Svaralykill

Kafli 18

Alkalímálmarnir hafa allir eina s-rafeind á ysta hvolfi sínu. Aftur á móti hafa jarðalkalímálmarnir fullskipað s-undirhvolf á ysta hvolfi sínu. Almennt hvarfast alkalímálmar hraðar og eru hvarfgjarnari en samsvarandi jarðalkalímálmar í sömu lotu.

Na + I₂ ⟶ 2NaI; 2Na + Se ⟶ Na₂Se; 2Na + O₂ ⟶ Na₂O₂. Sr + I₂ ⟶ SrI₂; Sr + Se ⟶ SrSe; 2Sr + O₂ ⟶ 2SrO. 2Al + 3I₂ ⟶ 2AlI₃; 2Al + 3Se ⟶ Al₂Se₃; 4Al + 3O₂ ⟶ 2Al₂O₃.

Mögulegar leiðir til að greina á milli þessara tveggja eru meðal annars innrauð litrófsgreining með samanburði við þekkt efnasambönd, logapróf sem gefur einkennandi gulan lit fyrir natríum (strontíum hefur rauðan loga), eða samanburður á leysni þeirra í vatni. Við 20 °C leysist NaCl að magni 35,7 g/100 mL samanborið við 53,8 g/100 mL fyrir SrCl₂. Hitun upp í 100 °C gefur einfalt próf, þar sem leysni NaCl er 39,12 g/100 mL en leysni SrCl₂ er 100,8 g/100 mL. Eðlismassamæling á föstu efni er stundum erfið, en munurinn er nægilegur (2,165 g/mL fyrir NaCl og 3,052 g/mL fyrir SrCl₂) til að þessi aðferð væri gagnleg.

(a) 2Sr(s) + O₂(g) ⟶ 2SrO(s); (b) Sr(s) + 2HBr(g) ⟶ SrBr₂(s) + H₂(g); (c) Sr(s) + H₂(g) ⟶ SrH₂(s); (d) 6Sr(s) + P₄(s) ⟶ 2Sr₃P₂(s); (e) Sr(s) + 2H₂O(l) ⟶ Sr(OH)₂(aq) + H₂(g)

4,9 kg

11.

Já, tin hvarfast við saltsýru og myndar vetnisgas.

13.

Í PbCl₂ eru tengin jónatengi, eins og bræðslumark efnisins, 501 °C, gefur til kynna. Í PbCl₄ eru tengin samgild, sem sést á því að efnið er óstöðugur vökvi við stofuhita.

15.

2CsCl(l) + Ca(g) → mótstraums-eimturn 2Cs(g) + CaCl₂(l)

17.

Bakskaut (afoxun): 2Li⁺ + 2e⁻ ⟶ 2Li(l); forskaut (oxun): 2Cl⁻ ⟶ Cl₂(g) + 2e⁻; heildarhvarf: 2Li⁺ + 2Cl⁻ ⟶ 2Li(l) + Cl₂(g)

19.

0,5035 g H₂

21.

Þrátt fyrir hvarfgirni sína er hægt að nota magnesíum í mannvirki, jafnvel þótt það komist í snertingu við loga, þar sem verndandi oxíðhúð myndast og kemur í veg fyrir stórfellda oxun. Aðeins ef málmurinn er mjög fínskiptur eða í þunnri plötu veldur mjög heitur logi því að hann brennur hratt.

23.

Vinnsla úr málmgrýti: AlO(OH)(s) + NaOH(aq) + H₂O(l) ⟶ Na[Al(OH)₄](aq). Endurheimt: 2Na[Al(OH)₄](s) + H₂SO₄(aq) ⟶ 2Al(OH)₃(s) + Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l). Sintrun: 2Al(OH)₃(s) ⟶ Al₂O₃(s) + 3H₂O(g). Leyst upp í Na₃AlF₆(l) og rafgreint: Al³⁺ + 3e⁻ ⟶ Al(s).

25.

25,83%

27.

39 kg

29.

(a) H₃BPH₃:

Þessi Lewis-bygging samanstendur af bór atómi sem er eintengt við fosfór atóm. Hvert þessara atóma er eintengt við þrjú vetnisatóm.

(b) ${B F_{4}}^{-} :$

Þessi Lewis-bygging samanstendur af bór atómi sem er eintengt við fjögur flúor atóm, sem hvert hefur þrjú stök rafeindapör. Byggingin er umkringd hornklofum og mínusmerki birtist í hávísi fyrir utan hornklofana.

Þessi Lewis-bygging samanstendur af bór atómi sem er eintengt við þrjú bróm atóm, sem hvert hefur þrjú stök rafeindapör.

(d) B(CH₃)₃:

Þessi Lewis-bygging samanstendur af bór atómi sem er eintengt við þrjú kolefnisatóm, sem hvert er eintengt við þrjú vetnisatóm.

(e) B(OH)₃:

Þessi Lewis-bygging samanstendur af bór atómi sem er eintengt við þrjú súrefnisatóm, sem hvert hefur tvö stök rafeindapör. Hvert súrefnisatóm er eintengt við vetnisatóm.

31.

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² 3d⁰.

33.

(a) (CH₃)₃SiH: sp³-svigrúmablöndun við Si; byggingin er fjórflötungsleg. (b) ${Si O_{4}}^{4 -} :$ sp³-svigrúmablöndun við Si; byggingin er fjórflötungsleg. (c) Si₂H₆: sp³-svigrúmablöndun við hvort Si-atóm; byggingin er línuleg meðfram Si-Si tenginu. (d) Si(OH)₄: sp³-svigrúmablöndun við Si; byggingin er fjórflötungsleg. (e) ${Si F_{6}}^{2 -} :$ sp³d²-svigrúmablöndun við Si; byggingin er áttflötungsleg.

35.

(a) óskautað; (b) óskautað; (c) skautað; (d) óskautað; (e) skautað

37.

(a) tellúrtvíoxíð eða tellúr(IV)oxíð; (b) antímon(III)súlfíð; (c) germaníum(IV)flúoríð; (d) sílan eða kísil(IV)hýdríð; (e) germaníum(IV)hýdríð

39.

Bór hefur aðeins s- og p-svigrúm til taks, sem geta hýst að hámarki fjögur rafeindapör. Ólíkt kísli hefur bór engin d-svigrúm til taks.

41.

(a) ΔH° = 87 kJ; ΔG° = 44 kJ; (b) ΔH° = −109,9 kJ; ΔG° = −154,7 kJ; (c) ΔH° = −510 kJ; ΔG° = −601,5 kJ

43.

Dauf flúorsýrulausn myndi leysa upp silíkatið en ekki skaða demantinn.

45.

Í N₂-sameindinni tengjast köfnunarefnisatómin með einu σ-tengi og tveimur π-tengjum. Þessi þrjú sterku tengi gera N₂ að mjög stöðugri sameind. Fosfór er frumefni í þriðju lotu og myndar því ekki π-tengi á skilvirkan hátt; þess vegna verður hann að uppfylla tengiþörf sína með því að mynda þrjú σ-tengi.

47.

(a) H = +1, C = +2 og N = −3; (b) O = +2 og F = −1; (c) As = +3 og Cl = −1

49.

S < Cl < O < F

51.

Rafneikvæðni málmleysingjanna er meiri en rafneikvæðni vetnis. Því er neikvæða hleðslan betur sýnd á málmleysingjanum, sem hefur meiri tilhneigingu til að draga til sín rafeindirnar í tenginu.

53.

Vetni hefur aðeins eitt svigrúm sem getur tengst öðrum atómum. Þar af leiðandi getur aðeins eitt tveggja rafeinda tengi myndast.

55.

0,43 g H₂

57.

(a) Ca(OH)₂(aq) + CO₂(g) ⟶ CaCO₃(s) + H₂O(l); (b) CaO(s) + SO₂(g) ⟶ CaSO₃(s); (c) 2NaHCO₃(s) + NaH₂PO₄(aq) ⟶ Na₃PO₄(aq) + 2CO₂(g) + 2H₂O(l)

59.

(a) ${N H_{2}}^{-} :$

Þessi Lewis-bygging sýnir nituratóm með þremur stökum rafeindapörum eintengt við vetnisatóm. Byggingin er umkringd hornklofum. Fyrir utan og í hávísi við hornklofana er tveir mínus merki.

(b) N₂F₄:

Þessi Lewis-bygging sýnir tvö nituratóm, hvort með eitt rafeindapar, sem eru eintengd hvort við annað og hvort um sig eintengt við tvö flúoratóm. Hvert flúoratóm hefur þrjú rafeindapör.

Þessi Lewis-bygging sýnir nituratóm með tvö rafeindapör sem er eintengt við tvö vetnisatóm. Byggingin er innan hornklofa. Fyrir utan hornklofana er mínusmerki í hávísi.

(d) NF₃:

Þessi Lewis-bygging sýnir nituratóm, með eitt rafeindapar, sem er eintengt við þrjú flúoratóm. Hvert flúoratóm hefur þrjú rafeindapör.

(e) ${N_{3}}^{-} :$

Þrjár Lewis-byggingar eru sýndar og tengdar með tvíhöfða örvum á milli. Vinstri byggingin sýnir nituratóm með eitt rafeindapar sem er þrítengt við annað nituratóm sem er eintengt við þriðja nituratómið. Þriðja nituratómið hefur þrjú rafeindapör. Öll byggingin er innan hornklofa og fyrir utan hornklofana er mínusmerki í hávísi. Miðjubyggingin sýnir nituratóm með þrjú rafeindapör sem er eintengt við annað nituratóm sem er þrítengt við þriðja nituratómið. Þriðja nituratómið hefur eitt rafeindapar. Öll byggingin er innan hornklofa og fyrir utan hornklofana er mínusmerki í hávísi. Hægri byggingin sýnir nituratóm með tvö rafeindapör sem er tvítengt við annað nituratóm sem er tvítengt við þriðja nituratómið. Þriðja nituratómið hefur tvö rafeindapör. Öll byggingin er innan hornklofa og fyrir utan hornklofana er mínusmerki í hávísi.

61.

Ammoníak virkar sem Brønsted-basi vegna þess að það tekur auðveldlega við róteindum og sem Lewis-basi vegna þess að það hefur rafeindapar sem það getur gefið. Brønsted-basi: NH₃ + H₃O⁺ ⟶ ${N H_{4}}^{+}$ + H₂O. Lewis-basi: 2NH₃ + Ag⁺ ⟶ [H₃N-Ag-NH₃]⁺.

63.

(a) NO₂:

Tvær Lewis-byggingar eru sýndar og tengdar með tvíhöfða örvum á milli. Vinstri byggingin sýnir nituratóm með eina rafeind sem er tvítengt við súrefnisatóm sem hefur tvö rafeindapör. Nituratómið er einnig eintengt við súrefnisatóm með þrjú rafeindapör. Hægri byggingin er spegilmynd af vinstri byggingunni.

Köfnunarefni er sp²-svigrúmablandað. Sameindin hefur bogna lögun með O-N-O tengihorn um það bil 120°. (b) ${N O_{2}}^{-} :$

Tvær Lewis-byggingar eru sýndar og tengdar með tvíhöfða örvum á milli. Hvor bygging er innan hornklofa og fyrir utan hornklofana er mínusmerki í hávísi. Vinstri byggingin sýnir nituratóm með eitt rafeindapar sem er tvítengt við súrefnisatóm sem hefur tvö rafeindapör. Nituratómið er einnig eintengt við súrefnisatóm með þrjú rafeindapör. Hægri byggingin er spegilmynd af vinstri byggingunni.

Köfnunarefni er sp²-svigrúmablandað. Sameindin hefur bogna lögun með O-N-O tengihorn aðeins minna en 120°. (c) ${N O_{2}}^{+} :$

Þessi Lewis-bygging sýnir nituratóm sem er tvítengt á báðum hliðum við súrefnisatóm sem hafa tvö rafeindapör hvort. Byggingin er innan hornklofa og fyrir utan hornklofana er mínusmerki í hávísi.

Köfnunarefni er sp-svigrúmablandað. Sameindin hefur línulega lögun með O-N-O tengihornið 180°.

65.

Köfnunarefni getur ekki myndað NF₅-sameind vegna þess að það hefur ekki d-svigrúm til að tengjast tveimur flúoratómum til viðbótar.

67.

(a)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm með eitt rafeindapar sem er eintengt við þrjú vetnisatóm.

(b)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við fjögur vetnisatóm. Byggingin er innan hornklofa og hefur plúsmerki í hávísi fyrir utan hornklofana.

(c)

Þessi Lewis-bygging sýnir tvö fosfóratóm, hvort með eitt rafeindapar, sem eru eintengd hvort við annað. Hvert fosfóratóm er einnig eintengt við tvö vetnisatóm.

(d)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við fjögur súrefnisatóm, hvert með þrjú rafeindapör. Byggingin er innan hornklofa og hefur 3 mínusmerki í hávísi fyrir utan hornklofana.

(e)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við fimm flúoratóm, hvert með þrjú rafeindapör.

69.

(a) P₄(s) + 4Al(s) ⟶ 4AlP(s); (b) P₄(s) + 12Na(s) ⟶ 4Na₃P(s); (c) P₄(s) + 10F₂(g) ⟶ 4PF₅(l); (d) P₄(s) + 6Cl₂(g) ⟶ 4PCl₃(l) eða P₄(s) + 10Cl₂(g) ⟶ 4PCl₅(l); (e) P₄(s) + 3O₂(g) ⟶ P₄O₆(s) eða P₄(s) + 5O₂(g) ⟶ P₄O₁₀(s); (f) P₄O₆(s) + 2O₂(g) ⟶ P₄O₁₀(s)

71.

291 mL

73.

28 tonn

75.

(a)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við fjögur flúoratóm, hvert með þrjú rafeindapör. Byggingin er innan hornklofa og hefur plúsmerki í hávísi fyrir utan hornklofana. Merkingin „Fjórflötungur“ er skrifuð undir byggingunni.

(b)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við fimm flúoratóm, hvert með þrjú rafeindapör. Merkingin „Þríhyrndur tvípýramídi“ er skrifuð undir byggingunni.

(c)

Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við sex flúoratóm, hvert með þrjú rafeindapör. Byggingin er innan hornklofa og hefur mínusmerki í hávísi fyrir utan hornklofana. Merkingin „Áttflötungur“ er skrifuð undir byggingunni.

(d)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við þrjú flúoratóm, hvert með þrjú stök rafeindapör. Fosfóratómið er einnig tvítengt við súrefnisatóm með tvö stök rafeindapör. Merkingin „Tetrahedral“ (fjórflötungur) er skrifuð undir bygginguna.

77.

(a) P = +3; (b) P = +5; (c) P = +3; (d) P = +5; (e) P = −3; (f) P = +5

79.

FrO₂

81.

(a) 2Zn(s) + O₂(g) ⟶ 2ZnO(s); (b) ZnCO₃(s) ⟶ ZnO(s) + CO₂(g); (c) ZnCO₃(s) + 2CH₃COOH(aq) ⟶ Zn(CH₃COO)₂(aq) + CO₂(g) + H₂O(l); (d) Zn(s) + 2HBr(aq) ⟶ ZnBr₂(aq) + H₂(g)

83.

Al(OH)₃(s) + 3H⁺(aq) ⟶ Al³⁺ + 3H₂O(l); Al(OH)₃(s) + OH⁻ ⟶ [Al(OH)₄]⁻(aq)

85.

(a) Na₂O(s) + H₂O(l) ⟶ 2NaOH(aq); (b) Cs₂CO₃(s) + 2HF(aq) ⟶ 2CsF(aq) + CO₂(g) + H₂O(l); (c) Al₂O₃(s) + 6HClO₄(aq) ⟶ 2Al(ClO₄)₃(aq) + 3H₂O(l); (d) Na₂CO₃(aq) + Ba(NO₃)₂(aq) ⟶ 2NaNO₃(aq) + BaCO₃(s); (e) TiCl₄(l) + 4Na(s) ⟶ Ti(s) + 4NaCl(s)

87.

HClO₄ er sterkari sýran vegna þess að í röð súrefnissýra með svipaðar formúlur verður aðdráttur miðatómsins að rafeindum súrefnisins sterkari eftir því sem rafneikvæðni miðatómsins eykst. Sterkari aðdráttur að rafeindum súrefnisins leiðir til þess að súrefnið dregur rafeindirnar í O-H tenginu sterkar til sín, þannig að vetnið losnar auðveldar. Því veikara sem þetta tengi er, því sterkari er sýran.

89.

Þar sem H₂SO₄ og H₂SeO₄ eru báðar súrefnissýrur og miðatóm þeirra hafa sömu oxunartölu, ræðst sýrustyrkurinn af hlutfallslegri rafneikvæðni miðatómsins. Þar sem brennisteinn er rafneikvæðari en selen er H₂SO₄ sterkari sýran.

91.

SO₂, sp², +4; SO₃, sp², +6; H₂SO₄, sp³, +6

93.

SF₆: S = +6; SO₂F₂: S = +6; KHS: S = −2

95.

Brennisteinn getur aðeins myndað tvítengi við háan hita, það er við verulega innvermin skilyrði, en það á ekki við um súrefni.

97.

Mörg svör koma til greina, þar á meðal: Cu(s) + 2H₂SO₄(l) ⟶ CuSO₄(aq) + SO₂(g) + 2H₂O(l) og C(s) + 2H₂SO₄(l) ⟶ CO₂(g) + 2SO₂(g) + 2H₂O(l)

99.

5,1 $\times ⁠$ 10⁴ g

101.

SnCl₄ er ekki salt vegna þess að það hefur samgild tengi. Salt verður að hafa jónatengi.

103.

Í súrefnissýrum með svipaðar formúlur eykst sýrustyrkurinn eftir því sem rafneikvæðni miðatómsins eykst. HClO₃ er sterkari en HBrO₃; Cl er rafneikvæðara en Br.

105.

(a)

Þessi Lewis-bygging sýnir joðatóm með eitt stakt rafeindapar sem er eintengt við fimm flúoratóm, sem hvert hefur þrjú stök rafeindapör. Myndin er merkt „Square pyramidal“ (ferhyrndur pýramídi).

(b)

Þessi Lewis-bygging sýnir joðatóm með þrjú stök rafeindapör sem er eintengt við tvö joðatóm, sem hvort um sig hefur þrjú stök rafeindapör. Myndin er afmörkuð með hornklofum. Mínusmerki í hávísi er fyrir utan hornklofana. Myndin er merkt „Linear“ (línuleg).

(c)

Þessi Lewis-bygging sýnir fosfóratóm sem er eintengt við fimm klóratóm, sem hvert hefur þrjú stök rafeindapör. Myndin er merkt „Trigonal bipyramidal“ (þríhyrndur tvípýramídi).

(d)

Þessi Lewis-bygging sýnir selenatóm með eitt stakt rafeindapar sem er eintengt við fjögur flúoratóm, sem hvert hefur þrjú stök rafeindapör. Myndin er merkt „Seesaw“ (vippa).

(e)

Þessi Lewis-bygging sýnir klóratóm með tvö stök rafeindapör sem er eintengt við þrjú flúoratóm, sem hvert hefur þrjú stök rafeindapör. Myndin er merkt „T-shaped“ (T-laga).

107.

(a) brómþríflúoríð; (b) natríumbrómat; (c) fosfórpentabrómíð; (d) natríumperklórat; (e) kalíumhýpóklórít

109.

(a) I: +7; (b) I: +7; (c) Cl: +4; (d) I: +3; Cl: −1; (e) F: 0

111.

(a) sp³d-svigrúmablandað; (b) sp³d²-svigrúmablandað; (c) sp³-svigrúmablandað; (d) sp³-svigrúmablandað; (e) sp³d²-svigrúmablandað

113.

(a) óskautað; (b) óskautað; (c) skautað; (d) óskautað; (e) skautað

115.

Reynsluformúlan er XeF₆ og stilltu efnajöfnurnar eru: Xe(g) + 3F₂(g) → Δ XeF₆(s); XeF₆(s) + 3H₂(g) ⟶ 6HF(g) + Xe(g)