Номер 121, страница 268 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.121. Атом химического элемента-неметалла имеет один неспаренный электрон в основном состоянии. Для элемента известно несколько кислородсодержащих кислот. Определите элемент, запишите его электронную конфигурацию в основном состоянии. Составьте структурную формулу одной из кислородсодержащих кислот этого элемента и определите геометрическую форму молекулы данной кислоты.

Решение

Определение элемента

Атомы химических элементов-неметаллов, имеющие один неспаренный электрон в основном состоянии, как правило, являются галогенами — элементами 17-й группы периодической системы. Электронная конфигурация их внешнего энергетического уровня — $ns^2np^5$. На p-подуровне, состоящем из трех орбиталей, электроны распределяются по правилу Хунда и принципу Паули, что приводит к конфигурации с одним неспаренным электроном: $np_x^2 np_y^2 np_z^1$.

К галогенам-неметаллам относятся фтор (F), хлор (Cl), бром (Br) и иод (I). Согласно условию, элемент образует несколько кислородсодержащих кислот. Этому условию удовлетворяют хлор, бром и иод, которые могут проявлять различные положительные степени окисления и образовывать ряды кислот (например, для хлора: $HClO$, $HClO_2$, $HClO_3$, $HClO_4$). Фтор, как самый электроотрицательный элемент, образует только одну кислородсодержащую кислоту $HOF$ (гипофторитную), где его степень окисления равна -1, что является исключением. В качестве наиболее типичного представителя выберем хлор (Cl).

Ответ: Искомый элемент — хлор (Cl).

Электронная конфигурация элемента в основном состоянии

Хлор (Cl) — элемент 3-го периода, 17-й группы. Его порядковый номер Z = 17. Атом хлора содержит 17 протонов и 17 электронов. Электронная конфигурация атома хлора в основном (невозбужденном) состоянии:

$1s^22s^22p^63s^23p^5$

Ответ: Электронная конфигурация хлора: $1s^22s^22p^63s^23p^5$.

Структурная формула одной из кислородсодержащих кислот этого элемента

Рассмотрим хлорную кислоту ($HClO_4$) — одну из кислородсодержащих кислот хлора, где он проявляет свою высшую степень окисления +7. В молекуле этой кислоты центральным атомом является атом хлора, который связан одинарной ковалентной связью с гидроксильной группой (–OH) и тремя двойными связями с остальными атомами кислорода.

Структурная формула хлорной кислоты выглядит следующим образом:

O
║
H — O — Cl = O
║
O

Ответ: Структурная формула хлорной кислоты ($HClO_4$) может быть представлена в виде H—O—Cl(=O)₃.

Геометрическая форма молекулы данной кислоты

Геометрическую форму молекулы хлорной кислоты ($HClO_4$) можно определить с помощью теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR).

1. Центральный атом — хлор (Cl).
2. Атом хлора образует 4 связи с четырьмя атомами кислорода. Двойные и одинарные связи для определения геометрии считаются одним электронным доменом.
3. Неподеленных электронных пар на валентной оболочке атома хлора нет (все 7 валентных электронов участвуют в образовании связей).
4. Таким образом, вокруг центрального атома хлора находится 4 электронных домена, и все они являются связывающими (тип молекулы $AX_4$).
5. Четыре электронных домена располагаются в пространстве на максимальном удалении друг от друга, что соответствует тетраэдрической геометрии. Атомы кислорода находятся в вершинах тетраэдра, а атом хлора — в его центре.

Ответ: Геометрическая форма молекулы хлорной кислоты ($HClO_4$), описывающая расположение атомов кислорода вокруг центрального атома хлора, является тетраэдрической.