Номер 336, страница 53 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

336. Какие из приведённых утверждений неверны:

а) для перевода электронов с $2s$- на $2p$-подуровень необходима дополнительная энергия;

б) при образовании ковалентной связи по обменному механизму энергия поглощается;

в) атом фтора может образовывать две ковалентные связи — одну по обменному, вторую по донорно-акцепторному механизму, и поэтому может проявлять валентность, равную двум;

г) при образовании ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму энергия выделяется;

д) максимальное число ковалентных связей, которые может образовывать атом кислорода по обменному механизму, равно трём;

е) распаривание электронов возможно только между разными энергетическими уровнями;

ж) максимальная валентность азота равна пяти;

з) в атомах гелия и неона распаривание электронов невозможно из-за отсутствия свободных орбиталей?

а) для перевода электронов с 2s- на 2p-подуровень необходима дополнительная энергия;

Энергия 2p-подуровня выше, чем энергия 2s-подуровня в пределах одного и того же главного энергетического уровня (n=2). Согласно принципам квантовой механики, для перехода электрона с более низкого энергетического подуровня на более высокий (в возбужденное состояние) атому необходимо сообщить энергию извне.

Ответ: утверждение верно.

б) при образовании ковалентной связи по обменному механизму энергия поглощается;

Образование любой химической связи — это процесс, в результате которого система переходит в более стабильное состояние с меньшей потенциальной энергией. Этот переход всегда сопровождается выделением энергии, то есть является экзотермическим процессом. Энергия поглощается, наоборот, при разрыве химических связей.

Ответ: утверждение неверно.

в) атом фтора может образовывать две ковалентные связи — одну по обменному, вторую по донорно-акцепторному механизму, и поэтому может проявлять валентность, равную двум;

Электронная конфигурация внешнего уровня атома фтора — $2s^2 2p^5$. Он имеет один неспаренный электрон и может образовать одну ковалентную связь по обменному механизму. Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому он не склонен выступать в роли донора электронной пары для образования связи по донорно-акцепторному механизму. Кроме того, на втором энергетическом уровне нет свободных орбиталей, что делает невозможным возбуждение атома с увеличением числа неспаренных электронов. Таким образом, фтор во всех своих соединениях проявляет валентность, равную единице.

Ответ: утверждение неверно.

г) при образовании ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму энергия выделяется;

Донорно-акцепторный механизм является одним из вариантов образования ковалентной связи. Как и в случае обменного механизма, образование такой связи приводит к понижению общей энергии системы, что делает ее более устойчивой. Этот процесс всегда экзотермичен, то есть сопровождается выделением энергии.

Ответ: утверждение верно.

д) максимальное число ковалентных связей, которые может образовать атом кислорода по обменному механизму, равно трём;

Электронная конфигурация внешнего уровня атома кислорода — $2s^2 2p^4$. У него есть два неспаренных электрона на 2p-орбиталях. Эти два электрона позволяют атому кислорода образовать две ковалентные связи по обменному механизму. Так как кислород является элементом второго периода, на его валентном уровне отсутствуют d-орбитали, поэтому увеличение числа неспаренных электронов за счет распаривания s-электронов невозможно. Максимальное число связей по обменному механизму для кислорода равно двум.

Ответ: утверждение неверно.

е) распаривание электронов возможно только между разными энергетическими уровнями;

Распаривание электронов (возбуждение атома) с целью увеличения валентности обычно происходит в пределах одного и того же внешнего энергетического уровня, но между его подуровнями. Например, переход электрона с s-подуровня на p-подуровень ($s \rightarrow p$) или с p- на d-подуровень ($p \rightarrow d$). Пример — возбуждение атома углерода: $2s^2 2p^2 \rightarrow 2s^1 2p^3$, где переход происходит в пределах второго энергетического уровня. Утверждение, что это возможно "только между разными" уровнями, является неточным и вводит в заблуждение.

Ответ: утверждение неверно.

ж) максимальная валентность азота равна пяти;

Азот ($1s^2 2s^2 2p^3$) — элемент второго периода. На его внешнем (втором) энергетическом уровне 5 электронов, но нет свободных d-орбиталей. Поэтому атом азота не может распарить пару электронов с 2s-подуровня и образовать 5 ковалентных связей. Максимальное число ковалентных связей, которое может образовать азот, равно четырем (за счет трех неспаренных электронов и одной неподеленной электронной пары, участвующей в образовании связи по донорно-акцепторному механизму, как в ионе $NH_4^+$). Степень окисления азота может достигать +5 (в $N_2O_5$), но его валентность не превышает IV.

Ответ: утверждение неверно.

з) в атомах гелия и неона распаривание электронов невозможно из-за отсутствия свободных орбиталей?

У гелия ($1s^2$) и неона ($1s^2 2s^2 2p^6$) полностью завершены их внешние энергетические уровни (первый и второй соответственно). На этих уровнях нет вакантных (свободных) орбиталей, на которые мог бы перейти электрон в процессе возбуждения. Переход на следующий энергетический уровень требует огромного количества энергии. Поэтому невозможность распаривания электронов действительно связана с отсутствием свободных орбиталей на валентном уровне.

Ответ: утверждение верно.