Номер 399, страница 61 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

399. *Рассмотрите строение ионов $NH_4^+$, $SO_3^{2-}$. Для каждого из них укажите:

- тип гибридизации орбиталей центрального атома;

- орбитали, которые перекрываются при образовании химических связей;

- число неподелённых и связывающих электронных пар в ионе;

- пространственную конфигурацию иона;

- тип химической связи в ионе;

- полярен ион или нет;

- чему равен угол между связями.

Анализ иона аммония $NH_4^+$

тип гибридизации орбиталей центрального атома;

Центральный атом азота (N) образует четыре σ-связи с четырьмя атомами водорода (H) и не имеет неподелённых электронных пар. Четыре электронные области (сигма-связи) вокруг центрального атома соответствуют $sp^3$-гибридизации.

Ответ: $sp^3$-гибридизация.

орбитали, которые перекрываются при образовании химических связей;

Каждая из четырёх химических связей N-H образуется за счёт перекрывания одной из четырёх гибридных $sp^3$-орбиталей атома азота и $1s$-орбитали атома водорода.

Ответ: Перекрывание $sp^3$-орбиталей азота и $1s$-орбиталей водорода.

число неподелённых и связывающих электронных пар в ионе;

Атом азота образует 4 связи, следовательно, в ионе 4 связывающие электронные пары. Все валентные электроны (5 от N, 4 от H, минус 1 из-за положительного заряда, итого 8 электронов) участвуют в образовании связей. Неподелённых электронных пар на центральном атоме нет.

Ответ: 4 связывающие электронные пары, 0 неподелённых электронных пар (на центральном атоме).

пространственную конфигурацию иона;

Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (ОЭПВО/VSEPR), четыре связывающие пары располагаются в пространстве так, чтобы минимизировать отталкивание, что соответствует тетраэдрической геометрии.

Ответ: Тетраэдр.

тип химической связи в ионе;

Связи между атомами азота и водорода являются ковалентными полярными. Три из них образованы по обменному механизму, а одна — по донорно-акцепторному (за счёт неподелённой пары молекулы аммиака $NH_3$ и вакантной орбитали иона водорода $H^+$), но в ионе $NH_4^+$ все четыре связи N-H эквивалентны.

Ответ: Ковалентная полярная.

полярен ион или нет;

Каждая связь N-H полярна из-за разницы в электроотрицательности. Однако ион имеет симметричную тетраэдрическую форму, из-за чего дипольные моменты отдельных связей взаимно компенсируются. Суммарный дипольный момент иона равен нулю.

Ответ: Ион неполярен (имеет симметричное распределение заряда, дипольный момент равен нулю).

чему равен угол между связями.

Для идеальной тетраэдрической структуры, какой является ион аммония, валентный угол H-N-H составляет $109.5^\circ$.

Ответ: $109.5^\circ$ или $109^\circ28'$.

Анализ сульфит-иона $SO_3^{2-}$

тип гибридизации орбиталей центрального атома;

Центральный атом серы (S) связан с тремя атомами кислорода (O) и имеет одну неподелённую электронную пару. Всего вокруг атома серы четыре электронные области (3 связывающие и 1 неподелённая), что соответствует $sp^3$-гибридизации.

Ответ: $sp^3$-гибридизация.

орбитали, которые перекрываются при образовании химических связей;

Каждая из трёх σ-связей S-O образуется за счёт перекрывания гибридной $sp^3$-орбитали атома серы и $p$-орбитали атома кислорода.

Ответ: Перекрывание $sp^3$-орбиталей серы и $p$-орбиталей кислорода.

число неподелённых и связывающих электронных пар в ионе;

На центральном атоме серы находятся 3 связывающие электронные пары (образующие связи с атомами кислорода) и 1 неподелённая электронная пара. Всего в ионе 26 валентных электронов, что составляет 13 пар (3 связывающие и 10 неподелённых).

Ответ: 3 связывающие электронные пары и 1 неподелённая электронная пара на центральном атоме.

пространственную конфигурацию иона;

Электронная геометрия (расположение четырёх электронных пар) — тетраэдрическая. Однако из-за наличия одной неподелённой пары, которая не учитывается при определении формы иона, пространственная конфигурация иона (геометрия атомов) является тригональной пирамидой.

Ответ: Тригональная пирамида.

тип химической связи в ионе;

Связи между атомами серы и кислорода являются ковалентными полярными из-за разницы в их электроотрицательности (у кислорода она выше).

Ответ: Ковалентная полярная.

полярен ион или нет;

Связи S-O полярны. Из-за асимметричной пирамидальной структуры и наличия неподелённой электронной пары на атоме серы дипольные моменты отдельных связей не компенсируются. Ион имеет ненулевой дипольный момент.

Ответ: Ион полярен.

чему равен угол между связями.

Идеальный тетраэдрический угол составляет $109.5^\circ$. Однако неподелённая электронная пара занимает больший объём и отталкивается от связывающих пар сильнее, чем связывающие пары друг от друга. Это приводит к сжатию валентного угла O-S-O.

Ответ: Угол меньше $109.5^\circ$ (приблизительно $106^\circ$).