Номер 109, страница 267 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.109. В каких из перечисленных молекул: ${\mathrm{H}}_3{\mathrm{PO}}_4,$ ${\mathrm{NH}}_3,$ ${\mathrm{O}}_3,$ ${\mathrm{CH}}_4,$ ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4,$ ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4,$ ${\mathrm{SO}}_3,$ ${\mathrm{PCl}}_3,$ ${\mathrm{COCl}}_2,$ ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6$ – все атомы лежат в одной плоскости?

Для определения, лежат ли все атомы молекулы в одной плоскости, необходимо проанализировать ее пространственное строение, которое можно предсказать с помощью теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR) или теории гибридизации.

$H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота)

Центральный атом фосфора ($P$) связан с четырьмя атомами кислорода. Расположение четырех атомов кислорода вокруг фосфора является тетраэдрическим (атом $P$ находится в $sp^3$-гибридизации). Тетраэдр — это объемная фигура, поэтому атомы в молекуле ортофосфорной кислоты не могут лежать в одной плоскости.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

$NH_3$ (аммиак)

Атом азота ($N$) имеет три связывающие электронные пары (с тремя атомами $H$) и одну неподеленную электронную пару. Четыре электронные пары располагаются тетраэдрически. Из-за наличия неподеленной пары молекула имеет форму тригональной пирамиды, а не плоского треугольника. Атом азота находится над плоскостью, образованной тремя атомами водорода.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

$O_3$ (озон)

Молекула состоит всего из трех атомов. Любые три точки в пространстве всегда лежат в одной плоскости. Молекула озона имеет угловое (изогнутое) строение, и все три атома кислорода находятся в одной плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

$CH_4$ (метан)

Атом углерода ($C$) находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и образует четыре одинарные связи с атомами водорода. Молекула имеет форму правильного тетраэдра, где атом углерода находится в центре, а атомы водорода — в вершинах. Это классический пример неплоской молекулы.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

$C_2H_4$ (этен или этилен)

Оба атома углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации и соединены двойной связью. Геометрия вокруг каждого атома углерода — тригональная плоская. Двойная связь ($C=C$) жестко фиксирует оба фрагмента $CH_2$ в одной плоскости и не позволяет вращаться вокруг себя. В результате все шесть атомов молекулы лежат в одной плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

$H_2SO_4$ (серная кислота)

Аналогично ортофосфорной кислоте, центральный атом серы ($S$) связан с четырьмя атомами кислорода, образуя тетраэдрическое окружение ($sp^3$-гибридизация). Такая объемная структура не является плоской.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

$SO_3$ (оксид серы(VI))

Центральный атом серы ($S$) находится в $sp^2$-гибридизации и связан с тремя атомами кислорода. У атома серы нет неподеленных электронных пар. Молекула имеет форму плоского правильного треугольника, в центре которого находится атом серы, а в вершинах — атомы кислорода. Все четыре атома лежат в одной плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

$PCl_3$ (хлорид фосфора(III))

Строение молекулы аналогично строению аммиака. Центральный атом фосфора ($P$) имеет три связывающие электронные пары (с атомами $Cl$) и одну неподеленную электронную пару. Молекула имеет форму тригональной пирамиды и, следовательно, не является плоской.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

$COCl_2$ (фосген)

Центральный атом углерода ($C$) находится в $sp^2$-гибридизации, образуя двойную связь с кислородом и две одинарные связи с хлором. Геометрия молекулы — тригональная плоская. Все четыре атома (углерод, кислород и два атома хлора) лежат в одной плоскости.

Ответ: все атомы лежат в одной плоскости.

$C_2H_6$ (этан)

Оба атома углерода находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Геометрия вокруг каждого атома углерода — тетраэдрическая. Из-за тетраэдрического расположения атомов водорода вокруг каждого атома углерода молекула в целом не является плоской.

Ответ: не все атомы лежат в одной плоскости.

Таким образом, молекулы, в которых все атомы лежат в одной плоскости: $O_3$, $C_2H_4$, $SO_3$, $COCl_2$.