Лабораторная работа №1, страница 56, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Моделирование молекул веществ с различными видами связи.

Изучение свойств веществ с разными кристаллическими решетками

Реактивы и лабораторное оборудование: пластилин, спички, шарики, металлические стержни, готовый набор для составления модели молекул, модели кристаллических решеток хлорида натрия, меди, алмаза, графита, оксида углерода (IV).

Ход работы

Изготовьте из пластилина, деревянных или металлических стержней модели молекул указанных ниже веществ.

Модель молекулы азота. Из пластилина одного цвета изготовьте два шарика одинакового размера. На поверхности каждого шарика примерно на одинаковых расстояниях наметьте три точки. В отмеченных местах вставьте стержни, к концам которых присоедините другой шарик.

Модель молекулы кислорода. Из пластилина одного цвета изготовьте два шарика одинакового размера. На поверхности каждого шарика примерно на одинаковом расстоянии наметьте две точки. В отмеченных местах вставьте стержни, к концам которых присоедините другой шарик.

Модель молекулы алмаза. Из пластилина одного цвета изготовьте примерно двадцать шариков одинакового размера. На поверхности каждого шарика наметьте одну точку. Шарики с помощью стержней соедините между собой в тетраэдр.

Демонстрация № 1

Модели кристаллических решеток графита, алмаза, оксида углерода (IV).

Демонстрация № 2

Модели кристаллических решеток хлорида натрия, меди.

Задание:

1. Сравните строение веществ.

2. С точки зрения строения веществ спрогнозируйте свойства каждого вещества.

1. Сравните строение веществ.

Вещества, предложенные для анализа, различаются как типом химической связи между частицами, так и типом кристаллической решетки, которую они образуют в твердом состоянии.

Вещества с ковалентной связью:

Азот ($N_2$) и кислород ($O_2$): молекулы этих веществ состоят из двух атомов одного и того же неметалла, соединенных прочной ковалентной неполярной связью (тройной у азота $N \equiv N$ и двойной у кислорода $O=O$). В твердом агрегатном состоянии они образуют молекулярную кристаллическую решетку. В узлах такой решетки находятся отдельные молекулы, которые удерживаются вместе очень слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса).

Алмаз и графит (C): это аллотропные модификации углерода. Атомы в них соединены прочными ковалентными неполярными связями. Оба вещества имеют атомную кристаллическую решетку. Однако их структура различна: в алмазе каждый атом углерода тетраэдрически связан с четырьмя другими, образуя единый прочный трехмерный каркас. В графите атомы углерода образуют плоские гексагональные слои, которые слабо связаны между собой.

Оксид углерода(IV) ($CO_2$): молекула состоит из атомов разных неметаллов (углерода и кислорода), поэтому связь между ними является ковалентной полярной. Однако сама молекула $O=C=O$ имеет линейное симметричное строение, вследствие чего она неполярна. В твердом состоянии ("сухой лед") $CO_2$ образует молекулярную кристаллическую решетку, аналогичную решеткам твердого азота и кислорода.

Вещества с ионной связью:

Хлорид натрия ($NaCl$): это соединение образовано атомами типичного металла (натрий) и типичного неметалла (хлор). Связь между ними ионная. Она возникает за счет электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами $Na^+$ и $Cl^-$. В твердом состоянии вещество образует ионную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся чередующиеся катионы и анионы.

Вещества с металлической связью:

Медь ($Cu$): является металлом, поэтому связь между ее атомами — металлическая. Эта связь осуществляется за счет притяжения между положительно заряженными ионами меди и обобществленными валентными электронами ("электронным газом"), которые свободно перемещаются по всему объему кристалла. В твердом состоянии медь имеет металлическую кристаллическую решетку.

Ответ: Вещества имеют следующие типы химических связей и кристаллических решеток:

• Азот, кислород, оксид углерода (IV) — ковалентная связь (неполярная у $N_2$ и $O_2$, полярная у $CO_2$) и молекулярная кристаллическая решетка.

• Алмаз и графит — ковалентная неполярная связь и атомная кристаллическая решетка.

• Хлорид натрия — ионная связь и ионная кристаллическая решетка.

• Медь — металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка.

Физические свойства веществ напрямую определяются типом их кристаллической решетки и прочностью связей между частицами, ее образующими.

Вещества с молекулярной кристаллической решеткой (азот, кислород, оксид углерода(IV)):

Связи между молекулами в кристалле очень слабые. Следовательно, для их разрушения (плавления, кипения) требуется мало энергии.

Прогнозируемые свойства:

• Очень низкие температуры плавления и кипения. При комнатной температуре и нормальном давлении это газы ($N_2, O_2, CO_2$).

• В твердом состоянии — мягкие, летучие.

• Не проводят электрический ток (являются диэлектриками), так как не содержат свободных носителей заряда.

• Плохо растворимы в полярных растворителях (например, в воде).

Вещества с атомной кристаллической решеткой (алмаз, графит):

Кристалл представляет собой, по сути, одну гигантскую молекулу, где все атомы связаны прочными ковалентными связями. Для их разрыва требуется огромное количество энергии.

Прогнозируемые свойства:

• Очень высокие температуры плавления и кипения, тугоплавкость.

• Высокая твердость. Алмаз — самое твердое природное вещество из-за прочного трехмерного каркаса. Графит значительно мягче, так как его слоистая структура позволяет слоям скользить друг относительно друга.

• Практически нерастворимы в каких-либо растворителях.

• Электропроводность: алмаз — диэлектрик (все валентные электроны прочно связаны), а графит — проводник (в его структуре есть подвижные электроны, делокализованные в пределах слоя).

Вещества с ионной кристаллической решеткой (хлорид натрия):

Ионы в узлах решетки сильно притягиваются друг к другу.

Прогнозируемые свойства:

• Высокие температуры плавления. Вещество твердое при комнатной температуре.

• Хрупкость. При механическом воздействии слои ионов смещаются, одноименно заряженные ионы оказываются друг напротив друга, что приводит к отталкиванию и разрушению кристалла.

• В твердом состоянии ток не проводят (ионы жестко зафиксированы в решетке). Однако расплавы и водные растворы являются хорошими проводниками, так как ионы в них становятся подвижными.

• Как правило, хорошо растворимы в полярных растворителях (например, в воде).

Вещества с металлической кристаллической решеткой (медь):

Наличие "электронного газа" определяет специфические свойства металлов.

Прогнозируемые свойства:

• Высокая электро- и теплопроводность, обусловленная свободным движением обобществленных электронов.

• Пластичность, ковкость. Слои ионов могут смещаться друг относительно друга без разрыва связи, так как "электронный газ" продолжает удерживать их вместе.

• Как правило, высокие температуры плавления, твердое агрегатное состояние при н.у.

• Характерный металлический блеск (способность отражать световые волны).

• Нерастворимы в воде.

Ответ:

• Азот, кислород, оксид углерода (IV): при н.у. газы, имеют низкие температуры плавления и кипения, являются диэлектриками.

• Алмаз: сверхтвердое, тугоплавкое вещество, нерастворимое, диэлектрик.

• Графит: мягкое, тугоплавкое вещество, нерастворимое, проводит электрический ток.

• Хлорид натрия: твердое, хрупкое, тугоплавкое, растворимое в воде вещество; диэлектрик в твердом виде, но проводит ток в расплаве или растворе.

• Медь: пластичный, ковкий металл с высокой электро- и теплопроводностью, тугоплавкий, имеет металлический блеск.