Составьте формулы соединений образованных калием и хлором


Тема VII. Работа 1. Химическая связь. Кристаллические решетки. Вариант 4

Вопросы:

1. Из приведенных формул веществ выпишите только формулы соединений с ковалентной неполярной связью: I2, HCl,

O2, NH3, H2O, N2, Cl2, РH3, NaNO3.

2. Составьте формулы соединений, образованных: а) калием и хлором; б) водородом и иодом; в) кислородом и водородом. Укажите вид химической связи в этих соединениях.

3. Изобразите схемы строения ионов Li+, С-, Na+ и F-. Укажите тип кристаллической решетки в соединениях, образованных этими частицами.

Решения и ответы:

1. Ковалентная неполярная связь в молекулах

2

3.

Для соединений, образованных этими частицами, характерен ионный тип кристаллической решетки.

бесплатных карточек «химия» на тему химия

имя пользователя Адрес электронной почты пароль взятый Возраст: 12 лет и младше
13 лет и старше Зачем


Обязательно запомните свой пароль. Если вы его забудете, StudyStack не сможет чтобы отправить вам ссылку для сброса.Вам нужно будет создать новую учетную запись. Мы не передаем ваш адрес электронной почты другим лицам. Он используется только для сброса пароля. Подробности читайте в нашем Политика конфиденциальности и Условия использования.

зарегистрироваться ,

3.6: Названия и формулы неорганических соединений

Эмпирические и молекулярные формулы, обсуждаемые в предыдущем разделе, точны и информативны, но имеют некоторые недостатки. Во-первых, они неудобны для рутинного вербального общения. Например, сказать «C-A-три-P-O-четыре-два» для Ca 3 (PO 4 ) 2 намного сложнее, чем сказать «фосфат кальция». Кроме того, многие соединения имеют одинаковые эмпирические и молекулярные формулы, но разное расположение атомов, что приводит к очень разным химическим и физическим свойствам.В таких случаях соединениям необходимо иметь разные названия, которые позволяют различать возможные варианты расположения.

Многие соединения, особенно те, которые были известны относительно долгое время, имеют несколько названий: общее название (иногда несколько) и систематическое название, которое присваивается в результате соблюдения определенных правил. Как и названия большинства элементов, общие названия химических соединений обычно имеют историческое происхождение, хотя зачастую они не связаны с интересующими их соединениями.Например, систематическое название KNO 3 - нитрат калия, но его общее название - селитра .

В этом тексте используется систематическая номенклатура для присвоения значимых имен миллионам известных веществ. К сожалению, некоторые химические вещества, которые широко используются в торговле и промышленности, все еще известны почти исключительно под их общими названиями; в таких случаях требуется знакомство как с общепринятым, так и с систематическим названием. Цель этого и следующих двух разделов - научить записывать формулу простого неорганического соединения по его названию - и наоборот - и ввести некоторые часто встречающиеся общие названия.

Бинарные ионные соединения содержат только два элемента. Процедура присвоения названия таким соединениям представлена ​​на рисунке 3.5.1 и включает следующие шаги:

Рисунок 3.5.1: Название ионного соединения

1. Разместите ионы в их правильном порядке: катион, затем анион.

2. Назовите катион.

а. Металлы, образующие только один катион . Как отмечалось ранее, эти металлы обычно входят в группы 1-3, 12 и 13. Название катиона металла, образующего только один катион, совпадает с названием металла (с добавлением слова ion, если катион само по себе).Например, Na + - ион натрия, Ca 2 + - ион кальция, а Al 3 + - ион алюминия.

г. Металлы, образующие более одного катиона . Как показано на рисунке 3.5.2, многие металлы могут образовывать более одного катиона. Такое поведение наблюдается для большинства переходных металлов, многих актинидов и наиболее тяжелых элементов 13–15 групп. В таких случаях положительный заряд металла обозначается римской цифрой в скобках сразу после названия металла.Таким образом, Cu + - это медь (I) (читается как «медная»), Fe 2 + - железо (II), Fe 3 + - железо (III), Sn 2 + олово (II), а Sn 4 + олово (IV).

Однако старая система номенклатуры таких катионов все еще широко используется. Название катиона с более высоким зарядом образовано от корня латинского названия элемента с добавленным суффиксом -ic, а название катиона с более низким зарядом имеет тот же корень с суффиксом -ous.Названия Fe 3 + , Fe 2 + , Sn 4 + и Sn 2 + , таким образом, означают трехвалентное, двухвалентное, двухвалентное и двухвалентное олово соответственно. Несмотря на то, что в этом тексте используются систематические имена с римскими цифрами, важно распознавать эти общие имена, потому что они все еще часто используются. Например, на этикетке зубного фтористого ополаскивателя химикаты называют фторид олова (II), который обычно указывается как фторид олова.

Некоторые примеры металлов, образующих более одного катиона, перечислены в таблице 3.5.1 вместе с названиями ионов. Отметим, что простой катион Hg + не встречается в химических соединениях. Вместо этого все соединения ртути (I) содержат димерный катион Hg 2 2 + , в котором два атома Hg связаны вместе.

+ I) 9 0124 олово
Таблица 3.5.1: Общие катионы металлов, образующие более одного иона
Катион Систематическое название Общее название Катион Систематическое название Общее название
* Не широко используемый.
† Изолированный ион ртути (I) существует только в виде газообразного иона.
Co 2 + кобальт (II) кобальт * Pb 4 + свинец (IV) 3
кобальт (III) кобальт * Pb 2 + свинец (II) свинец *
Cr 2 + хром (II) хромистый Cu 2 + медь (II) медь
Cr 3 + хром (III) хромовый Cu +

3

медь
Fe 2 + железо (II) железо Sn 4 + олово (IV)
Fe 3 + железо (III) трехвалентное железо Sn 2 + олово (II) олово
Mn32 900 марганец (II) марганец * Hg 2 + ртуть (II) ртуть
Mn 3 9032 + марганец (марганец) Hg 2 2 + ртуть (I) ртуть †

c. Многоатомные катионы . Названия общих многоатомных катионов, которые относительно важны в ионных соединениях (например, ион аммония), приведены в Таблице 2.4 «Общие многоатомные ионы и их названия».

3. Назовите анион.

а. Одноатомные анионы . Одноатомные анионы называют добавлением суффикса -ide к корню имени родительского элемента; таким образом, Cl - представляет собой хлорид, O 2- представляет собой оксид, P 3- представляет собой фосфид, N 3- представляет собой нитрид (также называемый азидом) и C 4- представляет собой карбид.Поскольку заряды на этих ионах можно предсказать, исходя из их положения в периодической таблице, указывать заряд в названии необязательно. Примеры одноатомных анионов приведены в таблице 2.2 «Некоторые общие одноатомные ионы и их названия».

г. Многоатомные анионы . Многоатомные анионы обычно имеют общие имена, которые необходимо запомнить; некоторые примеры приведены в таблице 2.4. Многоатомные анионы, содержащие один атом металла или неметалла плюс один или несколько атомов кислорода, называются оксоанионами (или оксианионами).В случаях, когда для элемента известны только два оксоаниона, название оксоаниона с большим количеством атомов кислорода заканчивается на -ate, а имя оксоаниона с меньшим количеством атомов кислорода заканчивается на -ite. Например, NO 3 - - это нитрат, а NO 2 - - нитрит.

Галогены и некоторые переходные металлы образуют более обширный ряд оксоанионов, состоящий из четырех членов. В названиях этих оксоанионов префикс per- используется для обозначения оксоаниона с наибольшим количеством кислорода (так что ClO 4 - - это перхлорат, а ClO 3 - - хлорат), а префикс hypo- используется для идентификации аниона с наименьшим количеством кислорода (ClO 2 - хлорит, а ClO - гипохлорит).Взаимосвязь между названиями оксоанионов и количеством присутствующих атомов кислорода изображена на рисунке 3.5.3 «Взаимосвязь между названиями оксоанионов и количеством присутствующих атомов кислорода». Дифференцировать оксоанионы в таком ряду нетривиально; например, ион гипохлорита является активным ингредиентом отбеливателя для стирки и дезинфицирующего средства для бассейнов, но соединения, содержащие перхлорат-ион, могут взорваться при контакте с органическими веществами.

4.Напишите название соединения как название катиона, а затем название аниона.

Рисунок 3.5.2: Металлы, образующие более одного катиона, и их расположение в Периодической таблице

Нет необходимости указывать количество катионов или анионов, присутствующих на формульную единицу, в названии ионного соединения, потому что эта информация подразумевается зарядами на ионах. Однако заряд ионов необходимо учитывать при написании формулы ионного соединения из его названия.Поскольку заряд иона хлорида равен -1, а заряд иона кальция равен +2, например, в соответствии с их положением в периодической таблице, арифметика показывает, что хлорид кальция должен содержать вдвое больше ионов хлорида, чем иона кальция, чтобы поддерживать электрическая нейтральность. Таким образом, формула CaCl 2 . Точно так же фосфат кальция должен быть Ca 3 (PO 4 ) 2 , потому что катион и анион имеют заряды +2 и -3 соответственно. Лучший способ научиться называть ионные соединения - это проработать несколько примеров со ссылкой на рисунок 3.5.1, Таблица 2.2, Таблица 2.4 и Таблица 3.5.1 по мере необходимости.

За некоторыми исключениями, эти металлы обычно являются переходными металлами или актинидами.

Рисунок 3.5.3: Взаимосвязь между названиями оксоанионов и количеством присутствующих атомов кислорода

Катионы всегда называются перед анионами.

Большинство переходных металлов, многие актиниды и самые тяжелые элементы групп 13–15 могут образовывать более одного катиона.

Напишите систематическое название (и общее название, если применимо) для каждого ионного соединения.

  1. LiCl
  2. MgSO 4
  3. (NH 4 ) 3 PO 4
  4. Cu 2 O

С учетом

09: 9 эмпирическая формула 2

Стратегия :

A Если для катиона возможен только один заряд, дайте его имя, сверяясь с таблицей 2.2 или Таблицу 2.4 при необходимости. Если катион может иметь более одного заряда (таблица 3.5.1), укажите заряд римскими цифрами.

B Если анион не содержит кислорода, назовите его в соответствии с шагом 3а, используя Таблицу 2.2 и Таблицу 2.4, если необходимо. Для многоатомных анионов, содержащих кислород, используйте таблицу 2.4 и соответствующие префикс и суффикс, перечисленные в шаге 3b.

C Напишите название соединения, начиная с катиона.

Решение :

а. A B Литий находится в группе 1, поэтому мы знаем, что он образует только катион Li + , который является ионом лития. Точно так же хлор находится в группе 7, поэтому он образует анион Cl - , который является ионом хлорида. C Поскольку мы начинаем с названия катиона, это соединение называется хлорид лития, который используется в медицине как антидепрессант.

г. A B Катион - это ион магния, а анион, содержащий кислород, - сульфат. C Поскольку мы перечисляем катион в первую очередь, название этого соединения - сульфат магния. Гидратированная форма сульфата магния (MgSO 4 · 7H 2 O) продается в аптеках как английская соль, сильное, но эффективное слабительное.

г. A B Катион - это ион аммония (из таблицы 2.4), а анион - фосфат. C. Таким образом, соединение представляет собой фосфат аммония, который широко используется в качестве удобрения. Нет необходимости указывать, что формульная единица содержит три иона аммония, потому что три необходимы для уравновешивания отрицательного заряда фосфата.

г. A B Катион - это переходный металл, который часто образует более одного катиона (таблица 3.5.1). Поэтому мы должны указать в названии положительный заряд катиона: медь (I) или, согласно более старой системе, медь. Анион оксидный. C Название этого соединения - оксид меди (I) или, в более старой системе, оксид меди. Оксид меди (I) используется в качестве красной глазури на керамике и в необрастающих красках для предотвращения роста организмов на днище лодок.

Cu 2 O . Дно лодки защищено красной необрастающей краской, содержащей оксид меди (I), Cu 2 O.

Упражнение

Напишите систематическое название (и общее название, если применимо) для каждого ионного соединение.

  1. CuCl 2
  2. MgCO 3
  3. FePO 4

Ответ :

  1. хлорид меди (II) (или хлорид меди (II))
  2. карбонат магния III
  3. карбонат железа III (или фосфат железа)

Напишите формулу для каждого соединения.

  1. дигидрофосфат кальция
  2. сульфат алюминия
  3. оксид хрома (III)

Дано : систематическое название

Запрошено : формула

Стратегия :

A его заряд, используя расположение элемента в периодической таблице и таблице 2.2 и образуя катионы с разными зарядами, используйте соответствующую римскую цифру или суффикс, чтобы указать его заряд.

B Определите анион, используя таблицу 2.2 «Некоторые общие одноатомные ионы и их названия» и таблицу 2.4. Начав с катиона, напишите формулу соединения, а затем определите количество катионов и анионов, необходимых для достижения электрической нейтральности.

Решение :

а. A Кальций находится в группе 2, поэтому он образует только ион Ca 2 + . B Дигидрофосфат представляет собой ион H 2 PO 4 - (Таблица 2.4). Два иона H 2 PO 4 - необходимы для уравновешивания положительного заряда на Ca 2 + , чтобы дать Ca (H 2 PO 4 ) 2 . Гидрат дигидрофосфата кальция, Ca (H 2 PO 4 ) 2 · H 2 O, является активным ингредиентом разрыхлителя.

г. A Алюминий, расположенный в верхней части 13 группы в периодической таблице Менделеева, образует только один катион, Al 3 + (Рисунок 3.5.2 «Металлы, образующие более одного катиона, и их положения в Периодической таблице»). Сульфат B - SO 4 2- (таблица 2.4). Чтобы уравновесить электрические заряды, нам нужны два катиона Al 3 + и три аниона SO 4 2-, что дает Al 2 (SO 4 ) 3 . Сульфат алюминия используется для дубления кожи и очистки питьевой воды.

г. A Поскольку хром является переходным металлом, он может образовывать катионы с различным зарядом.Римская цифра говорит нам, что положительный заряд в этом случае равен +3, поэтому катион Cr 3 + . B Оксид - O 2−. Таким образом, для получения электрически нейтрального соединения Cr 2 O 3 требуются два катиона (Cr 3 + ) и три аниона (O 2-). Это соединение является обычным зеленым пигментом, который имеет множество применений, включая маскирующие покрытия.

Cr 2 O 3 .Оксид хрома (III) (Cr 2 O 3 ) является обычным пигментом в темно-зеленых красках, таких как маскировочная краска.

Напишите формулы для каждого соединения.

  1. хлорид бария
  2. карбонат натрия
  3. гидроксид железа (III)

Ответ :

  1. BaCl 2
  2. Na 2 CO 3 Fe (
  3. )

Резюме

  • Существует систематический метод, используемый для определения ионных соединений.

Ионные соединения именуются в соответствии с систематическими процедурами, хотя широко используются общие названия. Систематическая номенклатура позволяет химикам записывать структуру любого соединения по его названию и наоборот. Ионные соединения обозначаются следующим образом: сначала катион, а затем анион. Если металл может образовывать катионы с более чем одним зарядом, заряд обозначается римскими цифрами в скобках после названия металла. Оксоанионы - это многоатомные анионы, которые содержат один атом металла или неметалла и один или несколько атомов кислорода.

  • Для описания химического состава.
  • Для обозначения ковалентных соединений, содержащих до трех элементов.

Как и в случае ионных соединений, система наименования ковалентных соединений позволяет химикам записывать молекулярную формулу по названию и наоборот. В этом и следующем разделе описаны правила наименования простых ковалентных соединений, начиная с неорганических соединений и затем переходя к простым органическим соединениям, содержащим только углерод и водород.

Когда химики синтезируют новое соединение, они могут еще не знать его молекулярную или структурную формулу. В таких случаях они обычно начинают с определения его эмпирической формулы - относительного количества атомов элементов в соединении, приведенного к наименьшим целым числам. Поскольку эмпирическая формула основана на экспериментальных измерениях количества атомов в образце соединения, она показывает только отношения количества присутствующих элементов. Разницу между эмпирической и молекулярной формулами можно проиллюстрировать на примере бутана, ковалентного соединения, используемого в качестве топлива в одноразовых зажигалках.Молекулярная формула бутана: C 4 H 10 . Отношение атомов углерода к атомам водорода в бутане составляет 4:10, которое может быть уменьшено до 2: 5. Таким образом, эмпирическая формула для бутана: C 2 H 5 . Формульная единица - это абсолютная группа атомов или ионов, представленная эмпирической формулой соединения, ионного или ковалентного. Бутан имеет эмпирическую формулу C 2 H 5 , но он содержит две формульные единицы C 2 H 5 , что дает молекулярную формулу C 4 H 10 .

Поскольку ионные соединения не содержат дискретных молекул, для обозначения их состава используются эмпирические формулы. Все соединения, ионные или ковалентные, должны быть электрически нейтральными. Следовательно, положительный и отрицательный заряды в формульной единице должны точно компенсировать друг друга. Если катион и анион имеют одинаковые заряды, такие как Na + и Cl -, то соединение должно иметь соотношение катионов к анионам 1: 1, а эмпирическая формула должна быть NaCl.Если заряды различаются по величине, то для получения нейтрального соединения необходимо соотношение катион: анион, отличное от 1: 1. В случае Mg 2 + и Cl -, например, необходимы два иона Cl - для уравновешивания двух положительных зарядов на каждом ионе Mg 2 + , что дает эмпирическую формулу MgCl 2 . Точно так же формула для ионного соединения, содержащего ионы Na + и O 2−, - это Na 2 O.

Ионные соединения не содержат дискретных молекул, поэтому для обозначения их состава используются эмпирические формулы.

Бинарные ионные соединения

Ионное соединение, которое содержит только два элемента, один из которых присутствует в виде катиона, а другой в виде аниона, называется бинарным ионным соединением. Одним из примеров является MgCl 2 , коагулянт, используемый при приготовлении тофу из соевых бобов. Для бинарных ионных соединений индексы в эмпирической формуле также могут быть получены путем пересечения зарядов: используйте абсолютное значение заряда на одном ионе в качестве индекса для другого иона.Этот метод схематически показан следующим образом:

Пересекающиеся расходы . Одним из способов получения индексов в эмпирической формуле является пересечение зарядов .

При пересечении зарядов иногда необходимо уменьшить индексы до их простейшего отношения, чтобы написать эмпирическую формулу. Рассмотрим, например, соединение, образованное Mg 2 + и O 2-. Использование абсолютных значений зарядов на ионах в качестве индексов дает формулу Mg 2 O 2 :

Это упрощает ее до правильной эмпирической формулы MgO.Эмпирическая формула содержит один ион Mg 2 + и один ион O 2−.

Напишите эмпирическую формулу для простейшего бинарного ионного соединения, образованного из каждого иона или пары элементов.

  1. Ga 3 + и As 3−
  2. Eu 3 + и O 2−
  3. кальций и хлор

Дано : ионы или элементы

Запрошено : эмпирическая формула для бинарного ионного соединения

Стратегия :

  1. Если не указано, определите ионные заряды на основе расположения элементов в периодической таблице.
  2. Используйте абсолютное значение заряда каждого иона в качестве индекса для другого иона. Сократите индексы до наименьших чисел

, чтобы записать эмпирическую формулу. Убедитесь, что эмпирическая формула электрически нейтральна.

Решение

а. B Использование абсолютных значений зарядов на ионах в качестве индексов дает Ga3As3:

Уменьшение индексов до наименьших целых чисел дает эмпирическую формулу GaAs, которая является электрически нейтральной [+3 + (−3) = 0] ,В качестве альтернативы мы могли бы признать, что Ga 3 + и As 3-9 имеют заряды одинаковой величины, но противоположные знаки. Один ион Ga 3 + уравновешивает заряд одного иона As 3-, и соединение 1: 1 не будет иметь чистого заряда. Поскольку мы пишем индексы, только если число больше 1, эмпирическая формула - GaAs. GaAs - это арсенид галлия, который широко используется в электронной промышленности в транзисторах и других устройствах.

г. B Поскольку Eu 3 + имеет заряд +3, а O 2− имеет заряд −2, соединение 1: 1 будет иметь чистый заряд +1. Следовательно, мы должны найти кратные списаниям, которые отменяются. Мы перекрестно заряжаем, используя абсолютное значение заряда одного иона в качестве индекса для другого иона:

Нижний индекс для Eu 3 + равен 2 (из O 2−), а нижний индекс для O 2− равно 3 (из Eu 3 + ), что дает Eu 2 O 3 ; нижние индексы не могут быть далее уменьшены.Эмпирическая формула содержит положительный заряд 2 (+3) = +6 и отрицательный заряд 3 (-2) = -6 для чистого заряда 0. Соединение Eu 2 O 3 является нейтральным. Оксид европия отвечает за красный цвет экранов телевизоров и компьютеров.

г. A Поскольку заряды на ионах не указаны, мы должны сначала определить ожидаемые заряды для наиболее распространенных ионов, полученных из кальция и хлора. Кальций находится в группе 2, поэтому он должен потерять два электрона, чтобы сформировать Ca 2 + .Хлор находится в группе 17, поэтому он должен получить один электрон, чтобы образовать Cl - .

B Два иона Cl - необходимы для уравновешивания заряда на одном ионе Ca 2 + , что приводит к эмпирической формуле CaCl 2 . Мы также могли бы перекрестно заряжать, используя абсолютное значение заряда для Ca 2 + в качестве индекса для Cl и абсолютное значение заряда для Cl - в качестве индекса для Ca:

Нижние индексы в CaCl 2 не подлежит дальнейшему уменьшению.Эмпирическая формула электрически нейтральна [+2 + 2 (−1) = 0]. Это соединение хлорид кальция, одно из веществ, используемых в качестве «соли» для таяния льда на дорогах и тротуарах зимой.

Напишите эмпирическую формулу для простейшего бинарного ионного соединения, образованного из каждого иона или пары элементов.

  1. Li + и N 3−
  2. Al 3 + и O 2−
  3. литий и кислород

Ответ :

  1. Li 87 3 N
  2. Al 2 O 3
  3. Li 2 O

Многоатомные ионы

Многоатомные ионы - это группы атомов, которые несут суммарные электрические заряды, хотя атомы в многоатомном ионе удерживаются вместе одними и теми же ковалентными связями которые удерживают атомы вместе в молекулах.Подобно тому, как существует намного больше видов молекул, чем простых элементов, существует гораздо больше видов многоатомных ионов, чем одноатомных ионов. Двумя примерами многоатомных катионов являются ионы аммония (NH 4 + ) и метиламмония (CH 3 NH 3 + ). Многоатомных анионов гораздо больше, чем многоатомных катионов; некоторые общие примеры приведены в таблице 3.6.1.

- 9 0124 SO 4 2-
Таблица 3.6.1: Общие многоатомные ионы и их названия
Формула Название иона Формула Название иона
NH 4 + аммоний HPO 4 2− гидрофосфат
CH 3 NH 3 + метиламмоний H 2 PO 4 1 - диам. OH - гидроксид ClO - гипохлорит
O 2 2− пероксид ClO 2 цианид ClO 3 - хлорат
SCN - тиоцианат ClO 4 - перхлорат
NO 2 - нитрит 9104 4 4 MnO2
NO 3 - нитрат CrO4 2 - хромат
CO 3 2- карбонат
9000 Cr4 9000 9000 Cr4 9000 2− дихромат
HCO 3 - гидрокарбонат или бикарбонат C 2 O 4 2−3 SO104 оксалат 2− сульфит HCO 2 - формиат
сульфат CH 3 CO 2 - ацетат
HSO 4 - гидросульфат C 9129, или 6 H 5 CO 2 - бензоат
PO 4 3- фосфат

эмпирическая формула, используемая для прогнозирования ионного метода соединения, которые содержат одноатомные ионы, также могут использоваться для соединений, содержащих многоатомные ионы.Общий заряд катионов должен уравновешивать общий заряд анионов в формульной единице. Таким образом, ионы K + и NO 3 - объединяются в соотношении 1: 1 с образованием KNO 3 (нитрата калия или селитры), основного ингредиента черного пороха. Точно так же Ca 2 + и SO 4 2− образуют CaSO 4 (сульфат кальция), который соединяется с различными количествами воды с образованием гипса и гипса Парижа. Многоатомные ионы NH 4 + и NO 3 - образуют NH 4 NO 3 (нитрат аммония), широко используемое удобрение и, в чужих руках, взрывчатое вещество.Одним из примеров соединения, в котором ионы имеют заряды разной величины, является фосфат кальция, который состоит из ионов Ca 2 + и PO 4 3-9 ; это основной компонент костей. Соединение электрически нейтрально, потому что ионы объединяются в соотношении три иона Ca 2 + [3 (+2) = +6] на каждые два иона [2 (−3) = −6], что дает эмпирическое формула Ca 3 (PO 4 ) 2 ; круглые скобки вокруг PO 4 в эмпирической формуле указывают на то, что это многоатомный ион.Запись формулы фосфата кальция в виде Ca 3 P 2 O 8 дает правильное число каждого атома в формульной единице, но это скрывает тот факт, что соединение содержит легко идентифицируемый PO 4 3− ионов.

Напишите эмпирическую формулу соединения, образованного каждой ионной парой.

  1. Na + и HPO 4 2−
  2. Катион калия и анион цианида
  3. Формула катиона кальция и аниона гипохлорита

Учитывая : ионы

Требуется : ион соединение

Стратегия :

  1. Если он не указан, определите заряд одноатомного иона по его положению в периодической таблице.Используйте Таблицу 3.6.1, чтобы найти заряд многоатомного иона.
  2. Используйте абсолютное значение заряда каждого иона в качестве индекса для другого иона. При написании эмпирической формулы сократите индексы до наименьших целых чисел.

Раствор :

  1. B Поскольку HPO 4 2− имеет заряд −2, а Na + имеет заряд +1, для эмпирической формулы требуются два иона Na + чтобы уравновесить заряд многоатомного иона, давая Na 2 HPO 4 .Нижние индексы уменьшены до наименьших чисел, поэтому эмпирическая формула: Na 2 HPO 4 . Это соединение представляет собой гидрофосфат натрия, который используется для придания текстуры плавленому сыру, пудингам и быстрым завтракам.
  2. A Катион калия - это K + , а анион цианида - CN -. B Поскольку величина заряда на каждом ионе одинакова, эмпирическая формула - KCN. Цианистый калий очень токсичен, и одно время его использовали как крысиный яд.Однако это использование было прекращено, потому что слишком много людей были случайно отравлены.
  3. A Катион кальция - это Ca 2 + , а анион гипохлорита - ClO - . B Два иона ClO - необходимы для уравновешивания заряда одного иона Ca 2 + , что дает Ca (ClO) 2 . Нижние индексы не могут быть далее уменьшены, поэтому эмпирическая формула Ca (ClO) 2 . Это гипохлорит кальция, «хлор», используемый для очистки воды в плавательных бассейнах.

Напишите эмпирическую формулу соединения, образованного каждой ионной парой.

  1. Ca 2 + и H 2 PO 4 -
  2. Катион натрия и анион бикарбоната натрия
  3. Катион аммония и анион сульфата

Ответ H: 89 Ca 2 PO 4 ) 2 : дигидрофосфат кальция является одним из ингредиентов разрыхлителя.

  • NaHCO 3
  • .

    3.1: Типы химических соединений и их формулы

    Атомы во всех веществах, которые содержат несколько атомов, удерживаются вместе за счет электростатических взаимодействий - взаимодействий между электрически заряженными частицами, такими как протоны и электроны. Электростатическое притяжение между противоположно заряженными видами (положительными и отрицательными) приводит к возникновению силы, которая заставляет их двигаться друг к другу, как притяжение между противоположными полюсами двух магнитов. Напротив, электростатическое отталкивание между двумя видами с одинаковым зарядом (как положительными, так и отрицательными) приводит к силе, которая заставляет их отталкивать друг друга, как и те же полюса двух магнитов.Атомы образуют химические соединения, когда притягивающие электростатические взаимодействия между ними сильнее, чем отталкивающие. В совокупности притягивающие взаимодействия между атомами называются химическими связями.

    Химические связи обычно делятся на два принципиально разных типа: ионные и ковалентные. В действительности, однако, связи в большинстве веществ не являются ни чисто ионными, ни чисто ковалентными, а лежат в спектре между этими крайностями. Хотя чисто ионные и чисто ковалентные связи представляют собой крайние случаи, которые редко встречаются в каких-либо, кроме очень простых, веществах, краткое обсуждение этих двух крайностей помогает объяснить, почему вещества с разными типами химических связей имеют очень разные свойства.Ионные соединения состоят из положительно и отрицательно заряженных ионов, удерживаемых вместе сильными электростатическими силами, тогда как ковалентные соединения обычно состоят из молекул, которые представляют собой группы атомов, в которых одна или несколько пар электронов совместно используются связанными атомами. В ковалентной связи атомы удерживаются вместе за счет электростатического притяжения между положительно заряженными ядрами связанных атомов и отрицательно заряженными электронами, которые они разделяют. Это обсуждение структур и формул начинается с описания ковалентных соединений.Энергетические факторы, участвующие в образовании связи, более подробно описаны ниже.

    Ионные соединения состоят из ионов с противоположными зарядами, удерживаемых вместе сильными электростатическими силами, тогда как пары электронов являются общими для связанных атомов в ковалентных соединениях.

    Ковалентные молекулы и соединения

    Так же, как атом - это простейшая единица, обладающая фундаментальными химическими свойствами элемента, молекула - это простейшая единица, обладающая фундаментальными химическими свойствами ковалентного соединения.Некоторые чистые элементы существуют в виде ковалентных молекул. Водород, азот, кислород и галогены встречаются в природе в виде двухатомных («двухатомных») молекул H 2 , N 2 , O 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , и I 2 (часть (a) на рисунке 3.1.1). Точно так же несколько чистых элементов существуют в виде многоатомных («многоатомных») молекул, таких как элементарный фосфор и сера, которые представлены как P 4 и S 8 (часть (b) на рисунке 3.1.1).

    Каждое ковалентное соединение представлено молекулярной формулой, которая дает атомный символ для каждого составляющего элемента в заданном порядке, сопровождаемый нижним индексом, указывающим количество атомов этого элемента в молекуле. Нижний индекс пишется только в том случае, если количество атомов больше 1. Например, вода с двумя атомами водорода и одним атомом кислорода на молекулу записывается как \ (H_2O \). Точно так же диоксид углерода, который содержит один атом углерода и два атома кислорода в каждой молекуле, записывается как \ (CO_2 \).

    Рисунок 3.1.1: Элементы, которые существуют как ковалентные молекулы. (a) Некоторые элементы естественным образом существуют в виде двухатомных молекул, в которых два атома (E) соединены одной или несколькими ковалентными связями с образованием молекулы с общей формулой E2. (б) Некоторые элементы в природе существуют в виде многоатомных молекул, которые содержат более двух атомов. Например, фосфор существует в виде тетраэдров P4 - правильных многогранников с четырьмя треугольными сторонами - с атомом фосфора в каждой вершине. Элементарная сера состоит из сморщенного кольца из восьми атомов серы, соединенных одинарными связями.Селен не показан из-за сложности его структуры.

    Ковалентные соединения, которые преимущественно содержат углерод и водород, называются органическими соединениями. При представлении формул органических соединений принято писать сначала углерод, затем водород, а затем любые другие элементы в алфавитном порядке (например, CH 4 O - это метиловый спирт, топливо). Соединения, которые состоят в основном из элементов, отличных от углерода и водорода, называются неорганическими соединениями; они включают как ковалентные, так и ионные соединения.В неорганических соединениях составные элементы перечисляются, начиная с самого левого в периодической таблице, как в CO 2 или SF 6 . Те, кто находится в той же группе, перечислены, начиная с нижнего элемента и постепенно увеличиваясь, как в ClF. Однако по соглашению, когда неорганическое соединение содержит и водород, и элемент из групп 13-15, водород обычно указывается в формуле последним. Примерами являются аммиак (NH 3 ) и силан (SiH 4 ). Такие соединения, как вода, состав которых был установлен задолго до принятия этого соглашения, всегда сначала пишется с водородом: вода всегда записывается как H 2 O, а не как OH 2 .Условные обозначения для неорганических кислот, таких как соляная кислота (HCl) и серная кислота (H 2 SO 4 ), описаны в другом месте.

    Для органических соединений: сначала напишите C, затем H, а затем остальные элементы в алфавитном порядке. Для молекулярных неорганических соединений: начните с крайнего левого элемента периодической таблицы; перечислить элементы в одной группе, начиная с нижнего элемента и далее.

    Напишите молекулярную формулу каждого соединения.

    а. Фосфорно-серное соединение, ответственное за воспламенение так называемых спичек, имеет 4 атома фосфора и 3 атома серы на молекулу.

    г. Этиловый спирт, спирт алкогольных напитков, имеет 1 атом кислорода, 2 атома углерода и 6 атомов водорода на молекулу.

    г. Фреон-11, который когда-то широко использовался в автомобильных кондиционерах и причастен к повреждению озонового слоя, имеет 1 атом углерода, 3 атома хлора и 1 атом фтора на молекулу.

    Дано : идентичность присутствующих элементов и количество атомов в каждом

    Запрошено : молекулярная формула

    Стратегия :

    A Определите символ для каждого элемента в молекуле. Затем определите вещество как органическое или неорганическое соединение.

    B Если вещество является органическим соединением, расположите элементы по порядку, начиная с углерода и водорода, а затем перечислите другие элементы в алфавитном порядке.Если это неорганическое соединение, перечислите элементы, начиная с самого левого в периодической таблице. Перечислите элементы в одной группе, начиная с нижнего элемента и постепенно увеличивая его.

    C Из приведенной информации добавьте нижний индекс для каждого типа атомов, чтобы записать молекулярную формулу.

    Решение :

    а. A В молекуле 4 атома фосфора и 3 атома серы. Поскольку соединение не содержит в основном углерода и водорода, оно неорганическое. B Фосфор находится в группе 15, а сера - в группе 16. Поскольку фосфор находится слева от серы, он записывается первым. C Запись номера каждого типа атомов в виде правого нижнего индекса дает P 4 S 3 в качестве молекулярной формулы.

    г. A Этиловый спирт содержит преимущественно углерод и водород, поэтому он является органическим соединением. B Формула органического соединения записывается сначала с числом атомов углерода, затем с числом атомов водорода, а остальные атомы в алфавитном порядке: CHO. C Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу C2H6O.

    г.

    Фреон-11 содержит углерод, хлор и фтор. Его можно рассматривать либо как неорганическое соединение, либо как органическое соединение (в котором фтор заменил водород). Таким образом, формула для фреона-11 может быть записана с использованием любого из двух соглашений.

    B Согласно соглашению для неорганических соединений, углерод пишется первым, потому что он находится дальше слева в периодической таблице.Фтор и хлор находятся в одной группе, поэтому они перечислены, начиная с нижнего элемента и постепенно увеличиваясь: CClF. Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу CCl 3 F.

    C Мы получаем ту же формулу для фреона-11, используя условные обозначения для органических соединений. Сначала записывается количество атомов углерода, затем количество атомов водорода (ноль), а затем другие элементы в алфавитном порядке, что также дает CCl 3 F.

    Напишите молекулярную формулу для каждого соединения.

    1. Закись азота, также называемая «веселящий газ», содержит 2 атома азота и 1 атом кислорода на молекулу. Закись азота используется в качестве мягкого анестетика при небольших хирургических вмешательствах и как пропеллент в банках со взбитыми сливками.
    2. Сахароза, также известная как тростниковый сахар, имеет 12 атомов углерода, 11 атомов кислорода и 22 атома водорода.
    3. Гексафторид серы, газ, используемый для создания давления «негерметичных» теннисных мячей и в качестве хладагента в ядерных реакторах, содержит 6 атомов фтора и 1 атом серы на молекулу.

    Ответ :

    1. N 2 O
    2. C 12 H 22 O 11
    3. SF 6

    Представления молекулярных структур

    Молекулярные формулы дают только элементарные формулы состав молекул. Напротив, структурные формулы показывают, какие атомы связаны друг с другом, а в некоторых случаях - приблизительное расположение атомов в пространстве. Знание структурной формулы соединения позволяет химикам создать трехмерную модель, которая предоставляет информацию о том, как это соединение будет вести себя физически и химически.

    Рисунок 3.1.2: Молекулы, содержащие одинарные, двойные и тройные связи. Водород (H 2 ) имеет одинарную связь между атомами. Кислород (O 2 ) имеет двойную связь между атомами, обозначенную двумя линиями (=). Азот (N 2 ) имеет тройную связь между атомами, обозначенную тремя линиями (≡). Каждая связь представляет собой электронную пару.

    Структурная формула для H 2 может быть представлена ​​как H – H, а формула для I 2 - как I – I, где линия указывает на одну пару общих электронов, одинарную связь.Две пары электронов связаны двойной связью, что обозначено двумя линиями, например, O 2 означает O = O. Три пары электронов объединены тройной связью, которая обозначена тремя линиями, например, N 2 - это N≡N (рис. 3.1.2). Углерод уникален тем, что образует одинарные, двойные и тройные связи с самим собой и другими элементами. Число связей, образованных атомом в его ковалентных соединениях, не является произвольным. Водород, кислород, азот и углерод имеют очень сильную тенденцию к образованию веществ, в которых они имеют одну, две, три и четыре связи с другими атомами соответственно (Таблица 3.1.1).

    Таблица 3.1.1: Число связей, которые выбранные атомы обычно образуют с другими атомами
    Atom Количество облигаций
    H (группа 1) 1
    O ( группа 16) 2
    N (группа 15) 3
    C (группа 14) 4

    Структурная формула воды может быть представлена ​​следующим образом:

    Поскольку последний приближает экспериментально определенную форму молекулы воды, он более информативен.Точно так же аммиак (NH 3 ) и метан (CH 4 ) часто записываются как плоские молекулы:

    Однако, как показано на рисунке 3.1.3, реальная трехмерная структура NH 3 выглядит как пирамида с треугольным основанием из трех атомов водорода. Структура CH 4 с четырьмя атомами водорода, расположенными вокруг центрального атома углерода, как показано на рисунке 3.1.3, является тетраэдрической: атомы водорода расположены в каждой второй вершине куба. Многие соединения, в частности соединения углерода, имеют четыре связанных атома, расположенных вокруг центрального атома, образуя тетраэдр.

    Рисунок 3.1.3: Трехмерные структуры воды, аммиака и метана. (а) Вода представляет собой молекулу V-образной формы, в которой все три атома лежат в одной плоскости. (b) Напротив, аммиак имеет пирамидальную структуру, в которой три атома водорода образуют основание пирамиды, а атом азота находится в вершине. (c) четыре атома водорода метана образуют тетраэдр; атом углерода находится в центре.

    Рисунки 3.1.1, 3.2.1 и 3.1.3 иллюстрируют различные способы представления структур молекул.Должно быть ясно, что не существует единственного «лучшего» способа изобразить структуру молекулы; Используемый метод зависит от того, на каком аспекте конструкции следует сделать акцент и сколько времени и усилий потребуется. На рисунке 3.1.4 показаны некоторые из различных способов изобразить структуру несколько более сложной молекулы: метанола. Эти представления сильно различаются по своему информационному содержанию. Например, молекулярная формула метанола (часть (а) на рисунке 3.1.4) дает только количество атомов каждого типа; запись метанола в виде CH 4 O ничего не говорит о его структуре.Напротив, структурная формула (часть (b) на рисунке 3.1.4) показывает, как атомы связаны, но при этом метанол выглядит так, как если бы он был плоским (а это не так). Как модель с шариком и палкой (часть (c) на рисунке 3.1.4), так и перспективный рисунок (часть (d) на рисунке 3.1.4) показывают трехмерную структуру молекулы. Последнее (также называемое изображением клина и тире) - самый простой способ нарисовать структуру молекулы в трех измерениях. Он показывает, какие атомы находятся выше и ниже плоскости бумаги с помощью клиньев и штрихов соответственно; центральный атом всегда предполагается находящимся в плоскости бумаги.Модель заполнения пространства (часть (e) на рис. 3.1.4) иллюстрирует приблизительные относительные размеры атомов в молекуле, но не показывает связи между атомами. Кроме того, в модели заполнения пространства атомы в «передней части» молекулы могут закрывать атомы «в задней части».

    Рисунок 3.1.4: Различные способы представления структуры молекулы. (а) Молекулярная формула метанола дает только количество присутствующих атомов каждого типа. (б) Структурная формула показывает, какие атомы связаны.(c) Модель шара и палки показывает атомы как сферы, а связи как палочки. (d) Перспективный рисунок (также называемый изображением клина и тире) пытается показать трехмерную структуру молекулы. (e) Модель заполнения пространства показывает атомы в молекуле, но не связи. (е) Структурная формула в сжатом виде - это, безусловно, самый простой и распространенный способ представления молекулы.

    Хотя структурная формула, шарообразная модель, перспективный рисунок и модель заполнения пространства предоставляют значительный объем информации о структуре молекулы, каждая из них требует времени и усилий.Следовательно, химики часто используют сжатую структурную формулу (часть (f) на рисунке 3.1.4), в которой опускаются линии, представляющие связи между атомами, и просто перечисляются атомы, связанные с данным атомом, рядом с ним. Несколько групп, присоединенных к одному и тому же атому, показаны в скобках с нижним индексом, указывающим количество таких групп. Например, конденсированная структурная формула метанола - CH 3 OH, что указывает на то, что молекула содержит звено CH 3 , которое выглядит как фрагмент метана (CH 4 ).Таким образом, метанол можно рассматривать либо как молекулу метана, в которой один атом водорода замещен группой –ОН, либо как молекулу воды, в которой один атом водорода заменен фрагментом –CH 3 . Из-за простоты использования и содержания информации мы используем сжатые структурные формулы для молекул по всему тексту. Шариковые модели используются, когда необходимо проиллюстрировать трехмерную структуру молекул, а модели заполнения пространства используются только тогда, когда необходимо визуализировать относительные размеры атомов или молекул, чтобы понять важный момент.

    Напишите молекулярную формулу для каждого соединения. Приведена сокращенная структурная формула.

    1. Монохлорид серы (также называемый дихлоридом дисеры) представляет собой едкую жидкость желтого цвета с неприятным запахом, используемую в производстве синтетического каучука. Его сжатая структурная формула - ClSSCl.
    2. Этиленгликоль - основной ингредиент антифриза. Его сжатая структурная формула: HOCH 2 CH 2 OH.
    3. Триметиламин - одно из веществ, ответственных за запах испорченной рыбы.Его сжатая структурная формула (CH 3 ) 3 N.

    Дано : сжатая структурная формула

    Запрошено : молекулярная формула

    Стратегия :

    1. Определите каждый элемент в сжатом структурная формула, а затем определите, является ли соединение органическим или неорганическим.
    2. При необходимости используйте условные обозначения органических или неорганических веществ для перечисления элементов. Затем добавьте соответствующие индексы, чтобы указать количество атомов каждого элемента, присутствующего в молекулярной формуле.

    Раствор :

    Молекулярная формула перечисляет элементы в молекуле и количество атомов каждого из них.

    1. A Каждая молекула монохлорида серы имеет два атома серы и два атома хлора. Поскольку он не содержит в основном углерода и водорода, это неорганическое соединение. B Сера находится слева от хлора в периодической таблице, поэтому в формуле она записана первой. Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу S 2 Cl 2 .
    2. A Подсчитав количество атомов в этиленгликоле, мы получаем шесть атомов водорода, два атома углерода и два атома кислорода на молекулу. Соединение состоит в основном из атомов углерода и водорода, поэтому является органическим. B Как и все органические соединения, C и H записываются первыми в молекулярной формуле. Добавление соответствующих индексов дает молекулярную формулу C 2 H 6 O 2 .
    3. A Конденсированная структурная формула показывает, что триметиламин содержит три звена CH 3 , так что у нас есть один атом азота, три атома углерода и девять атомов водорода на молекулу.Поскольку триметиламин содержит в основном углерод и водород, это органическое соединение. B Согласно правилам для органических соединений, C и H пишутся первыми, что дает молекулярную формулу C 3 H 9 N.

    Напишите молекулярную формулу для каждой молекулы.

    1. Хлороформ, который был одним из первых анестетиков и до недавнего времени использовался во многих сиропах от кашля, содержит один атом углерода, один атом водорода и три атома хлора.Его сжатая структурная формула: CHCl 3 .
    2. Гидразин используется в качестве топлива в реактивных двигателях космического челнока. Его сжатая структурная формула: H 2 NNH 2 .
    3. Путресцин - соединение с резким запахом, впервые выделенное из экстрактов гниющего мяса. Его сжатая структурная формула: H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 . Это часто записывается как H 2 N (CH 2 ) 4 NH 2 , чтобы указать, что существует четыре фрагмента CH 2 , связанных вместе.

    Ответ

    1. CHCl 3
    2. N 2 H 4
    3. C 4 H 12 N 2

    Ионные соединения

    Вещества, описанные в предыдущее обсуждение состоит из электрически нейтральных молекул; то есть количество положительно заряженных протонов в ядре равно количеству отрицательно заряженных электронов. Напротив, ионы - это атомы или сборки атомов, которые имеют общий электрический заряд.Ионы, которые содержат меньше электронов, чем протоны, имеют общий положительный заряд и называются катионами. И наоборот, ионы, которые содержат больше электронов, чем протонов, имеют общий отрицательный заряд и называются анионами. Ионные соединения содержат как катионы, так и анионы в соотношении, которое не приводит к отсутствию чистого электрического заряда.

    Ионные соединения содержат как катионы, так и анионы в соотношении, которое дает ноль электрического заряда.

    Рисунок 3.1.5: Ковалентная и ионная связь.(а) В молекулярном водороде (H 2 ) два атома водорода имеют два общих электрона, образуя ковалентную связь. (б) Ионное соединение NaCl образуется, когда электроны от атомов натрия переносятся на атомы хлора. Образующиеся ионы Na + и Cl - образуют трехмерное твердое тело, которое удерживается вместе за счет притягивающих электростатических взаимодействий.

    В ковалентных соединениях электроны распределяются между связанными атомами и одновременно притягиваются более чем к одному ядру.Напротив, ионные соединения содержат катионы и анионы, а не отдельные нейтральные молекулы. Ионные соединения удерживаются вместе за счет притягивающих электростатических взаимодействий между катионами и анионами. В ионном соединении катионы и анионы расположены в пространстве, чтобы сформировать расширенный трехмерный массив, который максимизирует количество притягивающих электростатических взаимодействий и минимизирует количество отталкивающих электростатических взаимодействий (рис. 3.1.5). Как показано в уравнении 3.1.1, электростатическая энергия взаимодействия между двумя заряженными частицами пропорциональна произведению зарядов на частицах и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

    \ [\ text {electrostatic en

    .

    Смотрите также