Задания для самостоятельной подготовки

 

Задание 1. Укажите значения главного и орбитального квантовых чисел данных подуровней, рассчитайте последовательность их заполнения в соответствии с правилами Клечковского.

Задание 2. Для химических элементов с указанными порядковыми номерами:

– укажите их положение в периодической системе Д. И. Менделеева (номер периода, номер группы, главная или побочная подгруппа);

– напишите электронную формулу атома;

– распределите валентные электроны по квантовым ячейкам.

Задание 3. Напишите электронную формулу иона.

Задание 4. По распределению валентных электронов определите элемент и напишите его электронную формулу.

Вариант	Номер задания
	1	2	3	4
1	3d; 4s; 4d	13; 83	Ni2+	5s25p2
2	6s; 4f; 3p	39; 50	Cu2+	3d24s2
3	5s; 4f; 2p	9; 48	Zn2+	3d34s2
4	5s; 3d; 6p	51; 73	Bi3+	4s24p3
5	4d; 1s; 5p	6; 75	Fe3+	5s25p1
6	3p; 4s; 4d	16; 72	I-	3d104s2
7	6d; 5d; 7p	15; 74	Cd2+	4d15s2
8	2р; 3d; 4s	13; 76	Sr2+	4d25s2
9	4f; 6p; 4d	23; 39	Cs+	4d105s2
10	5s; 4s; 2p	15; 49	Cr3+	5s25p3
11	6p; 5d; 5f	17; 51	Cl-	3d74s2
12	6s; 4d; 7s	14; 45	Sn2+	3d84s2
13	6p; 5p; 4d	12; 77	Pb2+	4d55s2
14	5f; 7p; 5d	11; 53	S2-	3d54s1
15	3d; 5p; 4d	10; 24	Co2+	4s24p5
16	7s; 3s; 4f	18; 40	Br-	5s25p5
17	5p; 7p; 3d	56; 82	In3+	3d14s2
18	4f; 6p; 4d	22; 43	V2+	4s24p6
19	5f; 6p; 2s	20; 52	W3+	4d105s1
20	2p; 5s; 3d	19; 55	Ag+	5d26s2
21	3s; 4p; 4f	27; 38	Hg2+	4s24p1
22	1s; 4p; 3s	26; 37	Ba2+	3d64s2
23	7s; 5f; 3d	21; 56	Rb+	5d46s2
24	4s; 6p; 4d	28; 34	Ni3+	3d104s1
25	2s; 6p; 3p	36; 80	V3+	3s23p3
26	7s; 5p; 5f	30; 54	Pt2+	4s24p2
27	2p; 5s; 7s	29; 81	Mo2+	3s23p4
28	4f; 5s; 6d	31; 51	Fe2+	4s24p5
29	2p; 4s; 3p	14; 52	Sn4+	5s25p3
30	2s; 3d; 5s	6; 73	Cu+	5d36s2

Классы неорганических веществ

Неорганические вещества можно разделить на две группы – простые и сложные.

Простые вещества образованы атомами одного химического элемента. Они включают металлы и неметаллы.

К металлам относится бόльшая часть элементов Периодической системы (см. табл П.1).

Неметаллами являются F, Cl, Br, At, O, S, Se, Te, В, N, P, As, C, Si, H, а также благородные газы.

Сложные вещества (химические соединения) образованы атомами разных элементов. В соответствии с составом и свойствами можно выделить следующие классы неорганических соединений: оксиды, гидроксиды, соли.

 

О ксиды

 

Оксиды – сложные вещества, состоящие из какого-либо элемента и кислорода: Э_mО_n. Степень окисления кислорода в оксидах равна –2.

Различают оксиды:

· солеобразующие (СuO, Al₂O₃, SO₂, N₂O₅ и др.);

· несолеобразующие, или безразличные (CO, NO, N₂O). Несолеобразующие оксиды не взаимодействуют с другими оксидами, водой и не образуют солей.

Солеобразующие оксиды, в свою очередь, подразделяют на основные, кислотные и амфотерные:

· основные оксиды образуют металлы в низких степенях окисления +1, +2; например, MnO, CaO, K₂O;

· кислотные – оксиды неметаллов (например, CO₂, Cl₂O₇) и металлов в высоких степенях окисления +5, +6, +7, например, V₂O₅, СrO₃, Mn₂O₇;

· амфотерные – оксиды некоторых металлов в степенях окисления:

^· +2 – BeO, ZnO, SnO, PbO и др.;

^· +3 – Al₂O₃, Ga₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃ и др.;

^· +4 – SnO₂, PbO₂, MnO₂ и др.

Эти оксиды проявляют и основные и кислотные свойства.

Основные оксиды

Способы получения:

· окисление металлов кислородом –

2 Mg + O₂ = 2 MgO

2 Cu + O₂ = 2 CuO

· окислительный обжиг солей –

 

2 CuS + 3 O₂ = 2 CuO + 2 SO₂

4 FeS₂ + 11 O₂ = 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

· термическое разложение нерастворимых гидроксидов –

 

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

· термическое разложение солей кислородсодержащих кислот (нитратов, карбонатов и др.) –

 

BaCO₃ = BaO + CO₂

2 Pb(NO₃)₂ = 2 PbO + 4 NO₂ + O₂

· окисление или восстановление других оксидов:

4 CrO + O₂ = 2 Cr₂O₃

Fe₂O₃ + H₂ = 2 FeO + H₂O

Основные оксиды реагируют:

· с кислотными и амфотерными оксидами –

BaO + СO₂ = BaСO₃

K₂O + Al₂O₃ = 2 KAlO₂

·  с кислотами –

СuO + 2 HCl = CuCl₂ + H₂O

· с водой (оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов) с образованием щелочей –

 

K₂O + H₂O = 2 KOH

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

 

Кислотные оксиды

Кислотные оксиды могут быть получены методами, аналогичными методам получения основных оксидов:

· окисление простых веществ –

4 P + 5 O₂ = 2 P₂O₅

· разложение при нагревании или окисление сложных соединений, в том числе других оксидов –

СaCO₃ = СaO + CO₂

2 H₂S + 3 O₂ = 2 H₂O + 2 SO₂

2 NO + O₂ = 2 NO₂

· взаимодействие солей с более сильными кислотами –

 

2 KMnO₄ + H₂SO₄ = Mn₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

Кислотные оксиды взаимодействуют:

· с основными и амфотерными оксидами –

SO₂ + BaO = BaSO₃

P₂O₅ + Al₂O₃ = 2 AlPO₄

· с основаниями и амфотерными гидроксидами –

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

SO₃ + Zn(OH)₂ = ZnSO₄ + H₂O

· с водой с образованием кислот (кроме SiO₂) –

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

P₂O₅ + 3 H₂O = 2 H₃PO₄.

 

Амфотерные оксиды

Способы получения амфотерных оксидов аналогичны способам получения кислотных и основных оксидов.

Амфотерные оксиды обладают двойственной природой – они одновременно способны к реакциям, в которые вступают как основные, так и кислотные оксиды:

· основный характер они проявляют при взаимодействии с кислотными оксидами и кислотами –

ZnO + SO₃ = ZnSO₄

ZnO + 2 HCl = ZnCl₂ + H₂O

· кислотные свойства проявляют при взаимодействии с основными оксидами и щелочами –

Al₂O₃ + Na₂O = 2 NaAlO₂

Al₂O₃ + 2 NaOH = 2 NaAlO₂ + H₂O.

 

Гидроксиды

Гидроксиды в зависимости от их химических свойств делят на основные (основания), кислотные (кислородсодержащие кислоты) и амфотерные. В состав гидроксида независимо от его свойств входят гидроксогруппы.

 

Основания

Основания – сложные соединения, состоящие из иона металла (или аммония) и одной или нескольких гидроксогрупп.

Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы в воде, их называют щелочами.

Способы получения:

· щелочи получают взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их оксидов с водой –

2 Li + 2 H₂O = 2 LiOH + H₂

SrO + H₂O = Sr(OH)₂

· промышленным способом получения щелочей является электролиз водных растворов хлоридов –

2 NaCl + 2 H₂O = 2 NaOH + H₂ + Cl₂

· основания могут быть получены в ходе реакции ионного обмена между солью и щелочью –

K₂CO₃ + Ba(OH)₂ = 2 KOH + BaCO₃

Основания взаимодействуют:

· с кислотами и кислотными оксидами –

Сu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O

2 NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

· с амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием соли и воды –

2NaOH + Zn(OH)₂ = Na₂ZnO₂ + 2H₂O

2NaOH + ZnO = Na₂ZnO₂ + H₂O

· с солями, если в результате реакции образуется труднорастворимое соединение (см. табл. П.2) или слабый электролит –

2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

NaOH + NH₄Cl = NaCl + NH₄OH

                                                        (слабый электролит)

· нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются с образованием оксидов –                   

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O.

Кислоты

Кислоты – сложные химические соединения, состоящие из ионов водорода и кислотных остатков (анионов). Кислотные остатки в реакциях обмена переходят в состав другого соединения без изменения.

Чтобы написать формулу кислоты по ее оксиду, следует к оксиду добавить одну (две) молекулы воды. Например, по оксидам CrO₃, Mn₂O₇ cоставим формулы кислот:

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

Mn₂O₇ + H₂O = (H₂Mn₂O₈) = 2 HMnO₄

Способы получения кислот:

· растворение в воде кислотных оксидов –

SO₃ + H₂O = H₂SO₄         

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

· слабые или летучие кислоты образуются при взаимодействии их солей с более сильными кислотами –

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃↓

· бескислородные кислоты получают растворением в воде водородных соединений, которые можно получить прямым взаимодействием неметаллов и водорода –

H₂ + CI₂ = 2 HCl.

Кислоты взаимодействуют:

· с металлами –

Mg + 2 HCl = MgCl₂ + H₂

· основными и амфотерными оксидами –

2 HNO₃ + BaO = Ba(NO₃)₂ + H₂O

2 HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O

· основаниями и амфотерными гидроксидами –

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O

3 HCl + Al(OH)₃ = AlCl₃ + 3 H₂O

· солями, если в результате реакции образуются более слабая кислота, малорастворимое или летучее соединение –

HCl + CH₃COONa = NaCl + CH₃COOH (слабая кислота)

H₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ = BaSO₄↓ + 2 HNO₃

2 HCl + K₂CO₃ = 2 KCl + H₂CO₃ (H₂O + CO₂↑).

 

Амфотерные гидроксиды

Амфотерные гидроксиды способны проявлять как основные, так и кислотные свойства, они, как правило, нерастворимы в воде.

Амфотерные гидроксиды записывают в форме основания и в форме кислоты, например, Be(OH)₂ можно представить как H₂BeO₂.

Способы получения амфотерных гидроксидов аналогичны способам получения оснований.

Химические свойства:

· основные свойства амфотерных гидроксидов проявляются в реакциях с кислотными оксидами и кислотами –

Sn(OH)₂ + SO₃ = SnSO₄ + H₂O

Sn(OH)₂ + 2HNO₃ = Sn(NO₃)₂ + 2 H₂O

· кислотные свойства проявляются в реакциях с основными оксидами и щелочами –

H₂ZnO₂ + K₂O = K₂ZnO₂ + H₂O

H₂PbO₂ + 2 NaOH = Na₂PbO₂ + 2 H₂O.

 

Соли

 

Соли – это продукты замещения ионов водорода в кислоте на катионы металлов или аммония, или продукты замещения гидроксогрупп у оснований (или амфотерных гидроксидов) на кислотные остатки.

По составу выделяют соли:

· средние – продукты полного замещения ионов водорода в кислоте – K₂SO₄, CrCl₃, Al₂(SO₄)₃;

· кислые – это продукты неполного замещения ионов водорода в кислоте на катион металла (аммония) – NaHCO₃, Ca(HSO₃)₂, NH₄H₂PO₄;

· основные – продукты неполного замещения гидроксогрупп в основании кислотным остатком – (FeOH)₂SO₄, AlOHCl₂, CoOHNO₃.

 

Средние соли

Способы получения – взаимодействие:

· простых веществ –

Mg + Cl₂ = MgCl₂                          Fe + S = FeS

· двух оксидов разного характера –

CaO + CO₂ = CaCO₃

· металла с кислотой –

Zn + H₂SO_4(разб.) = ZnSO₄ + H₂

· оксида (основного или амфотерного) с кислотой –

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O     ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

· основания или амфотерного гидроксида с кислотой –

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O    Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O

· взаимодействие основного или амфотерного гидроксида с кислотным оксидом –

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O;  Zn(OH)₂ + SO₃ = ZnSO₄ + H₂O

· металла с солью –

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

· кислоты с солью –

H₂SO₄ + Pb(NO₃)₂ = PbSO₄↓ + 2 HNO_3.

· щелочи с солью –

Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2 NaOH.

· двух солей –

BaCl₂ + 2AgNO₃ = 2 AgCl↓ + Ba(NO₃)₂.

Последние три способа получения возможны, если в качестве продукта реакции получаются осадок, газ или слабый электролит. Они также характеризуют химические свойства солей.

 

Кислые соли

 

Кислые соли образуют только слабые многоосновные кислоты. Почти все кислые соли хорошо растворимы в воде.

В формулах кислых солей записывают сначала ионы металла или аммония, затем Н⁺ и ионы кислотного остатка. При составлении формул следует помнить, что молекула должна быть электронейтральной, то есть сумма зарядов ионов должна быть равна нулю. Если сумма не равна нулю, то в формуле должны быть индексы.

Порядок написания формулы кислой соли сводится к следующему:

Ca2+, H+, CO32- проставляют заряды ионов, считают их сумму 2 + 1-2 ¹ 0

Ca(HCO3) в скобки заключают ионы Н+ и кислотного остатка

Ca2+(HCO3)- считают суммарный заряд иона в скобках 1 – 2 = –1

Ca(HCO3)2 записывают формулу соли, используя индексы

 

Название кислой соли образуют добавлением к аниону приставки "гидро" с указанием числа атомов водорода в кислотном остатке. Например: Na₂HPO₄ – гидрофосфат натрия, NaH₂PO₄ – дигидрофосфат натрия.

Способы получения – взаимодействие:

· кислоты и недостатка основания –

NaOH + H₂CO₃ = NaHCO₃ + H₂O

· кислотного оксида с недостатком основания –

NaOH + CO₂ = NaHCO₃

4NaOH + P₂O₅ = 2Na₂HPO₄ + H₂O

· кислоты и недостатка основного оксида –

CaO + 2H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂ + H₂O

· средней соли c одноименной кислотой –

BaCO₃ + H₂CO₃ = Ba(HCO₃)₂

· средней соли c недостатком более сильной кислоты –

2BaCO₃ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + Ba(HCO₃)₂.

Кислую соль можно перевести в среднюю, если добавить к ней основание (щелочь):

Ba(HCO₃)₂ + Ba(OH)₂ = 2 BaCO₃↓ + 2 H₂O

Ba(HCO₃)₂ + 2 NaOH = BaCO₃↓+ Na₂CO₃ + 2 H₂O.

Основные соли

 

Основные соли образуют основания (слабые электролиты), содержащие две и большее число гидроксогрупп. Основные соли, как и соответствующие основания, малорастворимы в воде.

В формулах основных солей записывают сначала ионы металла, затем гидроксогруппу и далее – ионы кислотного остатка. При составлении формул основных солей учитывают электронейтральность молекул.

Cu2+, OH-, SO42- проставляют заряды ионов, считают их сумму 2 – 1 - 2 ¹ 0

(CuOH)SO4 в скобки заключают ионы металла и ОН–

(CuOH)+SO42- считают суммарный заряд иона в скобках 2 – 1 = +1

(CuOH)2SO4 записывают формулу соли, используя индексы

 

Название основной соли образуют добавлением к аниону приставки "гидроксо" с указанием количества гидроксогрупп. Например: FeOHCl₂ – гидроксохлорид железа (III), Fe(OH)₂Cl – дигидроксохлорид железа (III).

Способы получения – взаимодействие:

· основания с недостатком кислоты –

2 Cu(OH)₂↓ + H₂SO₄ = (CuOH)₂SO₄↓+ 2 H₂O

· кислотного оксида с избытком основания –

CO₂ + 2 Cu(OH)₂↓ = (CuOH)₂CO₃↓ + H₂O

· нормальной соли и основания –

NiSO₄ + Ni(OH)₂↓ = (NiOH)₂SO₄↓

2 NiSO₄ + 2 NaOH = (NiOH)₂SO₄↓ + Na₂SO₄.

Основную соль можно перевести в среднюю, если подействовать на нее кислотой:

(NiOH)₂SO₄↓ + H₂SO₄ = 2 NiSO₄ + 2H₂O

(NiOH)₂SO₄↓ + 2 HCl = NiSO₄ + NiCl₂ + 2H₂O.