Cтроение молекулы оксида углерода с позиций методов ВС и МО. Задачи 955 — 956

Электронное строение молекулы СО с позиций методов валентных связей (ВС) и молекулярных орбиталей (МО)

 

Задача 955. 

Описать свойства оксида углерода (II), указав: а) электронное строение молекулы с позиций методов ВС и МО; б) отношение к воде и к водным растворам кислот и щелочей; в) окислительно-восстановительные свойства.

Решение:
а) Электронное строение молекулы СО с позиций метода ВС. В атоме углерода имеется два неспаренных электрона на 2р-орбиталях, которые образуют связи по обычному ковалентному механизму с неспаренными р-электронами атома кислорода:

При этом образуется одна σ -связь и одна π -связь. У атома углерода одна р-орбиталь остаётся вакантной, и будет являться акцептором электронов при образовании связей по донорно-акцепторному механизму.

Электронное строение молекулы СО с позиций метода МО. 

Схема заполнения молекулярных орбиталей молекулы СО:

Запись электронной конфигурации имеет вид:

n22σn24σn21πx21πу25σn2

Связывающий характер имеют три орбитали (4σn21πx21πу2 ) или как на схеме π2рх π2рz σ2рх), пеоэтому связь между атомами С и О является устойчивой и энергия её очень велика. Неподелённая электронная пара на 5σn2  (или на схеме (σ2рх) – орбиталь, выступающая в сторону, противоположную атома кислорода, и придаёт СО свойства С- — донорного лиганда. Здесь на МО переходят четыре 2р-электрона атома кислорода и два 2р-электрона атома углерода. Энергия 2р-электронов соединяющихся атомов неодинакова: заряд ядра атома кислорода выше, чем заряд ядра атома углерода, так что 2р-электронгы в атоме кислорода сильнее притягиваются ядром. Поэтому на диаграмме расположение 2р-орбиталей атома кислорода соответствует более низкой энергии в сравнении с 2р-орбиталями атома углерода. Как показывает схема, из шести электронов, участвующих в образовании связи, все шесть размещаются на трёх связывающихся орбиталях. Порядок связи равен: 

ω = (6 — 0)/2 = 3

Порядок связи 3 указывает на то, что связь в молекуле СО тройная, прочнее, чем обычная связь. Этим и объясняется значительное сходство СО с N2, — например, близость энергии диссоциации молекул (N2 — 945, СО – 1076 кДж/моль), межъядерных расстояний в молекулах (соответственно 0,110 и 0,113 нм), температур плавления (63 и 68 К) и кипения (77 и 82К). Отсутствие неспаренного электрона объясняет диамагнитные свойства молекулы СO. Диамагнитные свойства и термическую прочность СO с позиций метода ВС объяснить невозможно. Молекулу СО можно изобразить так: 

б) Отношение СО к воде и водным растворам кислот и оснований.

СО плохо растворим в воде. СО – несолеобразующий оксид, не образует ни кислот, ни оснований. Хотя СО образуется при обезвоживании муравьиной кислоты и даёт при взаимодействии со щелочами её соли – фороиаты:

СО + NaOH HCOONa

его нельзя считать ангидридом этой кислоты, поскольку природа химической связи СО и НСООН различна. С кислотами СО не реагирует.

в) Окислительно-восстановительные свойства СО. 
Оксид углерода (II) – сильный восстановитель. При высоких температурах он восстанавливает оксиды металлов, окисляясь до СО2. Например, в основе получения чугуна лежат реакции последовательного восстановления оксидов железа:

CO + 3Fe2O3   CO2 + 2Fe3O4;
CO + Fe3O4   CO2 + 3FeO;
CO + FeO  CO2 + Fe.

Видео:10 класс(база).Решение задач на нахождение формулы по продуктам сгорания и массовой доли элемента.Скачать

10 класс(база).Решение задач на нахождение формулы по продуктам сгорания и массовой доли элемента.

С некоторыми окислителями СО реагирует при небольшом нагревании:

В присутствии катализаторов СО окисляется до СО2:

2СО + О2 2СО2.

При взаимодействии СО с водородом, изменяя температуру, давление и катализатор, можно получить множество разнообразных продуктов: предельные углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, органические кислоты. Например:

СО + 2Н2 = СН3ОН.


Задача 956. 
В каких случаях при горении угля образуется СО? Почему опасность появления угара при закрывании печи уменьшается по мере уменьшения накала углей? Для мотивировки ответа воспользоваться данными табличными данными относительно стандартных значений образования энергии Гиббса
Решение:
ΔG0298 (CO2) = 393,8 кДж/моль;  ΔG0298 (CO) = 137,2 кДж/моль.

В промышленности СО получают при сжигании в определённых условиях. Реакция образования СО из угля описывается уравнением: 

С + 1/2О2 = CO↑.

Стандартная энергия Гиббса этого процесса равна -137,2 кДж/моль. Реакция образования СО2 из угля описывается уравнением:

С + О2 = СО2↑.

Однако, стандартная энергии Гиббса реакции гораздо более отрицательнее (-393,8 кДж/моль), чем при получении СО. Поэтому при невысоких температурах уголь сгорает до СО2, а СО, даже при недостатке кислорода, почти не образуется, Иначе обстоит дело при повышении температуры. По достижении 400 – 500 0С  начинает протекать реакция между углем и образующимся СО2:

С + СО2 = 2СО↑.

Данная реакция эндотермична и при 298 К изменение стандартной энергии Гиббса  при её протекании положительна (+120, 4 кДж/моль). Однако в ходе превращения происходит двукратное увеличение числа молекул газа и энтропия системы увеличивается, так что энтропийное слагаемое энергии Гиббса будет иметь отрицательный знак. С увеличением температуры это слагаемое начинает преобладать (по абсолютной величине) над энтальпийным членом, в результате чего изменение энергии Гиббса при протекании реакции становится отрицательнее. Уже при 800 0С степень превращения СО2 в СО достигает 80%. 

Таким образом, при высоких температурах уголь сгорает с образованием преимущественно СО (80%). Поэтому если процесс проводить при понижении температуры (или при уменьшении накала угля), а также при закрывании печи: в первом случае преобладает реакция:

С + О2 = CO2↑.

А во втором  — протекает реакция: 

2СО + О2 = 2CO2↑.

Естественно, при этих условиях уголь сгорает преимущественно до СО2.


🎬 Видео

Органика. Решение задачи на определение состава вещества по продуктам его сгорания.Скачать

Органика. Решение задачи на определение состава вещества по продуктам его сгорания.

Установление эмпирической и молек. формул по массовым долям элем., входящих в состав в-ва. 10 класс.Скачать

Установление эмпирической и молек. формул по массовым долям элем., входящих в состав в-ва. 10 класс.

Опыты по химии. Получение и обнаружение оксида углерода (IV) в лаборатории в аппарате КиппаСкачать

Опыты по химии. Получение и обнаружение оксида углерода (IV) в лаборатории в аппарате Киппа

Химия 9 класс (Урок№18 - Угарный газ. Углекислый газ.)Скачать

Химия 9 класс (Урок№18 - Угарный газ. Углекислый газ.)

Опыты по химии. Получение и обнаружение оксида углерода (IV) в лаборатории в аппарате КирюшкинаСкачать

Опыты по химии. Получение и обнаружение оксида углерода (IV) в лаборатории в аппарате Кирюшкина

Практическая работа. Получение оксида углерода(IV) и изучение его свойств.Распознавание карбонатов.Скачать

Практическая работа. Получение оксида углерода(IV) и изучение его свойств.Распознавание карбонатов.

Метод молекулярных орбиталей. Часть 1. Основные понятия.Скачать

Метод молекулярных орбиталей. Часть 1. Основные понятия.

Практическая работа № 2. Опыт 2.2. Изучение взаимодействия оксида углерода(IV) со щелочью.Скачать

Практическая работа № 2. Опыт 2.2. Изучение взаимодействия оксида углерода(IV) со щелочью.

Задача. Найдите молекулярную формулу углеводородаСкачать

Задача. Найдите молекулярную формулу углеводорода

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.Скачать

Решение задач на термохимические уравнения. 8 класс.

Химия. 9 класс (Урок№17 - Углерод. Аллотропные модификации углерода.Химические свойства. Адсорбция.)Скачать

Химия. 9 класс (Урок№17 - Углерод. Аллотропные модификации углерода.Химические свойства. Адсорбция.)

Оксид углерода(IV). Углекислый газ. Состав и строение молекулы. Получение. Свойства и применениеСкачать

Оксид углерода(IV). Углекислый газ. Состав и строение молекулы. Получение. Свойства и применение

Практическая работа № 2. Опыт 1. Получение и собирание оксида углерода(IV).Скачать

Практическая работа № 2. Опыт 1. Получение и собирание оксида углерода(IV).

оксид углерода 4 ( молекула )Скачать

оксид  углерода  4   (  молекула  )

9 класс. Оксиды углерода.Скачать

9 класс.  Оксиды углерода.

Оксид углерода IV. Способы получения и химические свойства | ХимияСкачать

Оксид углерода IV.  Способы получения и химические свойства | Химия

Решение задач на вывод формул органических соединений | Химия 10 класс #8 | ИнфоурокСкачать

Решение задач на вывод формул органических соединений | Химия 10 класс #8 | Инфоурок

Решение задач на нахождение молекулярной массы вещества. Урок 14. Химия 10 классСкачать

Решение задач на нахождение молекулярной массы вещества. Урок 14. Химия 10 класс

Решение задачи. Нахождение формулы углеводородаСкачать

Решение задачи. Нахождение формулы углеводорода
Поделиться или сохранить к себе:
Конспекты лекций по химии