Для примера, подсчитаем количество ковалентных связей, которые могут образовать натрий (Na), алюминий (Al), фосфор (P), и хлор (Cl). Натрий (Na) и алюминий (Al) имеют, соответственно 1 и 3 электрона на внешней оболочке, и, по первому правилу (для механизма образования ковалентной связи используется один электрон на внешней оболочке), они могут образовать:натрий (Na) - 1 и алюминий (Al) - 3 ковалентных связи. После образования связей количество электронов на внешних оболочках натрия (Na) и алюминия (Al) равно, соответственно, 2 и 6; т.е., менее максимального количества (8) для этих атомов. Фосфор (P) и хлор (Cl) имеют, соответственно, 5 и 7 электронов на внешней оболочке и, согласно второй из вышеназванных закономерностей, они могли бы образовать 5 и 7 ковалентных связей. В соответствии с четвертой закономерностью образование ковалентной связи, число электронов на внешней оболочке этих атомов увеличивается на 1. Согласно шестой закономерности, когда образуется ковалентная связь, число электронов на внешней оболочке связываемых атомов не может быть более 8. То есть, фосфор (P) может образовать только 3 связи (8-5 = 3), в то время как хлор (Cl) может образовать только одну (8-7 = 1).
Описанный механизм образования ковалентных связей позволяет нам предсказать молекулярное строение вещества на основании элементарного анализа.
Пример: на основании анализа мы обнаружили, что некое вещество состоит из атомов натрия (Na) и хлора (Cl). Зная закономерности механизма образования ковалентных связей, мы можем сказать, что натрий (Na) может образовать только 1 ковалентную связь. Таким образом, мы можем предположить, что каждый атом натрия (Na) связан с атомом хлора (Cl) посредством ковалентной связи в этом веществе, и что это вещество состоит из молекул атома NaCl. Формула строения для этой молекулы: Na - Cl. Здесь тире (-) означает ковалентную связь. Электронную формулу этой молекулы можно показать следующим образом: . . Na : Cl : . . В соответствии с электронной формулой, на внешней оболочке атома натрия (Na) в NaCl имеется 2 электрона, а на внешней оболочке атома хлора (Cl) находится 8 электронов. В данной формуле электроны (точки) между атомами натрия (Na) и хлора (Cl) являются связующими электронами. Поскольку ПЭИ у хлора (Cl) равен 13 эВ, а у натрия (Na)он равен 5,14 эВ, связующая пара электронов находится гораздо ближе к атому Cl, чем к атому Na. Если энергии ионизации атомов, образующих молекулу сильно различаются, то образовавшаяся связь будет полярной ковалентной связью.
Рассмотрим другой случай. На основании анализа мы обнаружили, что некое вещество состоит из атомов алюминия (Al) и атомов хлора (Cl). У алюминия (Al) имеется 3 электрона на внешней оболочке; таким образом, он может образовать 3 ковалентные химические связи, в то время хлор (Cl), как и в предыдущем случае, может образовать только 1 связь. Это вещество представлено как AlCl3, а его электронную формулу можно проиллюстрировать следующим образом:
Рисунок 3.1. Электронная формула AlCl3
чья формула строения: Cl - Al - Cl | Cl
Эта электронная формула показывает, что у AlCl3 на внешней оболочке атомов хлора (Cl) имеется 8 электронов, в то время, как на внешней оболочке атома алюминия (Al) их 6. По механизму образования ковалентной связи, оба связующих электрона (по одному от каждого атома) поступают на внешние оболочки связываемых атомов.
Для примера, подсчитаем количество ковалентных связей, которые могут образовать натрий (Na), алюминий (Al), фосфор (P), и хлор (Cl). Натрий (Na) и алюминий (Al) имеют, соответственно 1 и 3 электрона на внешней оболочке, и, по первому правилу (для механизма образования ковалентной связи используется один электрон на внешней оболочке), они могут образовать:натрий (Na) - 1 и алюминий (Al) - 3 ковалентных связи. После образования связей количество электронов на внешних оболочках натрия (Na) и алюминия (Al) равно, соответственно, 2 и 6; т.е., менее максимального количества (8) для этих атомов. Фосфор (P) и хлор (Cl) имеют, соответственно, 5 и 7 электронов на внешней оболочке и, согласно второй из вышеназванных закономерностей, они могли бы образовать 5 и 7 ковалентных связей. В соответствии с четвертой закономерностью образование ковалентной связи, число электронов на внешней оболочке этих атомов увеличивается на 1. Согласно шестой закономерности, когда образуется ковалентная связь, число электронов на внешней оболочке связываемых атомов не может быть более 8. То есть, фосфор (P) может образовать только 3 связи (8-5 = 3), в то время как хлор (Cl) может образовать только одну (8-7 = 1).
Описанный механизм образования ковалентных связей позволяет нам предсказать молекулярное строение вещества на основании элементарного анализа.Пример: на основании анализа мы обнаружили, что некое вещество состоит из атомов натрия (Na) и хлора (Cl). Зная закономерности механизма образования ковалентных связей, мы можем сказать, что натрий (Na) может образовать только 1 ковалентную связь. Таким образом, мы можем предположить, что каждый атом натрия (Na) связан с атомом хлора (Cl) посредством ковалентной связи в этом веществе, и что это вещество состоит из молекул атома NaCl. Формула строения для этой молекулы: Na - Cl. Здесь тире (-) означает ковалентную связь. Электронную формулу этой молекулы можно показать следующим образом:
. .
Na : Cl :
. .
В соответствии с электронной формулой, на внешней оболочке атома натрия (Na) в NaCl имеется 2 электрона, а на внешней оболочке атома хлора (Cl) находится 8 электронов. В данной формуле электроны (точки) между атомами натрия (Na) и хлора (Cl) являются связующими электронами. Поскольку ПЭИ у хлора (Cl) равен 13 эВ, а у натрия (Na)он равен 5,14 эВ, связующая пара электронов находится гораздо ближе к атому Cl, чем к атому Na. Если энергии ионизации атомов, образующих молекулу сильно различаются, то образовавшаяся связь будет полярной ковалентной связью.
Рассмотрим другой случай. На основании анализа мы обнаружили, что некое вещество состоит из атомов алюминия (Al) и атомов хлора (Cl). У алюминия (Al) имеется 3 электрона на внешней оболочке; таким образом, он может образовать 3 ковалентные химические связи, в то время хлор (Cl), как и в предыдущем случае, может образовать только 1 связь. Это вещество представлено как AlCl3, а его электронную формулу можно проиллюстрировать следующим образом:
Рисунок 3.1. Электронная формула AlCl3чья формула строения:
Cl - Al - Cl
|
Cl
Эта электронная формула показывает, что у AlCl3 на внешней оболочке атомов хлора (Cl) имеется 8 электронов, в то время, как на внешней оболочке атома алюминия (Al) их 6. По механизму образования ковалентной связи, оба связующих электрона (по одному от каждого атома) поступают на внешние оболочки связываемых атомов.
V1н1 = V2н2.
Или
н1•100 = 6,25•0,08; н1=0,005 моль/дм3.
Таким образом, в 1 дм3 исследуемой воды содержится 0,005•1000 = =5 мэкв Ca2+ - ионов. Карбонат-
ная жесткость воды составит 5 мэкв/дм3.
Приведенные примеры решают, применяя формулу:
Ж = m/МэV, (7.1.1)
где Ж - жесткость воды, мэкв/дм3; m - масса вещества, обусловливающего жесткость воды или приме-
няемого для ее устранения, мг; Мэ - эквивалентная масса этого вещества, г/моль; V - объем воды, дм3.
Решение примера 147 По формуле (7.1.1) получим: Ж = = 202500/81•500 = 5 мэкв/дм3 (81 - экви-
валентная масса Ca(HCO3)2, равная половине его мольной массы).
Решение примера 148 По формуле (7.1.1) получим:
m = 4•68,07•1000 = 272280 мг = 272,280 г CaSO4.
П р и м е р 151* При полном термическом разложении смеси нитрата натрия и карбоната кальция
получили смесь газов объемом 11,2 дм3 (н.у.) с плотностью по водороду равной 16,5. Определите массу
исходной смеси.
Решение
t
1) 2NaNO3 = 2NaNO2+O2↑
t
2) CaCO3 = CaO+CO2↑
M(CO2) = 44 г/моль; M(O2) = 32 г/моль; M(CaCO3) = 100 г/моль;
M(NaNO3) = 85 г/моль.
Из условия задачи найдем Mгазов = 16,5•2 = 33 г/моль. Пусть x - объем кислорода, выделяющегося по
реакции (1). Тогда (11,2 - x) - объем диоксида углерода, образующийся по реакции (2). Следовательно:
32x + 44(11,2 - x) = = 33•11,2. Откуда x = 10,27 дм3 кислорода; объем диоксида углерода равен 11,20 -
10,27 = 0,93 дм3.
Количество кислорода 10,27/22,4 = 0,4584 моль, диоксида углерода - 0,93/22,4 = 0,0415 моль. Из
уравнений реакций (1, 2) следует, что разлагается 0,9168 моль нитрата натрия или 0,9168•85 = 77,928 г и
0,0415 моль карбоната кальция или 0,0415•100 = 4,150 г. Общая масса смеси веществ составит 77,928 +
4,150 = 82,078 г.
П р и м е р 152* Сплав магния и кальция массой 19,2 г прокалили в токе азота. Полученные про-
дукты обработали сначала соляной кислотой, а потом избытком раствора щелочи. При этом выделился
газ объемом 8,96 дм3 (н.у.). Определите состав сплава в массовых долях (ω, %).
Решение
1) 3Сa + N2 = Cа3N2
2) 3Mg + N2 = Mg3N2
3) Ca3N2+6HCl = 3CaCl2+2NH3↑
4) Mg3N2+6HCl = 3MgCl2+2NH3↑
M(Ca) = 40 г/моль; M(Mg) = 24 г/моль.
Пусть масса кальция в сплаве равна x г, тогда масса магния составит (19,2 - x) г. Из уравнений (1, 3)
следует, что 3 моль Ca → 2 моль NH3, а из уравнений (2, 4): 3 моль Mg → 2 моль NH3. Объем аммиака
составит:
2•22,4x/3•40 + 2•22,4(19,2-x)/3•24 = 8,96. Откуда x = 12 г.
Тогда ω(Mg) = 12•100/19,2 = 62,5 %, а ω(Ca) = 37,5 %.
Задачи
597 Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить следующие превра-
щения:
а) NaCl → NaOH → Na2CO3 → NaHCO3 → NaNO3 → NaNO2;
б) NaCl → Na → NaH → NaOH → NaHCO3;
в) CaCl2 → Ca→ CaO→ Ca(OH)2→ CaCO3 → Ca(HCO3)2 → CaCO3 → CaCl2;
г) CaO → Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 → H3PO4 → Na2HPO4 → Na3PO4;
д) ацетат магния → гидроксид магния → оксид магния → магний → → нитрат магния;
е) кальций → нитрид кальция → гидроксид кальция → хлорид кальция → нитрат кальция.
598 Закончите уравнения реакций:
1 Na2O2 + KI + H2SO4 →
2 Na2O2 + KMnO4 + H2SO4 →
3 Na2O2 + CO2 →
4 NaI + H2O2 →
5 H2O2 + KMnO4 + H2SO4 →
6 NaCrO2 + H2O2 + NaOH →
7 K4[Fe(CN)6] + H2O2 + H2SO4 →
8 H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4 →
9 PbS + H2O2 →
10 CaH2 + O2 →
11 CaH2 + Cl2 →
12 CaH2 + H2O →
13 Be(OH)2 + NaOH →
14 Mg + HNO3(разб) →
15 KMnO4 + H2O2 →
599 Какой объем займет водород (н.у.), полученный из пакета, содержащего гидрид лития массой
40 кг?
600 Сплав лития и магния растворили в разбавленной соляной кислоте. Определите состав сплава
в массовых долях (%), если масса выделившегося газа составила 10 % от массы сплава.
601 При взаимодействии гидрида металла(I) c водой массой 100 г получился раствор с массовой
долей вещества в нем 2,38. Масса конечного раствора оказалась на 0,2 г меньше суммы масс воды и ис-
ходного гидрида. Определите какой гидрид был взят?
602 Взаимодействием кальцинированной соды массой 10,0 т с гашенной известью получена кау-
стическая сода массой 6,7 т. Определите выход продукта (%).
603 Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 800 дм3 воды, чтобы устранить жесткость,
равную 6 мэкв/дм3?
604 Вычислите карбонатную жесткость воды, зная что для реакции с гидрокарбонатном магния,
содержащимся в 500 см3 воды требуется 20 см3 0,12 н. раствора HCl.