Страница 135 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

1. Полярность молекулы зависит от:

а)

б)

а) Полярности химических связей в молекуле.

Полярность молекулы в первую очередь зависит от наличия в ней полярных ковалентных связей. Связь является полярной, если атомы, её образующие, имеют разную электроотрицательность (ЭО). Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны химической связи. Разница в электроотрицательности (${\Delta}ЭО$) приводит к смещению общей электронной пары к более электроотрицательному атому. В результате на этом атоме возникает избыточный частичный отрицательный заряд (${\delta}^{-}$), а на другом — частичный положительный заряд (${\delta}^{+}$). Такая связь характеризуется дипольным моментом, который является векторной величиной. Если в молекуле все связи неполярные (например, в $O_2$, $N_2$, $Cl_2$, где ${\Delta}ЭО = 0$), то и сама молекула будет неполярной.

Ответ: Полярности химических связей, которая определяется разницей электроотрицательностей (${\Delta}ЭО$) атомов, образующих эти связи.

б) Геометрического строения (пространственной формы) молекулы.

Наличие полярных связей является необходимым, но не достаточным условием для полярности всей молекулы. Важнейшую роль играет её пространственная структура. Общий дипольный момент молекулы (${\mu}_{мол}$) равен векторной сумме дипольных моментов всех отдельных связей (${\mu}_{связи}$). Если молекула имеет симметричное строение, то дипольные моменты отдельных связей могут взаимно компенсировать друг друга, и общий дипольный момент будет равен нулю (${\mu}_{мол} = 0$). В этом случае молекула является неполярной, несмотря на наличие в ней полярных связей.
Примеры неполярных молекул с полярными связями:
- $CO_2$ (диоксид углерода): молекула имеет линейную форму ($O=C=O$). Дипольные моменты двух полярных связей $C=O$ равны по величине и направлены в противоположные стороны, поэтому их сумма равна нулю.
- $CCl_4$ (тетрахлорметан): молекула имеет симметричную тетраэдрическую форму. Векторная сумма дипольных моментов четырех полярных связей $C-Cl$ также равна нулю.
Если же молекула имеет несимметричное строение, то дипольные моменты связей не компенсируются, их векторная сумма отлична от нуля (${\mu}_{мол} \neq 0$), и молекула является полярной (диполем).
Примеры полярных молекул:
- $H_2O$ (вода): молекула имеет угловое строение. Дипольные моменты двух связей $O-H$ направлены под углом примерно 104.5° друг к другу, и их сумма не равна нулю. - $NH_3$ (аммиак): молекула имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Сумма дипольных моментов трех связей $N-H$ и дипольного момента неподеленной электронной пары азота создает значительный общий дипольный момент.

Ответ: Пространственного строения (геометрии) молекулы, которое определяет, происходит ли взаимная компенсация дипольных моментов отдельных химических связей.

2. Из предложенного перечня выберите пару веществ, молекулы которых неполярны, а связи в молекулах полярные.

1) вода и метан

2) метан и углекислый газ

3) углекислый газ и хлороводород

4) хлороводород и вода

Ответ:

Для решения этой задачи необходимо проанализировать полярность химических связей и полярность молекул для каждого вещества из предложенных вариантов.

Полярность химической связи определяется разностью электроотрицательностей ($ \Delta \chi $) атомов, образующих эту связь. Если связь образована атомами разных химических элементов, то она является полярной ковалентной, так как общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому.

Полярность молекулы зависит от полярности ее связей и от ее пространственного строения (геометрии). Если молекула имеет симметричное строение, дипольные моменты отдельных полярных связей могут взаимно компенсироваться, и в результате вся молекула будет неполярной (ее суммарный дипольный момент равен нулю).

Проанализируем каждое вещество, представленное в вариантах ответа.

Вода ($ H_2O $)

Связи: Связи $ O-H $ являются полярными, так как кислород значительно более электроотрицателен, чем водород.

Молекула: Молекула воды имеет угловое строение. Из-за несимметричного расположения полярных связей их дипольные моменты не компенсируют друг друга. Следовательно, молекула воды полярна.

Метан ($ CH_4 $)

Связи: Связи $ C-H $ являются полярными (хоть и слабо), так как электроотрицательность углерода немного выше, чем у водорода.

Молекула: Молекула метана имеет симметричное тетраэдрическое строение. Дипольные моменты четырех связей $ C-H $ направлены к центральному атому углерода и взаимно компенсируют друг друга. В результате молекула метана неполярна.

Углекислый газ ($ CO_2 $)

Связи: Двойные связи $ C=O $ являются сильно полярными из-за большой разницы в электроотрицательности кислорода и углерода.

Молекула: Молекула углекислого газа имеет линейное, симметричное строение ($ O=C=O $). Дипольные моменты двух связей $ C=O $ равны по величине, но противоположны по направлению, поэтому они взаимно компенсируются. Молекула $ CO_2 $ неполярна.

Хлороводород ($ HCl $)

Связи: Связь $ H-Cl $ является полярной, так как хлор значительно более электроотрицателен, чем водород.

Молекула: Так как молекула состоит из двух разных атомов, она асимметрична, и дипольный момент единственной полярной связи не скомпенсирован. Молекула $ HCl $ полярна.

Согласно условию задачи, нам нужно выбрать пару веществ, молекулы которых неполярны, а связи в них полярны. Этому требованию удовлетворяют метан ($ CH_4 $) и углекислый газ ($ CO_2 $).

Рассмотрим предложенные пары:

1) вода (молекула полярна) и метан (молекула неполярна) – не подходит.

2) метан (молекула неполярна) и углекислый газ (молекула неполярна) – подходит.

3) углекислый газ (молекула неполярна) и хлороводород (молекула полярна) – не подходит.

4) хлороводород (молекула полярна) и вода (молекула полярна) – не подходит.

Ответ: 2

3. Какую массу (н. у.) займут 33,6 л углекислого газа? Какое число молекул содержит такое количество газа? Укажите суммарное число двойных связей в этих молекулах.

Дано:

Объем углекислого газа $V(CO_2) = 33,6$ л

Условия: нормальные (н.у.)

Постоянная Авогадро $N_A \approx 6,02 \cdot 10^{23}$ моль⁻¹

Молярный объем газа при н.у. $V_m = 22,4$ л/моль

$V(CO_2) = 33,6 \text{ л} = 33,6 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3$

Найти:

Массу углекислого газа $m(CO_2)$

Число молекул $N(CO_2)$

Суммарное число двойных связей $N(\text{дв. связей})$

Решение:

Какую массу (н. у.) займут 33,6 л углекислого газа?

1. Найдем количество вещества ($\nu$) углекислого газа по формуле:

$\nu = \frac{V}{V_m}$

$\nu(CO_2) = \frac{33,6 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 1,5 \text{ моль}$

2. Рассчитаем молярную массу углекислого газа ($M$). Химическая формула углекислого газа - $CO_2$.

$M(CO_2) = M(C) + 2 \cdot M(O) = 12 \text{ г/моль} + 2 \cdot 16 \text{ г/моль} = 44 \text{ г/моль}$

3. Теперь найдем массу ($m$) углекислого газа по формуле:

$m = \nu \cdot M$

$m(CO_2) = 1,5 \text{ моль} \cdot 44 \text{ г/моль} = 66 \text{ г}$

Ответ: 66 г.

Какое число молекул содержит такое количество газа?

1. Число молекул ($N$) можно найти, умножив количество вещества ($\nu$) на постоянную Авогадро ($N_A$).

$N = \nu \cdot N_A$

$N(CO_2) = 1,5 \text{ моль} \cdot 6,02 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} = 9,03 \cdot 10^{23}$

Ответ: $9,03 \cdot 10^{23}$ молекул.

Укажите суммарное число двойных связей в этих молекулах.

1. Рассмотрим структурную формулу молекулы углекислого газа: O=C=O. В каждой молекуле $CO_2$ атом углерода связан с двумя атомами кислорода двумя двойными связями. Следовательно, в одной молекуле $CO_2$ содержится 2 двойные связи.

2. Чтобы найти суммарное число двойных связей, необходимо умножить общее число молекул на количество двойных связей в одной молекуле.

$N(\text{дв. связей}) = N(CO_2) \cdot 2$

$N(\text{дв. связей}) = (9,03 \cdot 10^{23}) \cdot 2 = 18,06 \cdot 10^{23} = 1,806 \cdot 10^{24}$

Ответ: $1,806 \cdot 10^{24}$ двойных связей.

4. Наиболее полярна химическая связь в молекуле

1)сероводорода $H_2S$

2)бромоводорода $HBr$

3)иодоводорода $HI$

4)аммиака $NH_3$

Ответ:

Решение

Полярность ковалентной химической связи определяется разностью электроотрицательностей (Δχ) атомов, которые её образуют. Чем больше эта разность, тем более полярной является связь, то есть тем сильнее смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому.

Для того чтобы определить, в какой из предложенных молекул связь наиболее полярна, необходимо сравнить разности электроотрицательностей для каждой связи. Воспользуемся значениями электроотрицательности по шкале Полинга:

χ(H) = 2,20

χ(S) = 2,58

χ(Br) = 2,96

χ(I) = 2,66

χ(N) = 3,04

Теперь рассчитаем разность электроотрицательностей (Δχ) для каждой связи:

1) сероводорода H₂S

В молекуле сероводорода $H_2S$ связь образована атомами водорода и серы (H–S).

Δχ(H–S) = |χ(S) - χ(H)| = |2,58 - 2,20| = 0,38

2) бромоводорода HBr

В молекуле бромоводорода $HBr$ связь образована атомами водорода и брома (H–Br).

Δχ(H–Br) = |χ(Br) - χ(H)| = |2,96 - 2,20| = 0,76

3) иодоводорода HI

В молекуле иодоводорода $HI$ связь образована атомами водорода и иода (H–I).

Δχ(H–I) = |χ(I) - χ(H)| = |2,66 - 2,20| = 0,46

4) аммиака NH₃

В молекуле аммиака $NH_3$ связь образована атомами азота и водорода (N–H).

Δχ(N–H) = |χ(N) - χ(H)| = |3,04 - 2,20| = 0,84

Сравнивая полученные значения разности электроотрицательностей:

Δχ(N–H) = 0,84

Δχ(H–Br) = 0,76

Δχ(H–I) = 0,46

Δχ(H–S) = 0,38

Наибольшее значение Δχ (0,84) соответствует связи N–H в молекуле аммиака. Следовательно, эта связь является наиболее полярной среди предложенных вариантов.

Ответ: 4

5. Расположите следующие вещества в порядке уменьшения полярности химических связей в их молекулах:

1)$HCl$ 2) $CCl_4$ 3) $CS_2$ 4) $PCl_5$

Ответ: ___________________________________

Решение

Полярность ковалентной химической связи определяется разностью электроотрицательностей (ЭО) атомов, образующих эту связь. Чем больше разность электроотрицательностей, обозначаемая как $ \Delta\chi $, тем более полярной является связь. Чтобы расположить вещества в порядке уменьшения полярности связей, необходимо найти и сравнить $ \Delta\chi $ для связей в каждой из предложенных молекул.

Для расчетов воспользуемся значениями электроотрицательности по шкале Полинга:

ЭО(H) = 2.20

ЭО(Cl) = 3.16

ЭО(C) = 2.55

ЭО(S) = 2.58

ЭО(P) = 2.19

Теперь рассчитаем разность электроотрицательностей для связей в каждой молекуле.

1) HCl

В молекуле хлороводорода существует связь H–Cl. Разность электроотрицательностей для этой связи составляет:

$ \Delta\chi(\text{H–Cl}) = |\text{ЭО}(\text{Cl}) - \text{ЭО}(\text{H})| = |3.16 - 2.20| = 0.96 $

2) CCl₄

В молекуле тетрахлорметана существуют четыре одинаковые связи C–Cl. Разность электроотрицательностей для одной связи составляет:

$ \Delta\chi(\text{C–Cl}) = |\text{ЭО}(\text{Cl}) - \text{ЭО}(\text{C})| = |3.16 - 2.55| = 0.61 $

3) CS₂

В молекуле сероуглерода существуют две одинаковые связи C–S. Разность электроотрицательностей для одной связи составляет:

$ \Delta\chi(\text{C–S}) = |\text{ЭО}(\text{S}) - \text{ЭО}(\text{C})| = |2.58 - 2.55| = 0.03 $

4) PCl₅

В молекуле пентахлорида фосфора существуют связи P–Cl. Разность электроотрицательностей для этой связи составляет:

$ \Delta\chi(\text{P–Cl}) = |\text{ЭО}(\text{Cl}) - \text{ЭО}(\text{P})| = |3.16 - 2.19| = 0.97 $

Теперь необходимо сравнить полученные значения $ \Delta\chi $ и расположить их в порядке убывания:

$ \Delta\chi(\text{P–Cl}) = 0.97 $

$ \Delta\chi(\text{H–Cl}) = 0.96 $

$ \Delta\chi(\text{C–Cl}) = 0.61 $

$ \Delta\chi(\text{C–S}) = 0.03 $

Наибольшая разность электроотрицательностей у связи P–Cl, а наименьшая — у связи C–S. Таким образом, порядок уменьшения полярности связей следующий:

P–Cl > H–Cl > C–Cl > C–S

Этому порядку соответствует последовательность веществ: PCl₅, HCl, CCl₄, CS₂. В числовом выражении это последовательность 4, 1, 2, 3.

Ответ: 4, 1, 2, 3.