Номер 4, страница 206 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

4. Нарисуйте схемы образования водородных связей:

а) в жидком аммиаке;

б) между молекулами воды;

в) в растворе аммиака в воде.

Почему аммиак нельзя собирать методом вытеснения воды?

а) в жидком аммиаке

Водородная связь в жидком аммиаке ($NH_3$) возникает между атомом водорода одной молекулы, который несет частичный положительный заряд ($δ+$), и неподеленной электронной парой атома азота другой молекулы, несущего частичный отрицательный заряд ($δ−$). Атом азота является более электроотрицательным, чем атом водорода, что приводит к поляризации ковалентной связи $N-H$.

Схема образования водородной связи (обозначена пунктиром) между двумя молекулами аммиака выглядит следующим образом:

$...-H_2N^{δ−}—H^{δ+} \cdot\cdot\cdot :N^{δ−}H_3-...$

Атом азота одной молекулы выступает акцептором, а атом водорода другой — донором при образовании водородной связи.

Ответ: Водородная связь в жидком аммиаке образуется за счет притяжения частично положительно заряженного атома водорода ($H^{δ+}$) одной молекулы к неподеленной электронной паре частично отрицательно заряженного атома азота ($N^{δ−}$) другой молекулы.

б) между молекулами воды

Водородная связь между молекулами воды ($H_2O$) — это сильное межмолекулярное взаимодействие. Она образуется между атомом водорода ($H^{δ+}$) одной молекулы воды и неподеленной электронной парой атома кислорода ($O^{δ−}$) соседней молекулы. Атом кислорода обладает высокой электроотрицательностью, поэтому связь $O-H$ сильно поляризована.

Схема образования водородной связи между молекулами воды:

$...-H—O^{δ−}—H^{δ+} \cdot\cdot\cdot :O^{δ−}H_2-...$

Каждая молекула воды способна образовывать до четырех водородных связей, что объясняет аномально высокие температуры плавления и кипения воды.

Ответ: Водородная связь в воде образуется за счет электростатического притяжения между частично положительно заряженным атомом водорода ($H^{δ+}$) одной молекулы и частично отрицательно заряженным атомом кислорода ($O^{δ−}$), имеющим неподеленные электронные пары, другой молекулы.

в) в растворе аммиака в воде

В водном растворе аммиака между молекулами $NH_3$ и $H_2O$ образуются прочные водородные связи. Существует два возможных варианта такого взаимодействия:

1. Атом азота молекулы аммиака (акцептор) связывается с атомом водорода молекулы воды (донор):

$H_3N^{δ−} \cdot\cdot\cdot H^{δ+}-O^{δ−}H$

2. Атом кислорода молекулы воды (акцептор) связывается с атомом водорода молекулы аммиака (донор):

$H_2N-H^{δ+} \cdot\cdot\cdot :O^{δ−}H_2$

Возможность образования таких связей является основной причиной чрезвычайно высокой растворимости аммиака в воде. Кроме того, происходит и частичное химическое взаимодействие: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$.

Ответ: В растворе аммиака в воде водородные связи образуются между атомами водорода одной молекулы (воды или аммиака) и атомами азота или кислорода другой молекулы (аммиака или воды соответственно).

Почему аммиак нельзя собирать методом вытеснения воды?

Метод собирания газов путем вытеснения воды применим только для тех газов, которые нерастворимы или очень слабо растворимы в воде. Суть метода заключается в том, что газ, проходя через воду, вытесняет ее из перевернутого сосуда и занимает ее место.

Аммиак ($NH_3$) является одним из самых хорошо растворимых в воде газов. Это связано с тем, что молекулы аммиака и воды, будучи полярными, образуют друг с другом прочные водородные связи (как показано в пункте "в"). В результате этого взаимодействия аммиак не вытесняет воду, а активно в ней растворяется. При 20°C и 1 атм в 1 объеме воды может раствориться около 700 объемов аммиака.

Таким образом, при попытке собрать аммиак над водой он практически полностью растворится в ней, и собрать его в газообразном виде не получится.

Ответ: Аммиак нельзя собирать методом вытеснения воды из-за его очень высокой растворимости в воде, которая обусловлена образованием водородных связей между молекулами аммиака и воды.