Решебник по химии 8 класс Габриелян §8

Валентность

Стр. 45

Проверьте свои знания

1. Используя схему, запишите четыре формулы оксидов хлора – бинарных соединений хлора с кислородом.

Формулы оксидов хлора можно определить, зная возможные степени окисления хлора и кислорода. Кислород в оксидах всегда имеет степень окисления -2. Хлор может иметь степени окисления от +1 до +7. Четыре возможных оксида хлора:

• Cl₂O (оксид хлора(I))

• ClO₂ (оксид хлора(IV))

• Cl₂O₅ (оксид хлора(V))

• Cl₂O₇ (оксид хлора(VII))

Эти оксиды различаются по составу и химическим свойствам. Например, Cl₂O – это оксид, в котором хлор проявляет степень окисления +1, а Cl₂O₇ – оксид, в котором хлор проявляет максимальную степень окисления +7. Эти соединения активно взаимодействуют с водой, образуя соответствующие кислоты.

2. Железо образует с серой два соединения. Используя схему, составьте их формулы, укажите степени окисления и дайте их названия.

Железо может проявлять степени окисления +2 и +3, что приводит к образованию двух соединений с серой:

• FeS – сульфид железа(II)

• Fe₂S₃ – сульфид железа(III)

В соединении FeS железо имеет степень окисления +2, а сера – -2. В Fe₂S₃ железо имеет степень окисления +3, а сера – -2. Эти соединения различаются по химическим свойствам: FeS более устойчив, а Fe₂S₃ легко разлагается с образованием сероводорода. В природе такие соединения встречаются в виде минералов пирротина и марказита.

3. Запишите формулы оксидов углерода(II) и углерода(IV). Рассчитайте массовые доли элементов в них.

Формулы оксидов углерода:

• CO – оксид углерода(II)

• CO₂ – оксид углерода(IV)

Теперь рассчитаем массовые доли элементов:

1. Для CO:

   • Mᵣ(CO) = 12 + 16 = 28

   • w(C) = (12 ÷ 28) × 100% ≈ 42.9%

   • w(O) = (16 ÷ 28) × 100% ≈ 57.1%

2. Для CO₂:

   • Mᵣ(CO₂) = 12 + (16 × 2) = 44

   • w(C) = (12 ÷ 44) × 100% ≈ 27.3%

   • w(O) = (32 ÷ 44) × 100% ≈ 72.7%

Оксид углерода(II) – токсичное вещество, образующееся при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Оксид углерода(IV), известный как углекислый газ, широко распространён в природе и является важным компонентом биологического и геохимического круговорота углерода.

4. Найдите валентность элементов, формулы которых: PCl₅, SO₂, Сu₂O, KCl, SO₃.

Для определения валентности используем правило: валентность атома в соединении определяется числом связей, которые он образует.

• PCl₅ – фосфор (V), хлор (I)

• SO₂ – сера (IV), кислород (II)

• Cu₂O – медь (I), кислород (II)

• KCl – калий (I), хлор (I)

• SO₃ – сера (VI), кислород (II)

Фосфор в PCl₅ образует пять связей, что соответствует валентности V. Сера в SO₂ соединена с двумя атомами кислорода, каждый из которых двухвалентен, значит, валентность серы IV. В Cu₂O медь соединена с кислородом в соотношении 2:1, что указывает на валентность I у меди. Калий в KCl соединён с одним атомом хлора, значит, оба элемента имеют валентность I. В SO₃ сера соединена с тремя атомами кислорода, что соответствует валентности VI.

Стр. 46

Примените свои знания

5. Запишите формулы сульфатов калия, магния и алюминия, если сульфаты — это соединения металла с остатком серной кислоты H₂SO₄.

Сульфаты образуются при замещении атомов водорода в серной кислоте H₂SO₄ на атомы металла. Остаток SO₄ имеет заряд -2, поэтому индексы металлов определяются их валентностью.

1. Сульфат калия (K₂SO₄):

   • Калий (K) имеет валентность I, а сульфатная группа (SO₄) – II.

   • Чтобы уравнять заряды, нужно два атома калия: K₂SO₄.

2. Сульфат магния (MgSO₄):

   • Магний (Mg) имеет валентность II, поэтому соединяется с одной группой SO₄ без индекса: MgSO₄.

3. Сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃):

   • Алюминий (Al) имеет валентность III, а сульфатная группа – II.

   • Наименьшее общее кратное для валентностей III (Al) и II (SO₄) – 6, поэтому: Al₂(SO₄)₃.

6. Запишите формулы гидроксидов натрия, железа(II) и железа(III), если гидроксиды – это соединения, содержащие атомы металла и одновалентные гидроксильные группы –OH.

Гидроксиды образуются при соединении металлов с гидроксильными группами OH. Количество групп OH определяется валентностью металла.

1. Гидроксид натрия (NaOH):

   • Натрий (Na) имеет валентность I, поэтому соединяется с одной группой OH: NaOH.

2. Гидроксид железа(II) (Fe(OH)₂):

   • Железо(II) имеет валентность II, поэтому соединяется с двумя группами OH: Fe(OH)₂.

3. Гидроксид железа(III) (Fe(OH)₃):

   • Железо(III) имеет валентность III, поэтому соединяется с тремя группами OH: Fe(OH)₃.

Стр. 46

Используйте дополнительную информацию

7. Создайте шаростержневые модели молекул метана, воды, углекислого газа, аммиака из пластилина и нарезанных одинаковыми кусочками трубочек для напитков.

Шаростержневая модель молекулы – это наглядное представление химического соединения, где атомы изображаются в виде шариков, а связи между ними – в виде стержней (трубочек). Для изготовления моделей можно использовать пластилин (для атомов) и нарезанные трубочки для напитков (для связей).

1. Модель молекулы метана (CH₄)

• Атом углерода (C) – 1 шарик (большего размера).

• Атомы водорода (H) – 4 шарика (меньшего размера).

• Связи (C–H) – 4 трубочки.

• Конструкция: углерод в центре, водороды расположены вокруг него в форме тетраэдра (как тренога с одной вершиной).

2. Модель молекулы воды (H₂O)

• Атом кислорода (O) – 1 шарик (большего размера).

• Атомы водорода (H) – 2 шарика (меньшего размера).

• Связи (O–H) – 2 трубочки.

• Конструкция: кислород в центре, два водорода под углом примерно 104,5°.

3. Модель молекулы углекислого газа (CO₂)

• Атом углерода (C) – 1 шарик (среднего размера).

• Атомы кислорода (O) – 2 шарика (большего размера).

• Связи (C=O) – 2 трубочки (двойные связи).

• Конструкция: линейная форма, атом углерода в центре, по бокам два атома кислорода.

4. Модель молекулы аммиака (NH₃)

• Атом азота (N) – 1 шарик (большего размера).

• Атомы водорода (H) – 3 шарика (меньшего размера).

• Связи (N–H) – 3 трубочки.

• Конструкция: азот в центре, три водорода расположены пирамидально с углом примерно 107°.

Рекомендации по изготовлению:

1. Выберите материалы: пластилин (разных цветов для разных элементов) и трубочки для связей.

2. Нарежьте трубочки на одинаковые части длиной 2–3 см.

3. Сформируйте шарики из пластилина: большие – для кислорода и углерода, средние – для азота, маленькие – для водорода.

4. Соедините шарики трубочками, следуя описанным схемам.

5. Соблюдайте углы связей, чтобы модели соответствовали реальной геометрии молекул.

Такие модели помогут лучше понять пространственное строение молекул и их связи!

8. Подготовьте сообщение: История развития понятия «валентность».

Сообщение

История развития понятия «валентность»

Понятие валентности играет ключевую роль в химии, так как оно объясняет, как атомы соединяются друг с другом, образуя молекулы и соединения. История его развития охватывает несколько веков и включает вклад многих учёных, которые шаг за шагом уточняли и дополняли эту концепцию.

1. Ранние представления о химическом соединении (XVIII – начало XIX века)

До появления понятия валентности химики пытались объяснить, почему элементы соединяются в определённых пропорциях. В конце XVIII века французский химик Жозеф Луи Пруст сформулировал закон постоянства состава, согласно которому каждое химическое соединение имеет строго определённый состав независимо от способа его получения. Это открытие подготовило почву для развития атомно-молекулярной теории.

В начале XIX века английский химик Джон Дальтон предложил первую атомную теорию, согласно которой атомы разных элементов отличаются массой и соединяются в определённых числовых соотношениях. Однако причины этих соотношений оставались неясными.

2. Введение понятия валентности (середина XIX века)

Первым учёным, сформулировавшим идею валентности, был Эдуард Франкланд (1852 г.). Он заметил, что атомы разных элементов соединяются с определённым количеством атомов водорода или других элементов. Франкланд предположил, что атомы обладают «соединительной способностью», которая определяет, сколько связей они могут образовать.

Другой важный шаг сделал Август Кекуле, который в 1857 году предложил, что атомы углерода обладают четырёхвалентностью и могут образовывать цепи, что стало основой для органической химии.

В 1861 году Александр Батлеров развил эту идею, сформулировав теорию химического строения, согласно которой химические свойства вещества зависят от порядка соединения атомов, а валентность определяет возможные связи.

3. Дальнейшее развитие теории валентности (конец XIX – начало XX века)

В 1874 году Якоб Вант-Гофф и Жозеф Ле Бел предложили пространственную (стереохимическую) модель валентности, согласно которой связи углерода в органических соединениях ориентированы в виде тетраэдра. Это объяснило поведение многих органических молекул.

Однако химики заметили, что валентность некоторых элементов может изменяться. Например, железо может иметь валентность II или III, а азот – III или V. Это привело к введению понятий постоянной и переменной валентности.

4. Появление электронной теории валентности (XX век)

С развитием квантовой механики и открытием электронной структуры атомов стало ясно, что валентность связана с числом внешних электронов. В 1916 году Гильберт Льюис предложил электронную теорию валентности, согласно которой химические связи образуются за счёт обмена или совместного использования электронов между атомами.

Позднее, в 1927 году, Вальтер Гайтлер и Фриц Лондон применили квантовую механику к объяснению химической связи, что привело к развитию теории валентных связей (ВС) и метода молекулярных орбиталей.

В настоящее время валентность рассматривается как проявление взаимодействия электронов на внешнем уровне атома, а её количественная характеристика зависит от числа возможных химических связей.

Заключение

Понятие валентности прошло сложный путь развития от эмпирического наблюдения закономерностей соединения атомов до глубоко проработанной квантово-механической теории химической связи. Современные представления о валентности основаны на электронной структуре атомов и орбитальных взаимодействиях, что позволяет предсказывать поведение химических элементов и создавать новые материалы с заданными свойствами.