Номер 110, страница 267 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.110. Какие из перечисленных молекул: ${\mathrm{CH}}_4,$${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2,$ ${\mathrm{NO}}_2,$ ${\mathrm{Br}}_2,$ HCN, ${\mathrm{HNO}}_3,$ ${\mathrm{CO}}_2,$ ${\mathrm{SO}}_2,$ ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O},$ ${\mathrm{O}}_3$ – имеют линейное строение?

Решение

Для определения геометрии молекул и выяснения, какие из них имеют линейное строение, проанализируем каждую молекулу с использованием теории гибридизации атомных орбиталей и модели отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR). Линейная молекула характеризуется расположением всех ее атомов на одной прямой, что соответствует валентным углам 180°.

CH₄

В молекуле метана ($CH_4$) центральный атом углерода образует четыре одинарные связи с атомами водорода. Тип гибридизации атома углерода — $sp^3$. Электронные пары располагаются в пространстве таким образом, чтобы минимизировать отталкивание, что приводит к тетраэдрической геометрии. Валентный угол H-C-H составляет 109.5°. Следовательно, молекула не является линейной.

C₂H₂

В молекуле ацетилена ($C_2H_2$) каждый из двух атомов углерода связан с одним атомом водорода и другим атомом углерода (тройной связью). Тип гибридизации каждого атома углерода — $sp$. Две $sp$-гибридные орбитали каждого атома углерода располагаются на одной линии под углом 180°. Это приводит к линейному строению всей молекулы H-C≡C-H.

NO₂

В молекуле диоксида азота ($NO_2$) центральный атом азота связан с двумя атомами кислорода и имеет один неспаренный электрон на валентной оболочке. Наличие этого неспаренного электрона и двух связывающих электронных пар приводит к угловому (изогнутому) строению молекулы. Валентный угол O-N-O составляет примерно 134°. Молекула не является линейной.

Br₂

Молекула брома ($Br_2$) состоит из двух атомов. Любая двухатомная молекула по определению является линейной, так как через две точки всегда можно провести прямую линию.

HCN

В молекуле циановодорода ($HCN$) центральный атом углерода образует одинарную связь с водородом и тройную связь с азотом. Тип гибридизации атома углерода — $sp$. Это приводит к линейному расположению всех трех атомов (H, C, N). Валентный угол H-C-N равен 180°.

HNO₃

В молекуле азотной кислоты ($HNO_3$) центральный атом азота связан с тремя атомами кислорода (тип гибридизации — $sp^2$). Геометрия вокруг атома азота — тригональная плоская с углами, близкими к 120°. В целом молекула имеет плоское, но не линейное строение.

CO₂

В молекуле диоксида углерода ($CO_2$) центральный атом углерода образует две двойные связи с двумя атомами кислорода. Тип гибридизации атома углерода — $sp$. У центрального атома нет неподеленных электронных пар. Две двойные связи располагаются по разные стороны от атома углерода под углом 180°, что определяет линейное строение молекулы O=C=O.

SO₂

В молекуле диоксида серы ($SO_2$) центральный атом серы связан с двумя атомами кислорода и имеет одну неподеленную электронную пару. Учитывая две связывающие пары и одну неподеленную, общее число электронных доменов равно трем (тип гибридизации — $sp^2$). Из-за отталкивания со стороны неподеленной электронной пары молекула имеет угловое (изогнутое) строение с валентным углом O-S-O около 119°.

H₂O

В молекуле воды ($H_2O$) центральный атом кислорода связан с двумя атомами водорода и имеет две неподеленные электронные пары (тип гибридизации — $sp^3$). Эти четыре электронные пары располагаются тетраэдрически, но из-за наличия только двух атомов водорода молекула имеет угловое (изогнутое) строение. Валентный угол H-O-H составляет 104.5°.

O₃

В молекуле озона ($O_3$) центральный атом кислорода связан с двумя другими атомами кислорода и имеет одну неподеленную электронную пару (тип гибридизации — $sp^2$). Аналогично $SO_2$, молекула имеет угловое (изогнутое) строение с валентным углом O-O-O около 117°.

Проанализировав строение всех предложенных молекул, мы приходим к выводу, что линейными являются $C_2H_2$, $Br_2$, $HCN$ и $CO_2$.

Ответ: линейное строение имеют молекулы $C_2H_2$, $Br_2$, $HCN$, $CO_2$.