Номер 4, страница 75 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

8. Азот, фосфор и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 4, страница 75.

Условие.

4. Изобразите схематически образование молекул водорода, кислорода и азота, охарактеризуйте тип химической связи. В какой из этих молекул связь наиболее прочная? Как это отражается на свойствах простых веществ?

Решение.

Решение 2.

Изобразите схематически образование молекул водорода, кислорода и азота, охарактеризуйте тип химической связи.

Химическая связь в двухатомных молекулах простых веществ водорода ($H_2$), кислорода ($O_2$) и азота ($N_2$) является ковалентной неполярной. Этот тип связи образуется между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. Электроотрицательность атомов одинакова, поэтому общие электронные пары не смещаются ни к одному из атомов. Связь образуется за счет обобществления валентных электронов до достижения атомами стабильной электронной конфигурации.

• Молекула водорода ($H_2$). Атом водорода (H) имеет на единственном энергетическом уровне один электрон ($1s^1$). Для получения стабильной двухэлектронной конфигурации (как у инертного газа гелия) два атома водорода объединяют свои электроны, образуя одну общую электронную пару. Так формируется одинарная ковалентная связь.
  Схема образования (электронная формула Льюиса): $H \cdot + \cdot H \rightarrow H:H$.
  Структурная формула: $H-H$.
• Молекула кислорода ($O_2$). Атом кислорода (O) имеет на внешнем энергетическом уровне шесть валентных электронов ($2s^22p^4$). До завершения уровня до стабильного октета (8 электронов) ему не хватает двух электронов. Поэтому два атома кислорода образуют две общие электронные пары, формируя двойную ковалентную связь.
  Схема образования: $:\ddot{O}: + :\ddot{O}: \rightarrow :\ddot{O}::\ddot{O}:$.
  Структурная формула: $O=O$.
• Молекула азота ($N_2$). Атом азота (N) имеет на внешнем уровне пять валентных электронов ($2s^22p^3$). Для достижения стабильного октета ему необходимо еще три электрона. Два атома азота обобществляют три пары электронов, в результате чего образуется тройная ковалентная связь.
  Схема образования: $:\dot{N}\cdot + \cdot\dot{N}: \rightarrow :N \equiv N:$.
  Структурная формула: $N \equiv N$.

Ответ: Во всех трех молекулах ($H_2$, $O_2$, $N_2$) реализуется ковалентная неполярная связь. В молекуле водорода связь одинарная, в молекуле кислорода — двойная, в молекуле азота — тройная.

В какой из этих молекул связь наиболее прочная?

Прочность ковалентной связи характеризуется энергией, которую необходимо затратить для ее разрыва, и зависит от ее кратности (количества общих электронных пар между атомами). Чем выше кратность связи, тем больше энергии требуется для ее разрыва, и, следовательно, тем прочнее связь.

• Молекула водорода ($H_2$): одинарная связь (кратность 1), энергия связи $\approx 436 \text{ кДж/моль}$.
• Молекула кислорода ($O_2$): двойная связь (кратность 2), энергия связи $\approx 498 \text{ кДж/моль}$.
• Молекула азота ($N_2$): тройная связь (кратность 3), энергия связи $\approx 945 \text{ кДж/моль}$.

Сравнение показывает, что тройная связь в молекуле азота является самой прочной, так как для ее разрыва требуется наибольшее количество энергии.

Ответ: Наиболее прочная связь в молекуле азота ($N_2$).

Как это отражается на свойствах простых веществ?

Прочность химической связи в молекулах напрямую определяет химическую активность простого вещества. Чем прочнее связь, тем она стабильнее, и тем сложнее заставить вещество вступить в химическую реакцию, так как для этого требуется разорвать существующие связи.

• Азот ($N_2$). Наличие очень прочной тройной связи делает молекулу азота исключительно стабильной. В обычных условиях азот является химически инертным газом. Его реакции (например, синтез аммиака) протекают только в жестких условиях: при высоких температурах и давлении, часто с использованием катализаторов.
• Кислород ($O_2$). Двойная связь в кислороде слабее тройной связи в азоте, поэтому кислород значительно более реакционноспособен. Он является сильным окислителем и поддерживает горение. Однако для начала большинства реакций с участием кислорода требуется первоначальный подвод энергии (нагревание, искра) для разрыва двойной связи.
• Водород ($H_2$). Одинарная связь в водороде является наименее прочной из трех рассмотренных. Это делает водород химически активным веществом, особенно при нагревании. Он реагирует со многими металлами и неметаллами, образуя гидриды и другие соединения.

Таким образом, высокая прочность связи приводит к низкой химической активности (инертности) вещества.

Ответ: Высокая прочность тройной связи в молекуле азота обуславливает его химическую инертность при обычных условиях. Кислород, имея менее прочную двойную связь, является активным веществом. Водород, с еще менее прочной одинарной связью, также обладает высокой химической активностью.