Выполнение домашних заданий по курсу химии

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 
 

 

 
 
 
ВЫПОЛНЕНИЕ 
ДОМАШНИХ ЗАДАНИЙ 
ПО КУРСУ ХИМИИ 
 
Методические указания 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2013 

УДК 54
ББК 24
 

В92 
 
Авторы:
С.Ю. Богословский, А.М. Голубев, А.А. Гуров, 
Ж.Н. Медных, П.В. Слитиков, А.Д. Смирнов 
 
Рецензент  П.А. Носов 
 
В92
Выполнение домашних заданий по курсу химии : метод. указания / [C.Ю. Богословский и др.]. — М. : Изд-во 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. — 98 [6] с.  
 
ISBN 978-5-7038-3673-6 
 
 
Даны задачи, которые включены в три домашних задания 
по основным разделам курса химии: «Строение вещества», 
«Закономерности протекания химических процессов» и 
«Электрохимические процессы». В каждом разделе приведены примеры решения типовых задач. В приложениях представлены справочные материалы. 
Для студентов (бакалавров и специалистов) всех факультетов  МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучающих базовый курс 
химии. 
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научноучебного комплекса «Фундаментальные науки» МГТУ 
им. Н.Э. Баумана. 
 
 
 
УДК 54 
  ББК 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3673-6                   МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013 

Д О М А Ш Н Е Е  З А Д А Н И Е  № 1  

1. СТРОЕНИЕ АТОМА 

Пример решения задачи 

Составьте электронную и электронно-графическую формулы 
атома кремния в основном и возбужденном состояниях. Определите число неспаренных электронов. Укажите магнитные свойства атома кремния в основном состоянии. Отметьте значения 
главного, орбитального и магнитного квантовых чисел для электронов внешнего энергетического уровня атома кремния в основном состоянии. 
Р е ш е н и е . Порядковый номер кремния в Периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева равен 14. Ядро атома кремния содержит 14 протонов, следовательно, заряд равен 
+14 и вокруг ядра расположено 14 электронов. Электронная и 
электронно-графическая формулы атома кремния имеют соответственно следующий вид:  

1s22s22p63s23p2 

Таким образом, в основном состоянии атом кремния на внешнем электронном уровне содержит два неспаренных электрона 
(тогда суммарное магнитное спиновое квантовое число Σms ≠ 0) и  
поэтому является парамагнитным. Квантовые числа имеют следующие значения: 

14Si
  3
n =
2
n =
1
n =

Атомная 
орбиталь 
Значения квантовых чисел

n 
l 
ml 

3s 
3
0
0 

3p 
3
1
−1 и 0 

 
При затрате некоторой энергии один 3s-электрон атома кремния может быть переведен на вакантную 3p-орбиталь, при этом 
энергия атома возрастет, так как возникшая электронная конфигурация (1s2 2s2 2p6 3s1 3p3) будет соответствовать возбужденному 
состоянию атома кремния 14Si*. Электронно-графическая формула 
приобретает вид 
 

Задачи для самостоятельного решения 

Задачи 1 — 15. По заданным координатам атома (период, 
группа) найдите элемент в длиннопериодном варианте Периодической системы химических элементов, составьте полную электронную формулу атома, покажите распределение электронов по 
квантовым ячейкам, укажите магнитные свойства (диамагнитные 
или парамагнитные) нейтральных атомов данного элемента. 
 
№ 
п/п Период 
Группа 
№
п/п Период
Группа 
№ 
п/п
Период
Группа 

1 
5 
6 
6 
4 
11 
11 
4 
15 

2 
4 
5 
7 
4 
17 
12 
5 
5 

3 
3 
17 
8 
5 
1 
13 
3 
6 

4 
2 
14 
9 
4 
12 
14 
3 
16 

5 
4 
3 
10
4 
7 
15 
5 
2 

Задачи 16 — 35. Определите, в каком периоде, группе и подгруппе Периодической системы химических элементов находится 
элемент, атом которого имеет электронную структуру, выражае
3
n =
2
n =
1
n =

мую электронной формулой. Укажите магнитные свойства (диамагнитные или парамагнитные) нейтральных атомов данного элемента. 
 

№ 
п/п 
Электронная 
формула 
№ 
п/п 
Электронная 
формула 
№ 
п/п 
Электронная 
формула 
№ 
п/п 
Электронная 
формула 

16 
… 4d25s2 
21 
… 3d54s2 
26 
… 4d15s2 
31 
… 5s25p5 

17 
… 3d14s2 
22 
… 3d104s1 
27 
… 3d04s2 
32 
… 4d25s2 

18 
… 4d105s2 
23 
… 4s24p3 
28 
… 4f 05d16s2 
33 
… 5d54s2 

19 
… 3s23p4 
24 
… 3d10 4s2 
29 … 4d105s25p1
34 
… 3d104s1 

20 
… 3s23p5 
25 … 4d55s15p0 30 
… 3d44s2 
35 
… 2s22p5 

Задачи 36 — 40. Электрон в атоме находится на указанной 
атомной орбитали (АО). Опишите состояние электрона квантовыми числами n, l, ml. 
 
№ п/п……………….. 
36 
37 
38 
39 
40 
АО …………………. 
3d 
4f 
3p 
6d 
7p 

Задачи 41 — 45. Определите, на какой атомной орбитали (s, p 
или d ) находится электрон, если его состояние характеризуется 
указанными квантовыми числами n, l, ml. Укажите форму атомной 
орбитали. 
 
№ п/п……………...... 
41 
42 
43 
44 
45 
n…………………....... 
3 
5 
4 
6 
2 
l……………………… 
2 
1 
2 
0 
1 
ml……………………. 
–2 
–1 
+2 
0 
+1 

Задачи 46 — 50. Используя  правила Клечковского, определите 
последовательность заполнения электронами подуровней, для которых сумма квантовых чисел n + l равна заданному значению. 
 
№ п/п ………………  
46 
47 
48 
49 
50 
n + l……….………… 
5 
7 
4 
8 
6 

Задачи 51 — 56. Напишите полные электронные формулы данного атома в основном и возбужденном состояниях, покажите 
распределение валентных электронов по квантовым ячейкам, 
определите число неспаренных электронов. Укажите магнитные 
свойства атомов (диамагнитные, парамагнитные) в основном состоянии. 
 
№ п/п ………………. 
51 
52 
53 
54 
55 
56 
Атом ……………….. 
S 
As 
Al 
Mn 
Cl 
Ti 

Задачи 57 — 61. Приведите полные электронные формулы 
атомов в невозбужденном состоянии. Укажите значения квантовых чисел n,  l,  m для электронов, находящихся на внешнем энергетическом уровне. Определите число неспаренных электронов и 
магнитные свойства атомов (диамагнитные, парамагнитные). 
 
№ п/п………….……. 
57 
58 
59 
60 
61 
Атомы ……………... 
Si, Mn 
Ca, Ti 
Sc, Pb 
Se, Mo 
Cs, Pd 

Задачи 62 — 66. Определите порядковый номер элемента в 
Периодической таблице химических элементов Д.И. Менделеева, 
у которого заканчивается заполнение электронами орбиталей 
данного уровня. 
 
№ п/п………….……. 
62 
63 
64 
65 
66 
Подуровень ……….. 
3d 
4p 
4f 
5s 
5d 

Задачи 67 — 78. Напишите полные электронные формулы указанного атома и его иона. Покажите для них распределение электронов внешнего энергетического уровня по квантовым ячейкам. 
Укажите количество неспаренных электронов в атоме и ионе. 
 
№ п/п 
Атом 
Ион
№ п/п
Атом
Ион 

67 
68 
69 
70 
71 
72 

S 
Ti 
Al 
Sn 
Mn 
Co 

S2
Ti3+ 

Al3+ 

Sn2+ 

Mn2+ 

Co3+ 

73 
74 
75 
76 
77 
78 

Cu 
Cr 
Au 
Sc 
Pd 
Ag 

Cu2+ 

Cr3+ 

Au3+ 

Sc3+ 

Pd2+ 

Ag+ 

Задачи 79 — 83. Напишите полные электронные формулы 
атомов указанного ряда. Предскажите изменения (увеличение, 
уменьшение, постоянство) атомного радиуса и первой энергии 
ионизации атомов. 
 
№ п/п……………….. 
79 
80 
81 
82 
83 
Ряд атомов ………… Cl−Br−I 
N−O−F N−P−As O−S−Se Al−Si−P 

Задачи 84 — 97. Объясните изменение первой энергии ионизации в указанном ряду элементов. Составьте полные электрон- 
ные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам. 
 

№ 
п/п 

Элемент 
№ 
п/п 

Элемент 

Первая энергия 
 ионизации, эВ 
Первая энергия 
 ионизации, эВ 

84 
Li 
Na 
K 
91 
Li 
Be 
B 

5,39 
5,14 
4,34 
5,39 
9,32 
8,30 

85 
Be 
Mg 
Ca 
92 
C 
N 
O 

9,32 
7,64 
6,11 
11,26 
14,54 
13,61 

86 
B 
Al 
Ga 
93 
K 
Ca 
Sc 

8,29 
5,98 
6,00 
2,36 
1,97 
1,64 

87 
C 
Si 
Ge 
94 
Na 
Mg 
Al 

11,26 
8,15 
7,88 
5,14 
7,64 
5,98 

88 
Cu 
Ag 
Au 
95 
B 
C 
N 

7,72 
7,57 
9,22 
8,29 
11,26 
14,54 

89 
Zn 
Cd 
Hg 
96 
O 
F 
Ne 

9,39 
8,99 
10,34 
13,61 
17,42 
21,56 

90 
N 
P 
As 
97 
Al 
Si 
P 

14,54 
10,55 
9,81 
5,98 
8,15 
10,55 

Задачи 98 — 111. Объясните изменение радиусов атомов в 
указанном ряду атомов элементов. Составьте полные электронные 
формулы атомов элементов, покажите распределение электронов 
по квантовым ячейкам. 

 

№ 
п/п 
Элемент 
№ 
п/п 
Элемент 

Радиус атома  R·1010 , м 
Радиус атома  R·1010, м 

98 
Li 
Na 
K 
105 
Li 
Be 
B 

1,55 
1,89 
2,36 
1,55 
1,13 
0,91 

99 
Be 
Mg 
Ca 
106 
C 
N 
O 

1,13 
1,60 
1,97 
0,77 
0,75 
0,73 

100 
B 
Al 
Ga 
107 
K 
Ca 
Sc 

0,90 
1,42 
1,39 
2,36 
1,97 
1,64 

101 
C 
Si 
Ge 
108 
Na 
Mg 
Al 

0,77 
1,34 
1,39 
1,89 
1,60 
1,43 

102 
Sc 
Ti 
V 
109 
B 
C 
N 

1,64 
1,46 
1,34 
0,81 
0,77 
0,75 

103 
Fe 
Co 
Ni 
110 
O 
F 
Ne 

1,26 
1,25 
1,24 
0,73 
0,72 
0,70 

104 
N 
P 
As 
111 
Al 
Si 
P 

0,71 
1,30 
1,48 
1,43 
1,34 
1,30 

2. МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНЫХ ОРБИТАЛЕЙ 

Пример решения задачи 

Постройте энергетические диаграммы молекулярных орбиталей в молекуле CN и в молекулярном ионе CN– , сравните энергии 
химических связей этих частиц. В какой из частиц длина связи 
наименьшая? Укажите диамагнитную и парамагнитную частицы. 
Р е ш е н и е . Энергетические диаграммы молекулярных орбиталей  данных частиц в упрощенном виде представлены в таблице 
на с. 9. Видно, что кратности связи  в CN и CN− соответственно  
равны 2,5 и 3. Наименьшей длиной связи характеризуется ион 
CN−, в котором кратность связи наибольшая. Наличие неспаренного электрона на молекулярной орбитали  в CN указывает на парамагнитные свойства, в то время как ион CN− не имеет магнитных свойств (диамагнитные свойства).  

Задачи для самостоятельного решения 

Задачи 112 — 216. Постройте энергетические диаграммы молекулярных орбиталей заданных частиц (молекул и молекулярных 
ионов), сравните энергии химических связей и укажите диамагнитную и парамагнитную частицы. Номер задачи соответствует 
заданной молекуле (столбец) и заданному молекулярному иону 
(строка). 
 

Ион 
Молекула

H2 
O2
B2
Li2
Cl2
N2
C2 

N2

+ 
112 
127
142
157
172
187
202 

N2

− 
113 
128
143
158
173
188
203 

O2

+ 
114 
129
144
159
174
189
204 

O2

− 
115 
130
145
160
175
190
205 

H2

+ 
116 
131
146
161
176
191
206 

H2

− 
117 
132
147
162
177
192
207 

B2

+ 
118 
133
148
163
178
193
208 

B2

− 
119 
134
149
164
179
194
209 

C2

+ 
120 
135
150
165
180
195
210 

C2

− 
121 
136
151
166
181
196
211 

He2

+ 
122 
137
152
167
182
197
212 

Cl2

+ 
123 
138
153
168
183
198
213 

Cl2

− 
124 
139
154
169
184
199
214 

Li2

+ 
125 
140
155
170
185
200
215 

Be2

+ 
126 
141
156
171
186
201
216 

CN
CN−

Энергетическая диаграмма

3. МЕТОД ВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ 

Пример решения задачи 

Рассмотрите по методу  валентных связей строение молекул 
ВCl3 и PCl3: укажите тип гибридизации АО центрального атома; 
изобразите пространственное перекрывание орбиталей; укажите, 
полярны  ли эти молекулы. Поясните, почему значения валентных 
углов в указанных молекулах составляют 120° и 100,3° соответственно. 
Р е ш е н и е . Рассмотреть строение частицы по методу валентных связей, применив модель гибридизации АО, значит определить гибридизацию центрального атома, указать образующийся 
валентный угол, сколько и каких ( ,
  ) связей содержит частица, 
каков механизм их образования, а также изобразить пространственное строение частицы и определить ее полярность. 
Стабильному состоянию атома бора В отвечает конфигурация 
[He]2s22p1. Для образования трех ковалентных σ-связей с атомами 
хлора по обменному механизму необходимо промотировать один 
электрон с 2s-АО на 2р-АО, тогда возникнет конфигурация возбужденного состояния бора В* [He]2s12p2. В данном случае валентные орбитали атома бора при образовании ковалентных связей будут находиться в состоянии sp2-гибридизации, под углом 
120° (рис. 1). 

Рис. 1 
Молекула представляет собой плоский треугольник, в котором 
суммарный дипольный момент трех связей равен нулю (Σμ = 0), 
т. е. молекула ВСl3 неполярна.