙ {C(H₂)}¹ ∙ {С(С₂Н₄)}¹.

Данная реакция является реакцией первого порядка по водороду и первого порядка по этилену, общий кинетический порядок реакции – второй.

После увеличения давления в 2 раза:

v´ = k ∙ {2 ∙ C(H₂)}¹ ∙ {2 ∙ С(С₂Н₄)}¹ = 4 ∙ k ∙ C(H₂) ∙ С(С₂Н₄) = 4v,

т.е. скорость реакции увеличится в 4 раза.

Пример 4.2. Для реакции

аА + bB → Продукты

при увеличении концентрации вещества А в 2 раза скорость реакции выросла в 4 раза, а при увеличении концентрации вещества В в 3 раза скорость реакции не изменилась.

1) определите кинетический порядок по реагентам и общий кинетический порядок реакции;

2) рассчитайте константу скорости реакции, если при концентрациях веществ А и В, равных 0,25 и 1,2 моль/л соответственно, скорость реакции составила 31,25 моль/(л ∙ мин);

3) приведите кинетическое уравнение реакции.

Р е ш е н и е

1) Согласно закону действующих масс для химической кинетики кинетическое уравнение для приведенной реакции в общем виде будет иметь вид:

где х – кинетический порядок реакции по веществу А, у – кинетический порядок реакции по веществу В.

х и у найдем на основе данных о влиянии изменения концентрации каждого реагента на скорость реакции.

а) Для вещества А:

б) Аналогично для вещества В:

На данном этапе кинетическое уравнение будет иметь вид:

2) Рассчитаем константу скорости, используя данные из условия задачи и приведенное выше кинетическое уравнение:

31,25 = k ∙ 0,25², откуда k = 500 л/(моль ∙ мин).

Единицу измерения константы скорости определили, исходя из анализа размерностей: [моль/(л ∙ мин)] = [k] ∙ [моль/л]². Откуда [k] = [л/(моль ∙ мин)].

3) Окончательный вид кинетического уравнения приведенной реакции имеет вид:

Оно позволяет рассчитать скорость реакции при заданных значениях концентраций реагентов А и В.

Пример 4.3. а) Как изменится скорость химической реакции при изменении температуры от 10 до 50^оС, если температурный коэффициент этой реакции γ = 2.

б) При температуре 20 ^оС реакция заканчивается за 24 мин. Определите время протекания этой реакции при температуре 50 ^оС, если температурный коэффициент γ = 2.

в) При повышении температуры с 20 до 50^оС скорость реакции увеличилась в 81 раз. Рассчитайте температурный коэффициент γ этой реакции.

Р е ш е н и е

а) Используем правило Вант-Гоффа:

Скорость реакции возрастет в 16 раз.

(Важно: В уравнение Ван-Гоффа значения температуры можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в градусах Кельвина. Это редкое исключение! В остальных случаях используется только температура в градусах Кельвина!)

б) По правилу Вант-Гоффа

Таким образом, при повышении температуры от 20 до 50 ^оС скорость данной реакции увеличивается в 8 раз, а, следовательно, для проведения реакции потребуется в 8 раз меньше времени, т.е. 24 : 8 = 3 мин.

в) По правилу Вант-Гоффа

Пример 4.4. а) Вычислите энергию активации некоторой реакции второго порядка, если ее константа скорости при 647 К и 700 К равна 8,97 ∙ 10^‒5 и 1,21 ∙ 10^‒3 л/(моль ∙ с) соответственно.

б) Константа скорости реакции первого порядка при Т = 405 К равна 4,15 ∙ 10^‒5 с^‒1. Вычислите константу скорости при 450 К, если энергия активации этой реакции равна 125,0 кДж/моль.

Р е ш е н и е

а) Используем уравнение Аррениуса в логарифмической форме:

Записав это уравнение для обеих температур, составим систему уравнений:

решив которую относительно E_a, получим уравнение

Подставим данные условия задачи:

б) Используем уравнение Аррениуса в логарифмической форме:

Записав это уравнение для обеих температур, составим систему уравнений:

решив которую относительно ln k₂, получим уравнение

Подставим данные условия задачи:

Откуда k₂ = e^‒6,38= 1,70 ∙ 10^‒3 с^‒1.

(Размерность константы скорости зависит от кинетического порядка реакции!)

Пример 4.5. Для обратимой реакции

2СО(г) СО₂(г) + С(тв) кДж

1) запишите выражение константы равновесия;

2) определите направление смещения равновесия при…

а) увеличении концентрации СО;

б) повышении температуры;

в) уменьшении внешнего давления.

Свои ответы поясните.

Р е ш е н и е

1) Данная реакция гетерогенная. Согласно закону действующих масс для химического равновесия, константа равновесия, выраженная через равновесные концентрации участников процесса, будет иметь вид:

(Твердые вещества не входят в выражение константы равновесия!)

2) В соответствии с принципом смещения химического равновесия
Ле Шателье: а) Увеличение концентрации одного из веществ, участвующих в равновесном процессе, ускоряет тот процесс, в котором это вещество расходуется. Равновесие смещается в том же направлении. В данном случае увеличение концентрации СО ускоряет реакцию по его расходованию (т.е. слева направо) и приведет к смещению равновесия вправо, в сторону продуктов реакции;

б) Повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции. В рассматриваемом случае прямая реакция экзотермическая ( ). Соответственно, обратная реакция будет эндотермической. Таким образом, при повышении температуры равновесие в данном случае сместится влево, в сторону реагентов.

в) Увеличение внешнего давления приводит к смещению равновесия в сторону меньших объемов (меньшего числа молей газообразных участников равновесного процесса). В данном случае в левой части уравнения 2 моль газов, в правой части – 1 моль. Следовательно, повышение давления приведет к смещению равновесия вправо, в сторону продуктов реакции.

Задачи

4.1. Для приведенной элементарной (одностадийной) реакции (табл. 4.1)

1) запишите кинетическое уравнение;

2) укажите кинетический порядок по каждому из реагентов и общий кинетический порядок реакции;

3) определите, как изменится скорость каждой реакции при указанном воздействии?

Свои ответы поясните или подтвердите расчетами.

Т а б л и ц а 4.1

Вариант	Уравнение реакции	Воздействие
1	СО₂(г) + С(тв) → 2 СО(г)	Увеличение р в 3 раза
2	2 NO(г) + Н₂ (г) → N₂O(г) + Н₂О(г)	Увеличение V в 2 раза
3	СО(г) + Н₂(г) → С(к) + Н₂О(г)	Увеличение р в 2 раза
4	SO₂(г) + Cl₂(г) → SO₂Cl₂(г)	Увеличение V в 3 раза
5	СН₄(г) + Н₂О(г) → СО(г) + 3Н₂(г)	Уменьшение р в 3 раза
6	2NO(г) + О₂(г) → 2NO₂(г)	Уменьшение V в 3 раза
7	PCl₅(г) → PCl₃(г) + Cl₂(г)	Уменьшение р в 2 раза
Окончание табл. 4.1
8	2NO₂ (г) → N₂O₄ (г)	Уменьшение V в 2 раза
9	NO(г) + O₃(г) → NO₂(г) + O₂(г)	Увеличение р в 4 раза
10	2H₂S(г) + SO₂(г) → 3S(тв) + 2H₂O(г)	Увеличение V в 4 раза
11	С(к) + 2Н₂(г) → СН₄(г)	Уменьшение р в 4 раза
12	С (тв) + О₂ → СО₂(г)	Уменьшение V в 4 раза
13	СО(г) + Н₂О(г) → СО₂(г) + Н₂(г)	Увеличение р в 2 раза
14	2N₂+ O₂ → 2N₂O	Увеличение V в 2 раза
15	SO₂(г) + NO₂(г) → SO₃(г) + NO(г)	Уменьшение р в 2 раза
1’	СН₄(г) + 2О₂(г) → СО₂(г) + 2Н₂О(г)	Уменьшение V в 2 раза
2’	CO(г) + Cl₂(г) → СOCl₂(г)	Увеличение р в 3 раза
3’	2SO₂(г) + O₂(г) → 2SO₃(г)	Увеличение V в 3 раза
4’	С₂Н₄(г) + Н₂О(г) → С₂Н₅ОН(г)	Уменьшение р в 3 раза
5’	H₂(г) + I₂(г) → 2HI(г)	Уменьшение V в 3 раза
6’	CHCl₃(г) + Cl₂(г) → CCl₄(г) + HCl(г)	Увеличение р в 4 раза
7’	С₂Н₄(г) + Н₂О(г) → С₂Н₅ОН(г)	Увеличение V в 4 раза
8’	CaO(тв) + CO₂(г) → CaCO₃(тв)	Уменьшение р в 4 раза
9’	Cl₂(г) + 2HI(г) → 2HCl(г) + I₂(г)	Уменьшение V в 4 раза
10’	I₂(г) + H₂S(г) → 2HI(г) + S(тв)	Увеличение р в 2 раза
11’	С₂Н₄(г) + Н₂(г) → С₂Н₆(г)	Увеличение V в 2 раза
12’	СаО(тв) + Н₂О(г) → Са(ОН)₂(тв)	Уменьшение р в 3 раза
13’	2Ag(тв) + Cl₂(г) → 2AgCl(к)	Уменьшение V в 3 раза
14’	2HI(г) → H₂(г) + I₂(г)	Увеличение р в 3 раза
15’	S(тв) + O₂(г) → + SO₂(г)	Уменьшение V в 3 раза

4.2. Для реакции

аА + bB → Продукты

при увеличении концентрации вещества А в n₁ раз скорость реакции выросла в m₁ раз, а при увеличении концентрации вещества В в n₂ раз скорость реакции выросла в m₂ раз (табл. 4.2).

1) определите кинетический порядок по реагентам и общий кинетический порядок реакции;

2) рассчитайте константу скорости реакции, если при концентрациях веществ А и В, равных С(А) и С(В) моль/л соответственно, скорость реакции составила v моль/(л ∙ с) (табл. 4.3).

3) приведите кинетическое уравнение реакции.

Т а б л и ц а 4.2

Вариант	Изменение С(А) n₁	Изменение v m₁	Изменение С(В) n₂	Изменение v m₂
1	3	3	4	4
2	2	4	2	1
3	3	9	2	2
4	4	4	3	9
5	2	8	3,5	1
6	3	1	4	16
7	3	27	1,5	1
8	5	5	8	8
9	4	16	2,5	2,5
10	3	9	3	1
11	25	25	4	16
12	2	1	2	8
13	3	3	40	40
14	2	4	5	1
15	24	24	10	100
1’	3	9	1,5	1,5
2’	45	45	3	3
3’	10	100	10	1
4’	2	2	3	9
5’	15	1	3	27
6’	3	3	2	4
7’	2	4	5	5
8’	4	2	3	9
9’	9	3	15	15
10’	3	3	15	225
11’	18	1	3	9
Окончание табл. 4.2
12’	24	24	2,5	6,25
13’	11	1	10	100
14’	22	22	100	10
15’	3	9	4	4

Т а б л и ц а 4.3

Вариант	С(А), моль/л	C(B), моль/л	v, моль/(л∙с)	Вариант	С(А), моль/л	C(B), моль/л	v, моль/(л∙с)
1	0,5	0,02	1,25	1’	0,5	0,03	0,30
2	1,5	0,11	1,35	2’	0,2	0,03	0,72
3	0,2	0,1	0,024	3’	4,0	0,18	0,72
4	5,0	0,1	4,00	4’	1,5	2,0	0,96
5	2,0	1,5	0,64	5’	0,14	0,5	0,75
6	1,25	0,4	0,96	6’	0,1	0,3	1,08
7	0,3	2,5	0,54	7’	0,1	0,5	0,75
8	0,2	0,5	1,40	8’	0,04	0,3	0,90
9	0,4	0,3	0,72	9’	0,09	0,5	0,225
10	0,6	0,7	0,90	10’	1,5	0,6	0,54
11	0,12	0,2	0,72	11’	0,04	0,2	0,64
12	0,12	0,2	0,24	12’	0,9	0,3	0,81
13	0,25	2,5	1,25	13’	1,2	0,4	0,96
14	0,15	2,25	2,25	14’	0,3	0,16	0,84
15	0,3	2,0	0,72	15’	2,0	0,5	0,92

4.3.1. Как изменится скорость химической реакции при изменении температуры от Т₁ до Т₂, если температурный коэффициент этой реакции равен γ (табл. 4.4)?

Т а б л и ц а 4.4

Вариант	Т₁	Т₂	γ	Вариант	Т₁	Т₂	γ
1	20	110	2	1’	– 40	40	2
2	–30	–10	4	2’	10	120	2
3	40	90	3	3’	30	80	3
4	–20	20	3	4’	–10	20	3
5	60	90	2	5’	50	70	4

4.3.2. При температуре Т₁ реакция заканчивается за время τ. Определите время протекания этой реакции при температуре Т₂, если температурный коэффициент равен γ (табл. 4.5)

Т а б л и ц а 4.5

Вариант	Т₁, ℃	τ, мин	Т₂, ℃	γ	Вариант	Т₁, ℃	τ, мин	Т₂, ℃	γ
6	50	10	30	3	6’	0	60	20	2
7	30	50	80	2	7’	25	30	45	3
8	10	30	50	2,5	8’	45	15	15	2,5
9	0	80	60	2	9’	20	30	60	2
10	20	40	50	3	10’	35	20	55	4

4.3.3. При повышении температуры от Т₁ до Т₂ скорость реакции увеличилась в n раз (табл. 4.6). Рассчитайте температурный коэффициент γ этой реакции.

Т а б л и ц а 4.6

Вариант	Т₁, ℃	Т₂, ℃	n	Вариант	Т₁, ℃	Т₂, ℃	n
11	55	85	40	11’	16	66	400
Вариант	Т₁, ℃	Т₂, ℃	n	Вариант	Т₁, ℃	Т₂, ℃	n
12	10	60	400	12’	60	100	60
13	70	110	50	13’	25	65	70
Окончание табл. 4.6
14	15	65	50	14’	82	122	170
15	22	82	850	15’	11	41	50

4.4.1. Вычислите энергию активации некоторой реакции, если ее константа скорости при температурах Т₁ и Т₂ равна k₁ и k₂ соответственно (табл. 4.7).

Т а б л и ц а 4.7

Вариант	Т₁, К	k₁	Т₂, К	k₂
1	573	0,0855	497	0,00036
2	550	0,0159	524	0,0026
3	600	0,00146	678	0,0568
4	682	0,0659	716	0,375
5	556	9,42∙10^‒7	700	0,0031
6	628	8,09∙10^‒5	780	0,1059
7	1525	47059	1251	1073
8	986	6,72	1165	977,0
9	298	0,00203	288	4,75∙10^‒4
10	953	0,0183	918	0,0038
11	552	6,09∙10^‒5	593	1,32∙10^‒3
12	283	1,00	305	7,15
13	288	0,00031	313	0,00815
14	655	5,3∙10^‒3	745	0,676
15	273	0,0336	303	2,125

4.4.2. Константа скорости некоторой реакции при Т₁ равна k₁. Вычислите константу скорости при температуре Т₂, если энергия активации этой реакции равна Е_а (табл. 4.8).

Т а б л и ц а 4.8

Вариант	Т₁, К	k₁	Т₂, К	Е_а, кДж/моль
1’	273	2,05∙10^‒5	323	315,6
2’	298	1,61∙10^‒4	328	95,5
3’	298	6,53∙10^‒4	353	135,2
Окончание табл. 4.8
4’	282	2,305	316	88,6
5’	353	2,22∙10^‒5	403	110,5
6’	297	0,68	344	83,6
7’	273	0,0336	303	95,3
8’	653	6,2∙10^‒3	698	215,4
9’	288	3,2∙10^‒4	368	253,8
10’	283	1,23	315	63,9
11’	553	3,06∙10^‒5	623	204,2
12’	298	2,04∙10^‒3	273	103,6
13’	988	7,25	1053	265,6
14’	638	9,08∙10^‒5	976	192,5
15’	608	1,49∙10^‒3	668	154,5

4.5. Для приведенной обратимой реакции (табл. 4.9):

1) запишите выражение константы равновесия;

2) определите направление смещения равновесия при…

а) изменении концентрации одного из веществ;

б) изменении температуры;

в) изменении внешнего давления.

Свои ответы поясните.

Т а б л и ц а 4.9

Вариант	Уравнение реакции, , кДж/моль	Воздействие на равновесие
Вариант	Уравнение реакции, , кДж/моль	С	Т	р
1	2SO₂(г) + O₂(г) 2SO₃(г) = ‒196,6 кДж	увеличение С(SO₃)	повышение	понижение
2	N₂(г) + 3H₂(г) 2NH₃(г) = ‒92,38 кДж	увеличение С(Н₂)	понижение	повышение
3	2CO(г) + O₂(г) 2CO₂(г) = ‒571,6 кДж	увеличение С(СO)	повышение	повышение
4	CO(г) + Cl₂(г) COCl₂(г) = ‒112,5 кДж	уменьшение С(СO)	понижение	понижение
Продолжение табл. 4.9
5	CO(г)+H₂O (г) CO₂(г) + H₂(г) = ‒44,0 кДж	увеличение С(СO)	повышение	понижение
6	2NO₂(г) N₂O₄(г) = ‒57,34 кДж	уменьшение С(NO₂)	понижение	понижение
7	H₂(г) + I₂(г) 2HI(г) = 51,9 кДж	увеличение С(Н₂)	повышение	повышение
8	4HCl(г) + O₂(г) 2H₂O(г) + 2Cl₂(г) = ‒114,5 кДж	увеличение С(Cl₂)	понижение	повышение
9	2N₂(г) + O₂(г) 2N₂O(г) = 163,1 кДж	уменьшение С(O₂)	повышение	понижение
10	2NO(г) + O₂(г) 2NO₂(г) = ‒113,7 кДж	уменьшение С(NO₂)	понижение	понижение
11	CO(г) + Cl₂(г) COCl₂(г) = ‒223,0 кДж	уменьшение С(Cl₂)	повышение	повышение
12	H₂(г) + CO₂(г) CO(г) + H₂O(г) = 44,0 кДж	увеличение С(Н₂)	повышение	понижение
13	PCl₅(г) PCl₃(г) + Cl₂(г) = 92,5 кДж	увеличение С(РCl₅)	понижение	повышение
14	C(тв) + H₂O(г) CO(г) + H₂(г) = 131,3 кДж	увеличение С(CО)	повышение	повышение
15	N₂O₄(г) 2NO₂(г) = 57,34 кДж	увеличение С(N₂O₄)	повышение	понижение
1’	SO₃(г) + CO(г) SO₂(г) + CO₂(г) = ‒187,5 кДж	увеличение С(CО)	понижение	повышение
2’	2HI(г) H₂(г) + I₂(г) = ‒51,9 кДж	увеличение С(HI)	повышение	понижение
3’	SO₂(г) + NO₂(г) ↔ SO₃(г) + NO(г) = ‒41,43 кДж	увеличение С(SO₃)	повышение	повышение
4’	SO₂(г) + Cl₂(г) SO₂Cl₂(г) = ‒61,8 кДж	увеличение С(SO₂)	понижение	понижение

Окончание табл. 4.9
5’	2NO(г) + O₂(г) 2NO₂(г) = 113,74 кДж	уменьшение С(NO)	понижение	повышение
6’	CH₂O(г) Н₂(г) + СО(г) = 5,4 кДж	увеличение С(СО)	повышение	понижение
7’	H₂(г)+I₂(г) 2HI(г) = 51,9 кДж	увеличение С(HI)	повышение	повышение
8’	3H₂(г) + N₂(г) 2NH₃(г) = ‒92,38 кДж	увеличение С(N₂)	понижение	повышение
9’	CO₂(г) + H₂(г) CO(г) + H₂O(г) = 44,0 кДж	уменьшение С(СO)	повышение	повышение
10’	2NO₂(г) 2NO(г) +O₂(г) = 113,7 кДж	уменьшение С(NO)	понижение	понижение
11’	CO(г) + H₂O(г) CO₂(г) + H₂(г) = ‒44,0 кДж	уменьшение С(H₂O)	понижение	повышение
12’	CO₂(г) + 2H₂(г) CH₃OH(г) = 192,3 кДж	увеличение С(CH₃OH)	повышение	понижение
13’	2N₂O(г) 2N₂(г) + O₂(г) = ‒163,1 кДж	увеличение С(N₂О)	повышение	повышение
14’	2H₂S(г) + 3O₂(г) 2H₂O(г) + + 2SO₂(г) = ‒1037,2 кДж	уменьшение С(H₂S)	понижение	понижение
15’	N₂(г) + 2O₂(г) 2NO₂(г) = 67,0 кДж	увеличение С(NO₂)	понижение	повышение

4.6. При нормальных условиях константа скорости реакции равна
1,18 л/(моль · мин), а при стандартных условиях – 11,66 л/(моль · мин). Определите температурный коэффициент и энергию активации данной реакции.

4.7. Константа скорости реакции разложения N₂O₅ при 50 ^оС равна 6,2·10^-4 с^‒1. Вычислите константу скорости при 90 ^оС, если энергия активации Е_а этой реакции равна 102,5 кДж/моль.

4.8. Средняя   скорость    реакции А(г) + В(г) = С(г) равна
0,004 моль/(л·с). Какова будет концентрация   вещества А и В через
20 с, если   их    начальная     концентрация была 2 и 3 моль/л соответственно?

4.9. В реакторе объемом 10 л содержится 4 моль вещества А и 5 моль вещества В. Какова будет концентрация этих веществ через 10 с, если средняя скорость реакции А(г) + В(г) = С(г) равна
0,05 моль/(л · с)?

4.10. Как необходимо изменить давление в реакторе, где протекает реакция 2А(г) + В(г) → С(г), чтобы скорость образования вещества С возросла в 64 раза?

4.11. Средняя скорость гомогенной реакции А(г) → В(г) составляет 10^‒2 моль/(л·с). С повышением температуры на каждые
10 ℃ она увеличивается в 2 раза. Вычислите концентрацию продукта реакции через 10 с после начала реакции, если температура повышена на 70 ^оС?

4.12. Реакция между веществами А и В выражается уравнением А + 2В → С. Начальные концентрации А и В соответственно равны 0,3 и 0,5 моль/л. Константа скорости k равна 0,4 л²/(моль²· с). Вычислите скорость химической реакции в начальный момент и в тот момент, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,1 моль/л.

4.13. В гетерогенной системе

Si (к) + 2Н₂О (г) ↔ SiO₂ (к) + 2Н₂ (г)

установилось равновесие с К_с = 0,1. Вычислите равновесные концентрации Н₂О и Н₂, если в начале реакции в реакторе объемом
20 л находилось 18 г паров воды.

4.14. Температурный коэффициент некоторой реакции равен 3,5. Константа скорости этой же реакции при 15 ^оС равна 0,2 с^‒1. Вычислите константу скорости реакции при 40 ^оС?

4.15. Как увеличить выход продуктов реакций

а) 2СО (г) ↔ СО₂ (г) + С (к) = –172,5 кДж/моль

б) Н₂ (г) + I₂ (г) ↔ 2HI (г) = 51,9 кДж/моль

за счет изменения концентраций реагентов, давления, температуры?

4.16. Рассчитайте энергию активации реакции, если константы скорости этой реакции при 25 и 45 ^оС равны соответственно 3,43·10^‒5 и 4,73·10^‒4 л/(моль · с).

4.17. Рассчитайте энергию активации реакции 2HI(г) → Н₂(г) + I₂(г), если при 302^оС константа скорости этой реакции равна
1,18·10^‒5 л/(моль·с), а при 374^оС – 8,94·10^‒4 л/(моль · с).

4.18. Как необходимо изменить давление в системе

Н₂(г) + I₂(г) = 2HI(г),

чтобы скорость образования HI возросла в 100 раз?

4.19. Для обратимой реакции

2NF₃(г) + 3H₂(г) 6HF(г) + N₂(г)

равновесие установилось при следующих концентрациях компонентов, моль/л: [NF₃] = 1,4; [H₂] = 1,0; [N₂] = 0,8. Рассчитайте равновесную концентрацию HF, константу равновесия К_с реакции и исходные концентрации реагентов. Продукты в начальный момент отсутствовали.

4.20. В реактор объемом 10 л поместили навеску железа, ввели газовую смесь, состоящую из 1,05 моль СО и 0,05 моль СО₂ и нагрели до температуры 900 К. К моменту наступления равновесия содержание СО₂ увеличилось на 0,5 моль. Рассчитайте константу равновесия К_с обратимой гетерогенной реакции

3Fe(тв) + 2CO(г) Fe₃C(тв) + CO₂(г).

4.21. Для обратимой реакции

4NO(г) + 6H₂O(г) 4NH₃(г) + 5O₂(г)

равновесие установилось при следующих концентрациях компонентов, моль/л: [NO] = 0,2; [H₂O] = 0,3; [NH₃] = 0,04. Рассчитайте равновесную концентрацию O₂, константу равновесия К_с реакции и исходные концентрации реагентов. Продукты в начальный момент отсутствовали.

4.22. Для обратимой гомогенной реакции

SO₂(г) + CO₂(г) SO₃(г) + CO(г)

рассчитайте равновесные концентрации всех компонентов газовой смеси, если константа равновесия К_с равна 3,0, а исходные концентрации реагентов SO₂ и CO₂ равны 0,5 и 0,8 моль/л соответственно.

4.23. Определите энергию активации Е_а реакции, для которой при повышении температуры от 25 до 35 ^оС скорость удваивается.

4.24. Вычислите энергию активации реакции, для которой константа скорости при 35 ^оС в три раза больше, чем при 25 ^оС.

4.25. В сосуде объемом 10 л находится 12,8 г йодоводорода. После нагревания до некоторой температуры по реакции
2HI(г) H₂(г) + I₂(г) образовалось 5,12 г йода. Рассчитайте константу равновесия К_с.

4.26. В реакции, протекающей по уравнению 2HCl H₂ + Cl₂, исходная концентрация HCl составляла 1,3 моль/л. К моменту достижения равновесия концентрация водорода достигла 0,17 моль/л. Вычислите константу равновесия К_с.

4.27. При постоянной температуре в гомогенной системе
А + В 2D установилось равновесие при следующих концентрациях компонентов: [A] = 0,8 моль/л, [B] = 0,6 моль/л и [D] = 1,2 моль/л. Определите новые равновесные концентрации, если в систему дополнительно введено 0,6 моль/л вещества В.

4.28. В реактор объемом 15 л ввели по 2 моль реагентов реакции:

2SO₂(г) + O₂(г) 2SO₃(г).

К моменту наступления равновесия прореагировало 20% начального количества SO₂. Рассчитайте константу равновесия К_с.

4.29. При постоянной температуре в гомогенной системе
А + В D установилось равновесие при следующих концентрациях компонентов: [A] = 0,8 моль/л, [B] = 0,5 моль/л и [D] = 1,5 моль/л. Определите новые равновесные концентрации, если в систему дополнительно введено 0,8 моль/л вещества В.

4.30. В реактор объемом 8 л ввели по 2 моль реагентов реакции:

2NO(г) + Cl₂(г) 2NOCl(г).

К моменту наступления равновесия прореагировало 10% начального количества NO. Рассчитайте константу равновесия К_с.

4.31. Для обратимой гомогенной реакции

CO(г) + H₂O(г) CO₂(г) + H₂(г)

рассчитайте равновесные концентрации всех компонентов газовой смеси, если константа равновесия К_с равна 4,0, а исходные концентрации реагентов CO и H₂O равны 0,8 и 1,0 моль/л соответственно.

4.32. В реакции, протекающей по уравнению 2HI H₂ + I₂, исходная концентрация HI составляла 1,5 моль/л. К моменту достижения равновесия концентрация водорода достигла 0,32 моль/л. Вычислите константу равновесия К_с.

4.33. В реактор объемом 20 л поместили навеску железа, ввели газовую смесь, состоящую из 1,55 моль СО и 0,15 моль СО₂ и нагрели до температуры 1000 К. К моменту наступления равновесия содержание СО₂ увеличилось на 0,6 моль. Рассчитайте константу равновесия К_с обратимой гетерогенной реакции

3Fe(тв) + 2CO(г) Fe₃C(тв) + CO₂(г).

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

ЧАСТЬ 1

Уфа 2021

1. СТРОЕНИЕ АТОМА

В электронейтральном атоме химического элемента содержится Z протонов (в ядре) и Z электронов (на оболочке).

Для обозначения подуровней используют буквы s, p, d, f, при значениях l равных 0, 1, 2, 3 соответственно.

Главное квантовое число, n	Орбитальное квантовое число, l	Обозначение орбитали
1	0	1s
2	0, 1	2s, 2p
3	0, 1, 2	3s, 3p, 3d
4	0, 1, 2, 3	4s, 4p, 4d, 4f

Атом элемента характеризуется следующими свойствами.

ЭО = ½ (I + F).

Решение типовых задач

Р е ш е н и е

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d⁴.

Для проявления возбужденного состояния атома представим электронно-графическую формулу валентного слоя:

нормальное состояние

↑↓

↑

возбужденное состояние

↑

Массовое число (А) у атома вольфрама – 184, тогда число нейтронов n= А – Z = 184 – 74 = 110.

Следовательно, у атома вольфрама имеется 74 протона и 110 нейтронов.

Р е ш е н и е

При данном n = 4 запишем значения всех квантовых чисел в виде табл. 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

n	l	m_l	m_s
4	0	0	+½; –½
	1	-1; 0; +1	+½; –½
	2	-2;-1;0;+1;+2	+½; –½
	3	-3;-2;-1;0;+1;+2;+3	+½; –½

Р е ш е н и е

↑

Т.к. m_s=+½, эту четвертую орбиталь занимает единственный (неспареный) электрон.

Р е ш е н и е

Напишем распределение электронов в порядке заполнения орбиталей:

для ₅₆Ва 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²

для ₈₀Hg 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰.

Выпишем отдельно валентные электроны:

для ₅₆Ва это 6s², для ртути ₈₀Hg – 6s²5d¹⁰.

Валентный слой Ва, содержащий 2 электрона, представим графически:

в нормальном состоянии

↑↓

в возбужденном состоянии

↑

Теоретически возможные степени окисления бария будут 0 и +1; +2.

У ртути валентный слой содержит 12 электронов:

в нормальном состоянии:

↑↓

в возбужденном состоянии:

↑

↑↓

↑

Возможные степени окисления ртути будут 0; +1; +2.

Рассмотрим периодичность изменения свойств атомов.

Сходные признаки и различия указанных элементов могут быть представлены в виде таблицы.

	Элемент 1	Элемент 2
Период
Группа, подгруппа
Семейство
Металл/неметалл
Радиус атома
Энергия ионизации
ОЭО

Р е ш е н и е

Для хрома характерны следующие устойчивые степени окисления: 0, +2, +3, +6.

Представим электронно-графические формулы валентных электронов в этих степенях окисления:

Cr⁰ 4s

↑

Cr⁺² 4s

↑

Cr⁺³ 4s

↑

Cr⁺⁶ 4s

Нулевая степень окисления хрома проявляется в простом веществе, а также в карбониле [Cr⁰(CO)₆].

Степень окисления +2 хром имеет в гидроксиде Cr(OH)₂, солях типа CrCl₂ и др.

Степень окисления +6 проявляется в оксиде CrO₃, хроматах типа K₂CrO₄ и др.

Задачи

Т а б л и ц а 1.2

Вариант	Элемент	Вариант	Элемент
1	₃₂Ge	1’	₄₀Zr
2	₅₁Sb	2’	₅₃I
3	₃₃As	3’	₅₅Cs
4	₃₁Ga	4’	₄₃Tc
5	₂₆Fe	5’	₅₆Ba
6	₃₄Se	6’	₄₆Pd
7	₄₂Mo	7’	₃₀Zn
8	₃₅Br	8’	₄₇Ag
Окончание табл. 1.2
9	₅₂Te	9’	₄₈Cd
10	₃₈Sr	10’	₅₇La
11	₄₄Ru	11’	₅₈Ce
12	₅₀Sn	12’	₅₉Pr
13	₄₉In	13’	₆₀Nd
14	₄₁Nb	14’	₆₁Pm
15	₄₅Rh	15’	₆₂Sm

Т а б л и ц а 1.3

Вариант	Значения	Вариант	Значения
1	n = 2	1’	l = 2
2	n = 3	2’	n = 1
3	l = 4	3’	n = 3
4	n = 5	4’	l = 4
5	n = 6	5’	n = 5
6	n = 7	6’	n = 6
7	l = 0	7’	n = 7
8	l = 1	8’	l = 0
9	l = 3	9’	l = 1
10	m = 0	10’	l = 3
11	m = 1	11’	m = 0
12	m = 2	12’	m = 1
13	m = 3	13’	m = 2
14	n = 1	14’	m = 3
15	l = 2	15’	n = 2

Т а б л и ц а 1.4

Вариант	значения				Вариант	значения
Вариант	n	l	m_l	m_s	Вариант	n	l	m_l	m_s
1	6	0	0	– ½	1’	4	2	–1	+½
2	4	2	+2	–½	2’	6	1	+1	+½
3	6	1	+1	+½	3’	5	1	0	+½
Окончание табл. 1.4
4	4	2	+2	+½	4’	4	3	+3	–½
5	5	1	0	–½	5’	7	0	0	+½
6	5	2	–2	–½	6’	5	2	–1	–½
7	4	1	0	–½	7’	5	2	0	+½
8	5	1	–1	–½	8’	5	1	–1	+½
9	4	3	–3	+½	9’	4	2	–2	–½
10	4	2	0	–½	10’	5	2	+1	–½
11	5	1	+1	+½	11’	6	2	–2	+½
12	5	2	–2	+½	12’	5	2	+1	+½
13	4	2	+1	–½	13’	4	3	–2	+½
14	6	1	0	+½	14’	5	2	+2	–½
15	5	2	–1	+½	15’	5	3	–3	+½

Т а б л и ц а 1.5

Вариант		Элементы		Вариант	Элементы
1	₉F		₈₅At	1’		₁₇Cl	₈₅At
2	₂₀Ca		₃₀Zn	2’		₁₉K	₂₉Cu
3	₂₁Sc		₃₁Ga	3’		₂₃V	₃₃As
4	₂₂Ti		₃₂Ge	4’		₃₉Y	₄₉In
5	₅₇La		₈₁Tl	5’		₄₄Ru	₅₂Te
6	₇₂Hf		₈₂Pb	6’		₂₀Ca	₂₇Co
7	₇₃Ta		₈₃Bi	7’		₂₀Ca	₂₈Ni
8	₄₁Nb		₅₁Sb	8’		₇₄W	₈₄Po
9	₄₂Mo		₅₂Te	9’		₇₆Os	₈₄Po
10	₄₀Zr		₅₀Sn	10’		₇₇Ir	₈₅At
11	₂₄Cr		₃₄Se	11’		₇₈Pt	₈₄Po
12	₂₅Mn		₃₅Br	12’		₃₇Rb	₄₇Ag
13	₄₃Tc		₅₂Te	13’		₅₅Cs	₇₉Au
14	₂₆Fe		₃₆Kr	14’		₃₈Sr	₄₈Cd
15	₇₅Re		₈₅At	15’		₄₁Nb	₅₀Sn

Т а б л и ц а 1.6

Вариант	Элементы	Вариант	Элементы
1	₈₇Fr - ₁₀₈Hs	1'	₈₈Ra - ₁₀₉Mt
2	₅₅Cs - ₈₆Rn	2'	₅₆Ba - ₈₅At
3	₃₇Rb - ₅₄Xe	3'	₃₈Sr - ₅₂Te
4	₁₉K - ₃₆Kr	4'	₂₀Ca - ₃₅Br
5	₁₁Na - ₁₈Ar	5'	₁₂Mg - ₁₈Ar
6	₃Li - ₁₀Ne	6'	₄Be - ₉F
7	₃₈Sr - ₅₃I	7'	₂₂Ti - ₃₄Sе
8	₂₁Sc - ₃₅Br	8'	₄₀Zr - ₅₃I
9	₁₂Mg - ₁₇Cl	9'	₇₂Hf - ₈₅At
10	₇₄W - ₈₄Po	10'	₂₆Fe - ₃₅Br
11	₄₆Pd - ₅₃I	11'	₄₄Ru - ₅₃I
12	₅₈Ce - ₇₁Lu	12'	₁₃Al - ₁₇Cl
13	₉₀Th - ₁₀₃Lr	13'	₇₆Os - ₈₄Po
14	₃₇Rb - ₅₃I	14'	₂₀Ca - ₃₃As
15	₂₅Mn - ₃₆Kr	15'	₃₇Rb - ₅₂Te

Т а б л и ц а 1.7

Вариант	Элементы	Вариант	Элементы
1	₂₃V - ₇₃Ta	1'	₄₁Nb - ₁₀₄Db
2	₂₆Fe - ₇₆Os	2'	₃₉Y - ₈₉Ac
3	₂₉Cu - ₇₉Au	3'	₁₁Na - ₅₅Cs
4	₃Li - ₈₇Fr	4'	₁₇Cl - ₈₅At
5	₆C - ₈₂Pb	5'	₆C - ₅₀Sn
6	₈O - ₈₄Po	6'	₂₇Co - ₇₇Ir
7	₂₄Cr - ₇₄W	7'	₁₉K - ₈₇Fr
8	₉F - ₈₅At	8'	₁₂Mg - ₅₆Ba
9	₂₁Sc - ₅₇La	9'	₉F - ₅₃I
10	₂₈Ni - ₇₈Pt	10'	₄₀Zr - ₇₂Нf
11	₂₃V - ₇₃Ta	11'	₂₀Ca - ₈₈Ra
12	₄Be - ₈₈Ra	12'	₁₃Al - ₈₁Tl
13	₂₂Ti - ₇₂Hf	13'	₁₄Si - ₅₀Sn
14	₂₅Mn - ₇₅Re	14'	₃Li – ₃₇Rb
15	₃₀Zn - ₈₀Hg	15'	₇N - ₅₁Sb

Т а б л и ц а 1.8

Вариант	Элемент	Вариант	Элемент
1	₂₅Mn	1'	₇N
2	₃₅Br	2'	₅₁Sb
3	₁₅P	3'	₅₀Sn
4	₃₃As	4'	₂₈Ni
5	₁₄Si	5'	₂₂Ti
6	₃₄Se	6'	₆C
7	₅₃I	7'	₉F
8	₁₃Al	8'	₈₂Pb
9	₁₇Cl	9'	₃₀Zn
10	₂₇Co	10'	₂₉Cu
11	₂₃V	11'	₇₉Au
12	₇₄W	12'	₂₆Fe
13	₄₁Nb	13'	₂₀Ca
14	₈O	14'	₃₇Rb
15	₁₆S	15'	₄₇Ag

1.7. Вычислите энергию квантов излучения с длиной волны
λ = 600 нм. Какой цвет имеет это излучение?

1.9. Рассчитайте скорость электрона, соответствующую длине волны де Бройля, равной 0,01 нм.

1.10. Определите радиус электронной орбиты атома водорода и скорость электрона на ней при n = 3.

1.13. Определите минимальную длину волны в серии Бальмера.

Номер электрона	n	l	m_l	m_s
1
2
3
и т.д.

а) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹; б) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴ ;

в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³; г) 1s²2s²2p⁶3s¹.

1.31. Напишите электронные формулы ₂₃V и ₃₃As и покажите различия между d- и р-элементами.

1.32. Напишите электронные формулы ₃₈Sr и ₄₈Сd и покажите различия между s- и d-элементами.

1.34. Назовите элементы, которым соответствуют следующие электронные формулы:

а) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴; б) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴;

в) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s¹.

Определите порядковый номер элементов, период и группу, к которым они относятся.

1.35. Укажите, что объединяет атомы в указанной степени окисления в данном наборе:

As^3-; Ga³⁺; Ge^4-; Kr⁰; Zr⁴⁺; Se^2-.

Напишите электронные формулы данных частиц.

1.38. Значения потенциалов ионизации первых четырех электронов атома бора таковы:

I₁ = 8,29 эВ; I₂ = 25,16 эВ; I₃ = 37,9 эВ; I₄ = 258,73 эВ.

2. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Параметры химической связи:

Длина связи (d, l, нм) – расстояние между атомами, образующими связь.
Энергия связи (Е, кДж/моль, эВ/моль) – энергия, которая выделяется при образовании связи.

Различают четыре основных вида химической связи: ковалентная, ионная, водородная и металлическая.

Прочность ковалентной связи обусловливается устойчивостью общей электронной пары к разрыву.

2) Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются электронные облака.

Свойства ковалентной связи:

Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6.
Направленность обусловлена тем, что электронные орбитали ориентированы определенным образом в пространстве. Характеризуется валентным углом – углом, между воображаемыми прямыми, которые проходят через центры атомов, образующих связь.

Полярность связи – смещение электронной плотности в сторону одного из атомов, образующих связь; при этом образуется диполь.

Состав комплексных соединений.

Координационное число (КЧ) – число связей, образуемых центральным атомом с лигандами.

Решение типовых задач

Р е ш е н и е

Рассмотрим молекулу HBr.

Запишем электронные и электронно-графические формулы валентных электронов атомов водорода и брома:

↑

₁Н: 1s¹

₃₅Вr: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵

↑↓

↑

↑↓

_{∙ ∙ ∙ ∙}

H∙ + ∙Br: →H : Br :

^{∙ ∙} ^{∙ ∙}

Бром принимает один электрон, а водород – отдает, образуя общую электронную пару.

₁Н⁺: 1s⁰

₃₅Вr^-: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶

↑↓

Р е ш е н и е

а) Рассмотрим молекулу N₂.

Приведем электронно-графическую формулу валентного слоя атома азота.

₇N: 2s²2p³

↑

↑↓

₇N: 2s²2p³

↑

↑↓

Запишем образование молекулы азота через формула Льюиса:

∙ ∙

: N ∙ + : N ∙ → : N ⁝⁝ N:

^{∙ ∙}

Структурно-графическая формула молекулы азота: N≡N.

Нарисуем пространственную форму молекулы N₂:

б) Рассмотрим молекулу C₂H₂.

₆С: 2s²2p²

↑

↑↓

₆С*: 2s¹2p³

↑

Запишем образование молекулы ацетилена через формула Льюиса:

_{∙ ∙}

H ∙ + ∙ С ∙ + ∙ С ∙ + H ∙ → H : C ⁝⁝ C : H

^{∙ ∙}

Структурно-графическая формула молекулы ацетилена: Н–С≡С–Н.

Нарисуем пространственную форму молекулы C₂H₂:

Р е ш е н и е

Запишем электронно-графические формулы внешнего слоя атомов бора и водорода:

₁Н: 1s¹

↑

₅В: 2s²2p¹

↑

↑↓

₅В*: 2s¹2p²

↑

Запишем образование молекулы ВН₃ через формула Льюиса:

∙ ∙ ∙

3 Н ∙ + · В ∙ → Н : В : Н

Образованные гибридные орбитали перекрываются с s-орбиталями атома водорода с образованием трех s-связей:

Молекула ВН₃ имеет плоское треугольное строение.

Р е ш е н и е

Комплекс диссоциирует в растворе по уравнению:

[Fe(CN)₆]^3- Fe³⁺ + 6CN^-

В соответствии с правилами ИЮПАК это соединение называется гексацианоферрат (III) калия.

Задачи

Т а б л и ц а 2.1

Вариант	Молекула	Вариант	Молекула
1	НCl	1'	C₂H₄
2	РН₃	2'	SiF₄
3	HF	3'	OF₂
4	O₂	4'	PCl₃
5	NH₃	5'	AsH₃
6	CF₄	6'	SbH₃
7	BeBr₂	7'	BeI₂
8	H₂S	8'	CH₃F
9	N₂	9'	H₂Te
Окончание таблицы 2.1
10	SiH₄	10'	HI
11	BCl₃	11'	H₂O
12	H₂Se	12'	CH₄
13	HBr	13'	CCl₄
14	Br₂	14'	AlCl₃
15	CO₂	15'	CF₄

Т а б л и ц а 2.2

Вариант	Молекула	Вариант	Молекула
1	Н₂О	1'	C₂H₄
2	РН₃	2'	SiF₄
3	Сl₂	3'	OF₂
4	O₂	4'	PCl₃
5	NH₃	5'	AsH₃
6	CF₄	6'	SbH₃
7	BeBr₂	7'	BeI₂
8	H₂S	8'	CH₃F
9	N₂	9'	H₂Te
10	SiH₄	10'	HI
11	BCl₃	11'	I₂
12	H₂Se	12'	C₂H₂
13	HBr	13'	CCl₄
14	Br₂	14'	AlCl₃
15	CO₂	15'	CF₄

Т а б л и ц а 2.3

Вариант	Молекула	Вариант	Молекула
1	Н₂О	1'	C₂H₄
2	РН₃	2'	SiF₄
3	Сl₂	3'	OF₂
4	O₂	4'	PCl₃
Окончание таблицы 2.3
5	NH₃	5'	AsH₃
6	CF₄	6'	SbH₃
7	BeBr₂	7'	BeI₂
8	H₂S	8'	CH₃F
9	N₂	9'	H₂Te
10	SiH₄	10'	HI
11	BCl₃	11'	I₂
12	H₂Se	12'	C₂H₂
13	HBr	13'	CCl₄
14	Br₂	14'	AlCl₃
15	CO₂	15'	CF₄

Т а б л и ц а 2.4

Вариант	Соединение	Вариант	Соединение
1	[Zn(NH₃)₄]Cl₂	1'	[Co(H₂O)(NH₃)₄(CN)]Br₂
2	[Al(H₂O)₆]Cl₃	2'	[Co(NH₃)₅(SO₄)]NO₃
3	K₂[BeF₄]	3'	[Pd(NH₃)₃Cl]Cl
4	K[Al(OH)₄]	4'	(NH₄)₃[RhCl₆]
5	K₂[Be(SO₄)₂]	5'	K₂[Co(NH₃)₂(NO₂)₄]
6	[Pt(NH₃)₂Cl₂]	6'	K₂[Pt(OH)₅Cl]
7	[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂	7'	K₂[Cu(CN)₄]
8	[Cr(H₂O)₅Cl]SO₄	8'	[Cr(H₂O)₄(PO₄)]
9	[Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl	9'	[Cu(NH₃)₂(SCN)₂]
10	[Pt(NH₃)₃Cl]Cl	10'	[Rh(NH₃)₃(NO₂)₃]
11	[Co(NH₃)₅Br]SO₄	11'	[Pt(NH₃)₂Cl₄]
12	Ba[Cr(NH₃)₂(SCN)₄]₂	12'	[Co(NH₃)₅(H₂O)]Cl₃
13	(NH₄)₂[Pt(OH)₂Cl₄]	13'	[Ag(NH₃)₂]NO₃
14	[Pd(H₂O)(NH₃)₂Cl]Cl	14'	K[Ag(CN)₂]
15	[Cu(NH₃)₄](NO₃)₂	15'	[Co(NH₃)₃(NO₂)₃]