11 рассмотрите строение атомов и валентные состояния элементов главной подгруппы VI группы

11.рассмотрите строение атомов и валентные состояния элементов главной подгруппы VI группы. Как изменяются радиусы, ионизационные потенциалы, сродство к электрону и электроотрицательность в ряду кислород – полоний?
Строение атомов и валентные состояния элементов.
КИСЛОРОД. На последнем энергетичесокм уровне (орбитали) находятся 6 электронов
O ) )
2 6
Электронная формула: 1s2 2s2 2p 4
Так как валентность рассмтривается от числа неспаренных электронов, рассмотрим электронно-графические формулы последней орбитали:
Электроннографическая формула последней орбитали:
2s2 2p 4
↑↓
↑↓ ↑ ↑
У нас у кислорода два неспаренных электрона, значит валентность равна II
СЕРА
S ) ) )
2 8 6
Электронная формула: 1s 22s 22p 63s 23p4
Так как валентность рассматривается от числа неспаренных электронов, рассмотрим электронно-графические формулы последней орбитали:
Электроннографическая формула последней орбитали:
3s 2 3p4
↑↓
↑↓ ↑ ↑
СЕЛЕН
Sе ) ) ) )
2 8 18 6
Электронная формула: 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p4
ТЕЛЛУР
Tе ) ) ) ) )
2 8 18 18 6
Электронная формула: 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p4
ПОЛОНИЙ
Po ) ) ) ) ) )
2 8 18 32 18 6
Электронная формула:
1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d105p66s24f145d106p4
У нас у серы, теллура и полония два неспаренных электрона на последнем энергетическом уровне, значит валентность равна II ( в нормальном состоянии)
Но у сера, и других элементов этой же подгруппы ( Se,Te,Po) есть свободная d-орбиталь, поэтому может происходить процесс распаривания p-электронов и s- электронов на d-подуровень и эти элементы могут проявлять валентности IV и VI
НОРМАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ:
ns 2 np4 nd0
↑↓
↑↓ ↑ ↑
ПЕРВОЕ ВОЗБУЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ:
ns 2 np3 nd1 Валентность IV
↑↓
↑ ↑ ↑
↑
ВТОРОЕ ВОЗБУЖДЕННОЕ СОСТОЯНИЕ:
ns 1 np3 nd2 Валентность VI
↑
↑ ↑ ↑
↑ ↑
Радиусы
За атомные радиусы принимают величины, найденные на основе тех или иных допущений. Теоретически рассчитывают так называемые орбитальные радиусы, или расстояние от центра ядра до наиболее удаленного от него максимума электронной плотности.  Периодичность изменения атомных радиусов особенно отчетливо выражена у s- и р-элементов: в периодах слева направо радиусы уменьшаются, а в группах сверху вниз увеличиваются.  Поэтому полоний имеет больший радиус, чем другие элементы VI группы
Ионизационные потенциалы
 Энергия, необходимая для отрыва электрона от  невозбужденного атома, называется первой потенциалом (энергией)  ионизации I
Ионизационный потенциал уменьшается в группах сверху вниз. Поэтому в VI группе кислород будет иметь больший ионизационный потенциал
Сродство к электрону
Энергетический эффект присоединения электрона к нейтральному атому называется сродством к электрону (Е): Для элементов главных подгрупп сродство к электрону уменьшается  в группах сверху вниз. Максимальное значение сродства к электрону в VI группе имеет кислород
Электроотрицательность
Способность атома, находясь в составе устойчивой молекулы, смещать к себе электронную плотность характеризуется электроотрицательностью. Для s- и р-элементов    электроотрицательность уменьшается  в группах сверху вниз.   Поэтому кислород будет иметь большую ЭО по сравнению с полонием.
2.Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения, укажите условия протекания процесса
С12 1→ КСlO3 2→ КСlO4 3→ НСlO4 4→ СlO2 5→ НСlO3.
1) С12 → КСlO3
Концентрированный водный раствор гидроксида калия подогревают до
70-80°С и пропускают в него ток газообразного хлора
70-800 С
6KOH (конц) + 3Cl2  =======> KClO3 + 5KCl + 3H2O.
гидроксид хлор хлорат хлорид вода
калия калия калия
2) КСlO3 → КСlO4
Если хлорат калия осторожно нагревать ( 4000С), то образуется перхлорат
400 0 С
4 KClO3 ====> 3 KClO4 + KCl
Хлорат перхлорат хлорид
Калия калия калия
3) КСlO4 → НСlO4
При действии концентрированной серной кислоты в вакууме , под действием температуры 1600С образуется хлорная кислота
1600С
2 КСlO4 + H2SO4(конц) 2 НСlO4↑ + K2SO4
Перхлорат серная хлорная сульфат
Калия кислота кислота калия
4) НСlO4 → СlO2
При нагревании хлорная кислота разлагается:
t0C
4 HClO4 4 ClO2 + 3O2 + 2H2O
Оксид хлора (IV)
5) СlO2 → НСlO3
 При растворении в воде оксида хлора (IV) образуются хлористая и хлорноватая кислоты (реакция диспропорционирования). Реакция происходит на свету, без нагревания
2ClO2 + H2O => HClO2 + HClO3
3.Осуществите превращения, укажите условия протекания процессов
а) I2 + H2S (p-p) → б) KI + Н2О2 + H2SO4 →
в) Сl2 + I2 + Ва(ОН)2 →
I2 + H2S (p-p) →
I2 ( суспензия)  + H2S ( насыщенный раствор)  → S↓ + 2HI
б) KI + Н2О2 + H2SO4→
при комнатной температуре, без нагревания
 H2O2 + 2KI + H2SO4  => I2 + K2SO4 + 2H2O
в) Сl2 + I2 + Ва(ОН)2→
в горячей воде происходит реакция
I2 + 5Cl2 + 6Н2О (горячая) => 2HIO3 + 10HCl
Образовавшиеся кислоты реагируют с гидроксидом бария с образованием соответствующих солей
2HJO3 +2 HCl + 2Ba(OH)2 => Ba(JO3)2 + BaCl2 + 4H2O
Суммарная реакция
5Сl2 + I2 + 6Ва(ОН)2 => 1Ba(JO3)2 + 5 BaCl2 + 6H2O
4.Свойства индивидуальных веществ
s и d-элементы
а) Fe + О2 + Н2О → б) Fe(OH)2 + О2 + Н2О → в) FeSO4 + О2 + Н2О →
а) 4Fe + 3О2 + 6Н2О => 4Fe(OH)3
На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):
б) 4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О => 4Fe(OH)3
В присутствии кислорода воздуха осадок Fe(OH)2, окисляясь, буреет – образуя гидроксид железа (III) Fe(OH)3:
в) 4FeSO4 + О2(воздух) + 2Н2О => 4FeSO4OH ↓
сульфат железа (II) окисляется кислородом воздуха в присутствии водяных паров с образованием гидроксосульфата железа (III)
5.Укажите координационное число комплексообразователя и дентантность лиганд следующего координационного соединений: K2[MnF6], Na2[MnCl5]
Чаще всего лиганд бывает связан с комплексообразователем через один из своих атомов однойдвухцентровой химической связью. Такого рода лиганды получили название монодентатных. К числу монодентатных лигандов относятся все галогенид-ионы,
Важнейшей характеристикой комплексообразователя является количество химических связей, которые он образует с лигандами, или координационное число (КЧ). Когда комплексообразователь координирует монодентатные лиганды, то координационное число равно числу присоединяемых лигандов.
K2[MnF6] гексафтороманганат (IV) калия
таким образом координационное число будет равно 6, и является монодендантным ( так как лиганд – галогенид-ион)
Na2[MnCl5] пентахлороманганат (III) натрия
координационное число будет равно 5, и является монодендантным ( так как лиганд – галогенид-ион)
6.В каких случаях при электролизе водных растворов солей: а) на катоде выделяется водород; б) на аноде выделяется кислород; в) состав электролита не изменяется?
А) На катоде могут протекать три вида процессов:
1. Восстановление ионов металла: Меn+ + ne = Me
2. Восстановление молекул воды в нейтральных или щелочных растворах:
2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН–  ЕН2О/Н2 = –0,828 В.
3. Восстановление ионов водорода в кислотных растворах:
2Н+ + 2е = Н2, ЕН+/Н2 = 0,000 В.
Так как на катоде идет реакция восстановления, т.е прием электронов окислителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные окислители. На катоде прежде всего протекает реакция с наиболее положительным потенциалом.
Для солей, образованных металлами, значения стандартных электродных потенциалов которых близки к стандартному электродному потенциалу восстановления воды, на катоде наблюдается восстановление и металла и водорода воды.
Следовательно, можно сделать вывод, что восстанавливаемый на катоде продукт во многом определяется стандартным электродным потенциалом металла (его положением в ряду стандартных электродных потенциалов).
Li, Rb, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al / Восстанавливается только водород воды
 Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Pb, H / Восстанавливается металл и частично водород воды
 Cu, Hg, Ag, Pt, Au – Восстанавливается только металл
Таким образом, на катоде выделяется водород, если среда кислая, если нейтральная или щелочная , то металл, образующий соль должен находится в ряду активности ДО водорода.
б) на аноде выделяется кислород
На аноде также могут протекать три вида процессов:
1. Окисление атомов металла: Ме – ne = Men+
2. Окисление молекул воды в кислотных и нейтральных растворах:
2Н2О – 4е = О2 + 4Н+ ЕО2/Н20 = +1,229 В.
3. Окисление гидроксид-ионов в щелочных растворах:
4ОН– – 4е = О2 + 2Н2О, ЕН+/Н2 = +0,04 В.
Так как на аноде идет реакция окисления, т.е отдача электронов восстановителем, то в первую очередь должны реагировать наиболее сильные восстановители. На аноде прежде всего протекает реакция с наиболее отрицательным потенциалом.
Таким образом, при электролизе водных растворов щелочей, кислородсодержащих кислот и их солей, а также фтороводорода и фторидов на аноде окисляется вода с выделением кислорода по уравнению
2Н2О – 4е = О2 + 4Н+ (среда нейтральная).
В щелочном растворе идет реакция 4ОН– – 4е = О2 + 2Н2О.
В) состав электролита не изменяется?
Состав электролита не меняется в том случае, когда на катоде происходит выделение ТОЛЬКО водорода, а на аноде – ТОЛЬКО кислорода.
Значит соль должна быть образована металлами : Li, Rb, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al
И кислотный остаток ДОЛЖЕН быть кислородосодержащим.
Например: K2SO4, Ca(NO3)2 и др.
7.Сколько времени потребуется для полного выделения калия из 50см3 50%-ного раствора KOH (ρ = 1,57) при силе тока 0,3А, если выход по току 90%?
Для решения задачи воспользуемся формулой перехода от массовой доли ( ) к молярной концентрации (См)
См= p*ω*1000M*100%
Где:
ρ — плотность раствора, г/см3;
ω — массовая доля растворенного вещества,%
M — молярная масса растворенного вещества, г/моль.
M(KOH) = 1*39 + 1*16 + 1*1 = 56 г/моль
СмKOH= 1,57*50*100056*100=14,02М
Найдем количество вещества( ) гидроксида калия в объеме 50 мл (0,05л)
= См * V
(KOH) = 14,02 * 0,05 л = 0,701 моль
Тогда масса гидроксида калия будет равна:
m(KOH) = * M = 0,701 моль * 56 г/моль = 39,256 г
рассчитаем массу калия в этой массе гидроксида
в 56 г KOH содержится 39 г калия
в 39,256 г ——————– X г калия
Х = (39,256 * 39) / 56 = 27,339 г
Таким образом, нам надо полностью выделить 27, 339 г калия
По закону Фарадея, масса выделившегося вещества вычисляется:
где Mэ- молярная масса эквивалента
I -сила тока, А
t -время проведения электролиза, секунды
F -постоянная величина (число Фарадея),
равная 96500 Кл/моль
При проведении электролиза расплава или раствора масса выделенного на электроде вещества mпр из-за побочных процессов, протекающих в электролизере и соответственно требующих расхода электрической энергии, всегда меньше mтеор, рассчитанной по уравнению. Отношение mпр к mтеор называется выходом по току В.Т., выделяемого на электроде вещества, т.е.
В.Т. = m прm теорет*100%
Преобразовав соотношение получим:
И из этой формулы выведем, сколько потребуется времени:
Подставляем :