Номер 3, страница 120 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 25. Бор. Глава 1. Неметаллы - номер 3, страница 120.

Условие.

3. При действии на борную кислоту избытка 40%-го раствора гидроксида натрия образуется тетрагидроксоборат натрия. Напишите уравнение реакции и рассмотрите строение комплексного аниона.

Решение.

Решение 2.

Решение

Борная кислота ($H_3BO_3$) является слабой кислотой Льюиса. При взаимодействии с сильным основанием, таким как гидроксид натрия ($NaOH$), борная кислота ведет себя как акцептор гидроксид-ионов ($OH^-$), а не как донор протонов. В результате реакции образуется комплексная соль — тетрагидроксоборат натрия.

Уравнение этой реакции записывается следующим образом:

$H_3BO_3 + NaOH \rightarrow Na[B(OH)_4]$

Информация о 40%-ой концентрации раствора $NaOH$ и его избытке указывает на условия, способствующие полному протеканию реакции, но не влияет на стехиометрию уравнения.

Рассмотрим строение комплексного аниона — тетрагидроксоборат-иона, $[B(OH)_4]^-$.

В этом ионе центральным атомом, или комплексообразователем, является атом бора (B). Он координирует вокруг себя четыре лиганда — гидроксогруппы ($OH^-$). Таким образом, координационное число бора равно 4.

Атом бора в исходной борной кислоте ($B(OH)_3$) имеет $sp^2$-гибридизацию и одну вакантную p-орбиталь. При присоединении гидроксид-иона ($OH^-$) его неподеленная электронная пара занимает эту вакантную орбиталь, образуя четвертую ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму.

В результате в ионе $[B(OH)_4]^-$ атом бора образует четыре связи. Это приводит к изменению его гибридизации на $sp^3$. Четыре $sp^3$-гибридные орбитали располагаются в пространстве под углами примерно 109.5°, что соответствует тетраэдрической геометрии. Следовательно, комплексный анион $[B(OH)_4]^-$ имеет форму тетраэдра, в центре которого находится атом бора, а в вершинах — атомы кислорода четырех гидроксогрупп. Общий заряд иона равен -1.

Ответ: Уравнение реакции: $H_3BO_3 + NaOH \rightarrow Na[B(OH)_4]$. Комплексный анион $[B(OH)_4]^-$ имеет тетраэдрическое строение, в котором центральный атом бора находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и координирует четыре гидроксогруппы ($OH^-$), расположенные в вершинах тетраэдра.