§ 57. Степень окисления

§ 57. Степень окисления

1. Что такое степень окисления?

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, рассчитываемый из условия, что все связи в данном соединении ионные. То есть, условие таково, что происходит практически полная передача электронов от одного атома к другому.

2. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) алюминия с кислородом; б) железа с хлором; в) натрия с серой. Укажите окислитель и восстановитель.

а) 4Al0 + 3O20 = 2Al2+3O3-2
Алюминий — восстановитель, кислород — окислитель.

б) 2Fe0 + 3Cl20 = 2Fe+3Cl3-1
Железо — восстановитель, хлор — окислитель.

б) 2Na0 + S0 = Na2+1S-2
Натрий — восстановитель, сера — окислитель.

3. При взаимодействии водорода с оксидом меди (II) образовалось 0,1 моль меди. Вычислите: а) массу образовавшейся меди; б) массу и количество вещества оксида меди (II), вступившего в реакцию.

Решение

Вспомним, что такое количество вещества: ν = m / Mr,
где m — масса вещества; Mr — молярная масса вещества (относительная молекулярная масса).

Так, мы можем легко найти массу образовавшейся меди:
m (Cu) = ν (Cu) * Mr (Cu)
m (Cu) = 0,1 (моль) * 63,5 (г/моль) = 6,35 (г) ~ 6,4 (г)

Теперь запишем уравнение реакции:
CuO + H2 = Cu + H2O

Из уравнения видно, что из 1 моля оксида меди образуется 1 моль меди. Т. е. ν (CuO) = ν (Cu) = 0,1 моль.

Теперь найдем массу оксида меди (II):
m (CuO) = ν (CuO) * Mr (CuO)
m (CuO) = 0,1 (моль) * 79,5 (г/моль) = 7,95 (г) ~ 8 (г)

Ответы: m (Cu) = 6,4 г; ν (CuO) = 0,1 моль; m (CuO) = 8 г

4. В реакции образовалось 4 г оксида меди (II). Вычислите: а) массу и количество меди, вступившей в реакцию; б) массу и количество израсходованного кислорода.

Не оригинально! 🙂 Оксид меди был уже в предыдущей задаче. Да и вместо массы кислорода было бы интересней и полезней найти его объем. Буду краток…

Решение

2Cu + O2 = 2CuO

ν (CuO) = m (CuO) / Mr (CuO) = 4 / 80 = 0,05 (моль)

ν (Cu) = ν (CuO) = 0,05 (моль)
m (Cu) = ν (Cu) * Ar (Cu) = 0,05 * 64 = 3,2 (г)

ν (O) = ν (CuO) / 2 = 0,025 (моль)
m (O) = ν (O) * Mr (O2) = 0,025 * 32 = 0,8 (г)

Ответы: m (Cu) = 3,2 г; ν (Cu) = 0,05 моль; m (O) = 0,8 г; ν (O) = 0,025 моль.

Подведены итоги 53-й Международной Менделеевской олимпиады

Подведены итоги 53-й Международной Менделеевской олимпиады

53-я Международная Менделеевская олимпиада школьников по химии (ММО-53, IMChO-53) проводилась 21-27 апреля 2019 года в Санкт-Петербурге на базе института химии СПбГУ.

§ 56. Основные виды химической связи

§ 56. Основные виды химической связи

1. Объясните почему численные значения электроотрицательности атомов элементов позволяют судить о виде химической связи, возникающей между ними. Приведите примеры.

Электроотрицательность — способность атомов данного элемента оттягивать на себя электроны атомов других элементов в соединениях. Обычно используют относительную электроотрицательность, где за единицу принята электроотрицательность лития (см. § 55. Электроотрицательность химических элементов).

Чем больше разница в электроотрицательности химических элементов в соединении, тем сильнее атом более электроотрицательного элемента оттягивает на себя электроны. И тем более полярна химическая связь в соединении.

Например, NaF, KCl, LiF — будут типичными соединениями с ионной связью. H2S, HBr, CH4 — представители соединений с ковалентной полярной связью. А молекулы простых веществ, таких как H2, Cl2, O2 будут иметь ковалентную неполярную связь, так как разность в электроотрицательности элементов этих соединений равна нулю.

2. В тетрадях напишите по три формулы соединений: а) с ионной; б) с ковалентной полярной; в) с ковалентной неполярной связью. Изобразите их электронные формулы.

3. Изобразите структурные формулы молекул воды и хлороводорода.

H-O-H и H-Cl

4. Учитывая значения электроотрицательностей элементов (см. таблицу) составьте химические формулы и укажите сдвиг общих электронных пар в соединениях: а) лития с азотом; б) кислорода с фтором; в) углерода с серой; г) углерода с алюминием.

По таблице мы можем определить, какой элемент будет более электроотрицательным. А по таблице Менделеева узнать, сколько электронов есть у этого элемента и сколько электронов ему не хватает до устойчивой оболочки благородного газа.

а) Более электроотрицательный — азот. Находится в V группе, значит ему не хватает 3 электрона. У лития (I группа) есть 1 электрон. Таким образом мы можем написать формулу соединения и указать сдвиг:
Li3 –> N

б) Более электроотрицательный — фтор. Находится в VII группе, значит ему не хватает 1 электрона. У кислорода (VI группа) есть 2 электрона (почему 2, а не 6 вы узнаете в старших классах). Таким образом мы можем написать формулу соединения и указать сдвиг:
O –> F2

в) Углерод и сера имеют равные значения электроотрицательности. Поэтому такую связь можно считать ковалентной неполярной и не учитывать сдвиг. Однако, преимущество все же есть у серы, которой не хватает 2 электрона до устойчивой конфигурации. У углерода же есть сразу 4 электрона. Таким образом мы можем написать формулу соединения:
C – S2

г) Более электроотрицательный — углерод, которому не хватает 4 электрона. У алюминия есть 3. Таким образом мы можем написать формулу соединения и указать сдвиг:
Al4 –> C3

§ 55. Электроотрицательность химических элементов

§ 55. Электроотрицательность химических элементов

1. Что такое электроотрицательность? Используя таблицу учебника и периодическую таблицу, расположите химические знаки перечисленных ниже элементов в порядке возрастания значений электроотрицательности: фосфор, магний, бор, цезий, кислород, кремний, калий, углерод, водород, литий, фтор, сера, алюминий, кальций.

Электроотрицательность — способность атомов данного элемента оттягивать на себя электроны атомов других элементов в соединениях.

Элементы в порядке возрастания электроотрицательности: Cs (0.7), K (0.8), Li (1.0), Ca (1.0), Mg (1.2), Al (1.5), Si (1.8), B (2.0), H (2.1), P (2.2), C (2.5), S (2.5), O (3.5), F (4.0).

2. Подумайте как зависит электроотрицательность элемента от радиуса атома. Дайте обоснованный ответ.

По мере увеличения радиуса атома, отрицательно заряженные электроны находятся все дальше от положительно заряженного ядра, и сила их притяжения к ядру ослабевает. В упрощенном виде это можно описать законом Кулона:

Как видно из формулы, сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния.

На самом же деле все еще несколько сложнее. Есть так называемый эффект экранирования. Дело в том, что электрон не находится в какой-то точке пространства, а постоянно движется вокруг ядра. Учитывая ничтожно малые размеры атомного ядра (нанометры) и огромную скорость электрона (близкая к световой), вокруг атома имеется что-то вроде облака. Его так и называют — «электронное облако». Это облако экранирует заряд ядра. А по мере роста количества электронных слоев (см § 53. Распределение электронов по энергетическим уровням) эффект экранирования усиливается.

А наглядно это видно из таблицы к вопросу №1. По мере движения сверху вниз по главной группе, радиусы атомов увеличиваются, а относительная электроотрицательность уменьшается:

Li (1.0) -> Na (0.9) -> K (0.8) -> Cs (0.7)

Тестовые задания

1. В ряду F — Cl — Br — I с увеличением порядкового номера химического элемента электроотрицательность

1) увеличивается 3) не изменяется
2) уменьшается 4) изменяется периодически

Ответ: 2) уменьшается

2. В ряду C — N — O — F с увеличением порядкового номера химического элемента электроотрицательность

1) увеличивается 3) не изменяется
2) уменьшается 4) изменяется периодически

Ответ: 1) увеличивается

§ 54. Значение периодического закона

§ 54. Значение периодического закона

1. Охарактеризуйте научное и практическое значение периодического закона.

Периодический закон позволил найти связь между всеми химическими элементами, их физическими и
химическими свойствами. Кроме того, он стал мощнейшим инструментом прогнозирования — за последующие 30 лет было открыто 20 новых химических элементов (сам Менделеев предсказал существование 3-х элементов — скандия Sc, галлия Ga и германия Ge). Периодическая система позволяла прогнозировать не только существование новых элементов, но и их химические свойства.

Благодаря периодическому закону получило дальнейшее развитие атомно-молекулярное учение и представление об атоме. Было введено определение химического элемента и уточнено понятие простого вещества, внесены корректировки в относительные атомные массы некоторых элементов (так, еще Менделеев откорректировал относительную атомную массу бора, посчитав ее равной 9 а.е.м. вместо 13 а.е.м.).

2. На основе теории строения атомов объясните сущность явления периодичности в изменении свойств элементов.

Сущность явления периодичности заключается в том, что с возрастанием заряда ядра атомов (увеличением общего числа электронов в атоме) периодически появляются элементы с одинаковым числом валентных электронов. Именно количество валентных электронов в первую очередь определяет химические свойства элемента.

3. Подготовьте компьютерную презентацию по теме «Использование радиоактивных изотопов в медицине».

вариант 1

вариант 2