Номер 388, страница 60 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

388. Укажите, в чём сходство и различие в строении в каждой паре частиц:

а) молекула $BeF_2$ и молекула $CO_2$;

б) молекула $BCl_3$ и ион $CO_3^{2-}$;

в) молекула $POCl_3$ и ион $NH_4^+$.

а) молекула $BeF_2$ и молекула $CO_2$

Для анализа строения частиц воспользуемся теорией отталкивания электронных пар валентных оболочек (VSEPR) и понятием гибридизации атомных орбиталей.

Сходство:

- Обе частицы являются трёхатомными молекулами.

- Обе молекулы имеют линейную геометрическую форму, валентный угол в них составляет 180°.

- Центральные атомы в обеих молекулах ($Be$ в $BeF_2$ и $C$ в $CO_2$) находятся в состоянии $sp$-гибридизации.

- У центральных атомов в обеих молекулах отсутствуют неподелённые электронные пары.

- Обе молекулы являются неполярными. Несмотря на полярность связей ($Be-F$ и $C-O$), дипольные моменты связей взаимно компенсируются из-за симметричного линейного строения.

- Обе частицы являются изоэлектронными, так как содержат одинаковое общее число валентных электронов: $BeF_2$ (2 + 2 · 7 = 16) и $CO_2$ (4 + 2 · 6 = 16).

Различие:

- В молекулах разные центральные ($Be$ и $C$) и периферические ($F$ и $O$) атомы.

- Разный тип химических связей: в молекуле $BeF_2$ две одинарные ковалентные связи $Be-F$, а в молекуле $CO_2$ — две двойные связи $C=O$.

- Центральный атом бериллия в $BeF_2$ не подчиняется правилу октета (имеет на валентной оболочке 4 электрона), в то время как атом углерода в $CO_2$ имеет завершённый октет (8 электронов).

Ответ: Сходствами являются линейная форма, $sp$-гибридизация центрального атома, отсутствие у него неподелённых пар, неполярность молекул и одинаковое число валентных электронов (изоэлектронность). Различия заключаются в типах атомов, кратности связей (одинарные у $BeF_2$ и двойные у $CO_2$) и соблюдении правила октета для центрального атома.

б) молекула $BCl_3$ и ион $CO_3^{2-}$

Сходство:

- Обе частицы состоят из четырёх атомов ($AB_3$).

- Обе частицы имеют форму плоского (правильного) треугольника (тригонально-планарная геометрия) с валентными углами 120°.

- Центральные атомы ($B$ в $BCl_3$ и $C$ в $CO_3^{2-}$) находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации.

- У центральных атомов в обеих частицах отсутствуют неподелённые электронные пары.

- Обе частицы являются изоэлектронными, так как содержат одинаковое общее число валентных электронов: $BCl_3$ (3 + 3 · 7 = 24) и $CO_3^{2-}$ (4 + 3 · 6 + 2 = 24).

Различие:

- $BCl_3$ — это электронейтральная молекула, а $CO_3^{2-}$ — это сложный анион с зарядом 2-.

- В частицах разные центральные ($B$ и $C$) и периферические ($Cl$ и $O$) атомы.

- Разный характер химических связей: в $BCl_3$ три одинарные ковалентные полярные связи $B-Cl$. В ионе $CO_3^{2-}$ три связи $C-O$ являются равноценными за счёт делокализации π-связи (резонанса), их порядок связи равен $4/3 \approx 1.33$.

- Центральный атом бора в $BCl_3$ имеет незавершённый электронный октет (6 валентных электронов), а атом углерода в $CO_3^{2-}$ имеет завершённый октет (8 электронов).

Ответ: Сходствами являются тригонально-планарная форма, $sp^2$-гибридизация центрального атома, отсутствие у него неподелённых пар и одинаковое число валентных электронов (изоэлектронность). Различия заключаются в том, что $BCl_3$ — нейтральная молекула, а $CO_3^{2-}$ — анион; также они различаются типами атомов, характером связей (локализованные в $BCl_3$ и делокализованные в $CO_3^{2-}$) и соблюдением правила октета для центрального атома.

в) молекула $POCl_3$ и ион $NH_4^+$

Сходство:

- Обе частицы состоят из пяти атомов.

- Обе частицы имеют тетраэдрическую геометрию.

- Центральные атомы ($P$ в $POCl_3$ и $N$ в $NH_4^+$) находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации.

- У центральных атомов в обеих частицах отсутствуют неподелённые электронные пары.

- Центральные атомы ($P$ и $N$) принадлежат к одной группе периодической системы (15-я группа).

Различие:

- $POCl_3$ — это электронейтральная молекула, а $NH_4^+$ — это сложный катион с зарядом +1.

- Частицы не являются изоэлектронными: $POCl_3$ имеет 32 валентных электрона (5 + 6 + 3 · 7 = 32), а $NH_4^+$ — 8 валентных электронов (5 + 4 · 1 - 1 = 8).

- Разные центральные ($P$ и $N$) и периферические ($O$, $Cl$ и $H$) атомы. В молекуле $POCl_3$ два типа периферических атомов, в ионе $NH_4^+$ — один.

- Разный тип химических связей: в $POCl_3$ одна двойная связь $P=O$ и три одинарные связи $P-Cl$. В ионе $NH_4^+$ четыре равноценные одинарные связи $N-H$, образованные в том числе по донорно-акцепторному механизму.

- Атом фосфора в $POCl_3$ имеет расширенный октет (10 валентных электронов), в то время как атом азота в $NH_4^+$ следует правилу октета (8 электронов).

- Молекула $POCl_3$ полярна, так как её тетраэдрическая форма искажена из-за разных лигандов и кратностей связей, что приводит к нескомпенсированному дипольному моменту. Ион $NH_4^+$ является заряженной частицей, но имеет симметричное распределение связей.

Ответ: Сходствами являются одинаковое число атомов (пять), тетраэдрическая геометрия и $sp^3$-гибридизация центрального атома, у которого отсутствуют неподелённые электронные пары. Различия состоят в том, что $POCl_3$ — нейтральная полярная молекула, а $NH_4^+$ — катион; они имеют разное число валентных электронов, разные типы атомов и связей, а также центральный атом в $POCl_3$ имеет расширенный октет, в отличие от $NH_4^+$.