Номер 117, страница 268 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.117. Составьте структурную формулу иона, содержащего один атом алюминия и четыре атома хлора. Определите заряд иона, укажите валентности элементов. Предскажите геометрическую форму иона и найдите угол между связями в нём.

Решение

1. Состав и заряд иона. Ион содержит один атом алюминия (Al) и четыре атома хлора (Cl). Алюминий является элементом 13-й группы периодической таблицы, его наиболее устойчивая степень окисления +3. Хлор — элемент 17-й группы, в хлоридах его степень окисления равна -1. Для определения заряда иона сложим степени окисления всех входящих в него атомов: $ (+3) + 4 \times (-1) = 3 - 4 = -1 $. Следовательно, ион является анионом с зарядом -1. Его формула — $[AlCl_4]^−$. Этот ион образуется, например, при взаимодействии хлорида алюминия ($AlCl_3$), который является кислотой Льюиса (акцептором электронной пары), с ионом хлора $Cl^−$, который является основанием Льюиса (донором электронной пары): $AlCl_3 + Cl^− \rightarrow [AlCl_4]^−$.

2. Структура и валентность. В ионе $[AlCl_4]^−$ центральным атомом является алюминий, как наименее электроотрицательный элемент. Он образует четыре ковалентные полярные связи с четырьмя атомами хлора. В результате образования иона все четыре связи Al–Cl становятся равноценными. Валентность — это число химических связей, которые образует атом. Атом алюминия образует четыре связи, значит, его валентность равна IV. Каждый атом хлора образует одну связь с атомом алюминия, следовательно, валентность хлора равна I.

3. Геометрия и углы между связями. Для предсказания геометрической формы иона воспользуемся теорией отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR).

• Центральный атом — алюминий (Al).
• Число атомов, связанных с центральным атомом (сигма-связей), равно 4.
• Число неподеленных электронных пар на центральном атоме: атом алюминия имеет 3 валентных электрона. Для образования четырех связей он использует эти 3 электрона, а также один дополнительный электрон, который придает иону отрицательный заряд. Таким образом, все 4 валентных электрона алюминия в ионе участвуют в образовании связей, и неподеленных электронных пар на центральном атоме нет.

Ответ:

Структурная формула иона, содержащего один атом алюминия и четыре атома хлора: ион имеет формулу $[AlCl_4]^−$. Структурно это можно представить как центральный атом алюминия, связанный с четырьмя атомами хлора, расположенными в вершинах тетраэдра.

Заряд иона: заряд иона равен -1.

Валентности элементов: валентность алюминия (Al) — IV, валентность хлора (Cl) — I.

Геометрическая форма иона и угол между связями в нём: геометрическая форма иона — тетраэдрическая. Угол между связями Cl–Al–Cl составляет $109,5^\circ$.