Страница 43 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Приведите примеры образования молекул органических и неорганических веществ на основе $sp$-, $sp^2$- и $sp^3$-гибридизации.

Гибридизация атомных орбиталей — это гипотетический процесс смешения и выравнивания по энергии и форме различных атомных орбиталей центрального атома многоатомной молекулы, в результате которого образуются новые, одинаковые (гибридные) орбитали. Тип гибридизации определяет пространственное строение молекулы.

sp³-гибридизация

Этот тип гибридизации возникает при смешении одной s-орбитали и трёх p-орбиталей. В результате образуются четыре равноценные гибридные sp³-орбитали, которые направлены к вершинам тетраэдра. Угол между осями этих орбиталей составляет $109.5^\circ$. sp³-гибридизация характерна для атомов, образующих четыре одинарные (сигма, $\sigma$) связи.

Примеры органических веществ:

Метан ($CH_4$). Атом углерода находится в состоянии sp³-гибридизации. Четыре гибридные орбитали углерода перекрываются с 1s-орбиталями четырёх атомов водорода, образуя четыре прочные $\sigma$-связи C-H. Молекула имеет форму правильного тетраэдра.

Этан ($C_2H_6$). Каждый из двух атомов углерода находится в состоянии sp³-гибридизации. Одна гибридная орбиталь каждого атома углерода образует $\sigma$-связь C-C, а остальные три — $\sigma$-связи C-H. Тетраэдрическое строение сохраняется вокруг каждого атома углерода.

Примеры неорганических веществ:

Аммиак ($NH_3$). Атом азота sp³-гибридизован. Три гибридные орбитали участвуют в образовании $\sigma$-связей N-H, а на четвёртой находится неподелённая электронная пара. Из-за отталкивания этой пары валентный угол H-N-H ($107.8^\circ$) несколько меньше тетраэдрического. Молекула имеет форму тригональной пирамиды.

Вода ($H_2O$). Атом кислорода также находится в sp³-гибридизации. Две гибридные орбитали образуют $\sigma$-связи O-H, а на двух других находятся две неподелённые электронные пары. Их сильное взаимное отталкивание сжимает валентный угол H-O-H до $104.5^\circ$. Молекула имеет угловое строение.

Ион аммония ($NH_4^+$). Атом азота sp³-гибридизован и образует четыре ковалентные связи с атомами водорода, что приводит к тетраэдрической структуре.

Ответ: Примеры sp³-гибридизации: органические — метан ($CH_4$), этан ($C_2H_6$); неорганические — аммиак ($NH_3$), вода ($H_2O$), ион аммония ($NH_4^+$).

sp²-гибридизация

Возникает при смешении одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три равноценные гибридные sp²-орбитали, которые лежат в одной плоскости под углом $120^\circ$ друг к другу. Одна p-орбиталь остается негибридизованной и расположена перпендикулярно плоскости гибридных орбиталей. sp²-гибридизация характерна для атомов, образующих двойную связь (одну $\sigma$- и одну пи, $\pi$-связь).

Примеры органических веществ:

Этилен ($C_2H_4$). Оба атома углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации. Две sp²-орбитали (по одной от каждого атома С) образуют $\sigma$-связь C-C. Остальные четыре sp²-орбитали образуют $\sigma$-связи C-H. Негибридизованные p-орбитали обоих атомов углерода перекрываются, образуя $\pi$-связь. Молекула плоская.

Бензол ($C_6H_6$). Все шесть атомов углерода в цикле находятся в sp²-гибридизации. Каждый атом углерода образует три $\sigma$-связи (две C-C и одну C-H). Шесть негибридизованных p-орбиталей образуют единую сопряженную $\pi$-систему над и под плоскостью кольца.

Примеры неорганических веществ:

Трифторид бора ($BF_3$). Центральный атом бора находится в состоянии sp²-гибридизации. Три его гибридные орбитали образуют три $\sigma$-связи B-F. Молекула имеет форму плоского треугольника с углами $120^\circ$.

Графит (C). В кристаллической решетке графита каждый атом углерода sp²-гибридизован и связан с тремя соседними атомами в одной плоскости, образуя гексагональные слои. Негибридизованные p-орбитали создают делокализованную $\pi$-систему между слоями.

Ответ: Примеры sp²-гибридизации: органические — этилен ($C_2H_4$), бензол ($C_6H_6$); неорганические — трифторид бора ($BF_3$), графит (C).

sp-гибридизация

Происходит при смешении одной s- и одной p-орбитали. Образуются две равноценные гибридные sp-орбитали, расположенные на одной прямой под углом $180^\circ$ друг к другу. Две p-орбитали остаются негибридизованными и располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. sp-гибридизация характерна для атомов, образующих тройную связь (одна $\sigma$- и две $\pi$-связи) или две двойные связи.

Примеры органических веществ:

Ацетилен ($C_2H_2$). Оба атома углерода находятся в состоянии sp-гибридизации. Они образуют $\sigma$-связь C-C путем перекрывания sp-орбиталей. Другие sp-орбитали образуют $\sigma$-связи C-H. Две пары негибридизованных p-орбиталей перекрываются, образуя две взаимно перпендикулярные $\pi$-связи. Молекула имеет линейное строение.

Примеры неорганических веществ:

Диоксид углерода ($CO_2$). Центральный атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации. Он образует две $\sigma$-связи с атомами кислорода с помощью своих sp-орбиталей. Две негибридизованные p-орбитали углерода образуют две $\pi$-связи с p-орбиталями атомов кислорода. Молекула линейная.

Гидрид бериллия ($BeH_2$). Атом бериллия sp-гибридизован. Две sp-орбитали образуют две $\sigma$-связи Be-H. Молекула линейная.

Ответ: Примеры sp-гибридизации: органические — ацетилен ($C_2H_2$); неорганические — диоксид углерода ($CO_2$), гидрид бериллия ($BeH_2$).

2* Что общего у молекул метана, амияка и воды и чем они различаются по строению?

Общее в строении молекул метана, аммиака и воды

Несмотря на разные центральные атомы, молекулы метана ($CH_4$), аммиака ($NH_3$) и воды ($H_2O$) имеют несколько фундаментальных общих черт в своем строении.

1. Тип химической связи. Во всех трех молекулах атомы соединены ковалентными полярными связями. Полярность возникает из-за разницы в электроотрицательности между центральным атомом (C, N, O) и атомом водорода (H). Электроотрицательность растет в ряду C < N < O, поэтому полярность связи увеличивается от C-H к O-H.

2. Гибридизация центрального атома. Центральные атомы во всех трех молекулах находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что одна s- и три p-орбитали центрального атома смешиваются, образуя четыре одинаковые гибридные орбитали. Эти орбитали располагаются в пространстве под углами, близкими к $109.5^\circ$, то есть направлены к вершинам тетраэдра. Это определяет общую электронную геометрию молекул.

3. Общая электронная геометрия. Вследствие $sp^3$-гибридизации, общее расположение электронных пар (как связывающих, так и неподеленных) вокруг центрального атома во всех трех случаях является тетраэдрическим.

Ответ: Общими чертами в строении молекул метана, аммиака и воды являются наличие ковалентных полярных связей, $sp^3$-гибридизация центрального атома и, как следствие, тетраэдрическое расположение электронных пар вокруг него.

Различия в строении молекул метана, аммиака и воды

Ключевое различие между этими молекулами заключается в количестве валентных электронов у центрального атома и, как следствие, в наличии и числе неподеленных (одиночных) электронных пар. Это напрямую влияет на реальную геометрию молекулы (форму), валентные углы и полярность.

1. Метан ($CH_4$)
- Центральный атом: Углерод (C) имеет 4 валентных электрона.
- Электронные пары: Все 4 электрона образуют четыре связывающие электронные пары с четырьмя атомами водорода. Неподеленных электронных пар нет (4 связывающие, 0 неподеленных).
- Геометрия молекулы: Из-за отсутствия неподеленных пар, отталкивание между всеми электронными парами одинаково. Молекула имеет идеальную тетраэдрическую форму.
- Валентный угол: Угол H-C-H составляет $109.5^\circ$.
- Полярность молекулы: Молекула неполярная. Хотя связи C-H слабо полярны, из-за высокой симметрии молекулы их дипольные моменты взаимно компенсируются.

2. Аммиак ($NH_3$)
- Центральный атом: Азот (N) имеет 5 валентных электронов.
- Электронные пары: Три электрона образуют три связывающие пары с атомами водорода, а оставшиеся два электрона составляют одну неподеленную электронную пару (3 связывающие, 1 неподеленная).
- Геометрия молекулы: Неподеленная пара занимает больше пространства и отталкивает связывающие пары сильнее, чем они отталкиваются друг от друга. В результате геометрия молекулы — тригональная пирамида.
- Валентный угол: Угол H-N-H сжимается до $107.3^\circ$.
- Полярность молекулы: Молекула полярная. Из-за асимметричной формы и наличия неподеленной пары дипольные моменты связей не компенсируются, и молекула имеет суммарный дипольный момент.

3. Вода ($H_2O$)
- Центральный атом: Кислород (O) имеет 6 валентных электронов.
- Электронные пары: Два электрона образуют две связывающие пары с атомами водорода, а оставшиеся четыре электрона составляют две неподеленные электронные пары (2 связывающие, 2 неподеленные).
- Геометрия молекулы: Две неподеленные пары оказывают еще более сильное отталкивающее действие на связывающие пары, придавая молекуле угловую (или изогнутую) форму.
- Валентный угол: Угол H-O-H еще меньше и составляет $104.5^\circ$.
- Полярность молекулы: Молекула сильно полярная. Связи O-H очень полярны, а угловая форма приводит к большому суммарному дипольному моменту.

Ответ: Молекулы метана, аммиака и воды различаются центральным атомом (C, N, O), числом неподеленных электронных пар у него (соответственно 0, 1 и 2), что определяет их разную пространственную геометрию (тетраэдр, тригональная пирамида, угловая), валентные углы ($109.5^\circ$, $107.3^\circ$, $104.5^\circ$) и полярность (метан — неполярный, аммиак и вода — полярные).

3. Охарактеризуйте строение молекулы воды. Укажите вид связей, их количество, полярность. Как осуществляется перекрывание электронных орбиталей при образовании связей? Какую геометрическую форму имеет молекула?

Молекула воды ($H_2O$) состоит из одного атома кислорода (O) и двух атомов водорода (H), соединенных химическими связями.

Вид связей, их количество, полярность
Связь между атомами кислорода и водорода является ковалентной полярной. Это обусловлено значительной разницей в их электроотрицательности: у кислорода она одна из самых высоких (≈3.44 по шкале Полинга), а у водорода значительно ниже (≈2.20). В результате общая электронная пара смещается от атома водорода к атому кислорода.
В молекуле воды присутствуют две такие O-H связи. Из-за смещения электронной плотности на атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд ($δ-$), а на атомах водорода — частичные положительные заряды ($δ+$). Угловое строение молекулы приводит к тому, что центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают. Поэтому молекула воды в целом является полярной (представляет собой диполь).

Ответ: В молекуле воды две ковалентные полярные связи; молекула полярна.

Как осуществляется перекрывание электронных орбиталей при образовании связей?
Образование связей в молекуле воды происходит за счет гибридизации атомных орбиталей центрального атома — кислорода. Атом кислорода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что одна его 2s-орбиталь и три 2p-орбитали валентного уровня смешиваются, образуя четыре одинаковые по форме и энергии гибридные $sp^3$-орбитали. Эти орбитали направлены к вершинам тетраэдра.
Две из этих гибридных орбиталей, на каждой из которых находится по одному неспаренному электрону, перекрываются с 1s-орбиталями двух атомов водорода. В результате этого осевого перекрывания образуются две прочные сигма-связи ($σ$-связи) O-H. Две оставшиеся $sp^3$-гибридные орбитали атома кислорода заняты его двумя неподеленными электронными парами.

Ответ: Связи образуются при перекрывании двух $sp^3$-гибридных орбиталей атома кислорода с 1s-орбиталями двух атомов водорода.

Какую геометрическую форму имеет молекула?
Геометрическая форма молекулы определяется взаимным расположением электронных пар валентной оболочки центрального атома (согласно теории VSEPR). В молекуле воды вокруг атома кислорода находятся четыре электронные пары: две связывающие (в связях O-H) и две неподеленные. Они стремятся расположиться в пространстве на максимальном удалении друг от друга, что соответствует тетраэдрической геометрии.
Однако неподеленные электронные пары отталкиваются сильнее, чем связывающие. Поэтому две неподеленные пары на атоме кислорода "сжимают" угол между связями O-H. Вместо идеального тетраэдрического угла в $109.5^\circ$, валентный угол H-O-H в молекуле воды составляет приблизительно $104.5^\circ$.
Геометрия молекулы определяется положением атомных ядер. Поэтому молекула воды имеет не линейную, а угловую (или изогнутую) форму.

Ответ: Молекула воды имеет угловую (изогнутую) геометрическую форму.

4. Составьте структурную формулу четырёххлористого углерода. Определите вид химической связи в этом соединении, тип гибридизации орбиталей атома углерода и форму молекулы.

Для решения задачи проанализируем строение молекулы четырёххлористого углерода ($CCl_4$) по пунктам.

Химическая формула четырёххлористого углерода — $CCl_4$. В его молекуле один атом углерода (C), являющийся центральным, образует четыре одинарные связи с четырьмя атомами хлора (Cl).

Структурная формула выглядит следующим образом:

Cl
|
Cl–C–Cl
|
Cl

Ответ: Структурная формула $CCl_4$ представляет собой центральный атом углерода, соединённый одинарными связями с четырьмя атомами хлора.

Связь в молекуле $CCl_4$ образуется между атомами углерода и хлора. Оба этих элемента являются неметаллами, следовательно, связь между ними — ковалентная. Электроотрицательность хлора (по Полингу ≈ 3,16) значительно выше электроотрицательности углерода (≈ 2,55). Разница электроотрицательностей составляет $3,16 - 2,55 = 0,61$. Из-за этой разницы общая электронная пара смещается в сторону атома хлора, что делает связь C-Cl полярной.

Ответ: Ковалентная полярная связь.

Атом углерода имеет электронную конфигурацию в основном состоянии $1s^2 2s^2 2p^2$. Для образования четырёх связей он переходит в возбуждённое состояние: один электрон с 2s-орбитали переходит на свободную 2p-орбиталь. Конфигурация становится $1s^2 2s^1 2p^3$. В процессе гибридизации одна s-орбиталь и три p-орбитали смешиваются, образуя четыре равноценные гибридные орбитали. Такой тип гибридизации называется $sp^3$-гибридизацией. Каждая из этих четырёх гибридных орбиталей участвует в образовании $\sigma$-связи с атомом хлора.

Ответ: $sp^3$-гибридизация.

Наличие у центрального атома углерода четырёх $sp^3$-гибридных орбиталей, участвующих в образовании четырёх $\sigma$-связей, и отсутствие неподелённых электронных пар приводят к определённой геометрии. Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR), для минимизации взаимного отталкивания четыре связи располагаются в пространстве под углом друг к другу, направляясь к вершинам правильного тетраэдра. Поэтому молекула четырёххлористого углерода имеет тетраэдрическую форму. Валентный угол Cl–C–Cl составляет $109,5^{\circ}$ (или $109^{\circ}28'$).

Ответ: Тетраэдрическая.

5. К 200 г раствора, содержащего 24 % нитрата калия, добавили 800 мл воды. Определите массовую долю (в процентах) нитрата калия в полученном растворе.

Дано:

Масса исходного раствора нитрата калия ($m_1(\text{р-ра})$) = 200 г
Массовая доля нитрата калия в исходном растворе ($\omega_1(\text{KNO}_3)$) = 24 %
Объем добавленной воды ($V(\text{H}_2\text{O})$) = 800 мл

$m_1(\text{р-ра}) = 0.2 \text{ кг}$
$\omega_1(\text{KNO}_3) = 0.24$
$V(\text{H}_2\text{O}) = 0.0008 \text{ м}^3$
Примем плотность воды $\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1000 \text{ кг/м}^3$ (или 1 г/мл).

Найти:

Массовую долю нитрата калия в полученном растворе ($\omega_2(\text{KNO}_3)$) - ?

Решение:

1. Найдем массу нитрата калия (KNO₃) в исходном растворе. Массовая доля вещества в растворе определяется по формуле:

$\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \cdot 100\%$

Отсюда масса растворенного вещества:

$m(\text{вещества}) = \frac{m(\text{раствора}) \cdot \omega(\text{вещества})}{100\%}$

Подставим наши значения:

$m(\text{KNO}_3) = \frac{200 \text{ г} \cdot 24\%}{100\%} = 48 \text{ г}$

2. Найдем массу добавленной воды. Плотность воды принимаем равной 1 г/мл.

$m(\text{H}_2\text{O}) = V(\text{H}_2\text{O}) \cdot \rho(\text{H}_2\text{O}) = 800 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 800 \text{ г}$

3. Найдем массу полученного (конечного) раствора. Она равна сумме массы исходного раствора и массы добавленной воды.

$m_2(\text{р-ра}) = m_1(\text{р-ра}) + m(\text{H}_2\text{O})$

$m_2(\text{р-ра}) = 200 \text{ г} + 800 \text{ г} = 1000 \text{ г}$

4. Определим массовую долю нитрата калия в полученном растворе. При добавлении воды масса растворенного вещества (KNO₃) не изменяется, а масса раствора увеличивается.

$\omega_2(\text{KNO}_3) = \frac{m(\text{KNO}_3)}{m_2(\text{р-ра})} \cdot 100\%$

$\omega_2(\text{KNO}_3) = \frac{48 \text{ г}}{1000 \text{ г}} \cdot 100\% = 0.048 \cdot 100\% = 4.8\%$

Ответ: массовая доля нитрата калия в полученном растворе составляет 4.8%.

1. $sp^3$-Гибридизацией можно объяснить геометрическую форму молекулы

1) $\text{NH}_3$

2) $\text{Br}_2$

3) $\text{C}_2\text{H}_6$

4) $\text{HBr}$

$sp^3$-гибридизация — это концепция, объясняющая образование четырех равноценных ковалентных связей центральным атомом. Она возникает при смешении одной $s$-орбитали и трех $p$-орбиталей, в результате чего образуются четыре одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали. Эти орбитали располагаются в пространстве под углом $109.5°$ друг к другу, образуя тетраэдрическую геометрию. Такой тип гибридизации характерен для атомов, образующих четыре одинарные (сигма) связи или комбинацию связей и неподеленных электронных пар, общее число которых равно четырем.

Рассмотрим предложенные молекулы:

1) NH₃
В молекуле аммиака ($NH_3$) центральным атомом является азот (N). Атом азота имеет 5 валентных электронов ($2s^22p^3$). Для образования трех связей с атомами водорода и размещения одной неподеленной электронной пары атом азота задействует четыре электронные орбитали. Происходит $sp^3$-гибридизация, в результате которой образуются четыре гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра. Три из них участвуют в образовании ковалентных связей N-H, а на четвертой располагается неподеленная электронная пара. Наличие этой пары приводит к отталкиванию связывающих пар, уменьшая валентный угол H-N-H до примерно $107°$. Геометрическая форма молекулы, определяемая положением ядер, — тригональная пирамида. Эта форма напрямую объясняется $sp^3$-гибридизацией атома азота.

Ответ: да, геометрическую форму молекулы аммиака ($NH_3$) можно объяснить $sp^3$-гибридизацией центрального атома азота.

2) Br₂
Молекула брома ($Br_2$) является двухатомной и состоит из двух одинаковых атомов. В таких молекулах нет центрального атома. Ковалентная связь образуется за счет прямого перекрывания $p$-орбиталей каждого из атомов брома. Концепция гибридизации для объяснения геометрии (которая в данном случае является линейной) простых двухатомных молекул не применяется.

Ответ: нет, для объяснения формы двухатомной молекулы брома ($Br_2$) концепция $sp^3$-гибридизации не применяется.

3) C₂H₆
В молекуле этана ($C_2H_6$) каждый из двух атомов углерода (C) является центральным. Каждый атом углерода образует четыре одинарные (сигма) связи: одну с другим атомом углерода (C-C) и три с атомами водорода (C-H). Для образования четырех сигма-связей каждый атом углерода переходит в состояние $sp^3$-гибридизации. Четыре гибридные $sp^3$-орбитали каждого атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, что определяет тетраэдрическое окружение каждого атома углерода и валентные углы, близкие к $109.5°$.

Ответ: да, геометрическую форму молекулы этана ($C_2H_6$) можно объяснить $sp^3$-гибридизацией каждого из двух атомов углерода.

4) HBr
Молекула бромоводорода ($HBr$) является двухатомной. Связь в ней образуется за счет перекрывания $1s$-орбитали атома водорода и $4p$-орбитали атома брома. Как и в случае с $Br_2$, для объяснения линейной формы этой молекулы не требуется привлечение концепции гибридизации.

Ответ: нет, для объяснения формы двухатомной молекулы бромоводорода ($HBr$) концепция $sp^3$-гибридизации не применяется.

2. $sp^2$-Гибридизацией можно объяснить геометрическую форму молекулы

1) $C_2H_4$

2) $BBr_3$

3) $CH_4$

4) $H_2O$

$sp^2$-гибридизацией называется смешение одной s- и двух p-орбиталей, в результате чего образуются три гибридные орбитали, одинаковые по форме и энергии. Эти орбитали располагаются в одной плоскости под углом $120^\circ$ друг к другу. Такая конфигурация объясняет тригонально-плоскую геометрию молекулы или молекулярного фрагмента. Проанализируем каждую из предложенных молекул.

1) C₂H₄

В молекуле этена ($C_2H_4$) каждый атом углерода соединен с двумя атомами водорода и одним атомом углерода. Связь между атомами углерода двойная ($C=C$), она состоит из одной $\sigma$-связи и одной $\pi$-связи. Для образования трех $\sigma$-связей (одной $C-C$ и двух $C-H$) каждый атом углерода использует три гибридные орбитали. Это соответствует состоянию $sp^2$-гибридизации. Три $sp^2$-орбитали лежат в одной плоскости под углами примерно $120^\circ$. Оставшиеся у каждого атома углерода негибридизованные p-орбитали перпендикулярны этой плоскости и перекрываются между собой, образуя $\pi$-связь. В результате вся молекула этена является плоской. Таким образом, геометрическая форма этой молекулы объясняется $sp^2$-гибридизацией.

2) BBr₃

Центральный атом в этой молекуле — бор ($B$). Атом бора имеет 3 валентных электрона и образует три одинарные $\sigma$-связи с тремя атомами брома ($Br$). У атома бора нет неподеленных электронных пар. Таким образом, вокруг центрального атома находятся три электронных домена (три $\sigma$-связи), что соответствует $sp^2$-гибридизации. Три гибридные орбитали бора направлены к вершинам правильного треугольника, и молекула имеет тригонально-плоскую форму с валентными углами $Br-B-Br$, равными $120^\circ$. Геометрия этой молекулы также объясняется $sp^2$-гибридизацией.

3) CH₄

Центральный атом углерода ($C$) в метане ($CH_4$) образует четыре одинарные $\sigma$-связи с четырьмя атомами водорода. Для образования четырех связей атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации (смешение одной s- и трех p-орбиталей). Это приводит к тетраэдрической геометрии молекулы с углами $H-C-H$ $109.5^\circ$.

4) H₂O

Центральный атом кислорода ($O$) в воде ($H_2O$) образует две $\sigma$-связи с атомами водорода и имеет две неподеленные электронные пары. Всего вокруг атома кислорода четыре электронных домена (2 связи + 2 пары), что также соответствует $sp^3$-гибридизации. Однако из-за наличия двух неподеленных пар, которые отталкиваются сильнее связывающих пар, молекула имеет не тетраэдрическую, а угловую (изогнутую) форму с валентным углом $H-O-H$ около $104.5^\circ$.

Из анализа следует, что $sp^2$-гибридизация используется для объяснения геометрии молекул как этена ($C_2H_4$), так и бромида бора ($BBr_3$). Обе молекулы являются правильными примерами. С точки зрения химической теории оба варианта являются верными.

Ответ: 1), 2)

3. $sp$-Гибридизацией можно объяснить геометрическую форму молекулы

1) $BCl_3$

2) $BeF_2$

3) $C_2H_2$

4) $C_2H_6$

Решение

sp-гибридизация — это тип гибридизации атомных орбиталей, при котором происходит смешение одной s-орбитали и одной p-орбитали, что приводит к образованию двух эквивалентных sp-гибридных орбиталей. Эти орбитали располагаются на одной прямой под углом 180° друг к другу. Такой тип гибридизации объясняет линейную геометрическую форму молекул. Для определения типа гибридизации центрального атома нужно подсчитать его стерическое число, равное сумме количества σ-связей и неподеленных электронных пар. Стерическому числу 2 соответствует sp-гибридизация.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) BCl₃
В молекуле хлорида бора ($BCl_3$) центральным атомом является бор (B). Атом бора образует 3 σ-связи с атомами хлора и не имеет неподеленных электронных пар. Стерическое число для атома бора равно $3 + 0 = 3$. Это соответствует sp²-гибридизации, а молекула имеет форму плоского треугольника с углами 120°.

2) BeF₂
В молекуле фторида бериллия ($BeF_2$) центральным атомом является бериллий (Be). Атом бериллия образует 2 σ-связи с атомами фтора и не имеет неподеленных электронных пар. Стерическое число для атома бериллия равно $2 + 0 = 2$. Это соответствует sp-гибридизации, а молекула имеет линейную форму с валентным углом 180°.

3) C₂H₂
В молекуле ацетилена ($C_2H_2$, структурная формула $H−C≡C−H$) каждый атом углерода (C) образует одну σ-связь с атомом водорода и одну σ-связь с другим атомом углерода (тройная связь состоит из одной σ- и двух π-связей). Неподеленных электронных пар у атомов углерода нет. Таким образом, стерическое число для каждого атома углерода равно $2 + 0 = 2$. Это соответствует sp-гибридизации, и молекула является линейной.

4) C₂H₆
В молекуле этана ($C_2H_6$) каждый атом углерода образует 4 σ-связи (одну с другим атомом углерода и три с атомами водорода). Неподеленных электронных пар нет. Стерическое число для каждого атома углерода равно $4 + 0 = 4$. Это соответствует sp³-гибридизации, а геометрия вокруг каждого атома углерода — тетраэдрическая.

Таким образом, sp-гибридизацией объясняется геометрическая форма молекул как фторида бериллия ($BeF_2$), так и ацетилена ($C_2H_2$). Оба варианта являются правильными.

Ответ: 2, 3.