Номер 114, страница 267 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.114. Приведите по два примера молекул, в которых атомы имеют заданную валентность. Заполните таблицу.

Атом: Cl, Валентность: I

Хлор (Cl) является галогеном и в соединениях с менее электроотрицательными элементами, такими как водород или металлы, а также в двухатомной молекуле хлора, проявляет валентность I. Это означает, что атом хлора образует одну химическую связь.

1. Хлороводород - $HCl$. Атом водорода всегда одновалентен, следовательно, атом хлора, связанный с ним, также имеет валентность I.

2. Хлорид калия - $KCl$. Калий — щелочной металл, его валентность постоянна и равна I. Следовательно, валентность хлора в этом соединении также равна I.

Ответ: $HCl$, $KCl$.

Атом: S, Валентность: II

Сера (S) находится в 16-й группе (VI-A) периодической системы, как и кислород. Ее низшая валентность равна II. Эту валентность она проявляет в соединениях с водородом (сероводород) и с большинством металлов (сульфиды).

1. Сероводород - $H_2S$. Валентность водорода равна I. Два атома водорода образуют связи с одним атомом серы, поэтому валентность серы равна $2 \times I = II$.

2. Сульфид железа(II) - $FeS$. В данном соединении железо имеет валентность II, следовательно, для образования устойчивой молекулы сера также должна быть двухвалентна.

Ответ: $H_2S$, $FeS$.

Атом: B, Валентность: III

Бор (B) — элемент 13-й группы (III-A), для которого наиболее характерна валентность III, так как на его внешнем энергетическом уровне находятся 3 валентных электрона, которые он использует для образования связей.

1. Оксид бора - $B_2O_3$. Валентность кислорода равна II. Суммарная валентность трех атомов кислорода составляет $3 \times II = VI$. Эта валентность распределяется между двумя атомами бора, поэтому валентность каждого атома бора равна $VI / 2 = III$.

2. Фторид бора - $BF_3$. Валентность фтора равна I. Три атома фтора связаны с одним атомом бора, следовательно, валентность бора равна $3 \times I = III$.

Ответ: $B_2O_3$, $BF_3$.

Атом: O, Валентность: III

Кислород (O) почти всегда проявляет валентность II. Валентность III для кислорода является редкой и встречается в частицах, где атом кислорода образует три химические связи, как правило, за счет образования донорно-акцепторной связи.

1. Оксид углерода(II) (угарный газ) - $CO$. В молекуле угарного газа атомы углерода и кислорода соединены тройной связью ($C \equiv O$), одна из которых образована по донорно-акцепторному механизму от атома кислорода. Таким образом, атом кислорода образует три связи, и его валентность равна III.

2. Молекула озона - $O_3$. В молекуле озона центральный атом кислорода связан с двумя другими атомами кислорода (одной одинарной и одной двойной связью). Общее число связей, образованных центральным атомом, равно трем, и его валентность равна III.

Ответ: $CO$, $O_3$.

Атом: P, Валентность: III

Фосфор (P) — элемент 15-й группы (V-A). Он часто проявляет валентность III, используя для образования связей три неспаренных p-электрона своего внешнего энергетического уровня.

1. Фосфин - $PH_3$. Аналогично аммиаку ($NH_3$), фосфор образует три ковалентные связи с тремя атомами водорода (валентность I), поэтому валентность фосфора равна III.

2. Хлорид фосфора(III) - $PCl_3$. Фосфор образует три одинарные ковалентные связи с тремя атомами хлора (валентность I), следовательно, валентность фосфора равна $3 \times I = III$.

Ответ: $PH_3$, $PCl_3$.

Атом: N, Валентность: IV

Азот (N) не может проявлять валентность V (в отличие от фосфора) из-за отсутствия d-подуровня на втором энергетическом уровне. Однако он может проявлять валентность IV, образуя три ковалентные связи по обменному механизму и одну по донорно-акцепторному.

1. Азотная кислота - $HNO_3$. В структуре азотной кислоты атом азота связан с тремя атомами кислорода. Анализ строения показывает, что азот образует четыре связи (две с одним кислородом, по одной с двумя другими), поэтому его валентность равна IV.

2. Тетраоксид диазота - $N_2O_4$. В молекуле $O_2N-NO_2$ каждый атом азота связан с двумя атомами кислорода и другим атомом азота. Всего каждый атом азота образует четыре связи, и его валентность равна IV.

Ответ: $HNO_3$, $N_2O_4$.

Атом: S, Валентность: IV

Сера (S) может проявлять валентность IV за счет возбуждения атома, когда одна пара валентных электронов распаривается и один электрон переходит на свободную d-орбиталь. В результате атом серы может образовать четыре химические связи.

1. Оксид серы(IV) (сернистый газ) - $SO_2$. Валентность кислорода равна II. Чтобы суммарная валентность двух атомов кислорода ($2 \times II = IV$) была скомпенсирована, атом серы должен иметь валентность IV.

2. Тетрафторид серы - $SF_4$. Валентность фтора равна I. Четыре атома фтора образуют связи с одним атомом серы, следовательно, валентность серы равна $4 \times I = IV$.

Ответ: $SO_2$, $SF_4$.

Атом: P, Валентность: V

Высшая валентность фосфора (P) равна V, что соответствует номеру его группы. Она реализуется при переходе атома в возбужденное состояние, когда все пять валентных электронов (с 3s- и 3p-подуровней) участвуют в образовании связей.

1. Оксид фосфора(V) - $P_2O_5$. Валентность кислорода равна II. Суммарная валентность пяти атомов кислорода составляет $5 \times II = X$. Эта валентность распределяется между двумя атомами фосфора, поэтому валентность каждого — $X / 2 = V$.

2. Ортофосфорная кислота - $H_3PO_4$. В молекуле этой кислоты атом фосфора образует 5 связей: одну двойную с атомом кислорода и три одинарные с гидроксильными группами (-OH). Таким образом, его валентность равна V.

Ответ: $P_2O_5$, $H_3PO_4$.

Атом: S, Валентность: VI

Высшая валентность серы (S) равна VI, что соответствует номеру ее группы (16-я). Эта валентность проявляется в соединениях с наиболее электроотрицательными элементами (кислородом, фтором) при участии всех шести валентных электронов в образовании связей.

1. Оксид серы(VI) (серный ангидрид) - $SO_3$. Валентность кислорода равна II. Чтобы скомпенсировать суммарную валентность трех атомов кислорода ($3 \times II = VI$), атом серы должен быть шестивалентным.

2. Серная кислота - $H_2SO_4$. В молекуле серной кислоты атом серы образует 6 связей: две двойные с атомами кислорода и две одинарные с гидроксильными группами (-OH). Его валентность равна VI.

Ответ: $SO_3$, $H_2SO_4$.

Атом: Cl, Валентность: VII

Высшая валентность хлора (Cl) равна VII, что соответствует номеру его группы (17-я). Она проявляется в соединениях с кислородом, где хлор использует все семь своих валентных электронов для образования химических связей.

1. Оксид хлора(VII) - $Cl_2O_7$. Валентность кислорода равна II. Суммарная валентность семи атомов кислорода составляет $7 \times II = XIV$. Эта валентность распределяется между двумя атомами хлора, поэтому валентность каждого — $XIV / 2 = VII$.

2. Хлорная кислота - $HClO_4$. В этой кислоте атом хлора связан с четырьмя атомами кислорода. Структурный анализ показывает, что хлор образует семь связей (три двойные с атомами O и одну одинарную с группой -OH). Следовательно, его валентность равна VII.

Ответ: $Cl_2O_7$, $HClO_4$.