Химическая связь. Строение молекул и ионов

Химическая связь

41. Чем объясняется высокая прочность связи между атомами в молекуле азота N₂ и неустойчивость молекулы Р₂?

42. Объясните, почему энергия связи в молекуле Cl₂ больше, чем в молекуле F₂, а дальше в ряду Cl₂ – Br₂ – I₂ она уменьшается.

43. Назовите элементы, для атомов которых возможно только одно валентное состояние, и укажите, каким оно будет – основным или возбужденным.

44. Возможна ли донорная или акцепторная функция для центрального атома в молекулах BeF₂, BF₃, CF₄. Поясните на примерах.

45. Возможна ли донорная или акцепторная функция для центрального атома в молекулах Н₂О, РCl₅, BCl₃. Поясните на примерах.

46. Чему равны валентности азота и углерода в молекулах N₂, H₂CO₃, C₂N₂, N₂O₅.

47. Приведите примеры молекул, которые содержат: а) две σ- и две π-связи; б) две σ- и одну π-связь.

48. Приведите примеры молекул, которые содержат: а) четыре σ- и две π-связи; б) три σ- и одну π-связи.

49. Почему ион реально существует, а ион не обнаружен?

50. Приведите примеры молекул, в которых степень окисления центрального атома по сравнению с его валентностью а) больше; б) меньше; в) равна. Изобразите структурные формулы этих соединений.

51. Может ли произойти реакция между HF и SiF₄? Укажите причины, по которым эта реакция может (не может) произойти.

52. Объясните закономерность изменения температуры кипения (при н.у.) в ряду следующих соединений:

 

Соединение	CH4	NH3	H2O
Температура кипения, ^0С	–164	–33	+100

 

53. На основе использования представлений о водородной связи объясните наблюдаемую закономерность в изменении температур кипения в ряду соединений:

 

Соединение	CH3CH2CH2CH3	CH3CH2OCH3	CH3CH2CHO	CH3CH2CH2OH
Температура кипения, ^0С

 

54. Укажите, какие из приведенных молекул являются полярными, а какие – неполярные: а) CH₃Cl; б) C(CH₃)₄; в) CO₂; г) SO₂; д) SO₃. Ответ поясните. Укажите тип гибридизации центрального атома в каждом из соединений.

55. Энергия диссоциации в ряду молекул Cl₂, Br₂, I₂ составляют (кДж/моль) 239, 192 и 149 соответственно, однако энергия диссоциации молекулы F₂ (151 кДж/моль) значительно меньше по сравнению с молекулой Cl₂ и выпадает из общей закономерности. Дайте объяснение приведенным фактам.

56. Приведите структурную формулу гидросульфата аммония. Укажите характер химических связей в соединении, валентность и степень окисления азота.

57. Приведите примеры молекул, которые содержат: а) только σ-связи; б) две σ- и одну π-связь; в) три σ- и три π-связи.

58. почему оказывается энергетически выгодным образование молекулы O₂ и энергетически невыгодным образование молекулы S₂?

59. Приведите примеры молекул, в которых степень окисления и валентность одного и того же элемента соответственно равны: а) +5 и IV; б) 0 и III; в) +5 и V.

60. Приведите структурную формулу 3-хлорбензойной кислоты. Укажите валентность и степень окисления каждого атома углерода.

 

Строение молекул и ионов

Наиболее вероятная конфигурация молекулы или иона соответствует наименьшему отталкиванию электронных пар или их максимальному удалению друг от друга. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки (ОЭПВО) коротко сводится к следующему. Пространственное распределение химических связей вокруг поливалентных атомов определяется общим числом пар электронов: связывающих и неподеленных.

Тип молекулы в общем виде записывается как AB_mE_n, где А – центральный атом, В – лиганд, Е – неподеленная пара электронов. Геометрия молекулы определяется только числом σ-связей и несвязанных электронов, π-связями можно пренебречь. (Несколько более сильное отталкивание между двойными связями по сравнению с одинарными приводит к незначительным изменениям углов и энергий связей).

В соответствии с методом валентных связей (использование этого метода приводит к такому же результату, что и использование модели ОЭПВО), пространственная конфигурация молекулы определяется пространственным расположением гибридных орбиталей центрального атома, которые образуются в результате взаимодействия между орбиталями.

Для определения типа гибридизации центрального атома надо знать число гибридизующихся орбиталей. Его можно найти, сложив число связывающих и неподеленных электронных пар центрального атома и отняв число π-связей.

Например, в ионе

общее число связывающих и неподеленных пар равно 4 + 1 = 5. Отняв число π-связей, получим число гибридизующихся орбиталей: 5 – 1 = 4. Таким образом, тип гибридизации sp³, тип иона AB₃E, пространственное расположение электронных пар имеет форму тетраэдра, а сам ион представляет собой тригональную пирамиду:

 

 

 

Ниже приведены некоторые из возможных вариантов

Число гибридизующихся орбиталей	Тип гибридизации	Тип молекулы	Пространственное расположение электронных пар	Пространственное расположение молекулы или иона
	sp	АВ2	линейное	Линейное В – А – В
	sp^2	АВ3     АВ2Е	треугольник     треугольник	треугольник угловое строение
	sp^3	АВ4     АВ3Е     АВ2Е2	тетраэдр     тетраэдр     тетраэдр	тетраэдр тригональная пирамида угловое строение

 

	sp^3d	АВ5     АВ3Е2	тригональная бипирамида   тригональная бипирамида	тригональная бипирамида   Т-образное строение
	sp^3d^2	АВ2Е3     АВ6   АВ5Е     АВ4Е2	тригональная бипирамида   октаэдр   октаэдр     октаэдр	линейное строение октаэдр тетрагональная пирамида квадрат

Задания к разделу строение молекул и ионов

Используя модель отталкивания валентных электронных пар и метод валентных связей, рассмотрите пространственное строение предложенных молекул и ионов. Укажите: а) число связывающих и неподеленных электронных пар центрального атома; б) число орбиталей, участвующих в гибридизации; в) тип гибридизации; г) тип молекулы или иона (AB_mE_n); д) пространственное расположение электронных пар; е) пространственное строение молекулы или иона.

№ варианта	Молекула (ион)	№ варианта	Молекула (ион)
	OF2;		SOCl2;
	SO2;		PF5;
	SO3;		CCl4;
	SF6;		; BCl3
	; BF3		CO2;
	; SO2		BrF5;
	ClO2F;		OF2;
	; SOF4		; SF6
	SO2Cl2;		SeO2;
	; COCl2		SeF6;