Номер 1, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 25. Бор. Глава 1. Неметаллы - номер 1, страница 120.

Условие.

1. Дайте характеристику бора как химического элемента.

Решение.

Решение 2.

1. Дайте характеристику бора как химического элемента.

Бор (химический символ B, лат. Borum) — это химический элемент, расположенный в 13-й группе (по устаревшей классификации — в главной подгруппе III группы), во втором периоде периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Его атомный номер — 5.

Строение атома бора: заряд ядра +5, что соответствует 5 протонам в ядре и 5 электронам в электронной оболочке. Электронная формула атома: $1s^22s^22p^1$. На внешнем энергетическом уровне находятся 3 валентных электрона, которые определяют его химические свойства. Относительная атомная масса элемента составляет 10,811 а. е. м. Природный бор состоит из двух стабильных изотопов: $^{10}B$ и $^{11}B$.

По своим свойствам бор является неметаллом, хотя и проявляет некоторые свойства металлоидов. Он является единственным неметаллом в 13-й группе. Электроотрицательность по шкале Полинга — 2,04. Наиболее характерная и устойчивая степень окисления бора в соединениях — +3. В соединениях с металлами (боридах) может проявлять отрицательные степени окисления.

Простое вещество бор существует в нескольких аллотропных модификациях. Аморфный бор — это коричневый порошок, а кристаллический бор — очень твёрдое (твёрдость по Моосу 9,3, уступает только алмазу), тугоплавкое (температура плавления около 2075 °C) вещество чёрного цвета, являющееся полупроводником.

Химически бор довольно инертен при комнатной температуре. При нагревании он реагирует со многими веществами:

• С кислородом горит, образуя оксид бора(III): $4B + 3O_2 \xrightarrow{t} 2B_2O_3$.
• С галогенами образует тригалогениды: $2B + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2BCl_3$.
• Не реагирует с неокисляющими кислотами, но окисляется концентрированными серной и азотной кислотами до борной кислоты: $B + 3HNO_3(конц.) \xrightarrow{t} H_3BO_3 + 3NO_2\uparrow$.
• С расплавами щелочей образует бораты: $2B + 6KOH(расплав) \rightarrow 2K_3BO_3 + 3H_2\uparrow$.

Высший оксид бора, $B_2O_3$, является кислотным оксидом. Ему соответствует борная кислота $H_3BO_3$, которая проявляет свойства слабой кислоты.

Ответ: Бор (B) — химический элемент 13-й группы, 2-го периода с атомным номером 5. Является неметаллом. Электронная конфигурация атома $1s^22s^22p^1$. В соединениях проявляет преимущественно степень окисления +3. Простое вещество бор – очень твёрдое, тугоплавкое вещество, полупроводник. Высший оксид $B_2O_3$ и соответствующий ему гидроксид $H_3BO_3$ проявляют кислотные свойства.

2. Объясните, почему борная кислота одноосновна.

Борную кислоту, формула которой $H_3BO_3$ или, что точнее отражает её структуру, $B(OH)_3$, считают одноосновной, так как одна молекула кислоты в водном растворе вызывает появление одного иона водорода $H^+$. Однако механизм проявления кислотных свойств у борной кислоты принципиально отличается от классических кислот Брёнстеда-Лоури.

Кислоты Брёнстеда (например, $HCl$, $CH_3COOH$) являются донорами протонов, то есть диссоциируют в воде с отщеплением одного или нескольких ионов $H^+$. В молекуле борной кислоты $B(OH)_3$ связь кислород-водород ($O-H$) является довольно прочной, и отщепление протона от гидроксильной группы не происходит.

Кислотные свойства борной кислоты обусловлены тем, что она является кислотой Льюиса. Атом бора в молекуле $B(OH)_3$ имеет три валентных электрона, которые образуют три ковалентные связи с гидроксильными группами. При этом у атома бора остаётся вакантная p-орбиталь, что делает его электронно-дефицитным и способным принимать электронную пару.

В водном растворе молекула борной кислоты взаимодействует с молекулой воды, которая выступает в роли основания Льюиса. Борная кислота принимает от воды гидроксид-ион ($OH^−$) на свою вакантную орбиталь. В результате образуется комплексный тетрагидроксоборат-анион $[B(OH)_4]^−$ и освобождается катион водорода $H^+$:

$B(OH)_3 + H_2O \rightleftharpoons [B(OH)_4]^- + H^+$

Таким образом, поскольку каждая молекула $B(OH)_3$ приводит к появлению в растворе ровно одного иона водорода, борная кислота является одноосновной. Её уникальность в том, что она не отдает собственный протон, а отщепляет гидроксид-ион от молекулы растворителя (воды).

Ответ: Борная кислота $H_3BO_3$ является одноосновной, так как она проявляет кислотные свойства как кислота Льюиса, а не Брёнстеда. Атом бора в её молекуле имеет вакантную орбиталь и присоединяет гидроксид-ион ($OH^−$) от молекулы воды. Этот процесс, $B(OH)_3 + H_2O \rightleftharpoons [B(OH)_4]^- + H^+$, приводит к образованию одного иона $H^+$ на каждую молекулу кислоты, что и определяет её одноосновность.