Номер 381, страница 77 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

381. Какое число электронов, протонов и нейтронов содержится в одной молекуле азота? Какое число общих электронных пар участвует в образовании ковалентной связи в молекуле азота? Поясните, почему азот обладает низкой химической активностью.

Какое число электронов, протонов и нейтронов содержится в одной молекуле азота?

Дано:

Молекула азота ($N_2$)

Порядковый номер атома азота (N), $Z = 7$

Массовое число основного изотопа азота (N), $A = 14$

Найти:

Общее число протонов ($N_{p^+}$), электронов ($N_{e^-}$) и нейтронов ($N_{n^0}$) в молекуле $N_2$.

Решение:

1. Определим состав одного атома азота. Число протонов в ядре атома равно его порядковому номеру в периодической системе.

Число протонов в атоме N: $p^+ = Z = 7$.

Атом является электронейтральной частицей, поэтому число электронов равно числу протонов.

Число электронов в атоме N: $e^- = p^+ = 7$.

Число нейтронов в ядре находим как разность между массовым числом и числом протонов.

Число нейтронов в атоме N: $n^0 = A - Z = 14 - 7 = 7$.

2. Молекула азота $N_2$ состоит из двух атомов. Рассчитаем общее число частиц в молекуле.

Общее число протонов: $N_{p^+} = p^+ \times 2 = 7 \times 2 = 14$.

Общее число электронов: $N_{e^-} = e^- \times 2 = 7 \times 2 = 14$.

Общее число нейтронов: $N_{n^0} = n^0 \times 2 = 7 \times 2 = 14$.

Ответ: в одной молекуле азота содержится 14 протонов, 14 электронов и 14 нейтронов.

Какое число общих электронных пар участвует в образовании ковалентной связи в молекуле азота?

Решение:

Атом азота (N) — элемент 15-й группы (VА группы) периодической системы. Его электронная конфигурация внешнего слоя — $2s^22p^3$, что означает наличие 5 валентных электронов. Для достижения стабильной электронной конфигурации инертного газа (неона) с 8 электронами на внешнем слое (правило октета), каждому атому азота не хватает 3 электронов.

При образовании молекулы $N_2$ два атома азота обобществляют электроны. Каждый атом предоставляет по 3 электрона для образования общих связей. В результате между атомами формируются три общие электронные пары, что соответствует тройной ковалентной неполярной связи.

Структурная формула молекулы азота $N \equiv N$ наглядно показывает наличие трех связей. Каждая связь представляет собой одну общую электронную пару.

Ответ: в образовании ковалентной связи в молекуле азота участвуют 3 общие электронные пары.

Поясните, почему азот обладает низкой химической активностью.

Решение:

Низкая химическая активность (инертность) молекулярного азота ($N_2$) объясняется наличием в его молекуле чрезвычайно прочной химической связи.

Атомы в молекуле азота соединены тройной ковалентной связью ($N \equiv N$). Эта связь является одной из самых прочных в химии двухатомных молекул. Энергия, которую необходимо затратить для разрыва этой связи (энергия диссоциации), очень велика и составляет 945 кДж/моль.

Поскольку для начала химической реакции с участием азота требуется преодолеть этот высокий энергетический барьер, реакции с $N_2$ протекают только в жестких условиях: при высоких температурах, высоких давлениях и/или в присутствии катализаторов. В обычных условиях азот практически не вступает в реакции.

Ответ: азот обладает низкой химической активностью из-за наличия очень прочной тройной ковалентной связи в молекуле $N_2$, для разрыва которой требуется большое количество энергии.