Номер 923, страница 149 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

923. *Укажите верные утверждения:

а) молекула озона имеет линейное строение — все 3 атома кислорода в молекуле озона располагаются на одной прямой линии;

б) центральный атом кислорода в молекуле озона находится в $sp^2$-гибридном состоянии;

в) образование озона из кислорода является экзотермическим процессом;

г) в природе озон образуется из кислорода благодаря жёсткому УФ-излучению солнца;

д) относительная плотность озона по водороду равна 16;

е) озон используют для дезинфекции питьевой воды;

ж) химическая активность озона ниже, чем кислорода;

з) озон вступает в реакцию с серебром, а кислород — нет.

а) молекула озона имеет линейное строение — все 3 атома кислорода в молекуле озона располагаются на одной прямой линии;

Молекула озона ($O_3$) имеет угловое (изогнутое) строение. Центральный атом кислорода связан с двумя другими атомами и имеет одну неподеленную электронную пару. Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR), наличие трех электронных доменов (две связи и одна неподеленная пара) вокруг центрального атома приводит к угловой геометрии. Валентный угол в молекуле озона составляет приблизительно $117^\circ$, а не $180^\circ$, как было бы в линейной молекуле. Поэтому атомы не лежат на одной прямой.

Ответ: неверно.

б) центральный атом кислорода в молекуле озона находится в $sp^2$-гибридном состоянии;

Центральный атом кислорода в молекуле озона ($O_3$) образует две сигма-связи с концевыми атомами кислорода и имеет одну неподеленную электронную пару. Общее число электронных доменов (сигма-связей + неподеленных пар) равно $2 + 1 = 3$. Такое количество доменов соответствует $sp^2$-гибридизации, которая приводит к расположению электронных пар в вершинах воображаемого треугольника.

Ответ: верно.

в) образование озона из кислорода является экзотермическим процессом;

Реакция образования озона из двухатомного кислорода ($3O_2 \rightarrow 2O_3$) является эндотермической, то есть требует затрат энергии. Стандартная энтальпия образования озона положительна ($\Delta H_f^\circ = +142,7$ кДж/моль). Это означает, что для разрыва прочных связей в молекулах $O_2$ и образования менее стабильных молекул $O_3$ необходимо поглощение энергии извне (например, в виде УФ-излучения или электрического разряда). Экзотермические процессы, наоборот, протекают с выделением тепла.

Ответ: неверно.

г) в природе озон образуется из кислорода благодаря жёсткому УФ-излучению солнца;

В стратосфере Земли озон образуется под действием коротковолнового (жёсткого) ультрафиолетового излучения Солнца. Сначала молекула кислорода ($O_2$) поглощает фотон УФ-излучения и распадается на два атома кислорода ($O_2 + h\nu \rightarrow 2O$). Затем каждый атом кислорода реагирует с другой молекулой кислорода, образуя озон ($O + O_2 \rightarrow O_3$). Этот процесс лежит в основе формирования озонового слоя.

Ответ: верно.

д) относительная плотность озона по водороду равна 16;

Дано:

Молекула озона: $O_3$

Молекула водорода: $H_2$

Относительная атомная масса кислорода: $A_r(O) \approx 16$

Относительная атомная масса водорода: $A_r(H) \approx 1$

Найти:

Относительную плотность озона по водороду - $D_{H_2}(O_3)$

Решение:

Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных (или относительных молекулярных) масс:

$D_{B}(A) = \frac{M_r(A)}{M_r(B)}$

Сначала рассчитаем относительные молекулярные массы озона и водорода.

Относительная молекулярная масса озона $M_r(O_3) = 3 \times A_r(O) = 3 \times 16 = 48$.

Относительная молекулярная масса водорода $M_r(H_2) = 2 \times A_r(H) = 2 \times 1 = 2$.

Теперь найдем относительную плотность озона по водороду:

$D_{H_2}(O_3) = \frac{M_r(O_3)}{M_r(H_2)} = \frac{48}{2} = 24$.

Значение 16 соответствует относительной плотности двухатомного кислорода ($O_2$) по водороду ($D_{H_2}(O_2) = \frac{32}{2} = 16$). Утверждение неверно для озона.

Ответ: неверно.

е) озон используют для дезинфекции питьевой воды;

Озон является очень сильным окислителем, значительно более активным, чем хлор. Благодаря этому свойству он эффективно уничтожает бактерии, вирусы и другие микроорганизмы. Процесс обработки воды озоном (озонирование) широко применяется на станциях водоподготовки для обеззараживания питьевой воды. Преимуществом озонирования является то, что оно не приводит к образованию вредных хлорорганических соединений.

Ответ: верно.

ж) химическая активность озона ниже, чем кислорода;

Молекула озона ($O_3$) термодинамически нестабильна и легко распадается с образованием молекулярного кислорода ($O_2$) и атомарного кислорода ($O$), который является чрезвычайно реакционноспособной частицей. Из-за этого озон является гораздо более сильным окислителем и химически более активным веществом, чем двухатомный кислород ($O_2$). Например, озон окисляет многие вещества, которые не реагируют с кислородом при обычных условиях (серебро, ртуть, иодид-ионы).

Ответ: неверно.

з) озон вступает в реакцию с серебром, а кислород — нет.

Это утверждение является хорошей иллюстрацией более высокой химической активности озона по сравнению с кислородом. Озон окисляет серебро до оксида серебра(I):

$2Ag + O_3 \rightarrow Ag_2O + O_2$

Кислород ($O_2$) в обычных условиях (комнатная температура и давление) с серебром не реагирует. Потускнение серебра на воздухе обычно связано с реакцией с серосодержащими соединениями (например, сероводородом), а не с кислородом.

Ответ: верно.