Задачи к разделу химическая связь и строение молекул. Виды химической связи

Основные типы химической связи .

Вам известно, что атомы могут соединяться друг с другом с образованием как простых, так и сложных веществ. При этом образуются различного типа химические связи: ионная, ковалентная (неполярная и полярная), металлическая и водородная. Одно из наиболее существенных свойств атомов элементов, определяющих, какая связь образуется между ними – ионная или ковалентная, - это электроотрицательность, т.е. способность атомов в соединении притягивать к себе электроны.

Условную количественную оценку электроотрицательности дает шкала относительных электроотрицательностей.

В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрица-тельности элементов, а в группах – их падения. Элементы по электроот-рицательностям располагают в ряд, на основании которого можно сравнить электроотрицательности элементов, находящихся в разных периодах.

Тип химической связи зависит от того, насколько велика разность значений электроотрицательностей соединяющихся атомов элементов. Чем больше отличаются по электроотрицательности атомы элементов, образующих связь, тем химическая связь полярнее. Провести резкую границу между типами химических связей нельзя. В большинстве соединений тип химической связи оказывается промежуточным; например, сильнополярная ковалентная химическая связь близка к ионной связи. В зависимости от того, к какому из предельных случаев ближе по своему характеру химическая связь, ее относят либо к ионной, либо к ковалентной полярной связи.

Ионная связь.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются друг от друга по электроотрицательности. Например, типичные металлы литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами.

Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате натрия(Na 2 SO 4) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные).­­­ ­ ­­ ­­ ­

Ковалентная неполярная связь.

При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрица-тельностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью. Такая связь существует в молекулах следующих простых веществ: H 2 , F 2 , Cl 2 , O 2 , N 2 . Химические связи в этих газах образованы посредством общих электронных пар, т.е. при перекрывании соответствующих электронных облаков, обусловленном электронно-ядерным взаимодей-ствием, которые осуществляет при сближении атомов.

Составляя электронные формулы веществ, следует помнить, что каждая общая электронная пара – это условное изображение повышенной электронной плотности, возникающей в результате перекрывания соответствующих электронных облаков.

Ковалентная полярная связь.

При взаимодействии атомов, значение электроотрецательностей которых отличаются, но не резко, происходит смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому. Это наиболее распространенный тип химической связи, которой встречается как в неорганических, так и органических соединениях.

К ковалентным связям в полной мере относятся и те связи, которые образованы по донорно-акцепторному механизму, например в ионах гидроксония и амония.

Металлическая связь.

Связь, которая образуется в результате взаимодействия относите-льно свободных электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Этот тип связи характерен для простых веществ- металлов.

Сущность процесса образования металлической связи состоит в следующем: атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные заряженные ионы. Относительно свобо-дные электроны, оторвавшиеся от атома, перемещаются между положи-тельными ионами металлов. Между ними возникает металлическая связь, т. е. Электроны как бы цементируют положительные ионы кристал-лической решетки металлов.

Связь, которая образуется между атомов водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы, называется водородной связью.

Может возникнуть вопрос: почему именно водород образует такую специфическую химическую связь?

Это объясняется тем, что атомный радиус водорода очень мал. Кроме того, при смещении или полной отдаче своего единственного электрона водород приобретает сравнительно высокий положительный заряд, за счет которого водород одной молекулы взаимодействует с атомами электроотрицательных элементов, имеющих частичный отрицательный заряд, выходящий в состав других молекул (HF, H 2­ O, NH 3).

Рассмотрим некоторые примеры. Обычно мы изображаем состав воды химической формулой H 2 O. Однако это не совсем точно. Правильнее было бы состав воды обозначать формулой (H 2 O)n, где n = 2,3,4 и т. д. Это объясняется тем, что отдельные молекулы воды связаны между собой посредством водородных связей.

Водородную связь принято обозначать точками. Она гораздо более слабая, чем ионная или ковалентная связь, но более сильная, чем обычное межмолекулярное взаимодействие.

Наличие водородных связей объясняет увеличения объема воды при понижении температуры. Это связано с тем, что при понижении температуры происходит укрепление молекул и поэтому уменьшается плотность их «упаковки».

При изучении органической химии возникал и такой вопрос: почему температуры кипения спиртов гораздо выше, чем соответствующих углеводородов? Объясняется это тем, что между молекулами спиртов тоже образуются водородные связи.

Повышение температуры кипения спиртов происходит также всле-дствие укрупнения их молекул.

Водородная связь характерна и для многих других органических соединений (фенолов, карбоновых кислот и др.). Из курсов органической химии и общей биологии вам известно, что наличием водородной связи объясняется вторичная структура белков, строение двойной спирали ДНК, т. е. явление комплиментарности.

Пример 2.1. Напишите электронную формулу Cr в устойчивых степенях окисления. Приведите примеры соединений хрома в этих степенях окисления.

Р е ш е н и е

Для хрома характерны следующие степени окисления: 0, +2, +3, +6.

Электронные формулы хрома в этих степенях окисления следующие:

Cr 0 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 ,

Cr +2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 ,

Cr +3 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 ,

Cr +6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 .

Нулевая степень окисления хрома проявляется в простом веществе, а также в карбониле .

Степень окисления +2 хром имеет в гидроксиде Cr(OH) 2 , солях типа CrCl 2 и др.

Примером соединения хрома в степени окисления +3 может служить оксид Cr 2 O 3 . Эта степень окисления наиболее характерна для хрома.

Степень окисления +6 проявляется в оксиде CrO 3 , хроматах типа K 2 CrO 4 и др.

Пример 2.2. С позиций метода валентных связей (ВС) покажи-те образование молекулы ВН 3 .Какие орбитали соединяющихся атомов участвуют в образовании связей? Какие и сколько - или -связей содержит молекула? Сколько связей в молекуле?

Какова пространственная структура молекулы? Каков тип гибридизации центрального атома в указанном соединении (если есть)? Отметьте полярность связей и полярность молекулы в целом.

Р е ш е н и е

Бор и водород имеют следующие электронные формулы:

1 Н: 1s 1

5 В: 1s 2 2s 2 2p 1

В невозбужденном состоянии атом бора имеет один неспаренный электрон. Для образования трех связей необходимо распаривание 2s -электронов с переходом одного из них на 2р -орбиталь:

5 В*: 1s 2 2s 1 2p 2

2р

Для образования трех одинаковых связей В–Н необходима гибридизация одного 2s и двух 2р -орбиталей – sp 2 -гибридизация с образованием трех гибридных орбиталей, расположенных в одной плоскости под углом 120 о относительно друг друга:

Образованные гибридные орбитали перекрываются с s -орбиталями атома водорода с образованием трех -связей:

Молекула ВН 3 имеет плоское треугольное строение.

Для определения полярности связей В-Н необходимо сравнить значения ОЭО атомов В и Н; ОЭО(В) = 2,0; ОЭО(Н) = 2,1. Поскольку электроотрицательность водорода больше, то связь В–Н будет полярной. Однако в целом молекула ВН 3 не обладает полярностью, так как полярность связей В–Н, направленных к вершинам правильного треугольника, взаимно компенсируется.

Таким образом, в образовании молекулы ВН 3 принимают участие s - орбитали атома Н и sp 2 -гибридные орбитали бора. Молекула ВН 3 не полярна, хотя содержит три полярные -связи, имеет плоскую треугольную структуру. Атом В находится в состоянии sp 2 -гибридизации.

Пример 2.3. Используя значения относительной электроотри-цательности атомов, расположите соединения HF, HCl, HBr, HI в порядке возрастания ионности связи. К какому из соединяющихся атомов смещено электронное облако и почему?

Р е ш е н и е

О степени ионности связи можно судить на основе разности относительных электроотрицательностей атомов:

ОЭО: Н – 2,1; F – 4; Cl – 3,0; Br – 2,8; I – 2,5.

Связь: HF HCl HBr HI

ОЭО: 1,9 0,9 0,7 0,4

Следовательно, в порядке возрастания ионности связей указанные молекулы можно расположить в ряд: HI – HBr – HCl – HF; электронная плотность при образовании химической связи смещается к более электроотрицательному атому. Поэтому в HF электронная плотность смещена к F; в HCl – к Cl; в HBr – к Br; в HI – к I.

Пример 2.4. В указанном комплексном соединении определите степени окисления всех составляющих, укажите комплексообра-зователь, лиганды, ионы внешней и внутренней сфер и координационное число, заряд комплексообразователя.

Запишите уравнение диссоциации данного комплексного соединения. Назовите это соединение.

Здесь собраны задачи к разделу Химическая связь и строение молекул.

Задача 1. Для гидросульфата натрия постройте графическую формулу и укажите виды химической связи в молекуле: ионная, ковалентная, полярная, ковалентная неполярная, координационная, металлическая, водородная.

Задача 2. Постройте графическую формулу нитрита аммония и укажите виды химической связи в этой молекуле. Покажите, какие (какая) связи «рвутся» при диссоциации. Объясните, что такое ? Приведите примеры ее влияния на свойства вещества.

Решение. Нитрит аммония — ионная связь

NH 4 NO 2 = NH 4 + +NO 2 —

N – H – ковалентно-полярная связь

Между NH 4 + и NO 2 — — ионная связь

Решение. CH 3 Br — . Ковалентная связь возникает между атомами с близкими или равными значениями электроотрицательностей. Эта связь может рассматриваться как электростатическое притяжение ядер двух атомов к общей электронной паре.

В отличие от ионных соединений, молекулы ковалентных соединений удерживаются вместе за счет «межмолекулярных сил» , которые намного слабее химических связей. В связи с этим, ковалентной связи характерна насыщаемость – образование ограниченного числа связей.

Известно, что атомные орбитали ориентированы в пространстве определенным образом, поэтому при образовании связи, перекрывание электронных облаков происходит в определенном направлении. Т.е. реализуется такое свойство ковалентной связи как направленность .

Решение: Взаимное перекрывание облаков может происходить разными способами, ввиду их различной формы. Различают σ-, π- и δ-связи .

Сигма – связи образуются при перекрывании облаков вдоль линии, проходящей через ядра атомов.

Пи – связи возникают при перекрывании облаков по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов.

Дельта – связи осуществляются при перекрывании всех четырех лопастей d – электронных облаков, расположенных в параллельных плоскостях.

Сигма – связь более прочная, чем Пи – связь .

C 2 H 6 – sp 3 -гибридизация .

С-С — σ-связь (перекрывание 2sp 3 -2sp 3)

С–Н — σ-связь (перекрывание 2sp 3 -АО углерода и 1s-АО водорода)

C 2 H 4 – sp 2 -гибридизация.

Двойная связь реализуется наличием 2-х видов связи — σ- и π-связей (хотя она изображается двумя одинаковыми черточками, всегда следует учитывать их неравноценность). σ-Связь образуется при центральном перекрывании sp 2 -гибридизованных орбиталей, а π-связь – при боковом перекрывании лепестков р-орбиталей соседних sp 2 -гибридизованных атомов углерода. Образование связей в молекуле этилена можно изобразить следующей схемой:

С=С — σ-связь (перекрывание 2sp 2 -2sp 2) и π-связь (2рz-2рz)

С–Н — σ-связь (перекрывание 2sp 2 -АО углерода и 1s-АО водорода)

C 2 H 2 — sp-гибридизация

Тройная связь реализуется сочетанием σ- и двух π-связей, образуемых двумя sp-гибридизованными атомами.

σ-Связь возникает при центральном перекрывании sp-гибридизованных орбиталей соседних атомов углерода; π-связи образуются при боковом перекрывании лепестков рy -орбиталей и рz -орбиталей. Образование связей в молекуле ацетилена H–C≡C–H можно изобразить в виде схемы:

C≡C — σ-связь (перекрывание 2sp-2sp);

π -связь (2рy-2рy);

π -связь (2рz-2рz);

С–Н — σ-связь (перекрывание 2sp-АО углерода и 1s-АО водорода).

Задача 5. Какие силы межмолекулярного взаимодействия называются диполь-дипольными (ориентационными), индукционными и дисперсионными? Объясните природу этих сил. Какова природа преобладающих сил межмолекулярного взаимодействия в каждом из следующих веществ: H 2 O, HBr, Ar, N 2 , NH 3 ?

Решение : Между молекулами может возникать электростатическое взаимодействие . Наиболее универсально – дисперсионное , т.к. оно обусловлено взаимодействием молекул друг с другом за счет их моментальных микродиполей. Их одновременное появление и исчезновение в различных молекулах способствует их притяжению. При отсутствии синхронности молекулы отталкиваются.

Ориентационное взаимодействие появляется между полярными молекулами. Чем больше полярность молекулы, тем сила их притяжения друг к другу сильнее, и тем самым, ориентационное взаимодействие больше.

Индукционное взаимодействие молекул возникает за счет их индуцированных диполей. При встрече двух молекул – полярной и неполярной, происходит деформация неполярной молекулы, что способствует возникновению в ней диполя. Индуцированный диполь способен к притяжению к постоянному диполю полярной молекулы. Индукционное взаимодействие тем больше, чем значительнее электрический момент и поляризуемость молекулы.

Относительный вклад каждого вида взаимодействия зависит от полярности и поляризуемости молекул. Так, чем выше полярность молекулы, тем важнее роль ориентационных сил; чем больше поляризуемость, тем большее влияние дисперсионных сил. Индукционные силы зависят от обоих факторов, но сами обычно играют второстепенную роль.

Из данных веществ ориентационное и индукционное взаимодействие имеет место в полярных молекулах — H 2 O и NH 3 . Дисперсионное взаимодействие — в неполярных и малополярных молекулах — HBr, Ar, N 2

Задача 6. Приведите две схемы заполнения МО при взаимодействии двух АО с заселениями: а) электрон + электрон (1+1) и б) электрон + вакантная орбиталь (1+0). Определите ковалентность каждого атома и порядок связи. В каких пределах энергия связи? Какие из указанных связей в молекуле водорода H 2 и молекулярном ионе?

Решение :

а) Рассмотрим, например К 2 и Li 2 . В образовании связи участвуют s – орбитали :

Порядок связи:

б) Рассмотрим, например К 2 + и Li 2 + . В образовании связи участвуют s – орбитали:

Порядок связи:

Ковалентность каждого атома равна 1.

Энергия связи зависит от числа валентных электронов: чем меньше электронов, тем меньше энергия связи. В К 2 и Li 2 и К 2 + и Li 2 + энергия связи лежит в пределах 200-1000 кДж/моль.

В молекуле Н 2 реализуется связь типа электрон + электрон , а в молекулярном ионе Н 2 + — электрон + вакантная орбиталь.

Задача 7. Приведите электронную конфигурацию молекулы NO по методу МО. Как изменяются магнитные свойства и прочность связи при переходе от молекулы NO к молекулярному иону NO + ?

Цель урока: закрепить знания учащихся по видам химической связи.

Задачи урока:

1) повторить основные виды химической связи, свойства и механизм их образования;

2) развивать у учащихся умения и навыки в составлении схем образования различных видов химической связи;

3) воспитывать у учащихся организованность, самостоятельность, коммуникативные качества, умение обобщать знания и применять их на практике.

Тип урока: урок закрепления знаний.

Применяемые технологии: контрольно - корректирующая технология обучения, информационно-коммуникационная технология.

Оборудование: таблица «Виды химической связи», карточки с заданиями для индивидуальной работы (3 уровня), тестовые разноуровневые задания, интерактивная доска, мультимедиа проектор.

Формы учебной деятельности: фронтальная, работа в паре, индивидуальная, работа с учебником и доп. литературой.

Структура урока:

1. Организационный момент.

2. Повторение темы «Виды химической связи» (электронная презентация, подготовленная учащимися).

3. Работа в паре по карточкам.

4. Индивидуальная работа по выбору учащихся: устный контроль – беседа с учителем или с консультантом, проработка темы по учебнику или дополнительной литературе, выполнение тестовой работы, выполнение самостоятельной работы.

5. Подведение итогов урока, домашнее задание.

Скачать:

Предварительный просмотр:

План – конспект открытого урока химии в 11 классе.

Тема «Виды химической связи».

Цель урока: закрепить знания учащихся по видам химической связи.

Задачи урока:

1. повторить основные виды химической связи, свойства и механизм их образования;
2. развивать у учащихся умения и навыки в составлении схем образования различных видов химической связи;
3. воспитывать у учащихся организованность, самостоятельность, коммуникативные качества, умение обобщать знания и применять их на практике.

Тип урока: урок закрепления знаний.

Применяемые технологии: контрольно - корректирующая технология обучения, информационно-коммуникационная технология.

Оборудование: таблица «Виды химической связи», карточки с заданиями для индивидуальной работы (3 уровня), тестовые разноуровневые задания, интерактивная доска, мультимедиа проектор.

Формы учебной деятельности: фронтальная, работа в паре, индивидуальная, работа с учебником и доп. литературой.

Структура урока:

1. Организационный момент.
2. Повторение темы «Виды химической связи» (электронная презентация, подготовленная учащимися).
3. Работа в паре по карточкам.
4. Индивидуальная работа по выбору учащихся: устный контроль – беседа с учителем или с консультантом, проработка темы по учебнику или дополнительной литературе, выполнение тестовой работы, выполнение самостоятельной работы.
5. Подведение итогов урока, домашнее задание.

Ход урока.

1 .Организационный момент. Постановка цели урока.

2. Повторение основных видов химической связи . Группа учащихся выступает с электронной презентацией «Виды химической связи». Используется медиа - проектор и интерактивная доска.

3. Работа в паре. Каждая пара учащихся получает карточку с заданием, которое выполняют совместно, например:

Карточка №1

1.Определите вид химической связи в веществах и составьте схемы образования связей для этих веществ: MgBr 2 , H 2 O, Na, Н 2.

2.Определите межмолекулярную химическую связь для вещества (CH 3 OH) n , отметьте особенности в свойствах этого вещества, в связи с данным видом химической связи.

4. Индивидуальная работа учащихся по их выбору.

Применение контрольно-корректирующей технологи обучения позволяет каждому ученику разработать свою образовательную траекторию. Учащиеся ведут лист учета деятельности, где ставится отметка по каждому виду контроля.

После изучения темы, ученик должен пройти устное собеседование с учителем или с консультантом, выполнить тестовую работу и самостоятельную работу. Только после этого он выполняет итоговую контрольную работу. Консультантов назначает учитель, это обычно 2-3 человека, которые раньше других усвоили тему и прошли все виды контроля.

Тест (1-ый уровень)

1.Пара элементов, между которыми образуется ионная химическая связь:

А) углерод и сера; в) калий и кислород;

б) водород и азот; г) кремний и водород.

2. Формула вещества с ковалентной полярной связью:

А) NaCl; б) HCl; в) ВаО; г) Ca 3 N 2.

3. Формула вещества с ковалентной неполярной связью:

а) Na; б) Br 2 ; в) HBr ; г) KCl.

4.Наименее полярной является связь:

а) С – Н; б) С – Cl ; в) С – F ; г) С – Вr .

5. Наиболее прочной является молекула:

а) Н 2 ; б) N 2 ; в) F 2 ; г) О 2.

6. Атомную кристаллическую решетку имеет:

а) сода; б) вода; в) алмаз; г) парафин.

7. Атом углерода имеет степень окисления -3 и валентность IV в соединении с формулой:

а) СО 2 ; б) С 2 Н 6 ; в) СН 3 Cl; г) СаС 2 .

8. Вещество, между молекулами которого существует водородная связь:

а) этан; б) фторид натрия; в) оксид углерода (II); г) этанол.

9. Причины резкого различия свойств воды и сероводорода заключаются в особенностях:

а) внутримолекулярной связи; б) межмолекулярной связи.

Тест (2-ой уровень)

1. Формула вещества с ионной связью:

а) NH 3 ; б) С 2 Н 4 ; в) KH; г) ССl 4 .

2. Ковалентная неполярная связь образуется между атомами:

а) водорода и кислорода; в) водорода и хлора;

б) водорода и фосфора; г) магния.

3. Наиболее полярной является связь:

а) Н – С; б) Н – О; в) Н – S; г) Н – I .

4.Число сигма и пи связей в веществе пропен соответственно:

а) 7- сигма, 2-пи; в) 6- сигма, 2-пи

б) 8-сигма, 1-пи; г) 8-сигма, 2-пи.

5. Наиболее прочные связи в молекуле вещества, формула которого:

а) Н 2 S; б) Н 2 Sе; в) Н 2 О; г) Н 2 Те.

6. Атом азота имеет валентность III и степень окисления 0 в молекуле вещества, формула которого:

а)) NH 3 ; б) N 2 ; в) CH 3 NO 2 ; г) N 2 O 3 .

7. Молекулярное строение имеет вещество с формулой:

а) СН 4 ; б) NаОH; в) SiO 2 ; г) Al.

8. Водородная связь образуется между:

а) молекулами воды; в) молекулами водорода;

б) молекулами углеводородов; г) атомами металлов и атомами водорода.

9. Какая связь обладает направленностью:

а) ионная; б) ковалентная; в) металлическая.

Тест (3-ий уровень)

1. Химические связи в веществах, формулы которых СН 4 и CaCl 2 соответственно:

а) ионная и ковалентная полярная;

б) ковалентная полярная и ионная;

в) ковалентная неполярная и ионная;

г) ковалентная полярная и металлическая.

2. Полярность связи больше в веществе с формулой:

а) Br 2 ; б) LiBr; в) HBr; г) KBr.

3. Ионный характер связей в ряду соединений

Li 2 O - Na 2 O – K 2 O – Rb 2 O:

а) увеличивается; в) не изменяется;

б) уменьшается; г) сначала уменьшается, потом увеличивается.

4. Между атомами есть ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму в веществе, формула которого:

а) Al(OH) 3 ; б) Cl; в) C 2 H 5 OH; г) C 6 H 12 O 6.

5. Пара формул веществ, в которых есть только сигма-связи:

а) СН 4 и O 2 ; б) C 2 H 5 OH и Н 2 O; в) N 2 и СO 2; г) HBr и С 2 Н 4

6. Наиболее прочная связь из приведенных:

а) C – Cl; б) C – F; в) C – Br; г) C – I .

7. Валентность и степень азота в хлориде аммония соответственно равны:

а) IV и +4; б) IV и -2; в) III и +2; г) IV и -3.

8. Общее свойство у веществ с молекулярной кристаллической решеткой:

а) растворимость в воде; в) электропроводность растворов;

б) высокая температура кипения; г) летучесть.

9. Образованием водородных связей можно объяснить:

а) растворимость уксусной кислоты в воде;

б) кислотные свойства этанола;

в) высокую температуру плавления многих металлов;

г) нерастворимость метана в воде.

5.Подведение итогов. Итак, сегодня мы с вами повторили основные виды химической связи, ее свойства и механизм образования. Проанализируйте, что вы усвоили и какие вопросы вызвали у вас затруднения. Если необходимо, еще раз проработайте § 6 из учебника.

Домашнее задание:

Повторить § 6;

Выполнить упр. 1-3 на с.34.