Характеристика ионов водорода. Энергетические схемы образования молекулярных орбиталей ионов 

Задача 805. 

Какие из перечисленных атомов, ионов и молекул диамагнитны: а) Н; б) Н₂^–; в)  H₂; г)  H₂^2–?

Зешение:

а) Атом Н имеет на внешнем энергетическом уровне один электрон (1s¹) вследствие чего суммарный спин отличен от нуля — атом парамагнитен.

б) Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей иона Н₂^– имеет вид:

При образовании H₂^—  из атома водорода и иона Н- образуется молекулярная орбиталь на которой содержится два электрона на связывающей орбитали и один на разрыхляющей, суммарный спин отличен от нуля, что и придаёт частице парамагнитные свойства.

в) Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей иона H₂  имеет вид: 

При образовании Н₂ из двух атомов водорода образуется молекулярная орбиталь на которой содержится два электрона на связывающей орбитали. Неспаренных электронов нет, значит, суммарный спин электронов равен нулю —  частица диамагнитна.

г) Энергетическая схема образования молекулярных орбиталей иона H₂^2– имеет вид:

При образовании H₂^2-  из двух ионов Н- образуется молекулярная орбиталь на которой содержится два электрона на связывающей орбитали и два на разрыхляющей, суммарный спин электронов равен нулю —  частица диамагнитна.

Ответ: б3.

Задача 806. 
Гремучая смесь при комнатной температуре: а) находится в состоянии химического равновесия; б) не находится в состоянии химического равновесия? Потому что: 1) скорость реакции равна нулю; 2) внесение катализатора приводит к протеканию реакции.
Решение:
Смесь, состоящая из двух объёмов водорода и одного объёма кислорода, называется гремучей смесью. При поджигании этой смеси происходит сильный взрыв. В обычных условиях водород с кислородом не взаимодействует. Малая скорость этой реакции при обычных условиях  обусловлена  высокой энергией активации данной реакции. И, если бы данная реакция  при н. у. находилась в состоянии равновесия, то при внесении катализатора равновесие процесса не сместится. Объяснить это можно тем, что катализаторы – это вещества, которые увеличивают скорость протекания реакций как прямой, так и обратной, что, само собой на смещение равновесия не влияет. Так как в данной системе при внесении катализатора начинает протекать реакция, то можно сделать вывод: система не находится в состоянии равновесия.

В действительности данная реакция относится к реакциям цепного характера, не к обратимым реакциям. Обычно цепные реакции протекают с участием активных центров — атомов водорода, кислорода и гидроксид-радикалов. 

Применение катализатора сильно увеличивает скорость взаимодействия между молекулами Н₂ и О₂, что приводит к образованию двух гидроксильных радикалов: 

H₂ + O₂ = OH^. + OH^. 

Затем радикалы ОН. реагируют с молекулой Н₂:

ОН^. + H₂ = H₂O + H. 

далее 

H^. + O₂ = O^. + OH^. 

Видео:подвижности ионов и числа переносаСкачать

Затем могут протекать следующие процессы:

 H^. + OH^. = H₂O;
 2H^. + O^. = H₂O.

Процесс ускоряется – реакция протекает со взрывом.

Задача 807. 
Исходя из указанных значений электродных потенциалов:
 H₂ + 2 = 2Н^—, ⁰ = 2,23B;
 2H⁺ + 2 = H₂, ⁰ = 0,41B (при pH = 7).
установить, может ли гидрид-ион существовать в водных растворах: а) да; б) нет?
Решение:
Сначала установим, может ли самопроизвольно протекать данная реакция, по величинам стандартных потенциалов водородных электродов. Из законов электрохимии вытекает, что окислителем всегда служит электрохимическая система с более высоким значением потенциала. Поскольку потенциал Н⁺ значительно больше, чем потенциал Н^—, то практически при любых концентрациях ионов Н⁺ и Н^– будут реагировать друг с другом с образованием Н₂, при этом гидрид-ион будет служить восстановителем и окисляться ионом Н⁺. Реакция будет протекать слева направо:

H⁺ + H^— ⇔ H₂

В водном растворе всегда присутствуют ионы Н⁺, образуемые при диссоциации воды:

H₂O ⇔ H⁺ + OH^—

Таким образом, гидрид-ион Н^— не может существовать в водном растворе, потому что он взаимодействует с ионом водорода по ионно-молекулярному уравнению:

H⁺ + H^—⇔ H₂.

Ответ: б).