Материал: полезная метода

2. Возможна ли реакция между KClO3 и MnO2 в кислой среде? Подтвердите ответ значениями окислительно-восстановительного потенциала.

3.Какой из окислителей MnO2, PbO2,K2Cr2O7 является наиболее эффективным по отношению к HCl при получении Cl2?

4.Составьте электронно-ионные схемы и закончите уравнения следующих реакций:

а) H2S + HNO3 = S + NO2 + ...

б) HClO3 = НClO2 + HClO4

в) KClO3 = O2 + КCl

г) HIO3 + H2O2 = I2 + O2 + H2O

д) NaBr + MnO2 + H2SO4 = MnSO4 + Br2 + ...

е) Al + HNO3 = NH4NO3 + ...

§6. Лабораторная работа «Окислительно-восстановительные реакции

I Реакции межмолекулярного окисления-восстановления.

Опыт 1. Поместите в пробирку несколько кусочков медной стружки и облейте их концентрированной азотной кислотой. Обратите внимание на цвет выделяющегося газа и изменение цвета раствора.

Опыт 2. Налейте в пробирку 1 мл раствора сероводородной воды, добавьте 1 мл сульфита натрия. Что наблюдается?

Опыт 3. Возьмите 2 пробирки, в одну из них налейте бромид калия, а в другую -- йодид калия. Добавьте в каждую пробирку по 3-5 капель бензола и по 1-2 мл хлорной воды, встряхните и наблюдайте появление окраски бензольного кольца. Объясните наблюдаемое явление, написав уравнение реакции.

Опыт 4. Налейте в две пробирки по 3-4 капли раствора дихромата калия, добавьте в одну из пробирок 2-3 капли 2н раствора серной кислоты, в другую -- 2-3 капли 2н раствора щелочи. Обратите внимание на изменение цвета раствора во второй пробирке. Добавьте в обе пробирки нитрита натрия. Дайте объяснение наблюдаемым явлениям.

Опыт 5.

а) К подкисленному серной кислотой раствору перманганата калия добавьте раствор сульфита натрия. Как изменится цвет раствора?

б) Проделайте эту же реакцию без подкисления. Как в этом случае меняется цвет раствора? Обратите внимание на образование осадка.

в) К сильно щелочному раствору сульфита натрия прибавьте раствор перманганата калия. Как изменится цвет раствора? Влияет ли изменение кислотности среды на протекание исследуемой реакции?

116

II. Окислительно-восстановительная двойственность.

Опыт 6.

а) К подкисленному серной кислотой раствору KMnO4 добавьте до обесцвечивания раствора NaNO2.

б) К подкисленному серной кислотой раствору йодида калия добавьте несколько капель NaNO2. Что наблюдаете? Какова функция

NaNO2 в опытах (а) и (б) ?

Опыт 7.

а) К подкисленному серной кислотой раствору KMnO4 добавьте небольшой объем раствора Н2О2. Обратите внимание на выделение газа; испытайте его предварительно подготовленной тлеющей лучинкой.

б) К подкисленному серной кислотой раствору КI добавьте небольшой объем раствора Н2О2. Какова функция Н2О2 в опытах (а) и (б)?

III. Реакции диспропорционирования.

Опыт 8. Налейте в пробирку 1 мл перекиси водорода, опустите в горячую воду. Объясните происходящее явление. Напишите уравнение реакции. Определите окислитель и восстановитель.

Опыт 9. Несколько кристаллов дихромата аммония поместите в сухую пробирку и нагрейте до начала реакции разложения. Обратите внимание на характер образующихся продуктов реакции и закончите уравнение реакции:

(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + ...

Опыт 10. Осторожно нагрейте в сухой пробирке небольшое количество перманганата калия до разложения и закончите уравнение реакции:

KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + ...

Полученную соль растворите в воде. Напишите уравнение реакции.

117

ТЕМА 10. СТРОЕНИЕ АТОМОВ. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Вопросы к занятию

1.Основные положения квантовой механики (двойственная корпускулярно-волновая природа микрочастиц, соотношение неопределенностей Гейзенберга, уравнение Шредингера).

2.Квантовые числа электронов в атомах.

3.Заполнение электронных слоев и оболочек в атомах.

4.Энергетические характеристики атомов -- энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

5.Структура периодической системы элементов.

6.Характеристики химической связи: длина, энергия, кратность, полярность.

7.Гибридизация атомных орбиталей.

8.Основные типы химической связи (ковалентная, ионная, металлическая), их свойства.

9.Методы, описывающие химическую связь: МВС и ММО, основные положения этих методов.

§1. Сложность структуры атома. Ядерная модель Э. Резерфорда

В основе атомно-молекулярной теории строения вещества лежит представление о возможности разделения физического тела на малые части, каждая из которых сохраняет химические свойства тела. Эти части были названы молекулами.

Предполагалось, что молекулы сложного состава можно разделить на части, называемые атомами. Атомы в химических реакциях не изменяются. Если допустить существование движущихся атомов и молекул, то можно объяснить многие наблюдаемые на опыте свойства физических тел. При этом считалось, что опытные факты можно истолковать, считая атомы и молекулы точечными телами. Однако в конце XIX – начале XX в. были открыты явления, заставляющие сделать предположение о сложности строения атомов и молекул.

Изучение прохождения электрического тока через газы и растворы позволило обнаружить одну из составных частей атома и молекулы – электрон.

При изучении прохождения электрического тока через растворы электролита были открыты законы электролиза и введено представление о существовании положительного и отрицательного заряженных атомов или групп атомов – катионов и анионов.

Эти факты привели к мысли о том, что атом можно представить как сложное образование, состоящее из электронов и области, несущей

118

положительный заряд. Возник вопрос об относительном расположении электронов и положительно заряженной остальной части атома.

В. Томсон и Д. Д. Томсон предложили модель строения атома. Атом представляет положительно заряженный шар, в котором вкраплены отрицательно заряженные электроны.

Втом же году японский физик Х. Нагаока предложил иную модель строения атома: атом имеет строение, напоминающее строение планеты Сатурн с её кольцами спутников. Основная часть атома - положительно заряженный шар, вокруг которого по кольцевым орбитам вращаются электроны.

Позднее в лаборатории Э. Резерфорда было изучено прохождение через фольгу дважды ионизированных атомов гелия – α-частиц. Оказалось, что область положительного заряда атома очень невелика по размерам, что противоречило модели В. Томсона и Д. Д. Томсона. Э. Резерфорд использовал планетарную модель Х. Нагаоки. Однако он предложил в отличие от Нагаоки, что масса атома почти целиком сосредоточена в области положительного заряда. Эта область была названа ядром атома. Ядерная модель атома предложена Э. Резерфордом в 1911 г. Но она не могла объяснить факта устойчивости атома: ведь согласно законам электродинамики электроны должны были бы излучать электромагнитные волны, теряя кинетическую энергию и уменьшая свою скорость, пока не упадут на ядро.

Вдальнейшем изучение строения атома развивалось по двум направлениям – исследование атомного ядра и электронной оболочки атома. Первая количественная теория простейшего атома водорода была разработана Н. Бором в 1913г.

Н. Бор предложил модель атома водорода, исходя из гипотезы Резерфорда, дополненной новыми положениями:

1.Электрон может вращаться по определённым круговым орбитам, не излучая энергии.

2.Ближайшая к ядру орбита отвечает нормальному, наиболее устойчивому состоянию атома.

3.Поглощение и излучение атомом энергии происходят лишь при перескоке электрона с одной орбиты на другую.

§2. Начала волновой механики.

Открытия физики конца XIX - начала XX в. привели к выводу о том, что свет, который раньше рассматривался как пример волнового процесса, можно рассматривать как совокупность частиц (фотонов), обладающих механическими характеристиками движения – массой, энергией и импульсом. В 1900 г. М. Планком было предположено, что процесс излучения атомами световой энергии происходит не непрерывно, а

119

порциями, квантами, величина которых зависит от частоты испускаемого света:

E h , где c

В 1905 г. А. Эйнштейн показал, что масса тела связана с его энергией

соотношением E mc2 . Уравнения Планка и Эйнштейна дают возможность получить соотношение между массой фотона и длиной волны света, или частотой световых колебаний:

E= hν = mc2

В1924 г. Луи де Бройль предположил, корпускулярно волновая природа присуща не только свету, но и любым другим микрочастицам. При этом длина волны, соответствующая данной частице:

h m V

В1927 г. Девиссон и Джермер обнаружили, что при дифракции электронов на никеле возникает дифракционная картина, сходная с дифракцией света на кристаллической решетке. Это явление получило название дифракции электронов. Оно считается экспериментальным доказательством существования волн де Бройля или корпускулярноволнового дуализма электронов.

Вволновых свойствах электрона заложен один из принципов волновой механики.

Вторым является принцип неопределённости Гейзенберга (1925г.).

Вмеханике наблюдение волнового процесса – периодического колебания сплошной среды – позволяет определить длину волны и скорость её распространения. Чем больше область пространства, в котором распространяется волна, тем точнее можно определить эти характеристики. Иначе обстоит дело при переходе к объектам микромира. Гейзенберг показал, что точное определение положения электрона на орбите и его скорость не могут быть зафиксированы. Произведение неопределённостей положения (Δx) и скорости (Δp) никогда не может быть меньше, чем h/me:

p x h me

или

p x h

2

120