Страница 129 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

6. Образование ионной связи между атомами можно представить схемой

1) $Na + Cl \rightarrow \text{_____}$

2) $Ba + F \rightarrow \text{_____}$

3) $Li + O \rightarrow \text{_____}$

Решение:
Ионная связь образуется в результате электростатического притяжения между положительно и отрицательно заряженными ионами. Эти ионы образуются при передаче одного или нескольких электронов от атома металла (который становится катионом) к атому неметалла (который становится анионом). В результате оба атома приобретают более стабильную электронную конфигурацию, как правило, соответствующую конфигурации благородного газа. Стрелка в схемах указывает направление передачи электронов.

1) Атом натрия (Na) является металлом I группы и имеет 1 валентный электрон. Он легко отдает его, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $Na^+$. Атом хлора (Cl) является неметаллом VII группы, у него 7 валентных электронов. Для завершения своего внешнего электронного слоя до стабильного октета он стремится принять 1 электрон, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион) $Cl^-$.
Процессы ионизации:
$Na - 1e^- \rightarrow Na^+$
$Cl + 1e^- \rightarrow Cl^-$
Один атом натрия передает один электрон одному атому хлора. Образуются ионы $Na^+$ и $Cl^-$, которые притягиваются друг к другу в соотношении 1:1, образуя химическое соединение хлорид натрия.
Ответ: $NaCl$

2) Атом бария (Ba) является металлом II группы и имеет 2 валентных электрона. Для достижения стабильной электронной конфигурации он отдает оба электрона, превращаясь в катион $Ba^{2+}$. Атом фтора (F) — неметалл VII группы, имеющий 7 валентных электронов. Он может принять только 1 электрон для достижения октета, превращаясь в анион $F^-$.
Процессы ионизации:
$Ba - 2e^- \rightarrow Ba^{2+}$
$F + 1e^- \rightarrow F^-$
Поскольку атом бария отдает два электрона, а атом фтора принимает только один, для образования нейтрального соединения на один атом бария требуется два атома фтора. Итоговая формула соединения — фторид бария.
Ответ: $BaF_2$

3) Атом лития (Li) — металл I группы, имеет 1 валентный электрон. Он отдает этот электрон и превращается в катион $Li^+$. Атом кислорода (O) — неметалл VI группы, имеет 6 валентных электронов. Для достижения стабильного октета ему необходимо принять 2 электрона, превращаясь в анион $O^{2-}$.
Процессы ионизации:
$Li - 1e^- \rightarrow Li^+$
$O + 2e^- \rightarrow O^{2-}$
Так как атому кислорода для завершения оболочки нужно два электрона, а один атом лития отдает только один, в реакции должны участвовать два атома лития. Каждый из них отдает по одному электрону одному атому кислорода. В результате образуются два иона $Li^+$ и один ион $O^{2-}$, которые формируют оксид лития.
Ответ: $Li_2O$

7. Для веществ с ионной связью характерны ___________ кристаллические решётки, в узлах которых расположены

Этот вопрос касается строения веществ с ионным типом химической связи. Чтобы правильно заполнить пропуски в предложении, необходимо вспомнить определение ионной связи и особенности строения ионных кристаллов.

Решение:

Ионная связь возникает в результате электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами. Такие ионы образуются при переходе электронов от атомов одних элементов (обычно металлов) к атомам других элементов (обычно неметаллов). В результате образуются положительно заряженные ионы — катионы, и отрицательно заряженные ионы — анионы.

В твёрдом состоянии вещества с ионной связью формируют упорядоченную структуру, которая называется кристаллической решёткой. Тип решётки определяется видом частиц в её узлах. Поскольку ионные соединения состоят из ионов, то и кристаллические решётки у них будут ионными. Это слово следует вписать в первый пропуск.

Соответственно, в узлах (то есть в строго определённых точках) ионной кристаллической решётки располагаются частицы, из которых она состоит — ионы (катионы и анионы), которые поочередно сменяют друг друга. Например, в кристалле поваренной соли ($NaCl$) каждый катион натрия ($Na^+$) окружен шестью анионами хлора ($Cl^-$), и наоборот. Следовательно, во второй пропуск нужно вписать слово «ионы» или, более точно, «катионы и анионы».

Таким образом, полностью заполненное предложение выглядит так: Для веществ с ионной связью характерны ионные кристаллические решётки, в узлах которых расположены ионы.

Ответ: ионные; ионы (или: катионы и анионы).

8. Опишите физические свойства веществ с ионной кристаллической решёткой (н. у.).

Решение

Вещества с ионной кристаллической решёткой обладают набором характерных физических свойств, которые напрямую следуют из природы ионной связи и строения их кристаллической решётки. В узлах такой решётки находятся попеременно расположенные положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы), между которыми действуют сильные электростатические силы притяжения.

1. Агрегатное состояние
При нормальных условиях (н. у.) все вещества с ионной связью являются твёрдыми кристаллическими веществами. Это связано с тем, что для разрушения прочной кристаллической структуры, удерживаемой мощными кулоновскими силами, требуется значительное количество энергии. Примеры: хлорид натрия ($NaCl$), сульфат меди(II) ($CuSO_4$), карбонат кальция ($CaCO_3$).

2. Температуры плавления и кипения
Как следствие прочности ионной решётки, эти вещества характеризуются очень высокими температурами плавления и кипения. Чтобы расплавить (перевести в жидкое состояние) или испарить такое вещество, необходимо затратить большую энергию на преодоление сил электростатического притяжения между ионами. Например, температура плавления хлорида натрия $NaCl$ составляет 801°C, а кипения – 1465°C.

3. Твёрдость и хрупкость
Ионные кристаллы, как правило, очень твёрдые, поскольку ионы в решётке прочно связаны друг с другом. Однако они также и хрупкие. При механическом воздействии (ударе) происходит сдвиг слоёв ионов друг относительно друга. В результате этого сдвига одноимённо заряженные ионы оказываются рядом. Возникающие между ними мощные силы отталкивания приводят к мгновенному разрушению (раскалыванию) кристалла.

4. Растворимость
Многие ионные соединения хорошо растворимы в полярных растворителях, самым важным из которых является вода, и, как правило, нерастворимы в неполярных (например, бензин, гексан). Полярные молекулы воды (диполи) окружают ионы на поверхности кристалла, ослабляя электростатическое притяжение между ними. Энергия, выделяющаяся при взаимодействии ионов с молекулами воды (энергия гидратации), компенсирует энергию, необходимую для разрушения кристаллической решётки, что и обуславливает растворение.

5. Электропроводность
В твёрдом состоянии ионные соединения являются диэлектриками, то есть не проводят электрический ток. Это объясняется тем, что ионы, хотя и являются носителями зарядов, жёстко зафиксированы в узлах кристаллической решётки и не могут свободно перемещаться. Однако при плавлении или растворении в полярном растворителе кристаллическая решётка разрушается, ионы становятся подвижными. Поэтому расплавы и растворы ионных соединений являются хорошими проводниками электрического тока (электролитами).

6. Летучесть
Ионные соединения являются нелетучими веществами. Сильное меж-ионное взаимодействие препятствует переходу отдельных ионов из кристалла в газовую фазу. Поэтому они практически не имеют запаха и обладают очень низким давлением насыщенного пара.

Ответ: Вещества с ионной кристаллической решёткой при нормальных условиях — это твёрдые, тугоплавкие, нелетучие и хрупкие кристаллические вещества. Многие из них хорошо растворимы в воде и других полярных растворителях. В твёрдом состоянии они не проводят электрический ток, но их расплавы и растворы являются электропроводниками.

1. Напишите схемы образования ионов из атомов металлов:

а) K _________

б) Zn _________

в) Al _________

а) K

Атом калия (K) — это элемент I группы главной подгруппы периодической системы. На его внешнем энергетическом уровне находится один валентный электрон (электронная конфигурация $[Ar]4s^1$). Чтобы достичь стабильной электронной конфигурации ближайшего благородного газа, аргона (Ar), атому калия энергетически выгоднее отдать этот один электрон, чем принять семь. В результате потери одного электрона ($e^−$) нейтральный атом калия превращается в положительно заряженный ион — катион калия ($K^+$).

Схема образования иона калия:

$K - 1e^- \rightarrow K^+$

Ответ: $K - 1e^- \rightarrow K^+$

б) Zn

Атом цинка (Zn) — элемент II группы побочной подгруппы. Его электронная конфигурация $[Ar]3d^{10}4s^2$. На внешнем энергетическом уровне у цинка два электрона. Для достижения более стабильного состояния атом цинка отдает эти два электрона с 4s-подуровня. В результате образуется катион цинка ($Zn^{2+}$) с устойчивой, полностью заполненной $3d^{10}$ электронной оболочкой. Процесс сопровождается потерей двух электронов ($2e^−$).

Схема образования иона цинка:

$Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Ответ: $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

в) Al

Атом алюминия (Al) находится в III группе главной подгруппы. Его электронная конфигурация — $[Ne]3s^23p^1$. На внешнем энергетическом уровне у алюминия имеется три валентных электрона. Для приобретения стабильной электронной конфигурации благородного газа неона (Ne), атому алюминия необходимо отдать все три валентных электрона. Потеряв три электрона ($3e^−$), нейтральный атом алюминия становится положительно заряженным ионом — катионом алюминия ($Al^{3+}$).

Схема образования иона алюминия:

$Al - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$

Ответ: $Al - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$

2. Напишите схемы образования ионов из атомов неметаллов:

a) $F$

б) $O$

в) $N$

Атомы неметаллов, как правило, имеют на внешнем энергетическом уровне большое количество электронов (от 4 до 7). Для завершения внешнего уровня до стабильного состояния (октета, то есть 8 электронов) им энергетически выгоднее принимать недостающие электроны, а не отдавать свои. Принимая электроны, нейтральный атом превращается в отрицательно заряженный ион (анион). Количество принятых электронов равно разности между 8 и номером группы элемента (для элементов главных подгрупп).

а) F

Атом фтора (F) находится в 17 (VIIA) группе периодической системы. На его внешнем электронном слое находится 7 электронов. Для завершения внешнего слоя до 8 электронов (что соответствует электронной конфигурации благородного газа неона) атому фтора необходимо принять один электрон. В результате образуется отрицательно заряженный ион фтора (фторид-ион) с зарядом -1. Схема этого процесса выглядит следующим образом:

$F + 1e^- \rightarrow F^-$

Ответ: $F + 1e^- \rightarrow F^-$

б) O

Атом кислорода (O) находится в 16 (VIA) группе периодической системы. На его внешнем электронном слое находится 6 электронов. Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки атому кислорода необходимо принять два электрона. При этом образуется отрицательно заряженный ион кислорода (оксид-ион) с зарядом -2. Схема образования иона:

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

Ответ: $O + 2e^- \rightarrow O^{2-}$

в) N

Атом азота (N) находится в 15 (VA) группе периодической системы. На его внешнем электронном слое находится 5 электронов. Чтобы завершить свой внешний электронный слой до 8 электронов, атому азота нужно принять три электрона. В результате образуется отрицательно заряженный ион азота (нитрид-ион) с зарядом -3. Схема процесса:

$N + 3e^- \rightarrow N^{3-}$

Ответ: $N + 3e^- \rightarrow N^{3-}$

3. Напишите схемы образования десяти бинарных соединений, состоящих из ионов, приведённых в заданиях 1 и 2. Назовите соединения.

Поскольку в условии задачи 3 есть ссылка на ионы из заданий 1 и 2, которые не предоставлены, для решения будут использованы типичные ионы, образуемые элементами главных подгрупп: катионы $Na^+, K^+, Mg^{2+}, Ca^{2+}, Al^{3+}$ и анионы $O^{2-}, S^{2-}, F^-, Cl^-, N^{3-}$. Ниже приведены схемы образования десяти бинарных ионных соединений и их названия.

Решение

1. Хлорид натрия

Схема образования: Атом натрия (Na), имеющий 1 валентный электрон, отдает его атому хлора (Cl), у которого на внешнем уровне 7 валентных электронов. В результате атом натрия превращается в положительно заряженный ион (катион) $Na^+$, а атом хлора — в отрицательно заряженный ион (анион) $Cl^-$.

Процессы отдачи и принятия электронов:

$Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^+$

$Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^-$

Разноименно заряженные ионы $Na^+$ и $Cl^-$ притягиваются друг к другу в соотношении 1:1, образуя химическое соединение.

$Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl$

Ответ: $NaCl$

2. Оксид магния

Схема образования: Атом магния (Mg) имеет 2 валентных электрона, которые он отдает атому кислорода (O), имеющему 6 валентных электронов. Атом магния становится катионом $Mg^{2+}$, а атом кислорода — анионом $O^{2-}$.

Процессы отдачи и принятия электронов:

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

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

Ионы $Mg^{2+}$ и $O^{2-}$ соединяются в соотношении 1:1.

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

Ответ: $MgO$

3. Оксид алюминия

Схема образования: Атом алюминия (Al) отдает 3 валентных электрона, превращаясь в катион $Al^{3+}$. Атом кислорода (O) принимает 2 электрона, становясь анионом $O^{2-}$. Для соблюдения баланса зарядов (электронейтральности молекулы) необходимо взять 2 атома алюминия (суммарно отдадут 6 электронов) и 3 атома кислорода (суммарно примут 6 электронов).

Процессы отдачи и принятия электронов:

$2Al^0 - 6e^- \rightarrow 2Al^{3+}$

$3O^0 + 6e^- \rightarrow 3O^{2-}$

Ионы $Al^{3+}$ и $O^{2-}$ соединяются в соотношении 2:3.

$2Al^{3+} + 3O^{2-} \rightarrow Al_2O_3$

Ответ: $Al_2O_3$

4. Хлорид кальция

Схема образования: Атом кальция (Ca) отдает 2 валентных электрона, превращаясь в катион $Ca^{2+}$. Атому хлора (Cl) для завершения внешнего слоя нужен 1 электрон. Поэтому один атом кальция взаимодействует с двумя атомами хлора.

Процессы отдачи и принятия электронов:

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

$2Cl^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$

Ионы $Ca^{2+}$ и $Cl^-$ соединяются в соотношении 1:2.

$Ca^{2+} + 2Cl^- \rightarrow CaCl_2$

Ответ: $CaCl_2$

5. Оксид натрия

Схема образования: Атом натрия (Na) отдает 1 валентный электрон, а атому кислорода (O) требуется 2 электрона. Следовательно, два атома натрия отдают по одному электрону одному атому кислорода.

Процессы отдачи и принятия электронов:

$2Na^0 - 2e^- \rightarrow 2Na^+$

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

Ионы $Na^+$ и $O^{2-}$ соединяются в соотношении 2:1.

$2Na^+ + O^{2-} \rightarrow Na_2O$

Ответ: $Na_2O$

6. Сульфид калия

Схема образования: Атом калия (K) отдает 1 валентный электрон. Атом серы (S), как и кислород, имеет 6 валентных электронов и принимает 2 электрона. Поэтому два атома калия реагируют с одним атомом серы.

Процессы отдачи и принятия электронов:

$2K^0 - 2e^- \rightarrow 2K^+$

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

Ионы $K^+$ и $S^{2-}$ соединяются в соотношении 2:1.

$2K^+ + S^{2-} \rightarrow K_2S$

Ответ: $K_2S$

7. Фторид кальция

Схема образования: Атом кальция (Ca) отдает 2 валентных электрона. Атом фтора (F), как и хлор, имеет 7 валентных электронов и принимает 1 электрон. Таким образом, один атом кальция взаимодействует с двумя атомами фтора.

Процессы отдачи и принятия электронов:

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

$2F^0 + 2e^- \rightarrow 2F^-$

Ионы $Ca^{2+}$ и $F^-$ соединяются в соотношении 1:2.

$Ca^{2+} + 2F^- \rightarrow CaF_2$

Ответ: $CaF_2$

8. Нитрид магния

Схема образования: Атом магния (Mg) отдает 2 валентных электрона. Атом азота (N) имеет 5 валентных электронов и принимает 3 электрона. Для баланса зарядов 3 атома магния (отдают 6 электронов) реагируют с 2 атомами азота (принимают 6 электронов).

Процессы отдачи и принятия электронов:

$3Mg^0 - 6e^- \rightarrow 3Mg^{2+}$

$2N^0 + 6e^- \rightarrow 2N^{3-}$

Ионы $Mg^{2+}$ и $N^{3-}$ соединяются в соотношении 3:2.

$3Mg^{2+} + 2N^{3-} \rightarrow Mg_3N_2$

Ответ: $Mg_3N_2$

9. Сульфид алюминия

Схема образования: Атом алюминия (Al) отдает 3 валентных электрона. Атом серы (S) принимает 2 электрона. Для электронейтральности 2 атома алюминия (отдают 6 электронов) реагируют с 3 атомами серы (принимают 6 электронов).

Процессы отдачи и принятия электронов:

$2Al^0 - 6e^- \rightarrow 2Al^{3+}$

$3S^0 + 6e^- \rightarrow 3S^{2-}$

Ионы $Al^{3+}$ и $S^{2-}$ соединяются в соотношении 2:3.

$2Al^{3+} + 3S^{2-} \rightarrow Al_2S_3$

Ответ: $Al_2S_3$

10. Нитрид алюминия

Схема образования: Атом алюминия (Al) отдает 3 валентных электрона, образуя катион $Al^{3+}$. Атом азота (N) принимает 3 электрона, образуя анион $N^{3-}$.

Процессы отдачи и принятия электронов:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$

$N^0 + 3e^- \rightarrow N^{3-}$

Ионы $Al^{3+}$ и $N^{3-}$ соединяются в соотношении 1:1.

$Al^{3+} + N^{3-} \rightarrow AlN$

Ответ: $AlN$