Раздел 1. Строение вещества: атом, молекула, кристалл

Атом

В задачах (1-15) по заданным координатам атома (период, группа) найдите элемент в Периодической системе, составьте полную электронную формулу атома, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам, укажите, диамагнитными или парамагнитными свойствами обладают нейтральные атомы данного элемента.

№ п/п	Период	Группа	№ п/п	Период	Группа	№ п/п	Период	Группа
		YI B			I B			Y B
		Y A			YII A			IY A
		YI A			I A			IY B
		Y B			II B			YII A
		II A			YII B			YI B

В задачах (16-30) укажите значения квантовых чисел n и l для электронов внешнего энергетического уровня в атомах элементов с порядковыми номерами Z. Составьте полную электронную формулу атома элемента, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.

№ п/п	Z	№ п/п	Z	№ п/п	Z	№ п/п	Z	№ п/п	Z

В задачах (31-44) объясните изменение первой энергии ионизации в указанном ряду атомов элементов. Составьте полные электронные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.

 

№ п/п	Элемент	№ п/п	Элемент
Первая энергия ионизации, эВ	Первая энергия ионизации, эВ
	Li	Na	K		Li	Be	B
5,39	5,14	4,34	5,39	9,32	8,296
	Be	Mg	Ca		C	N	O
9,32	7,64	6,11	11,26	14,54	13,61
	B	Al	Ga		K	Ca	Sc
8,29	5,98	6,00	4,34	6,11	6,56
	C	Si	Ge		Na	Mg	Al
11,26	8,15	7,88	5,14	7,64	5,98
	Cu	Ag	Au		B	C	N
7,72	7,57	9,22	8,29	11,26	14,54
	Zn	Cd	Hg		O	F	Ne
9,39	8,99	10,34	13,61	17,42	21,56
	N	P	As		Al	Si	P
14,54	10,55	9,81	5,98	8,15	10,55

В задачах (45-58) объясните изменение радиуса в указанном ряду атомов элементов. Составьте полные электронные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.

 

№ п/п	Элемент	№ п/п	Элемент
Атомный радиус, R∙10 ^10, м	Атомный радиус, R∙10^10, м
	Li	Na	K		Li	Be	B
1,55	1,89	2,36	1,55	1,13	0,91
	Be	Mg	Ca		C	N	O
1,13	1,60	1,97	0,77	0,75	0,73
	B	Al	Ga		K	Ca	Sc
0,91	1,42	1,39	2,36	1,97	1,64
	C	Si	Ge		Na	Mg	Al
0,77	1,34	1,39	1,89	1,60	1,43
	Sc	Ti	V		B	C	N
1,64	1,46	1,34	0,81	0,77	0,75
	Fe	Co	Ni		O	F	Ne
1,26	1,25	1,24	0,73	0,72	0,70
	N	P	As		Al	Si	P
0,71	1,30	1,48	1,43	1,34	1,30

В задачах (59-82) составьте полную электронную формулу атома элемента в основном и возбужденном состоянии, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам, укажите, диамагнитными или парамагнитными свойствами обладают нейтральные атомы данного элемента в стабильном состоянии. Изобразите орбитали внешнего энергетического уровня атома в стабильном состоянии.

 

№ п/п	Элемент	№ п/п	Элемент	№ п/п	Элемент	№ п/п	Элемент
	Mg		Al		Ge		Fe
	Ga		Sc		S		Co
	Ti		V		Mn		Cu
	P		Sn		Zr		Br
	Cl		Se		Ca		As
	Si		Zn		Cr		Ni

 

Молекула

В задачах (83-88), используя метод молекулярных орбиталей, объясните различную длину связи d в молекулах и молекулярных ионах

 

№ п/п	Моле- Кула	Длина связи, d ∙10^12, м	Ион	Длина связи, d ∙10^12, м	№ п/п	Моле- кула	Длина связи, d ∙10^12, м	Ион	Длина связи, d ∙10^12, м
	Cl2		Cl2^+^-			C2		C2^+^-
	F2		F2^+^-			O2		O2^-
	C2		C2^-			H2		Н2^+

 

В задачах (89-94), используя метод молекулярных орбиталей, объясните различные значения энергии связи Е в частицах

 

№ п/п	Частица	Е, кДж/моль	Частица	Е, кДж/моль
	Р2		Р2^+
	S2^+		S2
	O2^-		O2^+
	N2^-		N2
	Cl2^-		Cl2^+
	I2		I2^+

 

В задачах (95-100), используя метод молекулярных орбиталей, изобразите энергетические диаграммы частиц, определите порядок связи, сравните прочность связи, укажите характер магнитных свойств частиц.

№ п/п	Молекула	Ион	№ п/п	Молекула	Ион
	О2	О2^+		N2	N2^-2
	С2	С2^-		F2	F2^+
	Р2	Р2^+		Be2	Be2^-

 

В задачах (101-109), используя метод молекулярных орбиталей, изобразите энергетические диаграммы молекул, определите порядок связи, укажите характер магнитных свойств частиц.

№ п/п	Молекулы	№ п/п	Молекулы	№ п/п	Молекулы
	Al2	F2		C2	Cl2		N2	Mg2
	B2	Na2		Be2	S2		O2	Na2
	Li2	P2		Mg2	Si2		F2	Al2

В задачах (110-161) объясните экспериментально установленное строение молекул или ионов, используя метод валентных связей. Укажите тип гибридизации орбиталей центрального атома, изобразите перекрывание орбиталей и определите, полярна ли эта частица.

Внимание! В условиях задач 110-205 структурные формулы элементов записаны в виде В-А-В (В-А-В*), где А - центральный атом, В - концевые атомы. Для бипирамид: В - атомы в экваториальной плоскости, В^*- атомы в аксиальных положениях. В случае тригональной бипирамиды неподеленные пары электронов располагаются в экваториальной плоскости, у октаэдра – в аксиальных положениях.

 

№ п/п	Частица	Геометрическая форма частицы	Валентные углы (град.)
	BeCl2	Линейная	Cl-Be-Cl 180
	COS	«-«	O-C-S 180
	CNF	«-«	N-C-F 180
	HCN	«-«	H-C-N 180
	NCS^-	«-«	N-C-S 180
	OCN^-	«-«	O-C-N 180
	SnO2	«-«	O-Sn-O 180
	AlBr3	Плоский треугольник	Br-Al-Br 120
	COCl2	«-«	Cl-C-Cl 111;Cl-C-O 124
	BCl3	«-«	Cl-B-Cl 120
	GaCl3	«-«	Cl-Ga-Cl 120
	NOF	Угловая	O-N-F 110
	SiF2	«-«	F-Si-F 101
	GeCl2	«-«	Cl-Ge-Cl 107
	PbF2	«-«	F-Pb-F 90
	[BeF4]^2-	Тетраэдр	F-Be-F 109,5
	[AlH4]^-	«-«	H-Al-H 109,5
	[GaH4]^-	«-«	H-Ga-H 109,5
	GeF4	«-«	F-Ge-F 109,5
	PH4^+	«-«	H-P-H 109,5
	SiBr4	«-«	Br-Si-Br 109,5
	H3O^+	Тригональная пирамида	H-O-H 109
	H3S^+	«-«	H-S-H 96
	NHF2	«-«	H-N-F 100; F-N-F 103
	AsCl3	«-«	Cl-As-Cl 99
	PCl2F	«-«	Cl-P-Cl 104; Cl-P-F 102
	SbCl3	«-«	Cl-Sb-Cl 97
	[ClF2]^+	Угловая	F-Cl-F 100
	HOF	«-«	H-O-F 97
	OF2	«-«	F-O-F 103
	NH2^-	«-«	H-N-H 104
	SCl2	«-«	Cl-S-Cl 103
	PCl5	Тригональная бипирамида	Cl-P-Cl 120; Cl-P-Cl^*90
	AsF5	«-«	F-As-F 120; F-As-F^* 90
	SF4	Искаженный тетраэдр	F-S-F 104; F-S-F^* 89
	TeCl4	«-«	Cl-Te-Cl 120; Cl-Te-Cl^*93
	BrF3	Т-конфигурация	F-Br-F^*86; F^*-Br-F^*188
	[XeF3]^+	«-«	F-Xe-F^*80-82; F^*-Xe-F^* 162
	XeF2	Линейная	F^*-Xe-F^* 180
	[IBrCl]^-	«-«	Br^*-I-Cl^* 180
	SClF5	Октаэдр	F-S-F 90; Cl-S-F 90
	SeF6	«-«	F-Se-F 90
	[AlF6]^3-	«-«	F-Al-F 90
	[SiF6]^2-	«-«	F-Si-F 90
	[GeCl6]^2-	«-«	Cl-Ge-Cl 90
	[AsF6]^-	«-«	F-As-F 90
	ClF5	Квадратная пирамида	F-Cl-F 90; F-Cl-F^* 86
	BrF5	«-«	F-Br-F 90; F-Br-F^* 85
	[SbF5]^2-	«-«	F-Sb-F 90; F-Sb-F^* 90
	[BrF4]^-	Плоский квадрат	F-Br-F 90
	[ICl4]^-	«-«	Cl-I-Cl 90
	XeF4	«-«	F-Xe-F 90

В задачах (162-179) приведены частицы, имеющие одинаковую геометрическую форму. Используя метод валентных связей (см. примечание к задачам 110-161), укажите, одинаковые ли орбитали участвуют в образовании связей, приведите схему их перекрывания.

№ п/п	Частица 1	Углы (град.)	Частица 2	Углы (град.)	Форма частиц
	BeF2	F-Be-F 180	KrF2	F^*-Kr-F^*180	Линейная
	CO2	O-C-O 180	XeF2	F^*-Xe-F^*180	«-«
	CNCl	N-C-Cl 180	[ICl2]^-	Cl^*-I-Cl^*180	«-«
	NCS^-	N-C-S 180	[IBr2]^-	Br^*-I-Br^*180	«-«
	NOF	O-N-F 110	[ClF2]^+	F-Cl-F 100	Угловая
	GeCl2	Cl-Ge-Cl 107	H2O	H-O-H 105	«-«
	SnF2	F-Sn-F 94	NH2^-	H-N-H 104	«-«
	PbBr2	Br-Pb-Br 95	HOF	H-O-F 97	«-«
	NOCl	O-N-Cl 113	SCl2	Cl-S-Cl 103	«-«
	PbF2	F-Pb-F 90	[BrF2]^+	F-Br-F 94	«-«
	NOBr	O-N-Br 115	H2S	H-S-H 92	«-«
	SiF2	F-Si-F 101	OF2	F-O-F 103	«-«
	SnF2	F-Sn-F 94	H2Se	H-Se-H 91	«-«
	PbCl2	Cl-Pb-Cl 96	H2Te	H-Te-H 90	«-«
	[BH4]^-	H-B-H 109,5	SF4	F-S-F 104; F-S-F^* 89	Тетраэдр
	CI4	I-C-I 109,5	TeCl4	Cl-Te-Cl 120; Cl-Te-Cl^* 93	«-«
	SiF4	F-Si-F 109,5	SF4	F-S-F 104; F-S-F^* 89	«-«
	SnH4	H-Sn-H 109,5	TeCl4	Cl-Te-Cl 120; Cl-Te-Cl^* 93	«-«

 

В задачах (180-205) приведены частицы, состоящие из одного и того же количества атомов. Используя метод валентных связей, укажите орбитали, принимающие участие в образовании связей, изобразите геометрическое строение указанных частиц (см. примечание к задачам 110-161.)

 

№ п/п	Частица 1	Валентные углы (град.)	Частица 2	Валентные углы (град.)
	BeCl2	Cl-Be-Cl 180	NOBr	O-N-Br 115
	CS2	S-C-S 180	GeCl2	Cl-Ge-Cl 107
	HCN	H-C-N 180	SnI2	I-Sn-I 95
	CNBr	N-C-Br 180	PbF2	F-Pb-F 90
	SnO2	O-Sn-O 180	[ClF2]^+	F-Cl-F 100
	OCN^-	O-C-N 180	OF2	F-O-F 103
	BeBr2	Br-Be-Br 180	SCl2	Cl-S-Cl 103
	COS	O-C-S 180	KrF2	F^*-Kr-F^* 180
	CNCl	N-C-Cl 180	XeF2	F^*-Xe-F^* 180
	CNI	N-C-I 180	[IBr2]^-	Br^*-I-Br^* 180
	BeF2	F-Be-F 180	[IBrCl]^-	Br^*-I-Cl^* 180
	BeI2	I-Be-I 180	KrF2	F^*-Kr-F^* 180
	AlCl3	Cl-Al-Cl 120	H3O^+	H-O-H 109
	COF2	F-C-F 108; F-C-O 126	NHF2	H-N-F 100; F-N-F 103
	BBr3	Br-B-Br 120	AsF3	F-As-F 96
	GaCl3	Cl-Ga-Cl 120	PCl3	Cl-P-Cl 100
	CSCl2	Cl-C-Cl 111; Cl-C-S 124	SbF3	F-Sb-F 95
	GaBr3	Br-Ga-Br 120	BrF3	F-Br-F^* 86; F^*-Br-F^* 188
	AlF3	F-Al-F 120	[XeF3]^+	F-Xe-F^* 80-82; F^*-Xe-F^* 162
	[BeF4]^2-	F-Be-F 109,5	SF4	F-S-F 104; F-S-F^*89
	[AlCl4]^-	Cl-Al-Cl 109,5	[BrF4]^-	F-Br-F 90
	SiCl4	Cl-Si-Cl 109,5	[ICl4]^-	Cl-I-Cl 90
	SnF4	F-Sn-F 109,5	XeF4	F-Xe-F 90
	PF5	F-P-F 120; F-P-F^*90	ClF5	F-Cl-F 90; F-Cl-F^* 86
	AsF5	F-As-F 120; F-As-F^* 90	[XeF5]^+	F-Xe-F»90; F-Xe-F^* 79-83
	PCl5	Cl-P-Cl 120; Cl-P-Cl^* 90	[SbF5]^2-	F-Sb-F 90; F-Sb-F^* 90

 

1.3. Кристалл

В задачах (206-225) определите, используя приведенные ниже экспериментальные данные, структурный тип кристаллической решетки, в которой кристаллизуется данный металл (гранецентрированная кубическая, объемноцентрированная кубическая или типа алмаза), рассчитайте эффективный радиус атома металла, изобразите элементарную ячейку, укажите координационное число.

 

№ п/п	Металл	Плотность, г/см3	Ребро куба а ∙ 10^10, м	№ п/п	Металл	Плотность, г/см3	Ребро куба а ∙ 10^10, м
	Сг	7,00	2,89		Сu	8,90	3,62
	V	6,10	3,04		Sn	5,75	6,46
	W	19,20	3,16		Nb	3,47	3,30
	Rb	1,53	5,6		Та	3,31	3,30
	Rb	11,34	4,95		a-Fe	7,80	2,87
	Au	19,32	4,08		Mo	10,20	3,15
	Na	0,97	4,20		Cs	1,90	6,00
	Ge	5,32	5,65		Ba	3,75	5,02
	Li	0,53	3,5		γ -Fe	8,14	3,64
	Pt	21,45	4,93		Al	2,70	4,05

В задачах (226-245) определите, используя приведенные ниже экспериментальные данные, структурный тип кристаллической решетки, в которой кристаллизуется данное вещество (структурный тип NaCl или CsCl), рассчитайте ионный радиус катиона, изобразите элементарную ячейку, укажите координационное число.

№ п/п	Соеди- нение	Радиус аниона R ∙ 10^10, м	Плотность, г/см3	Ребро куба, а ∙ 10^10, м	№ п/п	Соеди- нение	Радиус аниона R∙ 10^10, м	Плотность, г/см3	Ребро куба, а ∙ 10^10, м
	AgCl	1,81	5,56	5,55		LiF	1,33	2,63	4,03
	KF	1,33		5,34		TlCl	1,81	7,00	3,86
	PbS	1,85	7,50	5,92		CaS	1,85	2,61	5,68
	КС1	1,81	1,98	6,29		MnO	1,40	5,44	4,44
	AgF	1,33	5,85	5,24		CdO	1,40	8,15	4,70
	СsВг	1,96	4,44	4,30		CsH	1,36	3,42	6,39
	LiCl	1,81	2,07	5,14		TlI	2,19	7,29	4,21
	RbF	1,33	3,87	5,64		TiO	1,40	5,52	4,25
	Csl	2,19	4,51	4,57		MgS	1,85	2,66	5,20
	RbCl	1,81	2,76	6,55		TIBr	1,95	7,56	3,98

 

В задачах (246-265) определите структурный тип соединения (СsС1, NaCl или ZnS) по приведенным ниже экспериментальным данным, изобразите элементарную ячейку, укажите координационное число ионов или атомов.

№ п/п	Соеди- нение	R катиона ∙10^10, м	R аниона ∙10^10, м	Плотность, г/см^3	№ п/п	Соеди- нение	R катиона ∙10^10, м	R аниона ∙10^10, м	Плотность, г/см^3
	CuBr	0,60	1,95	5,826		NiAI	1,35	1,25	6,05
	AuZn	1,42	1,32	13,81		RbBr	1,47	1,95	3,40
	MnS	0,80	1,85	3,99		CdTe	0,78	2,20	6,356
	АlP	1,30	1,0	2,40		NaF	0,97	1,33	2,558
	SnSb	1,90	1,50	6,90		CuBe	1,24	1,07	6,09
	CoAl	1,35	1,25	6,12		CdS	0,78	1,85	4,82
	SiC	1,10	0,70	3,27		CoO	0,72	1,40	6,43
	CuPd	1,24	1,34	10,8		ZnTe	1,32	2,20	6,34
	SrTe	1,12	2,20	4,84		NbN	0,72	1,46	8,4
	CuCl	0,60	1,81	5,823		MgO	0,66	1,40	3,58

В задачах (266-285) определите формулу соединения, кристаллизующегося в кубической сингонии, по следующим данным (число атомов в формуле только целое, Z –число формульных единиц в элементарной ячейке):

 

№ п/п	Эле- менты	Плотность, г/см^3	Ребро куба а ∙10^10, м	Z	№ п/п	Эле- менты	Плотность, г/см^3	Ребро куба а ∙10^10, м	Z
	К, Та, О	7,01	3,99			Fe, Mn, О	4,80	8,61
	Al,Au	7,65	6,01			K, Cl, O	2,524	7,14
	С, Si	3,22	4,37			Ti, Br	3,41	11,27
	Fe,0	5,17	8,41			Mg, Ce	3,05	7,74
	La, О	5,82	11,42			Mg, N	2,71	9,97
	Се, В	4,73	4,16			Ni, S	4,7	9,48
	K, Pd, Cl	2,74	9,88			Te, Ru	9,15	6,37
	Mg, Sn	3,57	6,78			Mn, Cr, S	3,72	10,08
	Al, Sb	4,33	6,11			Fe, Al	6,59	5,95
	Me, Hg	9,09	3,45			N, V	6,13	4,14