Poniżej przedstawiono wzór opisujący jedną ze struktur elektronowych cząsteczki N2O.
Uzupełnij tabelę. Określ typ hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu centralnego
azotu (sp, sp2, sp3) i kształt cząsteczki (liniowa, kątowa) oraz wpisz, ile wiązań
σ i π występuje w cząsteczce N2O o przedstawionej strukturze.
W odpowiednich warunkach fluorowce mogą ze sobą reagować i tworzyć tzw. związki
międzyhalogenowe o wzorze ogólnym AX𝑦, w którym 𝑦 przyjmuje wartość 1, 3, 5 lub 7.
W tym wzorze A oznacza pierwiastek o mniejszej elektroujemności, a X – pierwiastek
o większej elektroujemności.
Przykładem związku międzyhalogenowego jest trichlorek jodu o wzorze ICl3.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2018.
5.1. (0–2)
Trichlorek jodu został po raz pierwszy otrzymany w reakcji, której schemat przedstawiono
poniżej.
IO–3 + I2 + H+ + Cl– → ICl3 + H2O
Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych
elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równanie reakcji redukcji zachodzącej
podczas tej przemiany. Uwzględnij środowisko reakcji. Uzupełnij współczynniki
stechiometryczne w poniższym schemacie.
Równanie reakcji redukcji:
IO–3 + I2 + H+ + Cl– → ICl3 + H2O
5.2. (0–2)
Metoda VSEPR pozwala określać kształt cząsteczek zbudowanych z atomów pierwiastków
grup 1.–2. oraz 13.–18. W cząsteczce należy wyróżnić atom centralny (np. atom tlenu
w cząsteczce H2O) i ustalić liczbę wolnych par elektronowych na jego zewnętrznej
powłoce (𝑦). Następnie trzeba zsumować liczbę podstawników związanych z atomem
centralnym (𝑥) i liczbę jego wolnych par elektronowych (𝑦). W ten sposób otrzymuje się
tzw. liczbę przestrzenną (𝐿p = 𝑥 + 𝑦), która decyduje o kształcie cząsteczki. Ponieważ
zarówno wolne, jak i wiążące pary elektronowe wzajemnie się odpychają, wszystkie
elementy składające się na liczbę przestrzenną (podstawniki i wolne pary elektronowe)
zajmują jak najbardziej odległe od siebie położenia wokół atomu centralnego.
Na podstawie: R.J. Gillespie, Coordination Chemistry Reviews, 252 (2008) 1315,
oraz J.D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, Warszawa 1997.
Przedstawiony poniżej model jest ilustracją kształtu
cząsteczki zbudowanej z atomu centralnego związanego
z trzema podstawnikami (𝑥 = 3), dla 𝐿p = 4.
Narysuj wzór elektronowy cząsteczki trichlorku jodu ICl3. Zaznacz kreskami pary
elektronowe wiązań chemicznych oraz wolne pary elektronowe. Następnie
rozstrzygnij, czy przedstawiony model jest ilustracją kształtu cząsteczki ICl3. Napisz
wartość liczby przestrzennej cząsteczki ICl3.
Gal tworzy trihalogenki, np. chlorek galu(III). W fazie stałej
chlorek galu(III) występuje głównie w postaci dimerów,
a w fazie gazowej – jako mieszanina dimerów i monomerów.
Monomer chlorku galu(III) jest płaską cząsteczką, w której
wszystkie atomy chloru są równocenne. Model dimeru
przedstawiono na rysunku.
Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition, CRC Press 2017.
2.1. (0–1)
Narysuj wzór elektronowy monomeru chlorku galu(III). Zaznacz kreskami wiążące
i wolne pary elektronowe.
Wzór monomeru chlorku galu(III):
2.2. (0–1)
Uzupełnij tabelę. Napisz, jaki typ hybrydyzacji (sp, sp2 albo sp3) przypisuje się
orbitalom walencyjnym atomu galu w monomerze oraz w dimerze chlorku galu(III).
Chlorek galu(III):
monomer
dimer
Typ hybrydyzacji
2.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego monomery chlorku galu(III) mają zdolność łączenia się w dimery.
Uwzględnij sposób powstawania wiązań, dzięki którym z monomeru chlorku galu(III)
powstaje dimer.
Liczba koordynacyjna to liczba najbliższych atomów lub jonów otaczających dany atom lub
jon w sieci krystalicznej kryształu.
Tlenek germanu(IV) jest krystalicznym ciałem stałym. Istnieje w dwóch odmianach: alfa,
α-GeO2, oraz beta, β-GeO2. Fragmenty struktur obu odmian przedstawiono poniżej (atomy
Ge – szare, atomy O – czerwone).
Uzupełnij zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym
nawiasie.
W odmianie α-GeO2 liczba koordynacyjna dla atomu germanu wynosi (dwa / cztery / sześć).
W strukturze odmiany β-GeO2 dla orbitali walencyjnych atomu germanu zakłada się
hybrydyzację (sp2 / sp3).
Stapianie tlenku krzemu(IV) z wodorotlenkiem sodu pozwala otrzymać różne krzemiany,
w zależności od stosunku molowego substratów tej reakcji. Wskutek hydrolizy wodnego
roztworu tetraoksokrzemianu(IV) sodu, czyli Na4SiO4, tworzy się roztwór silnie alkaliczny.
Taki roztwór obok cząsteczek kwasu tetraoksokrzemowego(IV) zawiera wszystkie rodzaje
wodoroanionów tego kwasu.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
Narysuj elektronowy wzór kreskowy kwasu tetraoksokrzemowego(IV). Określ typ
hybrydyzacji (sp, sp2, sp3) orbitali walencyjnych atomu krzemu w cząsteczce tego
kwasu.
Poniżej przedstawiono wzory półstrukturalne (grupowe) dwóch związków zapachowych:
geranialu oraz geraniolu.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
27.1. (0–2)
Uzupełnij tabelę. Wpisz formalny stopień utlenienia oraz typ hybrydyzacji (sp, sp2, sp3)
orbitali walencyjnych atomu węgla oznaczonego literą a w cząsteczkach geranialu
i geraniolu.
Stopień utlenienia
Typ hybrydyzacji
Geranial
Geraniol
27.2. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F –
jeśli jest fałszywe.
1.
Geraniol jest produktem redukcji geranialu.
P
F
2.
W cząsteczce geranialu liczba wiązań 𝜋 jest większa niż w cząsteczce geraniolu.
Na rysunku przedstawiono trzy modele, oznaczone literami A-C, rozkładu
przestrzennego orbitali hybrydowych powstałych w wyniku zmieszania orbitali
walencyjnych s i p atomu centralnego w różnych cząsteczkach.
Uzupełnij poniższą tabelę. Podaj, który model (A, B czy C) odpowiada rozkładowi
przestrzennemu orbitali hybrydowych atomu centralnego w cząsteczkach H2O i BF3
oraz jaki typ hybrydyzacji (sp, sp2, sp3) można przypisać do orbitali walencyjnych atomu
centralnego w tych cząsteczkach.
Metoda VSEPR pozwala określać kształt cząsteczek zbudowanych z atomów pierwiastków grup głównych. W cząsteczce należy wyróżnić atom centralny (np. atom tlenu w cząsteczce H2O) i ustalić liczbę wolnych par elektronowych na jego zewnętrznej powłoce. Następnie zsumować liczbę podstawników związanych z atomem centralnym (𝑥) i liczbę jego wolnych par elektronowych (𝑦). W ten sposób otrzymuje się tzw. liczbę przestrzenną (𝐿p = 𝑥 + 𝑦),
która determinuje kształt cząsteczki. Ponieważ zarówno wolne, jak i wiążące pary elektronowe wzajemnie się odpychają, wszystkie elementy składające się na liczbę przestrzenną (podstawniki i wolne pary elektronowe) zajmują jak najbardziej odległe od siebie położenia wokół atomu centralnego.
Na podstawie: R. J. Gillespie, Fifty years of the VSEPR model; Coordination Chemistry Reviews 252 (2008) 1315.
6.1. (0–2)
Uzupełnij poniższą tabelę – dla wymienionych cząsteczek napisz wartości 𝒙 i 𝒚 oraz określ kształt cząsteczki (liniowa, kątowa, trójkątna, tetraedryczna).
CO2
SO2
OF2
𝑥
𝑦
kształt cząsteczki
6.2. (0–1)
Poniżej przedstawiono dwa modele przestrzenne (I i II) różnych cząsteczek o wzorze ogólnym AB4.
Rozstrzygnij, który z przedstawionych modeli (I albo II) jest ilustracją kształtu cząsteczki SF4. Uzasadnij swój wybór. Zastosuj metodę VSEPR.
Cząsteczkę SF4 przedstawia model
Uzasadnienie:
6.3. (0–1)
W teorii VSEPR przyjmuje się, że kąty między wiązaniami w drobinach zależą od siły, z jaką odpychają się pary elektronowe znajdujące się na zewnętrznej powłoce. Siła odpychania par elektronowych powłoki walencyjnej maleje w kolejności: wolna para elektronowa – wolna para elektronowa > wolna para elektronowa – wiążąca para elektronowa > wiążąca para elektronowa – wiążąca para elektronowa. Oznacza to, że w drobinach, w których nie ma wolnych par elektronowych, kąty między wiązaniami są najbardziej zbliżone do wartości teoretycznych opisujących idealną strukturę geometryczną drobiny, a w cząsteczkach zawierających wolne pary elektronowe obserwuje się zmniejszenie kątów między wiązaniami.
Na podstawie: J. D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.
Wpisz do tabeli wartości kątów między wiązaniami N–H w wymienionych drobinach (NH–2, NH3, NH+4). Wartości tych kątów wybierz spośród następujących: 180°, 120°, 109°,107°, 105°.
Fosforowodór PH3 to związek o temperaturze topnienia równej −133°C i temperaturze
wrzenia równej −88°C (pod ciśnieniem atmosferycznym). W skroplonym fosforowodorze
oddziaływania międzycząsteczkowe są dużo słabsze niż w skroplonym amoniaku.
Na podstawie: L. Kolditz (red.), Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.
4.1. (0–1)
Na podstawie różnicy elektroujemności między fosforem a wodorem oraz informacji
wprowadzającej uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród
podanych w każdym nawiasie.
Cząsteczka fosforowodoru PH3 ma kształt (trójkąta równobocznego / liniowy /
piramidy o podstawie trójkąta). Wiązanie w PH3 ma charakter (jonowy / kowalencyjny).
4.2. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
Temperatura wrzenia skroplonego amoniaku jest (wyższa / niższa) niż temperatura wrzenia
fosforowodoru. Bardzo dobra rozpuszczalność (fosforowodoru / amoniaku) w wodzie jest
spowodowana silnym oddziaływaniem między cząsteczkami tego związku a cząsteczkami
wody i tworzeniem się między nimi wiązań wodorowych.
Atom siarki tworzy z atomami fluoru m.in. cząsteczki o wzorze SF2 i SF6.
6.1. (0–1)
Narysuj wzór elektronowy cząsteczki SF2 – zaznacz kreskami wspólne pary elektronowe
oraz wolne pary elektronowe atomów siarki i fluoru. Określ kształt cząsteczki (liniowa,
kątowa, tetraedryczna).
Wzór elektronowy:
Kształt cząsteczki:
6.2. (0–1)
Poniżej zamieszczono model ilustrujący kształt cząsteczki SF6.
Wykaż na podstawie teorii VSEPR (odpychanie par elektronowych powłoki
walencyjnej), że przedstawiony model jest poprawną ilustracją kształtu cząsteczki SF6.
