Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова, страница 6

Электронная формула ванадия (Z = 23):1s22s22p63s23p63d34s2, или в сокращенном виде: [Ar] 3d34s2.Ванадий принадлежит семейству dэлементов, следовательно, в его атоме пять валентных электронов.Задача 1.18. Почему элементы № 40 и 50 расположены в одном периоде (5), одной IV группе, но разных подгруппах — a и b?Р е ш е н и е. Электронная конфигурация атомов элементов № 40 циркония и № 50 олова соответственно Zr =ГЛАВА 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ35= [Kr] 4d25s2 и Sn = [Kr, 4d10] 5s25p2. Внешние электроныдвух атомов расположены на 5м уровне (n = 5), значит,это элементы пятого периода.

Сумма числа электронов навнешнем уровне (пятом) и незавершенном предвнешнем(4d) подуровне равна четырем, учтем, что у олова 4dподуровень завершен, значит, это элементы IV группы. Ноформирующий электрон у Zr (dэлектрон) расположен напредвнешнем уровне, а у Sn (рэлектрон) — на внешнем.Поэтому Zr — элемент побочной подгруппы b, а Sn — главной a.Задача 1.19. В какой группе и каком периоде Периодической системы элементов находится элемент с порядковым номером 42?Р е ш е н и е.

Расположение элементов в периодическойсистеме в соответствии со строением их атомов следующее: в первом периоде 2, во втором 8, в третьем 8. Третийпериод заканчивается элементом с порядковым номером18 (2 + 8 + 8 = 18). В четвертом периоде 18 элементов, т. е.он заканчивается элементом с порядковым номером 36.В пятом периоде также 18 элементов, поэтому элемент спорядковым номером 42 попадает в пятый период. В пятом периоде он занимает шестое место и находится в шестой группе.

Этот элемент — молибден (Мо).Задача 1.20. Могут ли атомы неметаллов проявлятьвосстановительные свойства?Р е ш е н и е. Да, в реакциях с более сильным окислителем данный неметалл является восстановителем. НапримерН + Сl ® НСl;Н – e ® Н +;Сl + e ® Сl–.Водород — восстановитель (ЭО = 2,1), хлор — окислитель (ЭО = 3). Исключение составляет только фтор, который во всех реакциях проявляет только окислительныесвойства и имеет самое большое значение электроотрицательности.

Это связано с высоким эффективным зарядомядра, действующим на электроны внешнего уровня, сравнительно малым радиусом атома и, как следствие, высокой энергией связи внешних электронов с ядром.36ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИЗадача 1.21. На основании электронного строения атома серы определите число электронов, принимающих участие в восстановлении и окислении этого атома.Р е ш е н и е. Электронная конфигурация атома серы1s22s22p63s23p4.

До устойчивого октета на внешнем уровне атому недостает двух электронов. Принимая их, атомсеры проявляет свойства окислителя (например, в Н2S):S + 2e ® S2–.Как восстановитель, атом серы может отдавать электроны внешнего уровня (максимально шесть, например вSF6):S – 6e ® S6+.Для серы ЭО = 2,5; для водорода ЭО = 2,1; для фтораЭО = 4.Задача 1.22. Какой из атомов элементов обладает более сильными восстановительными свойствами — натрийили цезий?Р е ш е н и е. Строение электронных оболочек атомовнатрия и цезия можно представить следующим образом:2261111Na 1s 2s 2p 3s , или сокращенно: [Ne] 3s ;2 26 2610 2610 26 1155Cs 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p 6s , или [Хе] 6s .Как видим, у обоих атомов на внешнем энергетическомуровне находится по одному электрону.

Однако у атома цезия внешний электрон расположен дальше от ядра (на шестом энергетическом уровне, а у натрия — на третьем) и,следовательно, энергия ионизации у него меньше. Поскольку восстановительные свойства обусловлены способностьюк отдаче электронов, они сильнее выражены у цезия.Задача 1.23.

Исходя из положения в периодическойсистеме, опишите, сколько и какие электроны может отдавать атом элемента с порядковым номером 23 в химических реакциях.Р е ш е н и е. По периодической системе определяем,что элемент с порядковым номером 23 находится в четвертом периоде и в побочной подгруппе V группы. Этотэлемент — ванадий (V). Электронная формула ванадия:1s22s22p63s23p63d34s2, или сокращенно: [Ar] 3d34s2.ГЛАВА 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ37По электронной формуле заключаем, что ванадий —dэлемент. Элемент может отдавать 2 электрона с 4sподуровня, проявляя степень окисления +2. Атом ванадияможет также отдавать электроны с предвнешнего dподуровня (3 электрона) и, таким образом, проявляет высшуюстепень окисления +5 (численно равную номеру группы,в которой расположен элемент).ЗАДАЧИДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ1.1.

Определите длину волны aчастицы массой 6,64´м/с. Сравните диапазон рентгеновского излучения 5¸10–3 нм с полученным результатом.1.2. Какова погрешность в определении координатыпротона Dх, движущегося со скоростью 2×104 м/с, еслипогрешность в определении его скорости составляет 2%,а масса протона равна 1,67×10–27 кг? Сравните полученныйрезультат с размерами радиусов атомов.1.3.

Выделяется или поглощается энергия при переходе электрона атома водорода с третьего энергетическогоуровня (n = 3) на первый уровень (n = 1)?1.4. Укажите число атомных орбиталей на: а) sподуровне; б) рподуровне; в) dподуровне; г) fподуровне, иопределите максимальное число электронов на каждом изподуровней.1.5. Каково максимальное число ориентаций dорбиталей различным образом ориентированных в пространстве? Различаются ли энергии dорбиталей в пространстве?1.6. Возможно ли нахождение электрона в атоме водорода в возбужденном состоянии на fподуровне? Если да,то при каком значении n?1.7.

Возможно ли наличие в атоме двух электронов содинаковыми значениями трех квантовых чисел: n, ml иms? Приведите примеры.1.8. Покажите графически распределение электроновв атомах с конфигурацией d3 в основном состоянии. Определите суммарное значение ms трех электронов.´10–27 кг, перемещающейся со скоростью 1×10438ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИ1.9. Покажите графически распределение электроновв атомах на fподуровне с конфигурацией f7 в основномсостоянии. Какое правило использовалось для ответа?1.10.

Атом какого элемента в основном состоянии имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s1? Определитеобщее число энергетических уровней и подуровней, занимаемых электронами в данном атоме.1.11. Запишите электронную конфигурацию атома ванадия (V) в основном состоянии и все квантовые числа егонеспаренных электронов. Сколько свободных dорбиталейсодержится на предвнешнем энергетическом уровне?1.12. Напишите краткую электронную конфигурациюатомов кремния (Si) и свинца (Pb).

Являются ли они аналогами электронной структуры?1.13. Укажите номер подгруппы, у которой электронная конфигурация внешнего уровня и незавершенногопредвнешнего подуровня (n – 1)d2ns2.1.14. Перечислите элементы, атомы которых завершают формирование K и Lоболочек. К какой подгруппе ипочему относятся эти элементы?1.15. Назовите элемент, атомы которого на энергетическом уровне с n = 5 имеют 9 электронов. Перечислитеаналоги электронной структуры этого элемента.1.16. Объясните, какая из двух электронных конфигураций атома бора (В): первая — 1s22s12p2 или вторая —1s22s22p1, соответствует основному состоянию? Покажите графически распределение электронов по атомным орбиталям.1.17.

Каким элементом s, p, d или f является лантан(La)? Ответ объясните.1.18. Назовите номер периода ПСЭ, в котором располагаются элементы с 4dформирующими электронами.Каково общее число 4dэлементов?1.19. Запишите электронную конфигурацию атомовэлементов № 24 и 34. Почему они расположены в одномпериоде (каком?) и одной группе (какой?)?1.20. Почему в VII группе ПСЭ объединены атомы элементов неметаллов — галогенов (aподгруппа) и атомыэлементов с характерными металлическими свойствами(bподгруппа)?ГЛАВА 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ391.21. У атомов элементов подгруппы IIb (Сu, Аg, Аu)наблюдается явление «провала» электрона. Запишите общую сокращенную электронную формулу атомов этих элементов без «провала» и с «провалом» электрона; чем обусловлен этот эффект?1.22.

Что понимают под процессом ионизации атома?Затрачивается или поглощается энергия при образованииположительных ионов? Приведите примеры.1.23. Почему атомы типичных металлов (приведитепримеры) обладают малыми значениями первой энергииионизации?1.24. Назовите элементы, положительные ионы которых имеют следующие электронные конфигурации:1s0(Э2+); 1s22s0(Э2+), 1s22s02p0(Э3+); 1s22s22p0(Э2+);1s22s22p63s23p63d04s0(Э4+).1.25. Атомы какого из элементов подгруппы VIIа вбольшей степени проявляют восстановительные свойствапо отношению к фтору?1.26. У атомов какого из элементов — хрома (Сr) илиселена (Sе) в большей степени выражены металлическиесвойства? При взаимодействии атомов хрома и селена какой из них проявляет восстановительные свойства?1.27. Назовите элементы, отрицательные ионы которых имеют следующие электронные конфигурации:1s22s22р6(Э1–), 1s22s22р6(Э2–); 1s22s22p63s23p6(Э3–); [Аr,3d10]4s24р6(Э3–).1.28.

Напишите электронные конфигурации ионов Ba2+и La3+. Почему атомы элементов бария и лантана являются сильными восстановителями?1.29. Напишите электронные конфигурации ионов Se2–и Se6+. Почему для селена характерны как окислительные, так и восстановительные свойства?1.30. Какой из атомов — хлор или иод является окислителем при образовании молекулы ICl из атомов? У какого из этих атомов сильнее выражена способность притягивать к себе электроны?1.31. На основании электронного строения атома брома (Вr) определите число электронов, которые могут принимать участие в процессе окисления и восстановления40ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИэтого атома.