Контрольная по химии вариант 3 (5 вопросов с ответами) - файл n1.doc

Контрольная по химии вариант 3 (5 вопросов с ответами)
скачать (106.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc107kb.06.11.2012 17:48скачать

n1.doc

Задание 1

Строение молекулы. Типы химических связей в молекуле. Привести примеры.

Ответ.

В 1916 г. были предложены первые предельно упрощенные теории строения молекул, в которых использовались электронные представления: теория американского физико-химика Г.Льюиса (1875-1946) и немецкого ученого В.Косселя. По теории Льюиса в образовании химической связи у двухатомной молекулы участвуют валентные электроны сразу двух атомов. Поэтому, например, в молекуле водорода вместо валентного штриха стали рисовать электронную пару, образующую химическую связь:



Химическую связь, образованную электронной парой, называют ковалентной связью. Молекулу фтористого водорода изображают так:

Отличие молекул простых веществ (H2, F2, N2, O2) от молекул сложных веществ (HF, NO, H2O, NH3) состоит в том, что первые не имеют дипольного момента, а вторые - имеют. Дипольный момент m определяется как произведение абсолютной величины заряда q на расстояние между двумя противоположными зарядами r:


Дипольный момент m двухатомной молекулы можно определить двумя способами. Во-первых, поскольку молекула электронейтральна, то известен суммарный положительный заряд молекулы Z' (он равен сумме зарядов ядер атомов: Z' = ZA + ZB). Зная межъядерное расстояние re, можно определить местоположение центра тяжести положительного заряда молекулы. Значение m молекулы находят из эксперимента. Поэтому можно найти r' - расстояние между центрами тяжести положительного и суммарного отрицательного заряда молекулы:



Во-вторых, можно считать, что при смещении электронной пары, образующей химическую связь, к одному из атомов, на этом атоме появляется некоторый избыточный отрицательный заряд -q" и заряд +q" возникает у второго атома. Расстояние между атомами равно re:

Поэтому зная m можно рассчитать заряд q".
Дипольный момент молекулы HF равен 6.4Ч 10-30 КлЧ м, межъядерное расстояние H-F равно 0.917Ч 10-10 м. Расчет q" дает: q" = 0.4 элементарного заряда (т.е. заряда электрона). Раз на атоме фтора появился избыточный отрицательный заряд, значит электронная пара, образующая химическую связь в молекуле HF, смещена к атому фтора. Такая химическая связь называется ковалентной полярной связью. Молекулы типа A2 дипольного момента не имеют. Образующие эти молекулы химические связи называются ковалентными неполярными связями.

Теория Косселя была предложена для описания молекул, образованных активными металлами (щелочными и щелочноземельными) и активными неметаллами (галогенами, кислородом, азотом). Внешние валентные электроны у атомов металлов наиболее далеко удалены от ядра атома и поэтому сравнительно слабо удерживаются атомом металла. У атомов химических элементов, расположенных в одном и том же ряду Периодической системы, при переходе слева направо заряд ядра все время возрастает, а дополнительные электроны располагаются в том же самом электронном слое. Это приводит к тому, что внешняя электронная оболочка сжимается и электроны все более прочно удерживаются в атоме. Поэтому в молекуле MeX появляется возможность слабо удерживаемый внешний валентный электрон металла переместить с затратой энергии, равной потенциалу ионизации, в валентную электронную оболочку атома неметалла с выделением энергии, равной сродству к электрону. В результате образуются два иона: Me+ и X-. Электростатическое взаимодействие этих ионов и является химической связью. Такой тип связи назвали ионной.

Если определить дипольные моменты молекул MeX в парах, то окажется, что заряд с атома металла не переходит полностью к атому неметалла, и химическая связь в таких молекулах лучше описывается как ковалентная сильно полярная связь. Положительные катионы металлов Ме+ и отрицательные анионы атомов неметаллов Х- обычно существуют в узлах кристаллической решетки кристаллов этих веществ. Но в этом случае каждый положительный ион металла прежде всего электростатически взаимодействует с ближайшими к нему анионами неметаллов, потом с катионами металлов и т.д. То есть в ионных кристаллах химические связи делокализованы и каждый ион в конечном итоге взаимодействует со всеми остальными ионами, входящими в кристалл, который и представляет собой гигантскую молекулу.

Наряду с четко определенными характеристиками атомов, такими как заряды ядер атомов, потенциалы ионизации, сродство к электрону, в химии используются и менее определенные характеристики. Одной из них является электроотрицательность. Она была введена в науку американским химиком Л.Полингом. Сначала рассмотрим для элементов первых трех периодов данные о первом потенциале ионизации и о сродстве к электрону.

Закономерности в потенциалах ионизации и сродство к электрону полностью объясняются структурой валентных электронных оболочек атомов. Cродство к электрону у изолированного атома азота гораздо меньше, чем у атомов щелочных металлов, хотя азот - это активный неметалл. Именно в молекулах при взаимодействии с атомами других химических элементов азот доказывает, что он - активный неметалл. Это и пытался сделать Л.Полинг, вводя "электроотрицательность" как способность атомов химических элементов смещать к себе электронную пару при образовании ковалентных полярных связей. Шкала электроотрицательности для химических элементов была предложена Л.Полингом. Наибольшую электротрицательность в условных безразмерных единицах он приписал фтору - 4,0 кислороду - 3.5, хлору и азоту - 3.0, брому - 2.8. Характер изменения электроотрицательности у атомов полностью отвечают тем закономерностям, которые выражены в Периодической системе. Поэтому применение понятия "электроотрицательность" просто переводит на другой язык те закономерности в изменении свойств металлов и неметаллов, которые уже отражены в Периодической системе.

Многие металлы в твердом состоянии представляют собой почти идеально образованные кристаллы. В узлах кристаллической решетки в кристалле расположены атомы или положительные ионы металлов. Электроны тех атомов металлов, из которых образовались положительные ионы, в виде электронного газа находятся в пространстве между узлами кристаллической решетки и принадлежат всем атомам и ионам. Именно они определяют характерный металлический блеск, высокую электропроводность и теплопроводность металлов. Тип химической связи, которую осуществляют обобществленные электроны в кристалле металла, называется металлической связью.

В 1819 г. французские ученые П.Дюлонг и А.Пти экспериментально установили, что мольная теплоемкость почти всех металлов в кристаллическом состоянии равна 25 Дж/моль. Сейчас мы легко можем объяснить, почему это так. Атомы металлов в узлах кристаллической решетки все время находятся в движении - совершают колебательные движения. Это сложное движение можно разложить на три простых колебательных движения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждому колебательному движению соответствует своя энергия и свой закон ее изменения с ростом температуры - своя теплоемкость. Предельное значение теплоемкости для любого колебательного движения атомов равняется R - Универсальной газовой постоянной. Трем независимым колебательным движениям атомов в кристалле будет соответствовать теплоемкость, равная 3R. При нагревании металлов, начиная с очень низких температур, их теплоемкость растет от нулевого значения. При комнатной и более высокой температуре значение теплоемкости большинства металлов выходит на свое максимальное значение - 3R.

При нагревании кристаллическая решетка металлов разрушается и они переходят в расплавленное состояние. При дальнейшем нагревании металлы испаряются. В парах многие металлы существуют в виде молекул Me2. В этих молекулах атомы металла способны образовывать ковалентные неполярные связи.

Задание 2.

Обязательные условия протекания химических реакций. Энергия активации. Зависимость между величиной энергии активации и скоростью реакции. Уравнение Аррениуса.

Ответ:

Для осуществления реакций химических часто требуются определенные условия-температура, давление, облучение (например., УФ светом), наличие растворителя и др. Реакции химические могут сопровождаться выделением тепла, испусканием света, изменением агрегатного состояния веществ и т.п.

Для описания реакций химических используют хим. уравнения, в левой части которых указывают исходные вещества, в правой-продукты. Обе части уравнения могут быть соединены знаком равенства (в этом случае количество атомов хим. элементов справа и слева должно быть уравнено с помощью стехиометрических коэффициентов.; стрелкой (в случае необратимых химических превращений) или прямой и обратной стрелками (для обратимых реакций). Иногда химические уравнения дополняют указанием энтальпии реакции, агрегатного состояния веществ и другими характеристиками.

Реакции химические могут осуществляться как один элементарный акт (стадия) или через последовательность отдельных стадий, составляющих в совокупности механизм реакции. Ключевые элементы в описании любого механизма - характер интермедиата (реально существующие промежуточное вещество, в ряде случаев фиксируемое экспериментально) и переходное состояние, представляющее собой гипотетическое промежуточное состояние реагирующей системы, соответствующее ее максимальной энергии. Величина энергетического барьера между начальным и конечным состояниями реагирующей системы (т.е. разность энергий исходных соединений и переходного состояния) называется энергией активации.

Уравнение Аррениуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции k от температуры T.

Согласно простой модели столкновений химическая реакция между двумя исходными веществами может происходить только в результате столкновения молекул этих веществ. Но не каждое столкновение ведёт к химической реакции. Необходимо преодолеть определённый энергетический барьер, чтобы молекулы начали друг с другом реагировать. То есть молекулы должны обладать некой минимальной энергией (энергия активации ), чтобы этот барьер преодолеть. Из распределения Больцмана для кинетической энергии молекул известно, что число молекул, обладающих энергией , пропорционально . В результате скорость химической реакции представляется уравнением, которое было получено шведским химиком Сванте Аррениусом из термодинамических соображений:



Здесь A характеризует частоту столкновений реагирующих молекул, R— универсальная газовая постоянная.

В рамках теории активных соударений A зависит от температуры, но эта зависимость достаточно медленная:



Оценки этого параметра показывают, что изменение температуры в диапазоне от 200 °C до 300 °C приводит к изменению частоты столкновений A на 10 %.

В рамках теории активированного комплекса получаются другие зависимости A от температуры, но во всех случаях более слабые, чем экспонента.

Уравнение Аррениуса стало одним из основных уравнений химической кинетики, а энергия активации — важной количественной характеристикой реакционной способности веществ.

Задание 3.

Общая характеристика ароматических соединений. Физико-химические свойства и химические свойства бензола.

ОТВЕТ.

Ароматические соединения — циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему. Основными отличительными свойствами являются повышенная устойчивость ароматической системы и, несмотря на ненасыщенность, склонность к реакциям замещения, а не присоединения.

Различают бензоидные (арены и структурные производные аренов, содержат бензольные ядра) и небензоидные (все остальные) ароматические соединения. Среди небензоидных ароматических соединений хорошо известны азулен, аннулены, гетарены (пиридин, пиррол, фуран, тиофен), ферроцен. Известны и неорганические ароматические соединения, например боразол («неорганический бензол»). Иногда понятие «ароматические соединения» расширяют и распространяют также и на такие соединения как гуанидин, гомобензол, спирарен, карбонилы металлов, циклопропан и др.

В структуре молекул многих соединений можно выделить несколько ароматических систем, которые могут быть по отношению друг к другу изолированными либо конденсированными. В качестве примеров бензоидных соединений с изолированными бензольными ядрами можно назвать такие соединения как дифенилметан и полистирол, с удалёнными друг от друга бензольные ядра, а также дифенил и терфенилы с непосредственно связанными ядрами. Примерами бензоидных соединений с конденсированными (аннелированными) бензольными ядрами являются такие соединения как нафталин, пирен и прочие ПАУ. В структуре дифенилена бензольные ядра непосредственно связаны друг с другом, но, в отличии от дифенила, у дифенилена бензольные ядра не являются изолированными. Если принять во внимание тот факт, что в одной молекуле может различным образом сочетаться различное число различных ароматических и неароматических групп, то становится очевидно, что число возможных ароматических соединений и их разнообразие практически не ограничены.

Широко распространены и имеют большое практическое значение бензоидные ароматические углеводороды (арены). Помимо бензольных колец арены часто содержат другие разнообразные углеводородные группы (алифатические, нафтеновые, полициклические). Основным источником получения ароматических углеводородов служат каменноугольная смола, нефть и нефтепродукты. Большое значение имеют синтетические методы получения. Наиболее важными аренами являются: бензол С6Н6 и его гомологи (толуол С6Н5СН3, ксилолы С6Н4(СНз)2, дурол, мезитилен, этилбензол), кумол, нафталин C10H8, антрацен С14Н10 и их производные. Ароматические углеводороды — исходное сырьё для промышленного получения кетонов, альдегидов и кислот ароматического ряда, а также многих других веществ.

Рассмотрим бензол.

Бензол (C6H6) — органическое химическое соединение, бесцветная жидкость с приятным сладковатым запахом. Ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензина, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти, в промышленных масштабах он синтезируется из других её компонентов. Токсичен, канцерогенен.

Физические свойства

Бензол (жидкий)

Бесцветная жидкость со своеобразным резким запахом. Температура плавления = 5,5 °C, температура кипения = 80,1 °C, плотность = 0,879 г/смі, молекулярная масса = 78,11 г/моль. Подобно всем углеводородам бензол горит и образует много копоти. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфирами, бензином и другими органическими растворителями, с водой образует азеотропную смесь с температурой кипения 69,25 °C (91% бензола). Растворимость в воде 1,79 г/л (при 25 °C).

Химические свойства

Для бензола характерны реакции замещения — бензол реагирует с алкенами, хлоралканами, галогенами, азотной и серной кислотами. Реакции разрыва бензольного кольца проходят в жёстких условиях (температура, давление).


С6H6 + Cl2 -(FeCl3)? С6H5Cl + HCl образуется хлорбензол
Катализаторы содействуют созданию активной электрофильной частицы путём поляризации между атомами галогена.



В отсутствие катализатора при нагревании или освещении идёт радикальная реакция замещения.
С6H6 + 3Cl2 - (освещение)? C6H6Cl6 образуется смесь изомеров гексахлорциклогексана
Взаимодействие с бромом (чистый):
С6H6 + Br2 - (FeBr3 или AlCl3) ? С6H5Br + HBr образуется бромбензол

Взаимодействие с галогенопроизводными алканов (реакция Фриделя-Крафтса):
С6H6 + С2H5Cl - (AlCl3)? С6H5С2H5 + HCl образуется этилбензол
С6H6 + HNO3 -(H2SO4)? С6H5NO2 + H2O


Задание 4.

Написать формулы изомеров гексена и назвать их по международной номенклатуре.

Ответ:

гексен изомеры 1) CH2=CH-CH2-CH2-CH2-CH3 гексен-1

2) CH3-CH=CH-CH2-CH2-CH3 гексен-2

3) CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH3 гексен-3

4) CH2=C(CH3)-CH2-CH2-CH3 2-метилпентен-1

5) CH2=CH-CH(CH3)-CH2-CH3 3-метилпентен-1

6) CH2=CH-CH2-CH(CH3)-CH3 4-метилпентен-1

7) CH3-C(CH3)=CH-CH2-CH3 2-метилпентен-2

8) CH3-CH=C(CH3)-CH2-CH3 3-метилпентен-2

9) CH3-CH=CH-CH(CH3)-CH3 4-метилпентен-2

10) CH2=C(CH2-CH3)-CH2-CH3 2-этилбутен-1

11) CH2=C(CH3)-CH(CH3)-CH3 2,3-диметилбутен-1

12) CH2=CH-C(CH3)(CH3)-CH3 3,3-диметилбутен-1

13) CH3-C(CH3)=C(CH3)-CH3 2,3-диметилбутен-2

Задание 5.

В 250 мл воды растворили 35,5 г сульфата натрия. Найти молярную концентрацию и массовую долю соли.

Решение:

  1. Масса раствора m(р-ра) = ?(H2O)*V(H2O) + m(Na2SO4) = 1*250 + 35,5 = 285,5 г

Содержание сульфата натрия в растворе W = m(Na2SO4)*100 / m(р-ра) = 35,5*100 / 285,5 = 12,43 %

1. Вычислим число моль в 35,5 г Na2SO4 :

n(Na2SO4)=m(Na2SO4)/M(Na2SO4);

n=35,5г/142г/моль=0,25 моль

Определим молярную концентрацию раствора:

C=n(Na2SO4)/V;

C=0,25 моль/0,25=1 моль/л;

Ответ:C=1 моль/л;




Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации