Отлично, давайте разберем эту задачу по химии.
Даны следующие ряды веществ:
1) вода, карбонат натрия, аммиак;
2) бромид аммония, оксид углерода(II), хлорид метиламмония;
3) ацетон, гидрид калия, магний;
4) пероксид натрия; бутан, циклогексан;
5) сульфат натрия, ацетат калия, гидроксид кальция.
Нам нужно выбрать ряды веществ, в которых все вещества содержат:
А. ионную и ковалентную полярную связи;
Б. ковалентную неполярную связь;
В. ковалентную полярную связь, образованную по донорно-акцепторному механизму.
Давайте анализировать каждый ряд и каждое вещество.
А. Ионная и ковалентная полярная связи
Для того чтобы вещество содержало ионную и ковалентную полярную связи, оно должно быть сложным и состоять из ионов, один из которых (или оба) содержит ковалентные полярные связи. Обычно это соли, основания или кислоты, где есть многоатомные ионы.
Рассмотрим каждый ряд:
Ряд 1: вода, карбонат натрия, аммиак
* Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)): Содержит только ковалентные полярные связи (между O и H). Ионных связей нет.
* Карбонат натрия (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{Na}^+\) и \(\text{CO}_3^{2-}\).
* Ковалентная полярная связь: внутри карбонат-иона \(\text{CO}_3^{2-}\) между C и O.
* Аммиак (\(\text{NH}_3\)): Содержит только ковалентные полярные связи (между N и H). Ионных связей нет.
В этом ряду не все вещества содержат ионную и ковалентную полярную связи (вода и аммиак не подходят).
Ряд 2: бромид аммония, оксид углерода(II), хлорид метиламмония
* Бромид аммония (\(\text{NH}_4\text{Br}\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{NH}_4^+\) и \(\text{Br}^-\).
* Ковалентная полярная связь: внутри аммоний-иона \(\text{NH}_4^+\) между N и H.
* Оксид углерода(II) (\(\text{CO}\)): Содержит только ковалентную полярную связь (между C и O). Ионных связей нет.
* Хлорид метиламмония (\(\text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl}\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{CH}_3\text{NH}_3^+\) и \(\text{Cl}^-\).
* Ковалентная полярная связь: внутри катиона \(\text{CH}_3\text{NH}_3^+\) между C и H, C и N, N и H.
В этом ряду оксид углерода(II) не содержит ионных связей.
Ряд 3: ацетон, гидрид калия, магний
* Ацетон (\(\text{CH}_3\text{COCH}_3\)): Содержит только ковалентные полярные связи (C-O) и ковалентные неполярные связи (C-C). Ионных связей нет.
* Гидрид калия (\(\text{KH}\)): Содержит ионную связь (между \(\text{K}^+\) и \(\text{H}^-\)). Ковалентных полярных связей нет (только ионная).
* Магний (\(\text{Mg}\)): Металлическая связь.
В этом ряду ни одно вещество не подходит полностью.
Ряд 4: пероксид натрия; бутан, циклогексан
* Пероксид натрия (\(\text{Na}_2\text{O}_2\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{Na}^+\) и \(\text{O}_2^{2-}\).
* Ковалентная полярная связь: нет (внутри пероксид-иона \(\text{O}_2^{2-}\) связь O-O ковалентная неполярная).
* Бутан (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)): Содержит ковалентные полярные связи (C-H) и ковалентные неполярные связи (C-C). Ионных связей нет.
* Циклогексан (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\)): Содержит ковалентные полярные связи (C-H) и ковалентные неполярные связи (C-C). Ионных связей нет.
В этом ряду ни одно вещество не подходит полностью.
Ряд 5: сульфат натрия, ацетат калия, гидроксид кальция
* Сульфат натрия (\(\text{Na}_2\text{SO}_4\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{Na}^+\) и \(\text{SO}_4^{2-}\).
* Ковалентная полярная связь: внутри сульфат-иона \(\text{SO}_4^{2-}\) между S и O.
* Ацетат калия (\(\text{CH}_3\text{COOK}\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{K}^+\) и \(\text{CH}_3\text{COO}^-\).
* Ковалентная полярная связь: внутри ацетат-иона \(\text{CH}_3\text{COO}^-\) между C и H, C и C, C и O.
* Гидроксид кальция (\(\text{Ca(OH)}_2\)):
* Ионная связь: между ионами \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{OH}^-\).
* Ковалентная полярная связь: внутри гидроксид-иона \(\text{OH}^-\) между O и H.
В этом ряду все вещества содержат ионную и ковалентную полярную связи.
Ответ на А: 5
Б. Ковалентная неполярная связь
Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же неметалла или между атомами неметаллов с очень близкой электроотрицательностью (например, C-C или C-H в органических соединениях, хотя C-H часто считают слабополярной, но в контексте школьной химии для углеводородов её часто относят к неполярным или очень слабополярным).
Рассмотрим ряды, где могут быть такие связи:
Ряд 1: вода, карбонат натрия, аммиак
* Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)): Только ковалентные полярные связи (O-H).
* Карбонат натрия (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)): Ионные и ковалентные полярные связи (C-O).
* Аммиак (\(\text{NH}_3\)): Только ковалентные полярные связи (N-H).
В этом ряду нет веществ с ковалентной неполярной связью.
Ряд 2: бромид аммония, оксид углерода(II), хлорид метиламмония
* Бромид аммония (\(\text{NH}_4\text{Br}\)): Ионные и ковалентные полярные связи (N-H).
* Оксид углерода(II) (\(\text{CO}\)): Только ковалентная полярная связь (C-O).
* Хлорид метиламмония (\(\text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl}\)): Ионные и ковалентные полярные связи (C-H, C-N, N-H).
В этом ряду нет веществ с ковалентной неполярной связью.
Ряд 3: ацетон, гидрид калия, магний
* Ацетон (\(\text{CH}_3\text{COCH}_3\)): Содержит ковалентные неполярные связи (C-C) и ковалентные полярные связи (C-H, C-O).
* Гидрид калия (\(\text{KH}\)): Ионная связь.
* Магний (\(\text{Mg}\)): Металлическая связь.
В этом ряду не все вещества содержат ковалентную неполярную связь.
Ряд 4: пероксид натрия; бутан, циклогексан
* Пероксид натрия (\(\text{Na}_2\text{O}_2\)): Содержит ионную связь (\(\text{Na}^+-\text{O}_2^{2-}\)) и ковалентную неполярную связь (O-O) внутри пероксид-иона.
* Бутан (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)): Содержит ковалентные неполярные связи (C-C) и ковалентные полярные связи (C-H).
* Циклогексан (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\)): Содержит ковалентные неполярные связи (C-C) и ковалентные полярные связи (C-H).
В этом ряду все вещества содержат ковалентную неполярную связь.
Ряд 5: сульфат натрия, ацетат калия, гидроксид кальция
* Сульфат натрия (\(\text{Na}_2\text{SO}_4\)): Ионные и ковалентные полярные связи (S-O).
* Ацетат калия (\(\text{CH}_3\text{COOK}\)): Ионные, ковалентные полярные (C-H, C-O) и ковалентные неполярные (C-C).
* Гидроксид кальция (\(\text{Ca(OH)}_2\)): Ионные и ковалентные полярные связи (O-H).
В этом ряду не все вещества содержат ковалентную неполярную связь (сульфат натрия и гидроксид кальция не подходят).
Ответ на Б: 4
В. Ковалентная полярная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму
Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи (также называемый координационной связью) возникает, когда одна частица (донор) предоставляет неподеленную электронную пару, а другая частица (акцептор) имеет свободную орбиталь для ее принятия.
Рассмотрим ряды:
Ряд 1: вода, карбонат натрия, аммиак
* Вода (\(\text{H}_2\text{O}\)): Нет донорно-акцепторной связи.
* Карбонат натрия (\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)): В карбонат-ионе \(\text{CO}_3^{2-}\) есть резонансные структуры, и связи C-O образуются обычным ковалентным механизмом, хотя можно рассматривать одну из связей как образованную по донорно-акцепторному механизму, если исходить из формального заряда и октета. Однако, более классический пример - это аммоний-ион.
* Аммиак (\(\text{NH}_3\)): Сам аммиак не содержит донорно-акцепторной связи, но может быть донором электронной пары.
В этом ряду нет веществ, которые однозначно содержат донорно-акцепторную связь в своей структуре.
Ряд 2: бромид аммония, оксид углерода(II), хлорид метиламмония
* Бромид аммония (\(\text{NH}_4\text{Br}\)): Аммоний-ион \(\text{NH}_4^+\) образуется из аммиака \(\text{NH}_3\) (донор электронной пары) и иона водорода \(\text{H}^+\) (акцептор). Связь N-H, образованная таким образом, является ковалентной полярной, образованной по донорно-акцепторному механизму.
* Оксид углерода(II) (\(\text{CO}\)): В молекуле \(\text{CO}\) одна из связей (тройная связь) образуется по донорно-акцепторному механизму, где кислород предоставляет электронную пару углероду.
* Хлорид метиламмония (\(\text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl}\)): Катион метиламмония \(\text{CH}_3\text{NH}_3^+\) образуется из метиламина \(\text{CH}_3\text{NH}_2\) (донор электронной пары) и иона водорода \(\text{H}^+\) (акцептор). Связь N-H, образованная таким образом, является ковалентной полярной, образованной по донорно-акцепторному механизму.
В этом ряду все вещества содержат ковалентную полярную связь, образованную по донорно-акцепторному механизму.
Ряд 3: ацетон, гидрид калия, магний
* Ацетон (\(\text{CH}_3\text{COCH}_3\)): Нет донорно-акцепторной связи.
* Гидрид калия (\(\text{KH}\)): Ионная связь.
* Магний (\(\text{Mg}\)): Металлическая связь.
В этом ряду нет веществ с донорно-акцепторной связью.
Ряд 4: пероксид натрия; бутан, циклогексан
* Пероксид натрия (\(\text{Na}_2\text{O}_2\)): Нет донорно-акцепторной связи.
* Бутан (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)): Нет донорно-акцепторной связи.
* Циклогексан (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\)): Нет донорно-акцепторной связи.
В этом ряду нет веществ с донорно-акцепторной связью.
Ряд 5: сульфат натрия, ацетат калия, гидроксид кальция
* Сульфат натрия (\(\text{Na}_2\text{SO}_4\)): В сульфат-ионе \(\text{SO}_4^{2-}\) связи S-O могут быть рассмотрены как образованные по донорно-акцепторному механизму, если исходить из того, что сера расширяет свой октет, используя d-орбитали, или если рассматривать формальные заряды. Однако, более строго, это не всегда классический пример.
* Ацетат калия (\(\text{CH}_3\text{COOK}\)): Нет донорно-акцепторной связи.
* Гидроксид кальция (\(\text{Ca(OH)}_2\)): Нет донорно-акцепторной связи.
В этом ряду не все вещества содержат донорно-акцепторную связь.
Ответ на В: 2
Итоговые ответы:
А. ионную и ковалентную полярную связи: 5
Б. ковалентную неполярную связь: 4
В. ковалентную полярную связь, образованную по донорно-акцепторному механизму: 2
