Пример
2-3
: Рассчитать энергию диссоциации иона
SO
+
по
наиболее энергетически выгодному пути, используя необходимые
справочные данные. Построить энергетическую диаграмму
системы.
Решение
: Возможные пути диссоциации:
SO
+
O
O
+
S
+
+
+
(a)
(b)
S
Построение энергетической диаграммы:
В справочнике нет данных об энергии диссоциации
SO
+
D
(SO
+
),
но есть данные об энергии диссоциации
SO
D
(SO)
= 5,36 эВ и
Е, эВ
12,11
5,36
10,36
13,62
Е (
b)
Е (
a)
SO
S + O
SO
+
+ e
S
+
+ O + e
S + O
+
+ e
25
потенциале ионизации
SO
I
(SO
) = 12,11 эВ, которые мы будем
использовать. Кроме того, нам необходимы потенциалы ионизации
атомов
S
и О, т. е.
I
(S
) = 10,36 эВ и
I
(O
) = 13,62 эВ.
Из справочных данных следует, что самое низкое по энергии
состояние –
это
SO
, т. к. для отрыва электрона от
SO (
I
(SO
)) и
диссоциации
SO
на
S + O (
D
(SO
)) требуются затраты энергии.
Как путь (а), так и путь (
b
), имеет две общие стадии:
1)
ионизация
SO: SO = SO
+
+ e;
2)
диссоциация
SO: SO = S + O.
Различия (
a
) и (
b):
Стадия 3а): ионизация
S: S = S
+
+ e,
Стадия 3б): ионизация О:
О = О
+
+ е.
Из диаграммы видно изменение энергии для пути (а) и пути (
b):
∆
E
(a) = 5,36 + 10,36
12,11 = 3,61 эВ;
∆
E
(b) = 5,36 + 13,62
12,11 = 6,87 эВ.
Вывод
: энергетически более выгодным является путь (а),
т.к.
I
(S) <
I
(O).
Задачи
2.1.
Какая энергия требуется для образования ионов
Rb
+
и
I
–
из
атомов?
2.2.
Рассчитать потенциал ионизации молекулы Н
2
, зная энергии
диссоциации Н
2
и
Н
2
+
.
2.3.
Исходя из полной энергии частицы H
(
14,35
эВ),
рассчитать сродство к электрону атома водорода.
2.4.
Используя справочные данные, определить полную
электронную энергию частицы Li
+
.
2.5.
Рассчитать полную энергию и энергию межэлектронного
отталкивания для частицы Ве
2+
. Для атома Ве потенциалы
ионизации:
I
1
= 9,3 эВ,
I
2
= 18,2 эВ,
I
3
= 153,9
эВ.
2.6.
Рассчитать энергию разрыва молекулы HCl на ионы H
+
и Cl
,
используя энергию связи HCl, потенциалы ионизации и сродства к
электрону атомов. Изобразить энергетическую диаграмму системы.
2.7.
Найти изменение энергии при распаде молекулы Н
2
на
следующие частицы:
а
) H + H;
г
) 2H
+
+ 2e;
26
б
) H
+
+ H
;
д
) H
2
+
+ e.
в
) H + H
+
+ e;
Изобразить энергетические диаграммы систем.
2.8.
Рассчитать сродство к электрону молекулы О
2
, если
известны сродство к электрону атома кислорода, энергия связи О
2
и
энергия диссоциации О
2
на О и О
.
2.9.
Используя данные об энергетических эффектах реакций
,
построить энергетическую диаграмму системы
:
Cl
2
+ e = Cl
2
–
–
2.4
эВ
Cl + e = Cl
–
–
3,62
эВ
Cl
2
= 2Cl
2,5
эВ
Cl
2
= Cl
+
2
+ e 11,5
эВ
Cl = Cl
+
+ e
13,0 эВ
Вычислить энергию диссоциации частиц
Cl
2
+
и
Cl
2
–
.
2.10.
В
реакции
Cs
+
+ H = Cs + H
+
изменение
энергии
Е
= 9,7
эВ. Найти потенциал ионизации атома Cs.
2.11.
Рассчитать энергию диссоциации ионов SO
+
и CO
+
по
наиболее энергетически выгодному пути.
2.12.
Найти изменение энергии в реакции:
а
) 2Na + Cl
2
= 2Na
+
+ 2Cl
;
б
) NO + Cl
2
= NO
+
+ Cl
+ Cl.
2.13.
Могут ли образовываться возбужденные атомы водорода
(Н*) в реакциях:
а
) H
2
+
+ e = H + H*;
б
) O
2
+
+ H
= 2O + H*?
2.14.
Сравнить, сколько и каких связей разрывается и образуется
при процессе:
С
7
Н
16
(г)
+
11О
2
(г)
=
7СО
2
(г)
+
8Н
2
О(г)
.
2.15.
Зная энергии атомизации этана (2810,0
кДж/моль) и
пропана (3967,6
кДж/моль), рассчитать средние энергии связей С–С
и С–Н в нормальных алканах.
2.16.
Исходя из энергий связи молекул, рассчитать изменение
энергии в реакциях:
а
) H
2
+ Cl
2
= 2HCl;
27
б
) N
2
+ 3H
2
= 2NH
3
.
2.17.
Рассчитать среднюю энергию связи C–Br, если в реакции
C
6
H
6
+ 2Br
2
= C
6
H
4
Br
2
+
2HBr изменение энергии
Е
=
24,4
кДж.
2.18.
Рассчитать энергию связи С–I, если известно, что в реакции
CH
3
I + H
2
O = CH
3
OH +
HI изменение энергии
Е
= 0,57
эВ.
2.19.
Выгодны ли энергетически реакции:
а
) H
+
+ Li
+
= H + Li
2+
;
б
) Cl
2
+ H = HCl + Cl?
2.20.
Выгодны ли энергетически реакции:
а
) C
2
H
5
F + H
+
= C
2
H
6
+ F
+
;
б
) CH
3
I + H
+
= CH
4
+ I
+
?
2.21.
Используя величины энергий связи, сравнить возможность
цепного галогенирования метана по схеме:
CH
4
+ X = CH
3
+ HX,
CH
3
+ X
2
= CH
3
X + X,
где Х равен:
а) F;
б) I.
2.22.
В реакции
H
+
+ NO = NO
+
+ H
выделилось 4
,
3 эВ энергии.
Рассчитать потенциал ионизации
NO
и построить энергетическую
диаграмму системы.
2.23.
В реакции
H
+
+ Cl
–
= H + Cl
образуются атомы
Cl
в
основном состоянии и атомы Н в состояниях с квантовыми числами
n =
1 и
n =
2. Определить долю атомов Н в основном состоянии.
Принять, что кинетическая энергия всех частиц равна нулю.
Сродство к электрону атома хлора равно –3,61 эВ.
2.24.
Потенциалы ионизации атома и молекулы кислорода равны
1314 и 1165 кДж/моль, соответственно. Определить, какая из реакций
О
3
+
= О
2
+
+ О
О
3
+
= О
2
+ О
+
является энергетически более выгодной и насколько? Изобразить
энергетическую диаграмму системы.
2.25.
Для
реакции Н
+
+ Н
-
= Н
2
определена ΔЕ
реакции
=
–17,35 эВ.
Рассчитать сродство к электрону атома водорода, если известно, что
полная энергия молекулы Н
2
Е
полн
(Н
2
) =
–31,68 эВ. Расчет
проиллюстрировать энергетической диаграммой.
28
§ 3. Молекулы. Химическая связь
Атомы большинства элементов могут взаимодействовать между
собой или с атомами других элементов с образованием химических
связей. В результате возникают более сложные многоатомные
частицы –
молекулы.
Рассмотрим, что происходит, когда два атома Н сближаются и
образуют молекулу Н
2
. При сближении двух атомов Н два
положительно заряженных ядра и два отрицательно заряженных
электрона отталкиваются. Однако самым важным взаимодействием
является притяжение каждого ядра к электрону другого атома. На
Рис. 1 представлена кривая потенциальной энергии для молекулы
Н
2
(
R
–
расстояние между ядрами).
Рис
.
1
. Кривая потенциальной энергии
Е(
R)
для молекулы Н
2
По мере сближения изолированных атомов и уменьшения
R
потенциальная энергия уменьшается из
-
за притяжения между
ядрами и электронами, но затем при сильном сближении она
возрастает из
-
за отталкивания ядер. В точке минимума притяжение
и отталкивание уравновешиваются и молекула стабильна.
Межъядерное растояние
R
0
в минимуме потенциальной энергии
соответствует длине химической связи. Глубина кривой в точке
минимума представляет собой энергию химической связи (
Е
св
.
), т.е.
энергию, которая выделяется при образовании химической связи.
Достарыңызбен бөлісу: |