Общая характеристика и строение элементов VA группы
В состав подгруппы азота, составляющей семейство пниктидов, входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. Это химические элементы 15-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы V группы).
Электронное строение
Все элементы главной подгруппы V группы, имеют пять электронов на внешнем электронном уровне. В целом характеризуются как неметаллы к присоединению электронов выражена значительно слабее, по сравнению с халькогенами и галогенами. Все элементы подгруппы азота имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня атома и могут проявлять в соединениях степени окисления от −3 до +5.
Рассмотрим закономерности изменения свойств элементов по группе. В V группе главной подгруппы сверху вниз эффективный заряд ядра увеличивается, орбитальный радиус также увеличивается, восстановительные свойства атомов возрастают, окислительные свойства атомов уменьшаются.
Свойства
Первые представители подгруппы — азот и фосфор — типичные неметаллы, мышьяк и сурьма проявляют металлические свойства, висмут — типичный металл.
Таким образом, с ростом радиуса элемента, в данной группе резко изменяются свойства составляющих её элементов: от типичного неметалла до типичного металла. Химия этих элементов очень разнообразна и, учитывая различия в свойствах элементов, при изучении её разбивают на две подгруппы — подгруппу азота и подгруппу мышьяка.
Физические свойства
Азот — газ, фосфор и все остальные элементы — твердые вещества. Это объясняется тем, что начиная с третьего периода (фосфор) элементы объединяются в большие полимерные молекулы. Такое изменение молекулярной структуры при переходе от азота к фосфору и вызывает резкое изменение агрегатных состояний веществ.
Фосфор — неметалл, в чистом виде имеет 4 аллотропные модификации:
1. Белый фосфор — самая химически активная модификация фосфора. Имеет молекулярное строение; формула P4, форма молекулы — тетраэдр. По внешнему виду белый фосфор очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Чрезвычайно химически активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение), ядовит.
2. Красный фосфор — представляет собой полимер со сложной структурой. Имеет формулу Pn. В зависимости от получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, но самовоспламеняется при трении или ударе. Это свойство используется при изготовлении спичек, ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого.
3.Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора, чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не растворимо в воде и органических растворителях, проводит электрический ток и, аналогично кремнию, имеет свойства полупроводника.
4. Металлический фосфор - имеет плотную и инертную металлическую структуру, очень хорошо проводит электрический ток.
Мышьяк - представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета, существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях и при нагревании металлический или серый мышьяк, который обладает металлической электрической проводимостью.
Сурьма - полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы и три аморфные модификации (жёлтая, чёрная и взрывчатая сурьма). Сурьму добавляют в некоторые сплавы для придания им твердости (типографский металл). Соединения сурьмы похожи по химическим свойствам на соединения мышьяка, но отличаются более выраженными металлическими свойствами.
Висмут — тяжёлый серебристо-белый металл с розоватым оттенком. Со временем покрывается тёмно-серой оксидной плёнкой. Наряду со свинцом и оловом входит в состав большинства легкоплавких припоев и сплавов.
Химические свойства соединений
С водородом элементы подгруппы азота образуют соединения типа (аммиак , фосфин , арсин ), в которых проявляют степень окисления -3, с кислородом образуют оксиды, проявляя различные степени окисления. например азот может изменять их от +1 до +5. Высшие оксиды имеют общую формулу , которому соответствуют кислоты состава и (все элементы, кроме азота). Азот в соединениях с высшей степенью окисления является сильным окислителем. Свойства азотной и азотистой кислот рассмотрены подробно в теме "Кислоты азота
Дано: m₁(Fe) = 8 г m₁р-ра(CuSO₄) = 250 г w₁(CuSO₄) = 15% m₂(Fe+Cu) = 8,77 г Найти: m(CuSO₄); w₂(CuSO₄) Решение: На железной пластинке осаждается медь, т.к. железо вытесняет ее из р-ра ее соли. А железо из свободного состояния переходит в раствор в виде иона Fe²⁺: Fe + CuSO₄ = Cu↓ + FeSO₄ Fe⁰ - 2e → Fe²⁺ окисление, Fe ⁰ - восстановитель Cu²⁺ + 2e → Cu⁰ восстановление, Cu²⁺ - окислитель M(Fe) = 56 (г/моль) M(Cu) = 64 (г/моль) Если 1 моль железа перейдет в р-р в виде иона, вместо него на пластинке высадится 1 моль металлической меди. И масса пластинки увеличится на разницу молярных весов. ΔМ = 64 - 56 = 8 (г/моль) У нас изменение массы: Δm = m₂(Fe+Cu) - m₁(Fe) = 8,77 - 8 = 0,77 (г) Составим и решим пропорцию: прореагировал 1моль изменение массы 8 г прореагировало Х молей изменение массы 0,77 г Х = 0,77/8 = 0,09625 (моля) Это значит, что из раствора ушло 0,09625 моля сульфата меди (и образовалось столько же молей сульфата железа(II)) Прореагировало m₂(CuSO₄) = n(CuSO₄)*M(CuSO₄) M(CuSO₄) = 64+32+4*16=160 (г/моль) m₂(CuSO₄) = 0,09625*160 = 15,4 г В растворе было: m₁(CuSO₄) = w₁(CuSO₄)*m₁р-ра(CuSO₄) = (15/100)*250 = 37,5 (г) Осталось в растворе: m(CuSO₄) = m₁(CuSO₄) - m₂(CuSO₄) = 37,5 - 15,4 = 22,1 г Из раствора выведено 0,77 г меди, масса раствора стала: 250 - 0,77г = 249,23 (г) w₂(CuSO₄) = [m(CuSO₄)/m₂р-ра(CuSO₄)]*100% = 22,1/259,23 ≈ 8,9% ответ: 8,9% (или 22,1г) CuSO₄
Объяснение:
Общая характеристика и строение элементов VA группы
В состав подгруппы азота, составляющей семейство пниктидов, входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. Это химические элементы 15-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы V группы).
Электронное строение
Все элементы главной подгруппы V группы, имеют пять электронов на внешнем электронном уровне. В целом характеризуются как неметаллы к присоединению электронов выражена значительно слабее, по сравнению с халькогенами и галогенами. Все элементы подгруппы азота имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня атома и могут проявлять в соединениях степени окисления от −3 до +5.
Рассмотрим закономерности изменения свойств элементов по группе. В V группе главной подгруппы сверху вниз эффективный заряд ядра увеличивается, орбитальный радиус также увеличивается, восстановительные свойства атомов возрастают, окислительные свойства атомов уменьшаются.
Свойства
Первые представители подгруппы — азот и фосфор — типичные неметаллы, мышьяк и сурьма проявляют металлические свойства, висмут — типичный металл.
Таким образом, с ростом радиуса элемента, в данной группе резко изменяются свойства составляющих её элементов: от типичного неметалла до типичного металла. Химия этих элементов очень разнообразна и, учитывая различия в свойствах элементов, при изучении её разбивают на две подгруппы — подгруппу азота и подгруппу мышьяка.
Физические свойства
Азот — газ, фосфор и все остальные элементы — твердые вещества. Это объясняется тем, что начиная с третьего периода (фосфор) элементы объединяются в большие полимерные молекулы. Такое изменение молекулярной структуры при переходе от азота к фосфору и вызывает резкое изменение агрегатных состояний веществ.
Фосфор — неметалл, в чистом виде имеет 4 аллотропные модификации:
1. Белый фосфор — самая химически активная модификация фосфора. Имеет молекулярное строение; формула P4, форма молекулы — тетраэдр. По внешнему виду белый фосфор очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Чрезвычайно химически активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение), ядовит.
2. Красный фосфор — представляет собой полимер со сложной структурой. Имеет формулу Pn. В зависимости от получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, но самовоспламеняется при трении или ударе. Это свойство используется при изготовлении спичек, ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого.
3.Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора, чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не растворимо в воде и органических растворителях, проводит электрический ток и, аналогично кремнию, имеет свойства полупроводника.
4. Металлический фосфор - имеет плотную и инертную металлическую структуру, очень хорошо проводит электрический ток.
Мышьяк - представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета, существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях и при нагревании металлический или серый мышьяк, который обладает металлической электрической проводимостью.
Сурьма - полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы и три аморфные модификации (жёлтая, чёрная и взрывчатая сурьма). Сурьму добавляют в некоторые сплавы для придания им твердости (типографский металл). Соединения сурьмы похожи по химическим свойствам на соединения мышьяка, но отличаются более выраженными металлическими свойствами.
Висмут — тяжёлый серебристо-белый металл с розоватым оттенком. Со временем покрывается тёмно-серой оксидной плёнкой. Наряду со свинцом и оловом входит в состав большинства легкоплавких припоев и сплавов.
Химические свойства соединений
С водородом элементы подгруппы азота образуют соединения типа (аммиак , фосфин , арсин ), в которых проявляют степень окисления -3, с кислородом образуют оксиды, проявляя различные степени окисления. например азот может изменять их от +1 до +5. Высшие оксиды имеют общую формулу , которому соответствуют кислоты состава и (все элементы, кроме азота). Азот в соединениях с высшей степенью окисления является сильным окислителем. Свойства азотной и азотистой кислот рассмотрены подробно в теме "Кислоты азота
m₁р-ра(CuSO₄) = 250 г
w₁(CuSO₄) = 15%
m₂(Fe+Cu) = 8,77 г
Найти: m(CuSO₄); w₂(CuSO₄)
Решение:
На железной пластинке осаждается медь, т.к. железо вытесняет ее из р-ра ее соли. А железо из свободного состояния переходит в раствор в виде иона Fe²⁺:
Fe + CuSO₄ = Cu↓ + FeSO₄
Fe⁰ - 2e → Fe²⁺ окисление, Fe ⁰ - восстановитель
Cu²⁺ + 2e → Cu⁰ восстановление, Cu²⁺ - окислитель
M(Fe) = 56 (г/моль)
M(Cu) = 64 (г/моль)
Если 1 моль железа перейдет в р-р в виде иона, вместо него на пластинке высадится 1 моль металлической меди. И масса пластинки увеличится на разницу молярных весов. ΔМ = 64 - 56 = 8 (г/моль)
У нас изменение массы: Δm = m₂(Fe+Cu) - m₁(Fe) = 8,77 - 8 = 0,77 (г)
Составим и решим пропорцию:
прореагировал 1моль изменение массы 8 г
прореагировало Х молей изменение массы 0,77 г
Х = 0,77/8 = 0,09625 (моля)
Это значит, что из раствора ушло 0,09625 моля сульфата меди (и образовалось столько же молей сульфата железа(II))
Прореагировало m₂(CuSO₄) = n(CuSO₄)*M(CuSO₄)
M(CuSO₄) = 64+32+4*16=160 (г/моль)
m₂(CuSO₄) = 0,09625*160 = 15,4 г
В растворе было:
m₁(CuSO₄) = w₁(CuSO₄)*m₁р-ра(CuSO₄) = (15/100)*250 = 37,5 (г)
Осталось в растворе:
m(CuSO₄) = m₁(CuSO₄) - m₂(CuSO₄) = 37,5 - 15,4 = 22,1 г
Из раствора выведено 0,77 г меди, масса раствора стала:
250 - 0,77г = 249,23 (г)
w₂(CuSO₄) = [m(CuSO₄)/m₂р-ра(CuSO₄)]*100% = 22,1/259,23 ≈ 8,9%
ответ: 8,9% (или 22,1г) CuSO₄