Страница 83 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

7-1. Выберите из списка вещества, в молекулах которых ковалентная неполярная связь: $PCl_5$, $CH_4$, $H_2$, $CO_2$, $O_2$, $S_8$, $SCl_2$, $SiH_4$.

7-1.

Решение

Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. В этом случае разность их электроотрицательностей равна нулю, и общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов.

Рассмотрим каждое вещество из предложенного списка:

• $PCl_5$ (хлорид фосфора(V)) – связь между атомами разных элементов, фосфора (P) и хлора (Cl). Связь ковалентная полярная.

• $CH_4$ (метан) – связь между атомами разных элементов, углерода (C) и водорода (H). Связь ковалентная полярная.

• $H_2$ (водород) – связь между двумя одинаковыми атомами водорода (H). Связь ковалентная неполярная.

• $CO_2$ (диоксид углерода) – связь между атомами разных элементов, углерода (C) и кислорода (O). Связь ковалентная полярная.

• $O_2$ (кислород) – связь между двумя одинаковыми атомами кислорода (O). Связь ковалентная неполярная.

• $S_8$ (сера) – связь между одинаковыми атомами серы (S). Связь ковалентная неполярная.

• $SCl_2$ (дихлорид серы) – связь между атомами разных элементов, серы (S) и хлора (Cl). Связь ковалентная полярная.

• $SiH_4$ (силан) – связь между атомами разных элементов, кремния (Si) и водорода (H). Связь ковалентная полярная.

Таким образом, ковалентная неполярная связь присутствует в молекулах простых веществ: водорода, кислорода и серы.

Ответ: $H_2, O_2, S_8$.

7-2. Выберите из списка вещества, в молекулах которых ковалентная полярная связь: $O_3$, $P_2O_5$, $P_4$, $H_2SO_4$, $CsF$, $HF$, $HNO_3$, $H_2$.

Решение

Ковалентная полярная связь образуется между атомами неметаллов, имеющими разную электроотрицательность. Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны, участвующие в образовании химической связи. Когда атомы с разной электроотрицательностью образуют связь, общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома. В результате на этом атоме возникает частичный отрицательный заряд ($ \delta- $), а на атоме с меньшей электроотрицательностью — частичный положительный заряд ($ \delta+ $).

Проанализируем каждое вещество из списка, чтобы определить тип химической связи в его молекуле.

1. Вещества с ковалентной неполярной связью. Такая связь образуется между атомами одного и того же химического элемента, так как их электроотрицательности одинаковы, и смещения электронной плотности не происходит.
- $O_3$ (озон), $P_4$ (белый фосфор), $H_2$ (водород). В этих веществах связи ($O-O$, $P-P$ и $H-H$ соответственно) образованы одинаковыми атомами, поэтому они являются ковалентными неполярными.

2. Вещества с ионной связью. Такая связь образуется между атомами с очень большой разницей в электроотрицательности, как правило, между типичным металлом и типичным неметаллом.
- $CsF$ (фторид цезия). Эта связь образована атомом щелочного металла цезия ($Cs$) и атомом самого электроотрицательного элемента — фтора ($F$). Разница в электроотрицательности настолько велика, что происходит практически полный переход электрона от цезия к фтору, образуя ионную связь.

3. Вещества с ковалентной полярной связью. Эта связь образуется между атомами разных неметаллов.
- $P_2O_5$ (оксид фосфора(V)). Связи $P-O$ образованы атомами разных неметаллов (фосфора и кислорода), которые имеют разную электроотрицательность. Следовательно, эти связи являются ковалентными полярными.
- $H_2SO_4$ (серная кислота). В молекуле присутствуют связи $S-O$ и $O-H$. И сера с кислородом, и кислород с водородом — это пары разных неметаллов с различной электроотрицательностью, поэтому обе эти связи являются ковалентными полярными.
- $HF$ (фтороводород). Связь $H-F$ образована атомами двух разных неметаллов. Электроотрицательность фтора значительно выше, чем у водорода, что делает эту связь ковалентной полярной.
- $HNO_3$ (азотная кислота). В молекуле есть связи $N-O$ и $O-H$. Азот, кислород и водород — неметаллы с разной электроотрицательностью. Связи между ними являются ковалентными полярными.

Таким образом, веществами из списка, в молекулах которых есть ковалентная полярная связь, являются $P_2O_5, H_2SO_4, HF$ и $HNO_3$.

Ответ: $P_2O_5, H_2SO_4, HF, HNO_3$.

7-3. Приведите по 4 примера молекул с ковалентной полярной и неполярной связью.

Ковалентная связь — это химическая связь, которая образуется путем обобществления электронов между атомами. Она бывает двух видов: неполярная и полярная.

Молекулы с ковалентной неполярной связью

Такая связь возникает между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. Поскольку электроотрицательность у атомов одинакова, общая электронная пара не смещается ни к одному из них и располагается симметрично.

Четыре примера молекул с ковалентной неполярной связью:

1. Водород ($H_2$). Молекула состоит из двух атомов водорода, связанных одинарной связью H–H.
2. Кислород ($O_2$). Молекула состоит из двух атомов кислорода, связанных двойной связью O=O.
3. Азот ($N_2$). Молекула состоит из двух атомов азота, связанных тройной связью N≡N.
4. Хлор ($Cl_2$). Молекула состоит из двух атомов хлора, связанных одинарной связью Cl–Cl.

Ответ: $H_2$, $O_2$, $N_2$, $Cl_2$.

Молекулы с ковалентной полярной связью

Такая связь возникает между атомами разных химических элементов-неметаллов. Из-за разницы в электроотрицательности общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому. В результате на нем возникает частичный отрицательный заряд ($δ^−$), а на другом — частичный положительный ($δ^+$).

Четыре примера молекул с ковалентной полярной связью:

1. Хлороводород ($HCl$). Связь H–Cl является полярной, так как атом хлора значительно электроотрицательнее атома водорода.
2. Вода ($H_2O$). Связи O–H полярны, поскольку кислород более электроотрицателен, чем водород.
3. Аммиак ($NH_3$). Связи N–H полярны из-за большей электроотрицательности азота по сравнению с водородом.
4. Метан ($CH_4$). Связи C–H являются слабополярными, так как электроотрицательность углерода немного выше, чем у водорода, и электронная плотность смещена к атому углерода.

Ответ: $HCl$, $H_2O$, $NH_3$, $CH_4$.

7-4. Как меняется полярность связи в ряду $HCl$ – $H_2S$ – $PH_3$? Ответ обоснуйте.

7-4. Полярность ковалентной связи зависит от разности электроотрицательностей ($\Delta\chi$) атомов, образующих эту связь. Чем больше эта разность, тем выше полярность связи. В представленном ряду соединений $HCl$ — $H_2S$ — $PH_3$ рассматриваются связи водорода с элементами третьего периода: хлором ($Cl$), серой ($S$) и фосфором ($P$).

Электроотрицательность (ЭО) по шкале Полинга для данных элементов следующая:

• ЭО(H) = 2,20
• ЭО(Cl) = 3,16
• ЭО(S) = 2,58
• ЭО(P) = 2,19

Элементы $P$, $S$ и $Cl$ находятся в одном периоде. При движении по периоду слева направо их электроотрицательность возрастает. Следовательно, в ряду $Cl \rightarrow S \rightarrow P$ электроотрицательность уменьшается.

Рассчитаем разность электроотрицательностей для каждой связи:

• Для связи $H-Cl$: $\Delta\chi = |3.16 - 2.20| = 0.96$
• Для связи $H-S$: $\Delta\chi = |2.58 - 2.20| = 0.38$
• Для связи $H-P$: $\Delta\chi = |2.19 - 2.20| = 0.01$

Как видно из расчетов, разность электроотрицательностей последовательно уменьшается. Таким образом, полярность связи в ряду $HCl \rightarrow H_2S \rightarrow PH_3$ также уменьшается. Связь $H-Cl$ является сильнополярной, а связь $H-P$ можно считать практически неполярной.

Ответ: В ряду $HCl \rightarrow H_2S \rightarrow PH_3$ полярность связи уменьшается. Это связано с тем, что в этом ряду уменьшается разность электроотрицательностей между атомом водорода и атомами хлора, серы и фосфора.

7-5. Как меняется полярность связи в ряду $HCl$ $-$ $HBr$ $-$ $HI$? Ответ обоснуйте.

7-5.

Решение

Полярность ковалентной связи зависит от разности электроотрицательностей ($\Delta\text{ЭО}$) атомов, которые образуют эту связь. Чем больше эта разность, тем сильнее общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому, и, следовательно, тем выше полярность связи.

Рассмотрим ряд галогеноводородов: HCl — HBr — HI. В этом ряду атом водорода (H) соединен с атомами галогенов — хлором (Cl), бромом (Br) и иодом (I). Хлор, бром и иод находятся в одной группе (VIIA или 17-й) Периодической системы химических элементов.

В группах Периодической системы электроотрицательность элементов уменьшается сверху вниз по мере увеличения атомного радиуса и числа электронных слоев. Таким образом, электроотрицательность галогенов в данном ряду уменьшается: ЭО(Cl) > ЭО(Br) > ЭО(I).

Поскольку электроотрицательность водорода — величина постоянная, разность электроотрицательностей между водородом и галогеном будет уменьшаться в последовательности от HCl к HI:
$\Delta\text{ЭО}(\text{H–Cl}) > \Delta\text{ЭО}(\text{H–Br}) > \Delta\text{ЭО}(\text{H–I})$

Соответственно, полярность химической связи в этом ряду также будет уменьшаться. Связь в молекуле HCl является самой полярной, а в молекуле HI — наименее полярной.

Ответ: Полярность связи в ряду HCl — HBr — HI уменьшается. Обоснование: в этом ряду происходит переход к элементам-галогенам с большим порядковым номером (от Cl к I), а в группах периодической системы с ростом порядкового номера электроотрицательность атомов уменьшается. Следовательно, разность электроотрицательностей между атомами водорода и галогена, которая и определяет полярность связи, также уменьшается.

7-6. Определите тип связи, укажите направление смещения по связи электронов в следующих веществах:

а) оксид лития ($\text{Li}_2\text{O}$), бромоводород ($\text{HBr}$), бромид калия ($\text{KBr}$), оксид брома(I) ($\text{Br}_2\text{O}$), бром ($\text{Br}_2$);

б) фторид лития ($\text{LiF}$), литий ($\text{Li}$), фтор ($\text{F}_2$), фторид кислорода ($\text{OF}_2$);

в) ортофосфорная кислота ($\text{H}_3\text{PO}_4$), ортофосфат калия ($\text{K}_3\text{PO}_4$), оксид фосфора(V) ($\text{P}_2\text{O}_5$), фосфор ($\text{P}$).

Для определения типа химической связи и направления смещения электронов необходимо сравнить электроотрицательности (ЭО) атомов, образующих связь.

• Если связь образуют атомы металла и неметалла (большая разница в ЭО, обычно > 1.7), связь ионная. Происходит практически полный переход электронов от металла к неметаллу.
• Если связь образуют атомы одинаковых неметаллов (разница в ЭО равна нулю), связь ковалентная неполярная. Смещения электронов нет.
• Если связь образуют атомы разных неметаллов (небольшая разница в ЭО, обычно < 1.7), связь ковалентная полярная. Общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому.
• В металлах и их сплавах связь металлическая, характеризующаяся наличием обобществленных электронов.

а)

Оксид лития ($Li_2O$): связь между металлом литием ($Li$) и неметаллом кислородом ($O$). Связь ионная. Электроны смещаются (переходят) от атомов лития к атому кислорода. $Li \rightarrow O$.

Бромоводород ($HBr$): связь между двумя разными неметаллами – водородом ($H$) и бромом ($Br$). Связь ковалентная полярная. Электроотрицательность брома (2.96) больше электроотрицательности водорода (2.20), поэтому электронная плотность смещена к атому брома. Направление смещения: $H \rightarrow Br$.

Бромид калия ($KBr$): связь между металлом калием ($K$) и неметаллом бромом ($Br$). Связь ионная. Электроны смещаются (переходят) от атома калия к атому брома. $K \rightarrow Br$.

Оксид брома(I) ($Br_2O$): связь между двумя разными неметаллами – бромом ($Br$) и кислородом ($O$). Связь ковалентная полярная. Электроотрицательность кислорода (3.44) больше электроотрицательности брома (2.96), поэтому электронная плотность смещена к атому кислорода. Направление смещения: $Br \rightarrow O$.

Бром ($Br_2$): связь между двумя одинаковыми атомами неметалла брома. Связь ковалентная неполярная. Смещения электронной плотности нет.

Ответ: оксид лития – ионная, $Li \rightarrow O$; бромоводород – ковалентная полярная, $H \rightarrow Br$; бромид калия – ионная, $K \rightarrow Br$; оксид брома(I) – ковалентная полярная, $Br \rightarrow O$; бром – ковалентная неполярная, смещения нет.

б)

Фторид лития ($LiF$): связь между металлом литием ($Li$) и неметаллом фтором ($F$). Связь ионная. Электроны смещаются (переходят) от атома лития к атому фтора. $Li \rightarrow F$.

Литий ($Li$): простое вещество, металл. Связь металлическая. Электроны делокализованы по всему кристаллу, нет направленного смещения между конкретными атомами.

Фтор ($F_2$): связь между двумя одинаковыми атомами неметалла фтора. Связь ковалентная неполярная. Смещения электронной плотности нет.

Фторид кислорода ($OF_2$): связь между двумя разными неметаллами – кислородом ($O$) и фтором ($F$). Связь ковалентная полярная. Электроотрицательность фтора (3.98) больше электроотрицательности кислорода (3.44), поэтому электронная плотность смещена к атомам фтора. Направление смещения: $O \rightarrow F$.

Ответ: фторид лития – ионная, $Li \rightarrow F$; литий – металлическая, смещения нет; фтор – ковалентная неполярная, смещения нет; фторид кислорода – ковалентная полярная, $O \rightarrow F$.

в)

Ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$): в молекуле присутствуют связи между разными неметаллами (P–O и O–H). Все связи ковалентные полярные. Электроотрицательность кислорода (3.44) больше, чем у фосфора (2.19) и водорода (2.20). Поэтому электронная плотность смещается от атомов фосфора и водорода к атомам кислорода. Направления смещения: $P \rightarrow O$ и $H \rightarrow O$.

Ортофосфат калия ($K_3PO_4$): в веществе присутствуют два типа связи. Между ионами калия ($K^+$) и ортофосфат-ионом ($PO_4^{3-}$) связь ионная, электроны переходят от калия к кислороду фосфат-иона. Внутри ортофосфат-иона связь между фосфором и кислородом ковалентная полярная. Электронная плотность смещена от фосфора к кислороду. Направления смещения: $K \rightarrow PO_4^{3-}$ (ионная), $P \rightarrow O$ (ковалентная).

Оксид фосфора(V) ($P_2O_5$): связь между двумя разными неметаллами – фосфором ($P$) и кислородом ($O$). Связь ковалентная полярная. Электроотрицательность кислорода (3.44) больше электроотрицательности фосфора (2.19), поэтому электронная плотность смещена к атому кислорода. Направление смещения: $P \rightarrow O$.

Фосфор ($P_4$): связь между одинаковыми атомами неметалла фосфора. Связь ковалентная неполярная. Смещения электронной плотности нет.

Ответ: ортофосфорная кислота – ковалентная полярная, $P \rightarrow O$ и $H \rightarrow O$; ортофосфат калия – ионная ($K \rightarrow PO_4^{3-}$) и ковалентная полярная ($P \rightarrow O$); оксид фосфора(V) – ковалентная полярная, $P \rightarrow O$; фосфор – ковалентная неполярная, смещения нет.