Вопросы для семинарского занятия

1. Что такое атом, молекула, простое и сложное вещество?

2. Основные положения квантовой механики: двойственная природа микрочастиц, атомная орбиталь, принцип неопределенности и принцип вероятности.

3. Квантовые числа: главное, орбитальное, магнитное, спиновое; их физический смысл и связь между ними.

4. Электронные конфигурации элементов: принцип минимальной энергии, правило Клечковского, принцип Паули (запрета), правило Хунда; электронные формулы, энергетические ячейки.

5. Периодический закон Д.И. Менделеева, структура периодической системы и ее связь со строением атомов. Группа, подгруппа, период.

6. Какие химические элементы называются металлами. Какой энергией они характеризуются.

7. Какие химические элементы называются неметаллами. Какой энергией они характеризуются.

8. Изменение свойств элементов в периодах и подгруппах, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

9. Охарактеризуйте основные типы химической связи: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая; межмолекулярные взаимодействия.

10. Квантово-механические представления о ковалентной связи: метод валентных связей (обменный и донорно-акцепторный механизмы), валентность по обменному механизму метода валентных связей. Как она определяется для элементов в стационарном и возбужденном состоянии?.

11. Характеристики связи: энергия, длина, направленность (σ-, π-связи), насыщаемость, полярность, поляризуемость.

12. Гибридизация, типы гибридизации, валентный угол, пространственное строение.

2.3. Окислительно-восстановительные реакции Содержание материала для самостоятельного изучения

Понятие о степени окисления элементов в соединении. Окислительно-восстановительные реакции. Окислительные и восстановительные свойства простых веществ и химических соединений, их зависимость от реакции среды. Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса.

Литература: [1– гл.10, § 9.1]; [2 – гл. IX, §§ 93 – 97].

Основные теоретические положения

Окислительно-восстановительными называются химические реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов элементов.

Степень окисления (С.О.) – это условная величина, под которой понимают заряд атома в соединении при допущении, что все связи ионные, образуемые при полной отдаче или присоединении электронов. Степень окисления элемента в простом веществе, где связи неполярные, равна нулю. Максимальная положительная степень окисления атома в соединении совпадает с номером группы элемента в периодической системе (исключая фтор и кислород). Минимальная отрицательная степень окисления неметаллов определяется как разность между номером группы, в которой находится элемент, и 8. Минимальная степень окисления металлов равна нулю, так как они способны только отдавать электроны, приобретая положительную степень окисления.

Многие элементы проявляют переменную степень окисления и рассчитать её можно, исходя из того, что сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю. Например:

Н₂SO₄ . Степень окисления водорода равна +1, кислорода равна – 2, серы равна х.

С.О. молекулы = (+1)  2 + х + (– 2)  4 = 0; 2 + х – 8 = 0; х = +6

Fe₂(SO₄)₃. Степень окисления группы (SO₄) равна – 2, Fe равна х.

С.О. молекулы = х  2 + (– 2)  3 = 0; х = +3.

Окисление – процесс отдачи электронов, который сопровождается повышением степени окисления элемента. Вещество, атомы которого отдают электроны, в процессе реакции окисляется и является восстановителем.

Восстановление – процесс присоединения электронов, который сопровождается понижением степени окисления элемента. Вещество, атомы которого принимают электроны в процессе реакции, восстанавливается и является окислителем.

Окисление и восстановление неразрывно связаны между собой и представляют две стороны одного окислительно-восстановительного процесса. Число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем, на этом и основан метод составления уравнений окислительно-восстановительных реакций – метод электронного баланса.

Элементы в своей высшей степени окисления проявляют только окислительные свойства, и содержащие их вещества являются окислителями:

+6 +5 +7 +6

H₂SO₄, HNO₃, KMnO₄, K₂Cr₂O₇. Кислород и галогены (простые вещества) чаще всего также оказываются окислителями.

Элементы в низшей степени окисления проявляют только восстановительные свойства, и содержащие их вещества являются восстановителями:

–2 –3 0 0

H₂S, HN₃, Me, H₂.

Элементы, имеющие промежуточную степень окисления, могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, и содержащие их вещества проявляют двойственные свойства:

0 +4 +2 +3

S, H₂SO₃, NO, HNO₂.

Основными компонентами окислительно-восстановительных реакций являются окислитель, восстановитель и среда. Среда не участвует в перераспределении электронов, но влияет на силу окислителя и восстановителя и связывает фрагменты участников окислительно-восстановительного процесса.

Все окислительно-восстановительные реакции классифицируются следующим образом:

- межмолекулярные реакции, в которых окислитель и восстановитель являются различными веществами:

+4 –2 +1 –1 +2 –1 0

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O;

окислитель восстановитель

и среда

- реакции внутримолекулярного окисления-восстановления, которые протекают с изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав одного и того же вещества:

+1 +7 –2 +1 +6 –2 +4 –2 0

2KMnO₄ → K₂MnО₄ + MnO₂ + O₂,

восстановитель

и окислитель

–3 +5 +1 –2

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O;

восстановитель

и окислитель

- реакции диспропорционирования, в которых и окислителем и восстановителем является элемент, находящийся в промежуточной степени окисления и в составе одного и того же вещества:

0 –1 +1

Cl₂ + 2KOH → KCl + KClO + H₂O.

окислитель среда

и восстановитель