Номер 3, страница 47, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какое соединение являетсяболее прочным и почему:

а) йодид калия или йодид натрия;

б) фториднатрия или хлорид натрия;

в) йодид кальция или бромид кальция:

в) фторид кальция или хлорид калия?

Прочность ионного соединения определяется энергией кристаллической решетки ($E_{реш}$). Энергия решетки — это энергия, которая выделяется при образовании одного моля кристаллического вещества из газообразных ионов. Чем больше энергия решетки, тем прочнее ионная связь и, следовательно, само соединение (выше температура плавления, твердость и т.д.).

Энергия кристаллической решетки зависит от двух основных факторов и приблизительно описывается выражением, основанным на законе Кулона:

$E_{реш} \propto \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r}$

где $q_1$ и $q_2$ — заряды катиона и аниона, а $\text{r}$ — межъионное расстояние (сумма радиусов катиона и аниона, $r = r_{кат} + r_{ан}$).

Таким образом, прочность ионного соединения тем выше, чем:

1. Больше абсолютные значения зарядов ионов ($|q_1|$ и $|q_2|$).
2. Меньше межъионное расстояние ($\text{r}$), то есть чем меньше радиусы ионов, образующих соединение.

а) В соединениях йодид калия ($KI$) и йодид натрия ($NaI$) анион ($I^-$) одинаковый. Заряды катионов ($K^+$ и $Na^+$) также одинаковы (+1). Следовательно, прочность соединения будет определяться радиусами катионов. Ион натрия ($Na^+$) находится во втором периоде, а ион калия ($K^+$) — в третьем. В пределах одной группы радиус иона растет с увеличением номера периода, поэтому радиус иона натрия меньше радиуса иона калия ($r_{Na^+} < r_{K^+}$). Меньшее межъионное расстояние в кристалле $NaI$ приводит к большей энергии кристаллической решетки по сравнению с $KI$.

Ответ: Йодид натрия ($NaI$) является более прочным соединением, так как радиус иона натрия меньше радиуса иона калия, что приводит к меньшему межъионному расстоянию и большей энергии кристаллической решетки.

б) В соединениях фторид натрия ($NaF$) и хлорид натрия ($NaCl$) катион ($Na^+$) одинаковый. Заряды анионов ($F^-$ и $Cl^-$) также одинаковы (-1). Прочность будет зависеть от радиусов анионов. Фтор и хлор находятся в одной группе (17-й), но фтор — во 2-м периоде, а хлор — в 3-м. Радиус иона растет вниз по группе, поэтому радиус фторид-иона меньше радиуса хлорид-иона ($r_{F^-} < r_{Cl^-}$). Следовательно, межъионное расстояние в $NaF$ меньше, чем в $NaCl$, а энергия кристаллической решетки — больше.

Ответ: Фторид натрия ($NaF$) является более прочным соединением, так как радиус фторид-иона меньше радиуса хлорид-иона, что обеспечивает меньшее межъионное расстояние и большую энергию решетки.

в) В соединениях йодид кальция ($CaI_2$) и бромид кальция ($CaBr_2$) катион ($Ca^{2+}$) одинаковый. Заряды анионов ($I^-$ и $Br^-$) одинаковы (-1). Прочность зависит от радиусов анионов. Бром и йод находятся в 17-й группе, бром — в 4-м периоде, йод — в 5-м. Радиус бромид-иона меньше радиуса йодид-иона ($r_{Br^-} < r_{I^-}$). Это приводит к меньшему межъионному расстоянию и большей энергии решетки для бромида кальция.

Ответ: Бромид кальция ($CaBr_2$) является более прочным соединением, так как радиус бромид-иона меньше радиуса йодид-иона, что ведет к большей энергии кристаллической решетки.

в) При сравнении фторида кальция ($CaF_2$) и хлорида калия ($KCl$) необходимо учитывать и заряды ионов, и их радиусы.

Для фторида кальция ($CaF_2$): ионы $Ca^{2+}$ и $F^-$. Произведение модулей зарядов равно $|+2| \cdot |-1| = 2$.

Для хлорида калия ($KCl$): ионы $K^+$ и $Cl^-$. Произведение модулей зарядов равно $|+1| \cdot |-1| = 1$.

Произведение зарядов для $CaF_2$ в два раза больше, что является доминирующим фактором, значительно увеличивающим энергию решетки. Кроме того, межъионное расстояние в $CaF_2$ ($r_{Ca^{2+}} + r_{F^-}$) меньше, чем в $KCl$ ($r_{K^+} + r_{Cl^-}$), так как ион $Ca^{2+}$ меньше иона $K^+$, а ион $F^-$ меньше иона $Cl^-$. Оба фактора (большие заряды и меньшие радиусы) делают решетку фторида кальция значительно прочнее.

Ответ: Фторид кальция ($CaF_2$) является значительно более прочным соединением, так как заряды его ионов ($Ca^{2+}$ и $F^-$) больше, а межъионное расстояние меньше, чем в хлориде калия ($KCl$).