Номер 119, страница 268 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.119. Составьте электронные формулы (структуры Льюиса) следующих молекул:$\mathrm{а}) {\mathrm{H}}_2\mathrm{O};$ $\mathrm{б}) {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2;$ $\mathrm{в}) {\mathrm{CO}}_2;$ $\mathrm{г}) {\mathrm{COF}}_2;$ $\mathrm{д}) {\mathrm{NF}}_3;$ е) NOCl; $\mathrm{ж}) {\mathrm{HNO}}_2;$ $\mathrm{з}) {\mathrm{OF}}_2;$ $\mathrm{и}) {\mathrm{SO}}_2;$ $\mathrm{к}) {\mathrm{SO}}_3;$ $\mathrm{л}) {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4;$ $\mathrm{м}) {\mathrm{CH}}_2\mathrm{O};$ н) HCN. Для каждой молекулы определите валентности всех атомов, геометрическую форму и полярность.

а) $H_2O$ (Вода)

Электронная формула (структура Льюиса): Атом кислорода является центральным. Он образует две одинарные ковалентные связи с двумя атомами водорода. У атома кислорода также есть две неподеленные электронные пары. Структура: $H-\ddot{O}-H$.

Валентности атомов: Валентность кислорода (O) равна II, валентность водорода (H) равна I.

Геометрическая форма: Центральный атом кислорода имеет две связывающие и две неподеленные электронные пары. Всего четыре электронные области, что соответствует тетраэдрической электронной геометрии. Молекулярная геометрия, учитывающая только атомы, является угловой (или изогнутой). Валентный угол $H-O-H$ составляет примерно $104.5^\circ$.

Полярность: Связь $O-H$ полярна из-за разницы в электроотрицательности кислорода и водорода. Так как молекула имеет асимметричную угловую форму, дипольные моменты связей не компенсируют друг друга. Молекула в целом полярна.

Ответ: Структура Льюиса $H-\ddot{O}-H$, валентности O(II), H(I), угловая форма, полярная молекула.

б) $H_2O_2$ (Пероксид водорода)

Электронная формула (структура Льюиса): Атомы кислорода связаны между собой одинарной связью, и каждый из них связан с одним атомом водорода. У каждого атома кислорода есть по две неподеленные электронные пары. Структура: $H-\ddot{O}-\ddot{O}-H$.

Валентности атомов: Валентность кислорода (O) равна II, валентность водорода (H) равна I.

Геометрическая форма: Каждый атом кислорода имеет по две связывающие и две неподеленные электронные пары, что приводит к угловой геометрии вокруг каждого атома кислорода. Молекула не является плоской; она имеет "открытую" или скошенную (гош-конформация) структуру, где плоскости $H-O-O$ и $O-O-H$ образуют двугранный угол.

Полярность: Связь $O-O$ неполярна, а связи $O-H$ полярны. Из-за неплоской, асимметричной структуры дипольные моменты связей $O-H$ не уравновешиваются. Молекула полярна.

Ответ: Структура Льюиса $H-\ddot{O}-\ddot{O}-H$, валентности O(II), H(I), скошенная форма, полярная молекула.

в) $CO_2$ (Диоксид углерода)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом углерода образует две двойные связи с двумя атомами кислорода. У каждого атома кислорода есть по две неподеленные электронные пары. Структура: $\ddot{O}=C=\ddot{O}$.

Валентности атомов: Валентность углерода (C) равна IV, валентность кислорода (O) равна II.

Геометрическая форма: Центральный атом углерода имеет две области двойных связей и не имеет неподеленных пар. Это приводит к линейной геометрии молекулы с валентным углом $O-C-O$ в $180^\circ$.

Полярность: Связь $C=O$ полярна, но поскольку молекула линейна и симметрична, два дипольных момента связей направлены в противоположные стороны и полностью компенсируют друг друга. Молекула неполярна.

Ответ: Структура Льюиса $\ddot{O}=C=\ddot{O}$, валентности C(IV), O(II), линейная форма, неполярная молекула.

г) $COF_2$ (Карбонилфторид)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом углерода связан двойной связью с атомом кислорода и двумя одинарными связями с атомами фтора. У атома кислорода две неподеленные пары, а у каждого атома фтора — по три.

Валентности атомов: Валентность углерода (C) равна IV, кислорода (O) — II, фтора (F) — I.

Геометрическая форма: Центральный атом углерода образует три связи (одна двойная и две одинарные) и не имеет неподеленных пар. Электронные области располагаются в одной плоскости, образуя тригональную плоскую геометрию с углами около $120^\circ$.

Полярность: Все связи ($C=O$ и $C-F$) полярны. Молекула асимметрична, так как атом кислорода и атомы фтора создают дипольные моменты разной величины. Векторная сумма дипольных моментов не равна нулю. Молекула полярна.

Ответ: Структура Льюиса с центральным C, двойной связью с O и одинарными с двумя F; валентности C(IV), O(II), F(I); тригональная плоская форма; полярная молекула.

д) $NF_3$ (Трифторид азота)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом азота образует три одинарные связи с атомами фтора и имеет одну неподеленную электронную пару. У каждого атома фтора есть по три неподеленные пары.

Валентности атомов: Валентность азота (N) равна III, фтора (F) — I.

Геометрическая форма: Центральный атом азота имеет три связывающие и одну неподеленную электронную пару (всего 4 электронные области). Электронная геометрия — тетраэдрическая, а молекулярная форма — тригональная пирамидальная.

Полярность: Связи $N-F$ полярны. Из-за пирамидальной формы и наличия неподеленной электронной пары дипольные моменты связей не компенсируются. Молекула полярна.

Ответ: Структура Льюиса с центральным N, тремя связями с F и одной неподеленной парой на N; валентности N(III), F(I); тригональная пирамидальная форма; полярная молекула.

е) $NOCl$ (Хлорид нитрозила)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральным атомом является азот. Он связан двойной связью с кислородом и одинарной связью с хлором. Атом азота также имеет одну неподеленную электронную пару. Структура: $\ddot{O}=\ddot{N}-\ddot{Cl}:$.

Валентности атомов: Валентность азота (N) равна III, кислорода (O) — II, хлора (Cl) — I.

Геометрическая форма: Центральный атом азота имеет две связывающие области и одну неподеленную пару. Это приводит к угловой (изогнутой) геометрии.

Полярность: Обе связи ($N=O$ и $N-Cl$) полярны. Молекула имеет угловую, асимметричную форму, поэтому дипольные моменты связей не компенсируются. Молекула полярна.

Ответ: Структура Льюиса $\ddot{O}=\ddot{N}-\ddot{Cl}:$, валентности N(III), O(II), Cl(I), угловая форма, полярная молекула.

ж) $HNO_2$ (Азотистая кислота)

Электронная формула (структура Льюиса): Атом водорода связан с одним из атомов кислорода, который, в свою очередь, связан с центральным атомом азота. Второй атом кислорода связан с азотом двойной связью. На атоме азота есть одна неподеленная пара. Структура: $H-\ddot{O}-\ddot{N}=\ddot{O}$. Существуют цис- и транс-изомеры.

Валентности атомов: Валентность водорода (H) — I, кислорода (O) — II, азота (N) — III.

Геометрическая форма: Геометрия вокруг центрального атома азота (2 связи, 1 неподеленная пара) — угловая. Геометрия вокруг атома кислорода в группе $O-H$ (2 связи, 2 неподеленные пары) также угловая. Вся молекула плоская, но имеет изогнутую цепь атомов.

Полярность: Все связи в молекуле ($O-H$, $O-N$, $N=O$) полярны. Из-за асимметричной изогнутой формы дипольные моменты не уравновешивают друг друга. Молекула полярна.

Ответ: Структура Льюиса $H-\ddot{O}-\ddot{N}=\ddot{O}$, валентности H(I), O(II), N(III), угловая/изогнутая форма, полярная молекула.

з) $OF_2$ (Дифторид кислорода)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом кислорода связан с двумя атомами фтора одинарными связями. На атоме кислорода есть две неподеленные электронные пары. Структура: $: \ddot{F}-\ddot{O}-\ddot{F}:$.

Валентности атомов: Валентность кислорода (O) равна II, фтора (F) — I.

Геометрическая форма: Аналогично молекуле воды, центральный атом кислорода имеет две связывающие и две неподеленные пары. Молекулярная геометрия — угловая (изогнутая).

Полярность: Связь $O-F$ полярна (фтор более электроотрицателен, чем кислород). Из-за угловой формы дипольные моменты связей не компенсируются. Молекула полярна.

Ответ: Структура Льюиса $: \ddot{F}-\ddot{O}-\ddot{F}:$, валентности O(II), F(I), угловая форма, полярная молекула.

и) $SO_2$ (Диоксид серы)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом серы связан с двумя атомами кислорода. Структуру можно описать с помощью резонанса между двумя формами: $\ddot{O}=\ddot{S}-\ddot{O}:^-$ $\leftrightarrow$ $:\ddot{O}^--\ddot{S}=\ddot{O}$. На атоме серы есть одна неподеленная электронная пара. Обе связи $S-O$ эквивалентны и имеют порядок 1.5.

Валентности атомов: Валентность серы (S) принимается равной IV, валентность кислорода (O) — II.

Геометрическая форма: Центральный атом серы имеет две связывающие области и одну неподеленную пару. Это приводит к угловой (изогнутой) геометрии, подобно $NO_2^-$.

Полярность: Связь $S-O$ полярна. Из-за угловой формы дипольные моменты связей не компенсируют друг друга. Молекула полярна.

Ответ: Резонансная структура с центральным S, двумя O и неподеленной парой на S; валентности S(IV), O(II); угловая форма; полярная молекула.

к) $SO_3$ (Триоксид серы)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом серы образует связи с тремя атомами кислорода. Для минимизации формальных зарядов сера (элемент 3-го периода) расширяет свою октетную оболочку, образуя три двойные связи с атомами кислорода. $\ddot{O}=S(=\ddot{O})=\ddot{O}$. Другое описание — резонанс с одной двойной и двумя одинарными связями.

Валентности атомов: Валентность серы (S) равна VI, кислорода (O) — II.

Геометрическая форма: Центральный атом серы имеет три области двойных связей и не имеет неподеленных пар. Геометрия молекулы — тригональная плоская, с углами $O-S-O$ в $120^\circ$.

Полярность: Связи $S=O$ полярны, но из-за высокой симметрии тригональной плоской структуры три дипольных момента связей взаимно компенсируются. Молекула неполярна.

Ответ: Структура с центральным S и тремя двойными связями с O; валентности S(VI), O(II); тригональная плоская форма; неполярная молекула.

л) $C_2H_4$ (Этилен)

Электронная формула (структура Льюиса): Два атома углерода соединены двойной связью. Каждый атом углерода также связан с двумя атомами водорода. Структура: $H_2C=CH_2$.

Валентности атомов: Валентность углерода (C) равна IV, водорода (H) — I.

Геометрическая форма: Каждый атом углерода имеет три связывающие области (одна двойная, две одинарные) и не имеет неподеленных пар. Геометрия вокруг каждого атома углерода — тригональная плоская. Вся молекула является плоской.

Полярность: Связь $C-C$ неполярна. Связь $C-H$ имеет очень низкую полярность и часто рассматривается как неполярная. Молекула симметрична, поэтому любые незначительные дипольные моменты компенсируются. Молекула в целом неполярна.

Ответ: Структура $H_2C=CH_2$, валентности C(IV), H(I), плоская форма, неполярная молекула.

м) $CH_2O$ (Формальдегид)

Электронная формула (структура Льюиса): Центральный атом углерода связан двойной связью с атомом кислорода и одинарными связями с двумя атомами водорода. На атоме кислорода две неподеленные пары. Структура: $H_2C=\ddot{O}$.

Валентности атомов: Валентность углерода (C) равна IV, кислорода (O) — II, водорода (H) — I.

Геометрическая форма: Центральный атом углерода имеет три связывающие области и не имеет неподеленных пар. Геометрия молекулы — тригональная плоская.

Полярность: Связь $C=O$ сильно полярна, а связи $C-H$ слабо полярны. Молекула асимметрична. Суммарный дипольный момент не равен нулю, он направлен вдоль оси симметрии молекулы в сторону атома кислорода. Молекула полярна.

Ответ: Структура $H_2C=\ddot{O}$, валентности C(IV), O(II), H(I), тригональная плоская форма, полярная молекула.

н) $HCN$ (Циановодород)

Электронная формула (структура Льюиса): Атом водорода связан с атомом углерода, который, в свою очередь, связан тройной связью с атомом азота. На атоме азота есть одна неподеленная электронная пара. Структура: $H-C\equiv\ddot{N}$.

Валентности атомов: Валентность водорода (H) равна I, углерода (C) — IV, азота (N) — III.

Геометрическая форма: Центральный атом углерода образует две связи (одинарную и тройную) и не имеет неподеленных пар. Молекула имеет линейную геометрию.

Полярность: Обе связи ($H-C$ и $C\equiv N$) полярны. Поскольку молекула линейна, а дипольные моменты обеих связей направлены в одну сторону (в сторону более электроотрицательного азота), они складываются. Молекула полярна.

Ответ: Структура $H-C\equiv\ddot{N}$, валентности H(I), C(IV), N(III), линейная форма, полярная молекула.