Номер 37, страница 12 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

37. Какие из перечисленных веществ будут находиться в твёрдом агрегатном состоянии при н. у.: $CsCl$, $CdO$, $H_2O_2$, $C_2H_6$, $O_3$, $N_2$, $Na_2Se$? Поясните почему.

Агрегатное состояние вещества при нормальных условиях (н. у.), то есть при температуре 0 °C (273,15 K) и давлении 1 атм, определяется его температурами плавления и кипения. Эти физические константы напрямую зависят от типа химической связи в веществе и, как следствие, от типа его кристаллической решётки в твёрдом состоянии. Вещество будет твёрдым, если его температура плавления выше температуры нормальных условий (0 °C).

Проанализируем перечисленные вещества, разделив их по типу строения:

1. Вещества с ионной кристаллической решёткой.

К ним относятся соли и оксиды металлов: $CsCl$ (хлорид цезия), $CdO$ (оксид кадмия) и $Na_2Se$ (селенид натрия). В узлах их кристаллических решёток находятся положительно и отрицательно заряженные ионы. Эти ионы связаны между собой прочными силами электростатического притяжения (ионной связью). Чтобы разрушить такую прочную структуру и расплавить вещество, требуется очень большое количество энергии, поэтому все ионные соединения имеют высокие температуры плавления.

• Температура плавления $CsCl$ составляет 645 °C.
• Температура плавления $CdO$ составляет около 1559 °C.
• Температура плавления $Na_2Se$ превышает 875 °C.

Поскольку температуры плавления всех этих веществ значительно выше 0 °C, при нормальных условиях они будут находиться в твёрдом агрегатном состоянии.

2. Вещества с молекулярной кристаллической решёткой.

К ним относятся $H_2O_2$ (пероксид водорода), $C_2H_6$ (этан), $O_3$ (озон) и $N_2$ (азот). В узлах их решёток находятся отдельные молекулы, связанные между собой слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса и/или водородными связями). Для их разрыва требуется немного энергии, поэтому такие вещества, как правило, имеют низкие температуры плавления и кипения.

• $C_2H_6$, $O_3$ и $N_2$: Молекулы этих веществ неполярны или слабополярны, и между ними действуют только слабые силы Ван-дер-Ваальса. Их температуры кипения очень низкие: $T_{кип}(N_2) = -195,8$ °C, $T_{кип}(O_3) = -111,9$ °C, $T_{кип}(C_2H_6) = -88,6$ °C. Так как эти температуры гораздо ниже 0 °C, при нормальных условиях все эти вещества являются газами.
• $H_2O_2$: Между молекулами пероксида водорода, помимо сил Ван-дер-Ваальса, образуются водородные связи. Они прочнее, что приводит к более высоким температурам плавления и кипения по сравнению с предыдущей группой. Температура плавления $H_2O_2$ составляет -0,43 °C, а температура кипения 150,2 °C. Так как его температура плавления ниже 0 °C, а температура кипения выше, при нормальных условиях пероксид водорода является жидкостью.

Таким образом, в твёрдом состоянии при нормальных условиях находятся вещества с ионной кристаллической решёткой, обладающие высокими температурами плавления.

Ответ: В твёрдом агрегатном состоянии при н. у. будут находиться $CsCl$, $CdO$, $Na_2Se$. Это объясняется тем, что данные вещества имеют ионное строение и, как следствие, высокие температуры плавления, значительно превышающие 0 °C.