Химическая связь и строение веществ

1. Что представляет собой химическая связь? Каковы причина и условия ее образования? Укажите основные типы химической связи и приведите примеры соответствующих веществ.

а) Изобразите графические формулы следующих молекул и ионов:

HNO₂, NH₃, N₂H₄, NH₄⁺, NH₂OH, HNO₃, NО₂^–.

В каких из предложенных частиц валентность и степени окисления атомов азота численно совпадают?

2. Дайте определение ковалентной связи. Проиллюстрируйте на конкретных примерах различные механизмы ее образования. Чем схожи и чем отличаются по своей сути полярная и неполярная ковалентная связь?

а) Изобразите графические формулы следующих молекул и ионов:

CO, CH₃OH, HCO₃^–, CO₂, HCOO^–, CH₄.

В каких из этих частиц валентность и степени окисления атомов углерода численно равны?

3. Перечислите основные свойства ковалентной связи. Что понимают под длиной и энергией ковалентной связи? Чем определяется пространственная направленность ковалентной связи?

а) Как изменяются длина и энергия ковалентной связи Э―Н в молекулах водородных соединений неметаллов в группах и периодах по мере увеличения атомных номеров элементов Э?

4. Каковы основные виды ковалентной связи? Чем схожи и чем отличаются по способам образования σ- и π-связи? Проиллюстрируйте образование указанных видов ковалентной связи на примере молекулы азота. Что характеризует кратность связи? Каково влияние кратности связи на ее длину и энергию?

а) Как и почему изменяются температуры кипения веществ в ряду H₂O – H₂S – H₂Se – H₂Te по мере увеличения атомных номеров халькогенов? Наблюдается ли аналогичная зависимость в рядах водородных соединений неметаллов других А-групп? Почему при замерзании воды ее плотность уменьшается?

5. Что такое валентность атома? На конкретных примерах покажите связь валентности атомов с их строением? Чем валентность атома отличается от его степени окисления?

а) Определите валентность и степени окисления атомов всех элементов в частицах:

H₂O, H₂O₂, H₃O⁺, H₃PO₄, OF₂, OH^—, O₂F₂, CO, HCO₃^—.

В каких из этих частиц валентность и степени окисления атомов кислорода численно равны?

6. Сформулируйте основные положения метода валентных связей. В чем заключается отличие локализованной и делокализованной ковалентной связи?

а) Изобразите графические формулы следующих частиц:

СlO₄^– , H₂S₂O₇, NO₂, PCl₅, SiH₄, C₆H₆ .

Определите валентность и степени окисления атомов всех элементов в них. В каких из указанных частиц имеются делокализованные ковалентные связи?

7. В чем заключается концепция гибридизации атомных орбиталей? Каковы основные типы гибридизации и соответствующие им геометрические формы молекул и ионов? Приведите конкретные примеры.

а) Укажите типы химической связи в веществах и в частицах:

(NH₄)₂SO₄, S₈, •CH₃, NO₂^– , KHCO₃, Au, H₂O.

8. Дайте определения ионной и металлической связей. Какова их природа, чем они схожи с ковалентной связью и чем отличаются от нее? Приведите примеры веществ с ионной и металлической связью.

а) Определите тип гибридизации орбиталей центрального атома и геометрическую форму частиц:

CO₂, SO₂, H₃O⁺ , CO₃^2– , BF₃, NH₄⁺ .

Какие из них полярны?

9. Каковы основные типы межмоле­кулярного взаимодействия? Покажите на конкретных примерах. Как влияет энергия межмолекулярного взаимодействия на физические свойства веществ? Как и почему изменяются температуры плавления и кипения веществ в рядах HCl – HBr – HI и H₂S – H₂Se – H₂Te?

а) Определите типы гибридизации орбиталей атомов углерода в частицах: C₂H₆, CO₃^2– , C₂H₂, CH₂O, C₆H₆, СО₂?

Каковы геометрические формы этих частиц? Какие из частиц неполярны?

0. Дайте определение водородной связи. Каков механизм ее образования? Чем эта связь схожа с ковалентной связью и чем отличается от нее? Как влияет наличие водородных свя­зей между молекулами на физические свойства веществ? Приведите примеры. В каких природных объектах присутствует водородная связь?

а) Сколько σ- и π-связей имеется в молекуле каждого из веществ:

P₄, SF₆, C₂H₂, POCl₃, HNO₃, SO₂Cl₂ ?

 

Т е м а IV

ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

1. Что называется скоростью химической реакции и каковы ее единицы? Какие факторы влияют на скорость химической реакции?

а) Как изменится скорость реакции, протекающей по уравнению

2H₂S _(г) + O_{2 (г)} = 2S _(ромб.) + 2H₂O _(г),

в результате: 1) увеличения концентрации сероводорода в 3 раза; 2) уменьшении объема реакционного сосуда в 2 раза (при тех же химических количествах реагентов)?

2. Сформулируйте закон действующих масс и укажите условия его применимости. Каков физический смысл константы скорости реакции?

а) Запишите математические выражения закона действующих масс для процессов:

1) CaO _(к) +CO_{2 (г)} = CaCO_{3 (к)}

2) NH_{3 (г)} + HCl _(г) = NH₄Cl _(к)

3) 2NO_{2 (г)} = 2NO _(г) +O_{2 (г)}

3. Как и почему влияет температура на скорость химических реакций? Что такое температурный коэффициент скорости реакции?

а) Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Как изменится скорость реакции при повышении температуры от 45 °С до 85 °С?

4. Что такое энергия активации и активированный комплекс? Поясните на энергетической диаграмме хода химической реакции.

а) В сосуд объемом 2 дм³ ввели оксид серы(IV) массой 3,2 г и кислород массой 6,4 г. Рассчитайте скорость реакции

2SO_{2 (г)} + O_{2 (г)} = 2SO_{3 (г)}

в начальный момент и в момент, когда масса оксида серы(IV) уменьшилась в 2 раза. Константа скорости данной реакции равна 2,5.

5. Какие вещества называются катализаторами? В чем заключается ускоряющее действие катализатора? Поясните с использованием энергетической диаграммы хода реакции.

а) В сосуд объемом 10 дм³ ввели азот массой 28 г и водород массой 6 г. Рассчитайте константу равновесия системы

N_{2 (г)} +3H_{2 (г)} ↔ 2NH_{3 (г)},

если к моменту наступления равновесия масса азота уменьшилась на 10 %.

6. Какое состояние реакционной системы называется химическим равновесием? Что такое константа химического равновесия? Каков ее физический смысл?

а) Химическое равновесие 2NO _(г) + O_{2 (г)} ↔ 2NO_{2 (г)}установилось при концентрациях оксида азота (II), кислорода и оксида азота(IV), равных, соответственно, 0,08, 0,03 и 0,02 моль/дм³. Вычислите константу равновесия указанной реакции и исходные концентрации оксида азота(II) и кислорода.

7. Какие факторы влияют на смещение химического равновесия? Укажите, в какую сторону сместится равновесие в каждой из систем:

1) COCl_{2 (г)} ↔ CO _(г) + Cl_{2 (г)} – 113 кДж;

2) 2СО _(г) + О_{2 (г)} ↔ 2CO_{2 (г)} + 565 кДж;

3) H_{2 (г)} + I_{2 (г)} ↔ 2HI _(г); Δ Н = – 26 кДж;

4) N_{2 (г)} + О_{2 (г)} ↔ 2NO _(г); Δ Н = 181 кДж

в результате: а) повышения температуры; б) увеличения давления.

8. Сформулируйте принцип Ле-Шателье. Проиллюстрируйте его на конкретных примерах.

а) Константа равновесия гомогенной системы N_{2 (г)} +3H_{2 (г)} ↔ 2NH_{3 (г)} при температуре 400 °С равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака равны, соответственно, 0,2 и 0,08 моль/дм³. Вычислите равновесную и начальную концентрации азота.

9. Напишите математическое выражение для константы равновесия реакции:

Fe₂O_{3 (тв)} + 3H_{2 (г)} ↔ 2Fe _(тв) + 3H₂O _(г).

а) Константа равновесия системы CO _(г) + H₂O _(г) ↔ CO_{2 (г)} + H_{2 (г)} при некоторой температуре равна 1. Начальная концентрация оксида углерода(II) cоставляла 1 моль/дм³, а к моменту наступления равновесия она оказалась равной 0,5 моль/дм³. Чему была равна начальная концентрация водяного пара? Изменится ли давление в системе в результате реакции?

0. Напишите математическое выражение для константы равновесия процесса:

Sn⁴⁺_(р-р) + 2Fe²⁺_(р-р) ↔ Sn²⁺_(р-р) + 2Fe³⁺_(р-р).

а) При 1000 °С константа равновесия реакции

FеО _(к) + СО _(г) ↔ Fе _(к) + СО_{2 (г)}

равна 0,5. Вычислите равновесные концентрации СО и СО₂, если их начальные концентрации были равны, соответственно, 0,05 и 0,01 моль/дм³.

Т е м а V