Предыдущая задача Содержание Следующая задача 38-ая Международная Химическая Олимпиада
Тренировочные задачи

Задача 11. Кислоты и основания Льюиса

Кислоты и основания играют важную роль в биохимии. Так, аминокислоты имеют как кислотные, так и основные группы. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, содержат азотистые основания: аденин, гуанин, тимин, цитозин и урацил. Поэтому понимание химии кислот и оснований важно для изучения механизмов жизнедеятельности. В теории Льюиса расширено определение кислот и оснований; центральную роль в этой теории играет понятие "электроотрицательность".

11-1. Опишите строение молекул вида BX3. Каков тип гибридизации орбиталей бора?

11-2. Как меняется тип гибридизации при образовании комплексов с основаниями, например с пиридином (C5H5N)? Для какого соединения – BF3 или BI3 – более предпочтительно образование аддукта (объясните с точки зрения структурного фактора)? Расположите галогениды бора BF3, BCl3, и BBr3 в порядке увеличения кислотности по Льюису (используя структурные соображения).

11-3. Другой важный фактор для предсказания кислотности по Льюису – электроотрицательность. Расположите галогениды бора: BF3, BCl3, и BBr3, в порядке увеличения кислотности по Льюису, исходя только из электроотрицательности галогенов (индуктивный эффект).

11-4. Образование комплекса между галогенидом бора (кислотой Льюиса) и пиридином (основанием Льюиса) – это экзотермическая или эндотермическая реакция? У какого галогенида изменение энтальпии будет наибольшим?

11-5. Для расчета термодинамических характеристик молекул наиболее подходящим является газообразное состояние, однако в связи с низкой полярностью молекул галогенидов бора аналогичные расчеты можно считать приемлемыми и для жидкой фазы. Изменения энтальпии при смешении галогенидов бора с нитробензолом, ΔH1,и полученного раствора с пиридином, ΔH2, приведены в таблице.

            BX3(ж.) + C6H5NO2(ж.)à C6H5NO2·BX3 (р-р)                                               ΔH1

            C6H5NO2·BX3(р-р) + C5H5N(-р)à C5H5N·BX3(р-р) + C6H5NO2(р-р)            ΔH2

 

BF3

BCl3

BBr3

ΔH1 (ккал/моль)

–6.7

–8.7

–12.5

ΔH2 (ккал/моль)

–25.0

–30.8

–32.0

Рассчитайте ΔH реакций комплексообразования галогенидов бора с пиридином:

BX3(ж.) + C5H5N(р-р)à C5H5N·BX3(р-р)

Как они согласуются с ответом на вопрос 11-4?

11-6. Галогениды бора по-разному реагируют с водой: BF3 образует стабильный аддукт, а BCl3 и BBr3 уже при 20 °C реагируют очень бурно. Определите вещества A, B, C и напишите уравнения реакций.

BF3 + H2O®A

BCl3 (BBr3) + 3H2O ®B + C

11-7. Какова природа дополнительной связи, которая может образоваться в молекулах BX3 между атомом бора и одним из атомов галогенов с тем, чтобы для бора выполнялось правило октета? Как эта дополнительная связь влияет на кислотность по Льюису?


Ответ

11-2.      BF3 > BCl3 > BBr3.

11-3.      BF3 > BCl3 > BBr3.

11-4.      BF3.

11-5.

BF3

BCl3

BBr3

-31.7

-39.5

-44.5