Номер 3, страница 66 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 14. Элементы подгруппы азота. Глава 1. Неметаллы - номер 3, страница 66.

Условие.

3. Раставьте степени окисления в формулах веществ: $PCl_5$, $AsF_5$, $POCl_3$. Объясните, почему молекула $NCl_5$ не существует.

Решение.

Решение 2.

Расставьте степени окисления в формулах веществ: PCl₅, AsF₅, POCl₃.

Для определения степеней окисления будем руководствоваться следующими правилами:

• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.
• Атомы более электроотрицательных элементов в соединениях имеют отрицательную степень окисления.
• Степень окисления фтора (F) в соединениях всегда равна -1.
• Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений равна -2.
• Степень окисления хлора (Cl) в соединениях с менее электроотрицательными элементами (такими как P) равна -1.

1. PCl₅ (Хлорид фосфора(V))
Хлор более электроотрицателен, чем фосфор, поэтому его степень окисления равна -1. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $x$. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления равна 0: $x + 5 \times (-1) = 0$
$x - 5 = 0$
$x = +5$
Следовательно, степени окисления: $P^{+5}Cl_5^{-1}$.

2. AsF₅ (Фторид мышьяка(V))
Фтор — самый электроотрицательный элемент, его степень окисления всегда -1. Пусть степень окисления мышьяка (As) равна $y$. $y + 5 \times (-1) = 0$
$y - 5 = 0$
$y = +5$
Следовательно, степени окисления: $As^{+5}F_5^{-1}$.

3. POCl₃ (Оксихлорид фосфора)
Степень окисления кислорода -2, хлора -1. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $z$. $z + (-2) + 3 \times (-1) = 0$
$z - 2 - 3 = 0$
$z - 5 = 0$
$z = +5$
Следовательно, степени окисления: $P^{+5}O^{-2}Cl_3^{-1}$.

Ответ: $P^{+5}Cl_5^{-1}$, $As^{+5}F_5^{-1}$, $P^{+5}O^{-2}Cl_3^{-1}$.

Объясните, почему молекула NCl₅ не существует.

Молекула NCl₅ не существует из-за особенностей электронного строения атома азота (N).

Азот (N), фосфор (P) и мышьяк (As) находятся в 15-й группе периодической системы и имеют по 5 валентных электронов на внешнем энергетическом уровне (общая конфигурация валентного слоя $ns^2np^3$). Для образования пяти ковалентных связей, как в соединениях PCl₅ и AsF₅, центральный атом должен иметь пять неспаренных электронов. Это становится возможным при переходе атома в возбужденное состояние, когда один электрон с s-подуровня переходит на свободную d-орбиталь того же энергетического уровня.

• У атома фосфора (P), который находится в 3-м периоде, есть вакантный 3d-подуровень. Его электронная конфигурация внешнего слоя в возбужденном состоянии: $3s^1 3p^3 3d^1$. Наличие пяти неспаренных электронов позволяет фосфору образовывать пять связей и проявлять валентность V.
• У атома азота (N), который находится во 2-м периоде, внешний энергетический уровень состоит только из 2s- и 2p-подуровней. На втором энергетическом уровне d-подуровня нет. Поэтому у азота отсутствует возможность "распарить" электроны с 2s-орбитали и перейти в возбужденное состояние с пятью неспаренными электронами.

Таким образом, максимальная ковалентность азота равна четырем (например, в ионе аммония $NH_4^+$), которая достигается за счет трех неспаренных p-электронов и донорно-акцепторного механизма с использованием неподеленной пары 2s-электронов. Образовать пять ковалентных связей атом азота не может.

Ответ: Молекула NCl₅ не существует, так как атом азота находится во втором периоде, и у него отсутствует d-подуровень на внешнем электронном слое. Из-за этого азот не может перейти в возбужденное состояние с пятью неспаренными электронами, которое необходимо для образования пяти ковалентных связей с атомами хлора. Максимальная ковалентность азота равна IV.