Номер 460, страница 70 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

460. Укажите верное соотношение между температурами кипения для каждой пары веществ:

а) $H_2S > H_2O;$

б) $HCl < HF;$

в) $H_2Te < H_2Se;$

г) $H_2Se > H_2O;$

д) $AsH_3 > H_2S;$

е) $H_2Te > HI;$

ж) $PH_3 > NH_3;$

з) $NH_3 < HF.$

а) $H_2S > H_2O$

Для сравнения температур кипения необходимо проанализировать межмолекулярные силы в каждом веществе. В молекуле воды ($H_2O$) атом водорода связан с очень электроотрицательным атомом кислорода, что приводит к образованию прочных межмолекулярных водородных связей. Эти связи требуют значительной энергии для разрыва, что обуславливает аномально высокую температуру кипения воды ($T_{кип} = 100^\circ C$). В сероводороде ($H_2S$) сера менее электроотрицательна, чем кислород, поэтому водородные связи между молекулами $H_2S$ практически отсутствуют. Основными силами межмолекулярного взаимодействия являются диполь-дипольные и лондоновские дисперсионные силы, которые значительно слабее водородных связей. Температура кипения сероводорода составляет всего $-60^\circ C$. Следовательно, $T_{кип}(H_2O) > T_{кип}(H_2S)$.

Ответ: Неравенство неверное.

б) $HCl < HF$

В этом случае также ключевую роль играет наличие водородных связей. Фтор является самым электроотрицательным элементом, поэтому между молекулами фтороводорода ($HF$) образуются очень прочные водородные связи. Это приводит к относительно высокой температуре кипения ($T_{кип} = 19.5^\circ C$). В хлороводороде ($HCl$) атом хлора менее электроотрицателен, и водородные связи не образуются. Преобладают более слабые диполь-дипольные взаимодействия. Температура кипения $HCl$ значительно ниже ($T_{кип} = -85^\circ C$). Таким образом, соотношение $T_{кип}(HCl) < T_{кип}(HF)$ является верным.

Ответ: Неравенство верное.

в) $H_2Te < H_2Se$

Теллуроводород ($H_2Te$) и селеноводород ($H_2Se$) являются гидридами элементов одной группы (16-й). Водородные связи для них нехарактерны. В ряду гомологов $H_2S - H_2Se - H_2Te$ температура кипения определяется в основном силой лондоновских дисперсионных сил, которая растет с увеличением числа электронов в молекуле, то есть с ростом молярной массы. Молярная масса $H_2Te$ ($129.6~г/моль$) больше молярной массы $H_2Se$ ($81.0~г/моль$). Следовательно, межмолекулярные взаимодействия в $H_2Te$ сильнее, и его температура кипения выше ($T_{кип}(H_2Te) = -2.2^\circ C$, $T_{кип}(H_2Se) = -41.3^\circ C$).

Ответ: Неравенство неверное.

г) $H_2Se > H_2O$

Как и в пункте (а), сравниваются гидрид элемента 2-го периода и гидрид элемента 4-го периода. В воде ($H_2O$) присутствуют сильные водородные связи, которые обуславливают ее высокую температуру кипения ($100^\circ C$). В селеноводороде ($H_2Se$) водородные связи отсутствуют, а его температура кипения ($ -41.3^\circ C$) определяется диполь-дипольными и дисперсионными силами. Очевидно, что $T_{кип}(H_2Se) < T_{кип}(H_2O)$.

Ответ: Неравенство неверное.

д) $AsH_3 > H_2S$

Сравниваем арсин ($AsH_3$) и сероводород ($H_2S$). Ни одно из веществ не образует сильных водородных связей. Молярная масса арсина ($M(AsH_3) \approx 78~г/моль$) больше, чем у сероводорода ($M(H_2S) \approx 34~г/моль$), что предполагает более сильные дисперсионные силы у $AsH_3$. Однако молекула $H_2S$ более полярна, чем молекула $AsH_3$ (разница в электроотрицательностях S-H больше, чем As-H), что ведет к более сильным диполь-дипольным взаимодействиям. Фактические температуры кипения: $T_{кип}(AsH_3) = -62.5^\circ C$, $T_{кип}(H_2S) = -60^\circ C$. Температура кипения $H_2S$ немного выше, значит, $T_{кип}(AsH_3) < T_{кип}(H_2S)$.

Ответ: Неравенство неверное.

е) $H_2Te > HI$

Сравниваем теллуроводород ($H_2Te$) и иодоводород ($HI$). Водородные связи не играют решающей роли. Молярные массы и число электронов у этих веществ почти одинаковы ($M(H_2Te) \approx 129.6~г/моль$, $M(HI) \approx 127.9~г/моль$), поэтому лондоновские силы сопоставимы. Однако их температуры кипения заметно различаются: $T_{кип}(H_2Te) = -2.2^\circ C$, а $T_{кип}(HI) = -35.4^\circ C$. Более высокая температура кипения $H_2Te$ может быть связана с особенностями строения и упаковки молекул в жидкой фазе, а также с наличием двух полярных связей, что в сумме приводит к более сильному межмолекулярному притяжению по сравнению с $HI$.

Ответ: Неравенство верное.

ж) $PH_3 > NH_3$

Аналогично парам $H_2O/H_2S$ и $HF/HCl$. В аммиаке ($NH_3$) атом водорода связан с электроотрицательным атомом азота, что приводит к образованию сильных водородных связей и относительно высокой температуре кипения ($T_{кип} = -33.3^\circ C$). В фосфине ($PH_3$) фосфор менее электроотрицателен, водородные связи не образуются, и температура кипения намного ниже ($T_{кип} = -87.7^\circ C$). Таким образом, $T_{кип}(PH_3) < T_{кип}(NH_3)$.

Ответ: Неравенство неверное.

з) $NH_3 < HF$

Оба вещества, аммиак ($NH_3$) и фтороводород ($HF$), образуют водородные связи. Сила этих связей зависит от полярности связи H-Э, которая, в свою очередь, определяется электроотрицательностью элемента Э. Фтор (ЭО ≈ 3.98) значительно более электроотрицателен, чем азот (ЭО ≈ 3.04). Поэтому водородные связи в жидком $HF$ существенно прочнее, чем в жидком $NH_3$. Это приводит к тому, что температура кипения $HF$ ($19.5^\circ C$) выше, чем у $NH_3$ ($-33.3^\circ C$).

Ответ: Неравенство верное.