Номер 1, страница 66 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 14. Элементы подгруппы азота. Глава 1. Неметаллы - номер 1, страница 66.

Условие.

1. Дайте общую характеристику элементов подгруппы азота.

Решение.

Решение 2.

1. Элементы 15-й группы (или VА группы) периодической системы, также известные как подгруппа азота или пниктогены, включают в себя Азот (N), Фосфор (P), Мышьяк (As), Сурьму (Sb), Висмут (Bi) и радиоактивный Московий (Mc). Общая характеристика этих элементов заключается в следующем:

• Электронная конфигурация: Все элементы подгруппы азота имеют 5 валентных электронов. Их общая электронная конфигурация внешнего энергетического уровня — $ns^2np^3$, где $n$ — номер периода. Наличие пяти валентных электронов определяет их химические свойства и максимальную степень окисления +5.
• Степени окисления: Для элементов этой группы характерен широкий диапазон степеней окисления: от -3 до +5.
  • Низшая степень окисления (-3) проявляется в соединениях с водородом (гидриды типа $ЭH_3$) и с активными металлами (нитриды, фосфиды).
  • Высшая степень окисления (+5) проявляется в оксидах ($Э_2O_5$) и соответствующих им гидроксидах (кислотах).
  • Также характерна степень окисления +3 ($Э_2O_3$, $ЭCl_3$).

  При движении вниз по группе устойчивость соединений со степенью окисления +5 уменьшается, а устойчивость соединений со степенью окисления +3 возрастает (эффект инертной пары).

• Изменение свойств в группе: При переходе от азота к висмуту (сверху вниз по группе) наблюдаются закономерные изменения:
  • Увеличивается атомный радиус.
  • Уменьшается электроотрицательность и энергия ионизации.
  • Происходит усиление металлических свойств и ослабление неметаллических. Азот и фосфор — типичные неметаллы, мышьяк и сурьма — металлоиды (проявляют амфотерные свойства), а висмут — металл.

• Простые вещества:
  • Азот ($N_2$) — газ, молекула которого состоит из двух атомов, связанных прочной тройной связью.
  • Фосфор, мышьяк и сурьма — твёрдые вещества, существующие в виде нескольких аллотропных модификаций.
  • Висмут — серебристо-белый металл с розоватым оттенком.

• Водородные соединения: Все элементы образуют летучие водородные соединения состава $ЭH_3$. Их основность и термическая устойчивость уменьшаются от аммиака ($NH_3$) к висмутину ($BiH_3$). Аммиак — основание, фосфин ($PH_3$) — очень слабое основание, остальные гидриды практически не проявляют основных свойств.

Ответ: Элементы подгруппы азота (N, P, As, Sb, Bi) имеют 5 валентных электронов (конфигурация $ns^2np^3$), проявляют степени окисления от -3 до +5. При движении вниз по группе увеличивается атомный радиус, ослабевают неметаллические и усиливаются металлические свойства, что приводит к переходу от неметаллов (N, P) к металлу (Bi). Устойчивость соединений в степени окисления +5 падает, а в степени +3 — растёт.

2. В подгруппе азота при движении сверху вниз (от N к Bi) неметаллические свойства простых веществ ослабевают, а металлические — усиливаются. Это связано с увеличением радиуса атомов и, как следствие, с уменьшением энергии ионизации и электроотрицательности. Валентные электроны слабее удерживаются ядром и легче отдаются в химических реакциях, что и определяет усиление металлического характера.

Это изменение свойств наглядно проявляется в характере высших оксидов (формула $Э_2O_5$) и соответствующих им гидроксидов:

• Азот (N) и Фосфор (P) — типичные неметаллы. Их высшие оксиды, $N_2O_5$ и $P_4O_{10}$ ($P_2O_5$), являются кислотными. Они реагируют со щелочами, образуя соли. Соответствующие гидроксиды — азотная ($HNO_3$) и ортофосфорная ($H_3PO_4$) кислоты — сильная и средней силы кислоты соответственно.
  Пример реакции оксида: $N_2O_5 + 2NaOH \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$
  Пример реакции гидроксида: $H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$
• Мышьяк (As) и Сурьма (Sb) — металлоиды. Их высшие оксиды, $As_2O_5$ и $Sb_2O_5$, проявляют амфотерные свойства с преобладанием кислотных. Они способны реагировать как с сильными основаниями, так и с сильными кислотами. Особенно ярко амфотерность выражена у сурьмы.
  Реакция оксида сурьмы(V) с основанием (проявление кислотных свойств):
  $Sb_2O_5 + 2NaOH + 5H_2O \rightarrow 2Na[Sb(OH)_6]$ (гексагидроксостибат натрия)
  Реакция оксида сурьмы(V) с кислотой (проявление основных свойств):
  $Sb_2O_5 + 10HCl \rightarrow 2SbCl_5 + 5H_2O$
• Висмут (Bi) — металл. Для висмута высшая степень окисления +5 крайне неустойчива из-за эффекта инертной пары, поэтому оксид $Bi_2O_5$ является очень сильным окислителем и его кислотно-основные свойства выражены слабо. Металлический характер висмута хорошо виден на примере его более устойчивого оксида $Bi_2O_3$, который является основным. Он реагирует с кислотами, образуя соль и воду, и не реагирует со щелочами.
  Пример реакции оксида висмута(III): $Bi_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2BiCl_3 + 3H_2O$

Таким образом, химические свойства высших оксидов и гидроксидов подтверждают закономерное изменение характера элементов в группе: от кислотного (неметаллического) у азота и фосфора, через амфотерный у мышьяка и сурьмы, к основному (металлическому) у висмута.

Ответ: В подгруппе азота от N к Bi неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются. Это подтверждается изменением характера высших оксидов и гидроксидов от кислотного ($N_2O_5$, $HNO_3$) к амфотерному ($Sb_2O_5$) и, в конечном счете, к основному (что ярко проявляется для более устойчивого оксида висмута $Bi_2O_3$).