Практическое занятие № 2. Тема: Характеристика соединений элементов

Тема: Характеристика соединений элементов

Цель работы. Научиться характеризовать элементы и их соединения на основании данных строения атома.

Порядок работы

На основании данных строения атома по аналогии с указанными примерами ответить на вопросы по элементам, предложенным преподавателем.

Вопросы: а) определить валентность и степень окисления элементов;

б) написать формулы бинарных соединений элементов;

в) написать формулы оксидов и гидроксидов (оснований и кислот) по всем степеням окисления, которые проявляют данные элементы;

г) указать тип связи этих соединений и написать уравнения реакций, которые характеризуют их свойства.

Примеры.

1. Определение валентности и степени окисления углерода и ванадия (С, V).

1.1. Строение электронных оболочек:

¹²₆С 1s² 2s²2p²; ⁵¹₂₃V 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d³4s².

Подчеркнуть валентные слои. Валентные электроны находятся на s- и р – подуровнях внешнего слоя и на d – подуровне предвнешнего слоя, но незавершенного (менее 10 электронов).

1.2. Графическое изображение валентных слоев атомов в нормальном состоянии:

¹²₆С … 2s² 2p²; ⁵¹₂₃V … 3d³ 4s²

По правилу Хунда электроны стремятся занять максимальное число ячеек.

1.3. Возбужденное состояние атомов.

¹²₆С^* … 2s² 2p² ® ¹²₆С^*… 2s¹ 2p³

⁵¹₂₃V^* … 3d³ 4s² 4р ® ⁵¹₂₃V^* … 3d³ 4s¹ 4p¹

Возбужденное состояние характеризуется переходом одного из спаренных электронов на свободную орбиталь внутри валентного слоя на более удаленный подуровень. При этом число валентных электронов увеличивается.

1.4. Валентность и степень окисления.

Для ванадия и углерода валентность и степень окисления равны следующим значениям:

Элемент Валентность Степень окисления

С 2, 4 + 2, + 4, - 4

V 2, 3, 4, 5 + 2, + 3, + 4, + 5.

У d – элементов, таких, как, например, ванадия, низшая степень окисления равна +2, так как на внешнем слое находится 2 электрона.

Степень окисления +1 нехарактерна для d – элементов, однако они её проявляют, но состояние элементов в этой С.О. неустойчиво, и однозарядные соединения окисляются до двух и трехзарядных.

Таким образом, низшая степень окисления у ванадия равна +2, а у углерода –4. Высшая С.О. ванадия равна +5, а у углерода +4. Промежуточная С.О. у ванадия равна +3, +4, у углерода +2.

2. Соединения элементов.

2.1. Бинарные соединения с Н, Cl, N, S, С.

Бинарные соединения металлов в степени окисления +2, +3 с Н, Cl, N, S, С являются солями с ионной связью или ковалентной полярной. В твердом состоянии это кристаллические вещества.

Гидриды образуют металлы s и р-семейства. Металлы d-семейства образуют твердые растворы.

Бинарные соединения неметаллов с перечисленными веществами чаще всего газы или жидкости, некоторые из них образуют с водой кислоты. Углерод образует с водородом обширный класс органических соединений – углеводородов.

Ванадий образует следующие соединения:

VCl₂ – хлорид ванадия (II), VCl₃ – хлорид ванадия (III),

VS – сульфид ванадия (II), V₂S₃ – сульфид ванадия (III),

V₃N₂ – нитрид ванадия (II), VN – нитрид ванадия (III),

V₂C – карбид ванадия (II), V₄C₃ – карбид ванадия (III).

Неметаллы S, N, Cl, C проявляют по отношению к ванадию отрицательную степень окисления, которая определяется по разности 8 минус номер группы. Таким образом, отрицательная С.О. равна S^-2, N^-3, Cl^-1, C^-4, V^-4.

Составление формул производится на основании того, что число положительных зарядов в молекуле равно числу отрицательных зарядов.

Пример. Составить формулу V_х⁺³S_y^-2, где x и y находят делением наименьшего кратного (в нашем случае 6) на степень окисления элемента:

x = 6: 3 = 2, y = 6: 2 = 3.

Тогда формула примет вид V₂S₃.

2.2. Оксиды и гидроксиды.

Оксиды и гидроксиды металлов проявляют кислотно-основной характер, который зависит от степени окисления элемента. У металлов в низшей степени окисления (+1, +2) проявляются основные свойства, в промежуточной (+3, +4) - амфотерные, в высшей (+5, +6, +7, +8) - кислотные.

Исключение составляют Be, Zn, Sn, Pb и некоторые другие элементы. Они в степени окисления +2 проявляют амфотерные свойства.

Оксиды и гидроксиды неметаллов проявляют кислотные свойства.

Для характеристики соединений ванадия и углерода можно составить таблицу.

Свойства соединений

Соединения основного типа реагируют с кислотами:

VO + 2HCl = VCl₂ + H₂O,

V(OH)₂ + H₂SO₄ = VSO₄ + 2H₂O.

Соединения кислотного типа взаимодействуют с основаниями:

СO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O,

V₂O₅ + 2KOH = 2KVO₃ + H₂O.

Амфотерные соединения растворяются в кислотах и щелочах:

VO₂ + 4HNO₃ = V(NO₃)₄ + 2H₂O,

VO₂ + 2NaOH = Na₂VO₃ + H₂O.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: