Страница 124 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Чем характеризуются s- и р-элементы?

s- и p-элементы — это химические элементы, у которых валентные электроны (электроны, участвующие в образовании химических связей) находятся на s- и p-орбиталях внешнего электронного уровня соответственно. Эти элементы составляют главные подгруппы периодической системы (A-группы) и вместе называются репрезентативными (или представительными) элементами.

К s-элементам относятся элементы, у атомов которых последним заполняется s-подуровень внешнего энергетического уровня. Их общая электронная конфигурация валентного слоя — $ns^x$, где $n$ — номер периода, а $x$ — число электронов, равное 1 или 2.

Основные характеристики s-элементов:

• Положение в периодической системе: s-элементы расположены в 1-й (IA) и 2-й (IIA) группах периодической системы. К ним относятся щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и щелочноземельные металлы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). Также к s-элементам относятся водород (H) и гелий (He).
• Физические свойства: За исключением водорода и гелия, все s-элементы являются металлами с невысокими температурами плавления и кипения, низкой плотностью и высокой электро- и теплопроводностью.
• Химические свойства: Это химически активные элементы. Они обладают низкими значениями электроотрицательности и энергии ионизации, поэтому легко отдают свои валентные электроны, выступая в роли сильных восстановителей. В соединениях они проявляют постоянную степень окисления, равную номеру группы: +1 для щелочных металлов и +2 для щелочноземельных. Их оксиды и гидроксиды, как правило, проявляют сильные основные свойства.

Ответ: s-элементы характеризуются заполнением валентными электронами s-орбитали внешнего уровня, расположением в 1-й и 2-й группах периодической системы, выраженными металлическими свойствами (для металлов), высокой химической активностью и сильными восстановительными свойствами.

К p-элементам относятся элементы, у атомов которых последним заполняется p-подуровень внешнего энергетического уровня. Их общая электронная конфигурация валентного слоя — $ns^2np^x$, где $n$ — номер периода, а $x$ — число электронов, которое может изменяться от 1 до 6.

Основные характеристики p-элементов:

• Положение в периодической системе: p-элементы расположены в группах с 13-й по 18-ю (или с IIIA по VIIIA).
• Разнообразие свойств: Семейство p-элементов очень разнообразно. В него входят как металлы (Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi), так и неметаллы (C, N, P, O, S, Se, галогены, благородные газы) и металлоиды (B, Si, Ge, As, Sb, Te).
• Химические свойства: Свойства p-элементов изменяются в широких пределах. Слева направо в периоде и снизу вверх в группе усиливаются неметаллические свойства. Они могут проявлять как положительные, так и отрицательные степени окисления (за исключением благородных газов и некоторых металлов). Например, неметаллы склонны принимать электроны, выступая окислителями, а металлы — отдавать, выступая восстановителями. p-элементы образуют соединения как с ионным, так и с ковалентным типом связи. Их оксиды могут быть кислотными (например, $CO_2$, $SO_3$), основными ($Bi_2O_3$) или амфотерными ($Al_2O_3$).

Ответ: p-элементы характеризуются заполнением валентными электронами p-орбитали внешнего уровня, расположением в 13–18-й группах периодической системы и большим разнообразием свойств: среди них есть металлы, неметаллы и металлоиды, они проявляют переменные степени окисления и образуют соединения с различными типами химической связи и кислотно-основными свойствами.

• Какие химические свойства характерны для металлов?

Основное и наиболее общее химическое свойство металлов — их способность быть восстановителями. В химических реакциях атомы металлов легко отдают электроны со своей внешней электронной оболочки, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы). Этот процесс можно выразить общей схемой: $Me^0 - ne^- \rightarrow Me^{n+}$ (где $Me$ — металл, $n$ — число отданных электронов).

Это основное свойство проявляется в следующих характерных реакциях:

Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами

Металлы реагируют со многими неметаллами (кислородом, галогенами, серой, азотом и др.), особенно при нагревании. В этих реакциях они выступают восстановителями, а неметаллы — окислителями.
- С кислородом образуются оксиды (для щелочных и некоторых щелочноземельных металлов — пероксиды или надпероксиды):
$2Mg + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2MgO$ (оксид магния)
- С галогенами образуются соли — галогениды:
$2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} 2FeCl_3$ (хлорид железа(III))
- С серой образуются сульфиды:
$2Al + 3S \xrightarrow{t^\circ} Al_2S_3$ (сульфид алюминия)

Ответ: Металлы реагируют с неметаллами, образуя бинарные соединения (оксиды, сульфиды, галогениды), в которых металл проявляет положительную степень окисления.

Взаимодействие с водой

Характер реакции зависит от активности металла, которую можно определить по его положению в электрохимическом ряду напряжений металлов.
- Активные металлы (щелочные и щелочноземельные, стоящие в ряду до магния) реагируют с водой при комнатной температуре, образуя гидроксид (щёлочь) и водород:
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$
- Металлы средней активности (от магния до водорода) реагируют с водой только при сильном нагревании (с водяным паром), образуя оксид металла и водород:
$Zn + H_2O(\text{пар}) \xrightarrow{t^\circ} ZnO + H_2\uparrow$
- Неактивные металлы (стоящие в ряду после водорода, например, Cu, Ag, Au, Pt) с водой не реагируют.

Ответ: Активность взаимодействия металлов с водой уменьшается в ряду напряжений; продуктами реакции могут быть гидроксид и водород (для активных металлов) или оксид и водород (для металлов средней активности).

Взаимодействие с кислотами

Продукты реакции зависят как от активности металла, так и от свойств кислоты.
- С растворами неокисляющих кислот (например, соляной $HCl$, разбавленной серной $H_2SO_4$) реагируют металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода. При этом образуются соль и выделяется газообразный водород:
$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$
- С кислотами-окислителями (азотной $HNO_3$ любой концентрации и концентрированной серной $H_2SO_4$) реагируют почти все металлы (кроме золота и платины). Водород в этих реакциях не выделяется. Вместо него образуются вода и продукт восстановления кислоты ($SO_2, H_2S, NO_2, NO, N_2O, N_2, NH_4NO_3$):
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Металлы, стоящие до водорода в ряду напряжений, вытесняют его из неокисляющих кислот. С кислотами-окислителями реакции идут по иному механизму без выделения водорода.

Взаимодействие с растворами солей

Более активные металлы способны вытеснять менее активные металлы из растворов их солей. Активность также определяется положением в ряду напряжений.
Например, цинк (более активный) вытесняет медь (менее активную) из раствора сульфата меди(II):
$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu\downarrow$
Следует отметить, что самые активные металлы (щелочные и щелочноземельные) в водном растворе соли будут реагировать в первую очередь с водой.

Ответ: Более активный металл вытесняет менее активный из водного раствора его соли.