Страница 123 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Установите соответствие между веществом и типом химической связи в этом веществе.

ВЕЩЕСТВО

ТИП ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

А) фторид кальция

1) ионная

Б) графит

2) ковалентная полярная

В) хром

3) ковалентная неполярная

4) металлическая

Решение

А) фторид кальция

Фторид кальция (химическая формула $CaF_2$) представляет собой соединение, образованное атомами металла кальция ($Ca$) и неметалла фтора ($F$). Кальций — это щелочноземельный металл, расположенный во 2-й группе Периодической системы, который легко отдает 2 электрона, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $Ca^{2+}$. Фтор — это самый электроотрицательный элемент, галоген, расположенный в 17-й группе, который легко принимает 1 электрон, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион) $F^{-}$. Связь, возникающая между катионами металла и анионами неметалла за счет их электростатического притяжения, называется ионной. Разница в электроотрицательности между кальцием (1.0) и фтором (3.98) очень велика, что характерно для ионной связи.

Ответ: 1

Б) графит

Графит является одной из аллотропных модификаций углерода ($C$). Углерод — это неметалл. В простом веществе, таком как графит, все атомы одинаковы. Связь, образованная между атомами одного и того же неметалла, является ковалентной неполярной. Это происходит потому, что электроотрицательность у всех атомов одинакова, и общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов, а располагается симметрично между ними.

Ответ: 3

В) хром

Хром ($Cr$) — это химический элемент, являющийся переходным металлом. В кристаллах металлов (простых веществах) существует особый вид связи — металлическая. Она характеризуется наличием в кристаллической решётке положительно заряженных ионов металлов и свободно движущихся между ними обобществлённых валентных электронов («электронного газа»). Именно эти свободные электроны обуславливают характерные свойства металлов: электро- и теплопроводность, пластичность, металлический блеск.

Ответ: 4

11. Напишите формулы водородных соединений химических элементов третьего периода с зарядами ядер +6, +7, +8, +9. Какой химической связью образованы эти соединения? Как и почему при увеличении порядкового номера элемента в периоде изменяется полярность связи $Н\text{—}Э$?

Примечание: В условии задачи содержится неточность. Химические элементы с зарядами ядер +6, +7, +8, +9 — это углерод ($C$), азот ($N$), кислород ($O$) и фтор ($F$) соответственно, которые находятся во втором периоде. Однако в вопросе указан третий период. Наиболее вероятной является опечатка, и в задаче имеются в виду элементы третьего периода, находящиеся в тех же группах, что и C, N, O, F. Это кремний ($Si$, Z=14), фосфор ($P$, Z=15), сера ($S$, Z=16) и хлор ($Cl$, Z=17). Решение будет представлено для этих элементов.

Напишите формулы водородных соединений химических элементов третьего периода

Для элементов третьего периода — кремния ($Si$), фосфора ($P$), серы ($S$) и хлора ($Cl$) — характерны следующие летучие водородные соединения, формулы которых составляются в соответствии с их низшей (для неметаллов) валентностью, равной $8-N$, где $N$ — номер группы:

• Кремний ($Si$, группа IVA): $SiH_4$ — силан.
• Фосфор ($P$, группа VA): $PH_3$ — фосфин.
• Сера ($S$, группа VIA): $H_2S$ — сероводород.
• Хлор ($Cl$, группа VIIA): $HCl$ — хлороводород.

Ответ: Формулы водородных соединений: $SiH_4$, $PH_3$, $H_2S$, $HCl$.

Какой химической связью образованы эти соединения?

Все перечисленные соединения образованы ковалентной полярной связью. Эта связь возникает между атомами разных неметаллов (водорода и соответствующего элемента — кремния, фосфора, серы или хлора). Связь является ковалентной, так как она образуется за счет обобществления электронных пар между атомами. Она является полярной, потому что атомы, образующие связь, имеют разную электроотрицательность. Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе электроны химической связи. В результате общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома, что приводит к возникновению на атомах частичных зарядов ($\delta+$ и $\delta-$) и поляризации связи.

Ответ: Эти соединения образованы ковалентной полярной связью.

Как и почему при увеличении порядкового номера элемента в периоде изменяется полярность связи Н–Э?

Как изменяется: При увеличении порядкового номера элемента в третьем периоде слева направо (в ряду $Si \rightarrow P \rightarrow S \rightarrow Cl$) полярность связи Н–Э в целом возрастает.

Рассмотрим изменение разности электроотрицательностей ($\Delta\chi$) между водородом ($\chi(H) \approx 2.20$) и элементами периода:

• Связь H–Si: $\chi(Si) = 1.90$; $\Delta\chi = |2.20 - 1.90| = 0.30$.
• Связь H–P: $\chi(P) = 2.19$; $\Delta\chi = |2.20 - 2.19| = 0.01$.
• Связь H–S: $\chi(S) = 2.58$; $\Delta\chi = |2.20 - 2.58| = 0.38$.
• Связь H–Cl: $\chi(Cl) = 3.16$; $\Delta\chi = |2.20 - 3.16| = 0.96$.

Из данных видно, что полярность связи сначала резко падает (связь в фосфине $PH_3$ практически неполярна), а затем, начиная с серы, последовательно и значительно возрастает. Таким образом, общая тенденция для неметаллов периода — усиление полярности связи Н–Э.

Почему изменяется: Это изменение обусловлено закономерным изменением свойств элементов в периоде. При движении по периоду слева направо происходит увеличение заряда ядра атомов при сохранении того же числа электронных слоев. В результате усиливается притяжение валентных электронов к ядру, атомный радиус уменьшается, а электроотрицательность возрастает.

Поскольку электроотрицательность элемента (Э) в ряду $Si, P, S, Cl$ растет, увеличивается и разница в электроотрицательности между ним и водородом (особенно для $S$ и $Cl$). Чем больше эта разница, тем сильнее смещается общая электронная пара к более электроотрицательному атому и тем выше полярность связи.

Ответ: При увеличении порядкового номера элемента в периоде (от $Si$ к $Cl$) его электроотрицательность растет. Это приводит к увеличению разности электроотрицательностей между водородом и элементом, и, как следствие, полярность связи Н–Э в целом увеличивается.

12. Определите тип химической связи в веществах, формулы которых: $MgO$, $H_2S$, $Cl_2$. Составьте схемы образования химических связей в этих веществах.

MgO (оксид магния)

Тип химической связи в оксиде магния (MgO) — ионная. Эта связь образуется между атомом типичного металла (магний, Mg) и атомом типичного неметалла (кислород, O), электроотрицательности которых сильно различаются. В результате взаимодействия атом металла отдает электроны, а атом неметалла их принимает.

Схема образования связи:

Атом магния (Mg), элемент II группы, имеет на внешнем энергетическом уровне 2 электрона. Он отдает эти 2 электрона, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации, и превращается в положительно заряженный ион (катион) $Mg^{2+}$.

$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{2+}$

Атом кислорода (O), элемент VI группы, имеет на внешнем энергетическом уровне 6 электронов. Для завершения своего внешнего слоя до стабильного октета (8 электронов) он принимает 2 электрона, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион) $O^{2-}$.

$O^0 + 2e^- \rightarrow O^{2-}$

Образовавшиеся разноименно заряженные ионы $Mg^{2+}$ и $O^{2-}$ притягиваются друг к другу за счет электростатических сил, образуя ионную связь.

$Mg + O \rightarrow Mg^{2+}O^{2-}$

Ответ: Тип связи в MgO — ионная. Схема образования: атом магния отдает 2 электрона ($Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{2+}$), атом кислорода принимает 2 электрона ($O^0 + 2e^- \rightarrow O^{2-}$), образуя ионы, которые притягиваются друг к другу ($Mg^{2+} + O^{2-} \rightarrow MgO$).

H₂S (сероводород)

Тип химической связи в сероводороде ($H_2S$) — ковалентная полярная. Эта связь образуется между атомами разных неметаллов (водород, H, и сера, S), электроотрицательности которых различаются, но незначительно. В результате образуются общие электронные пары, смещенные к более электроотрицательному атому.

Схема образования связи:

Атом серы (S), элемент VI группы, имеет 6 валентных электронов. Для завершения внешнего слоя ему не хватает 2 электронов.

Атом водорода (H) имеет 1 валентный электрон. Ему не хватает 1 электрона для завершения своего внешнего слоя.

Атом серы образует две общие электронные пары с двумя атомами водорода. Каждый атом предоставляет по одному неспаренному электрону для образования связи.

$H \cdot + \cdot \ddot{S} \cdot + \cdot H \rightarrow H:\ddot{S}:H$

Так как сера более электроотрицательна, чем водород, общие электронные пары смещены к атому серы. В результате на атоме серы возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на атомах водорода — частичные положительные заряды ($\delta+$).

Ответ: Тип связи в H₂S — ковалентная полярная. Схема образования: атом серы образует две общие электронные пары с двумя атомами водорода: $H:\ddot{S}:H$.

Cl₂ (хлор)

Тип химической связи в молекуле хлора ($Cl_2$) — ковалентная неполярная. Эта связь образуется между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. Так как электроотрицательность атомов одинакова, общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов.

Схема образования связи:

Атом хлора (Cl), элемент VII группы, имеет на внешнем энергетическом уровне 7 валентных электронов. Для завершения внешнего слоя до октета ему не хватает 1 электрона.

Два атома хлора объединяются, предоставляя по одному неспаренному электрону для образования одной общей электронной пары.

$: \ddot{Cl} \cdot + \cdot \ddot{Cl} : \rightarrow : \ddot{Cl} : \ddot{Cl} :$

Образовавшаяся общая электронная пара в равной степени принадлежит обоим атомам, поэтому связь является неполярной, а заряды на атомах отсутствуют.

Ответ: Тип связи в Cl₂ — ковалентная неполярная. Схема образования: два атома хлора образуют одну общую электронную пару: $Cl:Cl$.

1. Верны ли утверждения о химической связи?

А. Ковалентная полярная связь образуется между положительными и отрицательными ионами.

Б. Ионная связь образуется при взаимодействии атомов разных неметаллов.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

А. Ковалентная полярная связь образуется между положительными и отрицательными ионами.

Это утверждение является неверным. Связь, возникающая в результате электростатического притяжения между положительными и отрицательными ионами, называется ионной связью. Ковалентная полярная связь образуется между атомами разных химических элементов-неметаллов за счет образования общих электронных пар. Из-за разной электроотрицательности атомов общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому, что приводит к возникновению на атомах частичных зарядов ($δ^+$ и $δ^−$), а не к образованию полноценных ионов.

Б. Ионная связь образуется при взаимодействии атомов разных неметаллов.

Это утверждение также является неверным. При взаимодействии атомов разных неметаллов, как правило, образуется ковалентная полярная связь. Ионная связь характерна для соединений, образованных атомами элементов, которые значительно различаются по электроотрицательности. Обычно это происходит при взаимодействии атомов типичного металла (например, щелочного или щелочноземельного) и типичного неметалла (например, галогена или кислорода). В этом случае происходит практически полный переход электронов от атома металла к атому неметалла с образованием ионов.

Поскольку оба утверждения неверны, правильным является вариант ответа 4.

Ответ: 4

2. Выберите формулу вещества с ковалентной неполярной связью.

1) $C$

2) $NaCl$

3) $H_2O$

4) $CO_2$

Решение

Ковалентная неполярная связь — это химическая связь, которая образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью. Как правило, такая связь возникает между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. В этом случае общая электронная пара распределяется симметрично между ядрами атомов.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) C
Углерод (C) — это простое вещество, неметалл. В его аллотропных модификациях (например, в алмазе или графите) атомы углерода соединены друг с другом. Поскольку связь образуется между атомами одного и того же элемента, разница в их электроотрицательности равна нулю. Следовательно, связь между атомами углерода является ковалентной неполярной.

2) NaCl
Хлорид натрия (NaCl) — это соединение, образованное атомами типичного металла (Na) и типичного неметалла (Cl). Разница в электроотрицательности между ними очень велика. Это приводит к переходу валентного электрона от атома натрия к атому хлора, в результате чего образуются ионы $Na^{+}$ и $Cl^{-}$. Связь между этими ионами является ионной.

3) H₂O
Вода ($H_2O$) — это вещество, образованное атомами двух разных неметаллов: водорода (H) и кислорода (O). Электроотрицательность кислорода (3,44) значительно выше электроотрицательности водорода (2,20). Из-за этой разницы общая электронная пара в каждой связи O-H смещается в сторону более электроотрицательного атома кислорода. Такая связь является ковалентной полярной.

4) CO₂
Диоксид углерода ($CO_2$) — вещество, также образованное атомами разных неметаллов: углерода (C) и кислорода (O). Электроотрицательность кислорода (3,44) выше, чем у углерода (2,55). Поэтому общие электронные пары в двойных связях C=O смещены к атомам кислорода. Связи в молекуле $CO_2$ являются ковалентными полярными. (Важно отметить, что хотя сами связи полярны, молекула $CO_2$ в целом является неполярной из-за своего линейного симметричного строения).

Таким образом, из всех предложенных вариантов вещество с ковалентной неполярной связью — это углерод.

Ответ: 1) C

3. Выберите формулу вещества с металлической связью.

1) $S_8$
2) $Ca_3N_2$
3) $CrO$
4) $Cs$

Решение

Металлическая связь — это химическая связь, которая возникает в металлах и их сплавах между положительно заряженными ионами металлов и обобществленными электронами (так называемым «электронным газом»). Чтобы определить вещество с металлической связью, необходимо найти в вариантах ответа простое вещество-металл.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) $S_8$ — это молекулярная формула серы (ромбической). Сера ($S$) — это неметалл. В молекуле $S_8$ восемь атомов серы соединены между собой ковалентными неполярными связями, образуя циклическую структуру.

2) $Ca_3N_2$ — нитрид кальция. Это соединение образовано металлом кальцием ($Ca$) и неметаллом азотом ($N$). Связь между атомами металла и неметалла является ионной. Атомы кальция отдают валентные электроны, превращаясь в катионы $Ca^{2+}$, а атомы азота принимают электроны, становясь анионами $N^{3-}$.

3) $CrO$ — оксид хрома(II). Это соединение образовано металлом хромом ($Cr$) и неметаллом кислородом ($O$). Связь в этом соединении является преимущественно ионной.

4) $Cs$ — цезий. Это простое вещество, являющееся щелочным металлом. В кристаллической решетке цезия атомы связаны именно металлической связью.

Таким образом, единственным веществом с металлической связью из представленных является цезий.

Ответ: 4

4. Выберите пару, в которой первое вещество образовано ковалентной полярной связью, а второе — ионной связью.

1) $Cl_2$ и $KBr$

2) $H_2O$ и $BaCl_2$

3) $LiH$ и $O_2$

4) $CO_2$ и $H_2O$

Для решения этой задачи необходимо проанализировать типы химических связей в каждой паре веществ. Согласно условию, нужно найти пару, где первое вещество образовано ковалентной полярной связью, а второе — ионной связью.

Вспомним определения основных типов химических связей:

• Ковалентная полярная связь образуется между атомами разных неметаллов. Из-за разницы в электроотрицательности атомов общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому.
• Ионная связь образуется, как правило, между атомами металла и неметалла. Она возникает в результате электростатического притяжения между ионами, образовавшимися при передаче электронов от атома металла к атому неметалла.
• Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же неметалла. Электроотрицательность атомов одинакова, поэтому электронная плотность распределена симметрично.

Теперь рассмотрим каждую из предложенных пар.

1) $Cl_2$ и $KBr$

В молекуле хлора $Cl_2$ связь образована двумя одинаковыми атомами неметалла (хлор). Следовательно, эта связь является ковалентной неполярной. В веществе $KBr$ (бромид калия) связь образована атомом металла ($K$) и атомом неметалла ($Br$), поэтому связь ионная. Данная пара не соответствует условию, так как первое вещество имеет ковалентную неполярную связь.

2) $H_2O$ и $BaCl_2$

В молекуле воды $H_2O$ связь образована атомами разных неметаллов (водород и кислород). Кислород значительно более электроотрицателен, чем водород, поэтому общие электронные пары смещены к атому кислорода. Связь $O-H$ является ковалентной полярной. В веществе $BaCl_2$ (хлорид бария) связь образована атомом металла ($Ba$) и атомом неметалла ($Cl$). Это ионная связь. Эта пара полностью соответствует условию задачи.

3) $LiH$ и $O_2$

В гидриде лития $LiH$ связь образована атомом металла ($Li$) и атомом неметалла ($H$). Эта связь является ионной. В молекуле кислорода $O_2$ связь образована двумя одинаковыми атомами неметалла, поэтому связь ковалентная неполярная. Данная пара не соответствует условию.

4) $CO_2$ и $H_2O$

В молекуле диоксида углерода $CO_2$ связь между атомами углерода и кислорода (разные неметаллы) является ковалентной полярной. В молекуле воды $H_2O$ связь также ковалентная полярная. Эта пара не соответствует условию, так как второе вещество должно иметь ионную связь.

Таким образом, единственная пара, удовлетворяющая условию, — это $H_2O$ и $BaCl_2$.

Ответ: 2

5. Выберите формулу «лишнего» вещества с позиции учения о химической связи.

1) $Cl_2$

2) $S_2$

3) Mg

4) $N_2$

Чтобы выбрать «лишнее» вещество с позиции учения о химической связи, необходимо определить тип связи в каждом из представленных веществ.

1) Cl₂
Молекула хлора, $Cl_2$, состоит из двух одинаковых атомов неметалла (хлора). Связь между атомами с одинаковой электроотрицательностью, образованная за счет общих электронных пар, является ковалентной неполярной.

2) S₂
Молекула дисеры, $S_2$, образована двумя одинаковыми атомами неметалла (серы). Аналогично молекуле хлора, связь в $S_2$ является ковалентной неполярной.

3) Mg
Магний, $Mg$, — это простое вещество, являющееся металлом. В кристаллах металлов атомы удерживаются вместе при помощи металлической связи, которая возникает за счет притяжения между положительными ионами металла и обобществленными («свободными») электронами.

4) N₂
Молекула азота, $N_2$, состоит из двух одинаковых атомов неметалла (азота), соединенных тройной связью. Так как атомы одинаковы, эта связь также является ковалентной неполярной.

Таким образом, в веществах $Cl_2$, $S_2$ и $N_2$ реализуется ковалентная неполярная связь. В магнии ($Mg$) присутствует металлическая связь. Следовательно, магний является «лишним» в данном списке по типу химической связи.

Ответ: 3