Номер 1, страница 334 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 47. Фосфор и его соединения - номер 1, страница 334.

Условие.

1. Сравните строение, физические и химические свойства простых веществ: азота и белого фосфора. Ответ представьте в виде таблицы. Объясните причину различия их реакционной способности.

Решение.

Решение 2.

Решение

Сравнение строения, физических и химических свойств азота и белого фосфора представлено в виде таблицы.

Характеристика	Азот ($N_2$)	Белый фосфор ($P_4$)
Строение молекулы	Двухатомная молекула $N_2$. Атомы связаны прочной тройной ковалентной неполярной связью ($N \equiv N$).	Четырехатомная молекула $P_4$, имеющая форму тетраэдра. Атомы связаны одинарными ковалентными неполярными связями.
Тип кристаллической решетки	Молекулярная (в твердом состоянии).	Молекулярная.
Агрегатное состояние (при н.у.)	Газ.	Твердое вещество.
Физические свойства	Бесцветный газ без вкуса и запаха, немного легче воздуха.	Белое (с желтоватым оттенком) воскообразное вещество с чесночным запахом. Ядовит. Светится в темноте (хемилюминесценция).
Температура плавления	-210 °C	44,1 °C
Температура кипения	-195,8 °C	280,5 °C
Растворимость	Плохо растворим в воде и органических растворителях.	Практически нерастворим в воде, хорошо растворим в сероуглероде ($CS_2$).
Химическая активность	Низкая (инертен) при обычных условиях.	Очень высокая, химически активен, самовоспламеняется на воздухе.
Взаимодействие с кислородом	Реагирует только при очень высокой температуре ($>2000$ °C) или в электрическом разряде: $N_2 + O_2 \leftrightarrow 2NO$.	Легко окисляется кислородом воздуха даже при комнатной температуре, самовоспламеняется при ~40 °C: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$.
Взаимодействие с металлами	С активными металлами реагирует при нагревании (с литием — при комнатной температуре) с образованием нитридов: $3Mg + N_2 \xrightarrow{t} Mg_3N_2$.	Реагирует со многими металлами при нагревании с образованием фосфидов: $3Ca + 2P \xrightarrow{t} Ca_3P_2$.

Объяснение причин различия их реакционной способности

Основная причина резкого различия в химической активности азота и белого фосфора кроется в строении их молекул и прочности химических связей в них.

1. В молекуле азота ($N_2$) два атома соединены очень прочной тройной связью ($N \equiv N$). Энергия разрыва этой связи чрезвычайно высока и составляет $945$ кДж/моль. Чтобы заставить азот вступить в химическую реакцию, необходимо затратить большое количество энергии для разрыва этой связи. Это делает молекулярный азот очень стабильным и химически инертным при обычных условиях.

2. Молекула белого фосфора ($P_4$) имеет тетраэдрическое строение. Атомы фосфора находятся в вершинах тетраэдра, и валентные углы $P-P-P$ составляют всего $60°$. Такое значение сильно отличается от стандартного тетраэдрического угла в $109,5°$, что создает в молекуле значительное угловое напряжение (так называемое "баеровское напряжение"). Из-за этого напряжения одинарные связи $P-P$ являются слабыми, непрочными и легко разрываются. Высокая внутренняя энергия и нестабильность молекулы $P_4$ обусловливают ее высокую реакционную способность.

Ответ: Сравнительная характеристика азота и белого фосфора представлена в таблице. Различие в их реакционной способности объясняется высокой энергией и прочностью тройной связи в молекуле азота ($N_2$), что делает его инертным, и большим угловым напряжением в тетраэдрической молекуле белого фосфора ($P_4$), которое приводит к слабости связей $P-P$ и, как следствие, высокой химической активности.