Энергия ионизации ионов. Составление уравнений химических реакций.

Видео:Составление уравнений химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Энергия ионизации ионов марганца

Задача 287.
Запишите электронную конфигурацию двухзарядного положительного иона марганца (Мп²⁺⁾ и четырехзарядного (Мп⁴⁺). Как соотносятся энергии ионизации у этих ионов и их ионные радиусы?
Решение:
Электронные конфигурации двухзарядного положительного иона марганца (Мп²⁺) и четырехзарядного (Мп⁴⁺):

₊₂₅Mn²⁺ 1s²2s²2p⁶3s²3p6d⁵4s⁰
₊₂₅Mn⁴⁺ 1s²2s²2p⁶3s²3p6d³4s⁰

Чем больше положительный заряд иона, тем меньше ионный радиус¹, соответственно радиус иона Мп²⁺, больше чем у иона Мп^4+. Радиус иона зависит также и от координационного числа: чем больше КЧ, тем больше радиус иона. Радиус иона сильно зависит и от его заряда. Для катиона с ростом заряда он заметно уменьшается. Так, для Mn²⁺ он равен 0,97 Å (КЧ = 6), тогда как для Mn⁴⁺ — 0,68 Å (КЧ = 6).

Чем ближе электрон к центру атома — тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать. Учитывая, что ион Мп⁴⁺ имеет меньший радиус, чем ион Мп²⁺, т.е. внешние электроны иона Мп⁴⁺ расположены ближе, чем в ионе Мп²⁺, то энергия ионизации² иона марганца Мп⁴⁺ больше, чему иона Мп²⁺.
 

Видео:Энергия ионизации (видео 8) | Периодическая таблица| ХимияСкачать

Уравнения реакций получения гидроксидов магния и гидроксида железа (III)

Задача 288.
Даны следующие соединения: сульфат магния, хлорид алюминия, хлорид железа (III). Получите, используя только один дополнительный реактив, из всех предложенных солей нерастворимые основания. Запишите уравнения реакции в молекулярном и ионном виде.
Решение:
1. Гидроксид магния получают взаимодействием растворимых солей магния с щелочами:

MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (молекулярная форма);
Mg²⁺ + SO₄^2– + 2Na⁺ + 2OH¯ = Mg(OH)₂↓ + 2Na+ + SO₄^2– (полная ионно-молекулярная форма);
Mg²⁺ + 2OH¯ = Mg(OH)₂ (сокращенная  ионно-молекулярная форма).

2. Гидроксид железа (III) jбразуется при действии растворов щелочей на соли трёхвалентного железа: выпадает в виде красно–бурого осадка:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl (молекулярная форма);
Fe³⁺ + 3Cl¯ + 3Na⁺ + 3OH¯ = Fe(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl¯ (полная ионно-молекулярная форма);
Fe³⁺ + 3OH¯ = Fe(OH)₃↓ (сокращенная  ионно-молекулярная форма).

Или

Действием щелочей на растворимые соли железа со степенью окисления +3, например, сульфата железа (III), при этом образуется в разной степени гидратирования, в зависимости от условий реакции, гидроксид железа (III):

2FeCl₃ + 6NaOH + (n−3)H₂O → Fe₂O₃ ^. nH₂O↓ + 6NaCl (молекулярная форма);
2Fe³⁺ + 3Cl^— + 6Na⁺ + 6OH^— + (n−3)H₂O → Fe₂O₃ ^. nH₂O↓ + 6Na⁺ + 6Cl^— (полная ионно-молекулярная форма);
2Fe³⁺ + 6OH^— + (n−3)H₂O → Fe₂O₃ ^. nH₂O↓ + 6NaCl (сокращенная  ионно-молекулярная форма).

3. Гидроксид алюминия выпадает в виде студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей алюминия и легко образует коллоидные растворы

Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Al(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄. (молекулярная форма);
2Al³⁺ + 3SO₄^2- + 6Na⁺ + 6OH^— = 2Al(OH)₃↓ + 6Na⁺ + 3SO₄^2-. (полная ионно-молекулярная форма);
2Al³⁺ + 6OH^— = 2Al(OH)₃↓ или Al³⁺ + 3OH^— = Al(OH)₃↓ (сокращенная  ионно-молекулярная форма).
 

Дициан — реакция обезвреживания озоном

Задача 289.
Дициан (ядовитое вещество, вызывающее удушье) может быть обезврежен в реакции с озоном по схеме:
(СN)₂  + O₃ + КОН = К₂СО₃ + N₂ + O₂  + H₂O
Расставьте коэффициенты в реакции. Какая масса воды (в граммах) образуется в ходе реакции 2,5 моль дициана с необходимым количеством озона и щелочи? Считать молярную массу воды равной 18 г/моль.
Решение:
Схема реакции имеет вид:

(СN)₂  + O₃ + КОН = К₂СО₃ + N₂ + O₂  + H₂O.

Расставим коэффициенты в реакции, получим:

(СN)₂  + 4O₃ + 4КОН = 2К₂СО₃ + N₂ + 4O₂  + 2H₂O.

Из уравнения реакции следует, что в ходе реакции из 1 моля дициан образуется 2 моля воды, т.е. n(C₂N₂) = 2n(H₂O).

Тогда

n(H₂O) = 2n(C₂N₂) = 2 ^. 2,5 = 5 моль.

Отсюда

m(H₂O) = n(H₂O) ^. M(H₂O) = 5 ^. 18 = 90 г.

Ответ: m(H₂O) = 90 г.
 

Составление ионных уравнений реакций

Задача 300.
Написать ионные уравнения для этих уравнений:
1) CaCrO₄ + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Ca + H₂CrO₄;
2) SrCrO₄ + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Sr + H₂CrO₄.
Какие реакции реально протекают? 
Решение:
1) CaCrO₄ + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Ca + H₂CrO₄  (молекулярное уравнение);
Ca²⁺  + CrO₄^2- + 2CH₃COO^— + 2H⁺ → Ca²⁺  + CrO₄^2- + 2CH₃COO^— + 2H⁺.  (полное ионно-молекулярное уравнение)

После приведения обеих членов равенства, получается — все члены равенств взаимно сократится, Значит,
ионно-молекулярное уравнение невозможно, поэтому реакции обмена нет — реакция не идет — не наблюдается  и выпадение (растворение) осадка, выделение газа или образование малодиссциированного вещества (Н₂О).

2) SrCrO₄↓ + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Sr + H₂CrO₄ (молекулярное уравнение);
SrCrO₄↓ + 2CH₃COO¯ + 2H⁺ → Sr²⁺  + 2CH₃COO¯ + 2H⁺ + CrO₄^2- (полное ионно-молекулярное уравнение);
SrCrO₄↓  → Sr²⁺   + CrO₄^2- (сокращенное ионно-молекулярное уравнение) — это невозможное действие — реакция обмена не идет, так как после приведения обеих членов равенства осадок (SrCrO₄↓)  не изменяеттся

Вообще то, реакция протекает так:

2SrCrO₄↓ + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Sr + SrCr₂O₇ + H₂O (молекулярное уравнение);
2SrCrO₄↓ + 2CH₃COO¯ + 2H⁺ = 2Sr²⁺ + Cr₂O₇^2- + 2CH₃COO^— + H₂O (полное ионно-молекулярное уравнение);
2SrCrO₄↓ + 2H⁺  = 2Sr²⁺ + Cr₂O₇^2-  + H₂O (сокращенное ионно-молекулярное уравнение) — реакция обмена идет — реакция идет — растворяется осадок SrCrO₄ и образуется малодиссоциированное вещество (Н₂О).
 

Определение типа химической связи в молекуле вещества

Задача 301.
Какую роль играет разность электроотрицательностей атомов в образовании связей между атомами. Определите тип связи в Mn₂O₇, CrO₃, FeS.
Решение:
Это очень сложный вопрос, очень сложный!
При образовании химической связи играет роль разность электроотрицательностей атомов. Рассмотрим образование связей между двумя атомами. Если один из атомов в химической связи А:В сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается к нему. Чем больше разность электроотрицательностей атомов, тем сильнее смещается электронная пара. 
При равных значениях электроотрицательностей: ЭО(А) ≈ ЭО(В), то общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов: А:В. Такая связь называется ковалентной неполярной.
Если разница электроотрицательностей примерно от 0,4 до 2: 0,4 < ΔЭО < 2, то электронная пара смещается к одному из атомов. Такая связь называется ковалентная полярная.
Если разница электроотрицательностей больше 2: ΔЭО > 2), то один из электронов практически полностью  переходит к другому атому, с образованием ионов. Такая связь называется ионная.
Определим тип связи в Mn₂O₇ и CrO₃. ΔЭО связи Mn-O = ЭО(O) — ЭО(Mn) = 3,44 — 1,55 = 1,89; ΔЭО связи Cr-O = ЭО(O) — ЭО(Cr) = 3,44 — 1,66 = 1,78. Так как ΔЭО в Mn₂O₇ и CrO₃ меньше 2, то связь в этих оксидах ковалентная полярная, потому что это кислотные оксиды, как и SO₃ или CО₂. Значит, в кислотных оксидах свяь обычно ковалентная полярная.
Ионную связь³, как правило, образуют между собой металлы и неметаллы (группы неметаллов), но только относительно бинарных соединений в щелочных и щелочно-земельных металлов. Например, в К₂О ионная, а в Al₂O₃ — связь ковалентная полярная.
Тип связи в FeS, седуя подобным рассуждениям должна быть ковалентная полярная — ΔЭО связи Fe-S = ЭО(S) — ЭО(Fe) = 2,58 — 1,83 = 0,75, а на самом деле в FeS — соль, связь ионная. Просто нужно помнить, что атомы всех металлов слабо удерживают электроны внешнего энергетического уровня. Поэтому для атомов металлов характерны восстановительные свойства — способность отдавать электроны. Атом железа легко отдает 2 s-электрона и превращается в положительно заряженный ион Fe(2+), а атом серы присоединяет 2 р-электрона на внешний электронный слой и образует устойчивый ион S(2-). Между ионами Fe(2+) и  S(2-) возникают электростатические силы притяжения. S(2-) или S, также как и Cl являются кислотными остаткам кислот H₂S и HCl соответственно.  
Кислород (О) не является кислотным остатком, поэтому в оксидах связь может быть как ковалентная полярная так и ионная. 
 

Валентность молибдена

Задача 302.
Основное состояние молибдена 1s² 2s² 2p6 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 4d⁵5s¹5р⁰.
При возбуждении один (или несколько) электронов с 4d подуровня могут быть переведены на 5р подуровень, например:
1s² 2s² 2 p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 4d⁴ 5s¹ 5р¹; 
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 4d³ 5s¹ 5р².
Определить валентности молибдена в этих случааях.
Решение:
Рассмотрим валентности4 и степени окисления молибдена. На валентном слое в основном состоянии атома имеются 6 неспаренных электронов (4d⁵ 5s¹) и 3 свободных орбиталей (5р⁰). Следовательно, валентность молибдена в этом состоянии VI. Молибден — металл, он будет отдавать электроны и проявлять положительные степени окисления (+1, +2, +3, +4, +5, +6), поэтому в соединениях с атомами более электроотрицательных элементов, например, с неметаллами. Молибден может также проявлять минимальную степень окисления -4, -2, -1. Когда атом молибдена присоединит 1 електрон на 5s-орбиталь, то образуется устойчивое состояние (5s²) или 1s² 2s² 2 p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 4d⁵ 5s² 5р⁰ степеь окисленности будет -1. В своих соединениях молибден может проявлять степени окислкения: -4, -2, -1, 0, +1,+2, +3, +4, +5, +6.
Основное состояние — электронное состояние атома, в котором его энергия минимальна. Возбужденное состояние — электронное состояние атома, соответствующее переходу одного или нескольких электронов с орбитали с меньшей энергией на свободную орбиталь с большей энергией. Поэтому в основном и возбужденном состоянии молибден можее проявлять валентность от Ι до  VΙ (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, ΙV, V и VΙ). Следовательно, во всех приведенных состояниях молибдена (основное и возбужденное состояние) молибден будет проявлять валентность: Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, ΙV, V, VΙ.
 

Комментарии:
¹Радиус нейтрального атома марганца 0,130 нм, радиус иона Mn²⁺ — 0,080 — 0,104 нм, иона Mn⁷⁺ — 0,039 — 0,060 нм. Энергии последовательной ионизации атома марганца 7, 435, 15, 64, 33, 7, 51, 2, 72, 4 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность марганца 1,55; марганец принадлежит к числу переходных металлов. Марганец в компактном виде — твердый серебристо-белый металл.
²Энергией ионизации называют энергию, которую нужно затратить для отрыва электрона от атома с превращением его в положительно заряжённый ион. Энергию ионизации выражают в электрон-вольтах (эВ).
³Во всех кислотах, основаниях и солях связь ионная — нужно запомнить и громко об этом не говорить, а просто запомнить. И еще — все кислотные оксиды — ковалентные соединения. Все бинарные неметаллические соединения образованы ковалентной неполярной связью. Все бинарные соединения между металлом и неметаллом — ионные соединения.
4Валентность атома определяется числом неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии его.