Номер 1, страница 74 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 4. Кислород и сера. Параграф 21. Оксид серы(VI). Серная кислота. Вопросы в начале параграфа - номер 1, страница 74.

Условие.

● Как составляют структурные формулы кислородсодержащих кислот?

Решение.

Решение 2.

Структурные (графические) формулы кислородсодержащих кислот составляют на основе определённых правил, которые отражают порядок соединения атомов в молекуле. Общая формула таких кислот — $H_nЭO_m$, где $Э$ — кислотообразующий элемент (обычно неметалл), $H$ — водород, $O$ — кислород.

Решение

Основной принцип построения структурных формул кислородсодержащих кислот заключается в следующем:

1. В центре молекулы находится атом кислотообразующего элемента (центральный атом $Э$).
2. Атомы водорода, определяющие кислотные свойства, связаны с центральным атомом не напрямую, а через атомы кислорода. Такие группы $–OH$ называются гидроксогруппами. Количество гидроксогрупп в большинстве случаев равно количеству атомов водорода в молекуле кислоты.
3. Оставшиеся атомы кислорода, не входящие в состав гидроксогрупп, связаны с центральным атомом двойными связями ($Э=O$).

Для составления структурной формулы можно использовать следующий алгоритм:

1. Определить центральный атом. Как правило, это атом элемента, который в формуле записан между водородом и кислородом (например, $S$ в $H_2SO_4$).
2. Определить валентность или степень окисления центрального атома. Это поможет проверить правильность составленной формулы. Например, в серной кислоте $H_2SO_4$ степень окисления серы равна +6, что соответствует её высшей валентности VI.
3. Связать каждый атом водорода ($H$) с одним атомом кислорода ($O$), образовав гидроксогруппы ($–OH$). Количество таких групп равно основности кислоты.
4. Присоединить все гидроксогруппы к центральному атому простыми (одинарными) связями.
5. Оставшиеся атомы кислорода присоединить к центральному атому двойными связями.
6. Проверить, соответствует ли количество связей у центрального атома его валентности в данном соединении. Также следует убедиться, что у каждого атома кислорода две связи, а у водорода — одна.

Рассмотрим на примерах:

1. Серная кислота $H_2SO_4$

• Центральный атом — сера ($S$). Валентность серы — VI.
• В молекуле два атома водорода, следовательно, образуются две гидроксогруппы ($–OH$).
• Остаётся $4 - 2 = 2$ атома кислорода.
• Соединяем атом серы с двумя группами $–OH$ одинарными связями и с двумя атомами $O$ двойными связями.
• Структурная формула:

  O

  |

  |

  HO – S – OH

  |

  |

  O

  (двойные связи обозначены вертикальными линиями) Сумма валентностей, реализуемых серой: $1 (S–OH) + 1 (S–OH) + 2 (S=O) + 2 (S=O) = 6$. Это соответствует валентности VI.

2. Азотная кислота $HNO_3$

• Центральный атом — азот ($N$). Степень окисления +5, валентность IV.
• Один атом водорода, значит, одна гидроксогруппа ($–OH$).
• Остаётся $3 - 1 = 2$ атома кислорода.
• Атом азота соединяется с одной группой $–OH$, одним атомом кислорода двойной связью и ещё одним атомом кислорода донорно-акцепторной связью (поскольку азот не может быть пятивалентным).
• Структурная формула:

  HO – N = O

  |

  O

  (Связь $N–O$ вниз является донорно-акцепторной $N \rightarrow O$)

3. Фосфорная (ортофосфорная) кислота $H_3PO_4$

• Центральный атом — фосфор ($P$). Валентность фосфора — V.
• Три атома водорода, следовательно, три гидроксогруппы ($–OH$).
• Остаётся $4 - 3 = 1$ атом кислорода.
• Соединяем атом фосфора с тремя группами $–OH$ одинарными связями и с одним атомом $O$ двойной связью.
• Структурная формула:

  O

  |

  |

  HO – P – OH

  |

  OH

  (двойная связь обозначена вертикальными линиями) Сумма валентностей фосфора: $1+1+1+2 = 5$. Соответствует валентности V.

Важное исключение: В некоторых кислотах не все атомы водорода связаны с кислородом. Например, в фосфористой кислоте $H_3PO_3$ только два атома водорода образуют гидроксогруппы, а третий связан напрямую с атомом фосфора. Это связано с тем, что фосфористая кислота является двухосновной. Её структурная формула выглядит так:

O

|

|

HO – P – OH

|

H

Поэтому при составлении формулы важно также знать основность кислоты, то есть количество атомов водорода, способных замещаться на металл.

Ответ:

Для составления структурной формулы кислородсодержащей кислоты необходимо:

1. Определить центральный кислотообразующий атом ($Э$).
2. Связать все кислотные атомы водорода ($H$) с атомами кислорода ($O$), формируя гидроксогруппы ($–OH$). Их количество обычно равно числу атомов $H$ в формуле (основности кислоты).
3. Присоединить все гидроксогруппы к центральному атому одинарными ковалентными связями.
4. Оставшиеся атомы кислорода присоединить к центральному атому, как правило, двойными связями ($Э=O$).
5. Проверить, что валентность каждого атома в молекуле соответствует типичным значениям (водород - I, кислород - II, а валентность центрального атома - его валентности в соответствующем оксиде).

Например, для серной кислоты $H_2SO_4$ центральным атомом является $S$. Два атома $H$ образуют две группы $–OH$. Эти группы и оставшиеся два атома $O$ присоединяются к сере, образуя структуру, где $S$ проявляет валентность VI.