Страница 15 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3. Рассмотрите блоки $s$- и $p$-элементов на рисунке 5 (см. с. 20). По каким свойствам различаются $s$- и $p$-элементы?

s-элементы и p-элементы различаются по ряду фундаментальных свойств, которые определяются строением их атомов, а именно заполнением электронных оболочек.

1. Электронное строение и положение в Периодической системе

Основное различие заключается в том, какой подуровень заполняется последним электроном (валентным электроном).

• У s-элементов валентные электроны находятся на внешнем s-подуровне. Их общая электронная конфигурация внешнего слоя — $ns^1$ (элементы IА группы, щелочные металлы) и $ns^2$ (элементы IIА группы, щелочноземельные металлы, а также гелий). Они занимают 1-ю и 2-ю группы Периодической системы.
• У p-элементов происходит заполнение p-подуровня внешнего энергетического уровня. Их валентные электроны имеют конфигурацию от $ns^2np^1$ до $ns^2np^6$. Эти элементы располагаются в 13–18-й группах (или IIIА–VIIIА группах) Периодической системы.

2. Химический характер и свойства простых веществ

• s-элементы (за исключением водорода) являются типичными металлами. Это активные металлы с низкой электроотрицательностью, которые легко отдают свои валентные электроны, выступая в реакциях сильными восстановителями. Их оксиды и гидроксиды, как правило, проявляют сильные основные свойства (кроме амфотерного оксида и гидроксида бериллия).
• p-элементы демонстрируют огромное разнообразие свойств. Среди них есть как металлы (алюминий, олово, свинец), так и неметаллы (углерод, азот, кислород, галогены) и металлоиды (бор, кремний, мышьяк). В периодах с ростом заряда ядра (слева направо) неметаллические свойства усиливаются, а в группах сверху вниз — ослабевают, уступая место металлическим.

3. Степени окисления и тип химической связи

• Для s-элементов характерны постоянные и немногочисленные степени окисления: +1 для щелочных металлов и +2 для щелочноземельных. Вследствие большой разницы в электроотрицательности с неметаллами, они преимущественно образуют соединения с ионной связью.
• p-элементы проявляют переменные степени окисления. Для них характерна как высшая положительная степень окисления (часто равная номеру группы), так и низшие отрицательные (для неметаллов) и промежуточные. Например, сера (16-я группа) образует соединения со степенями окисления -2, +4, +6. Они способны образовывать как ионные (с активными металлами), так и ковалентные полярные и неполярные связи (с другими неметаллами).

Ответ: s- и p-элементы различаются по следующим ключевым свойствам:
1. Электронная конфигурация: у s-элементов последним заполняется s-подуровень внешнего слоя, у p-элементов — p-подуровень.
2. Свойства простых веществ: s-элементы — это активные металлы (кроме H и He), тогда как p-элементы включают в себя металлы, неметаллы и металлоиды с разнообразными свойствами.
3. Химические свойства: s-элементы являются сильными восстановителями и образуют преимущественно оксиды и гидроксиды с основным характером. p-элементы могут быть как окислителями, так и восстановителями, а их высшие оксиды и гидроксиды изменяют свойства от кислотных до основных.
4. Степени окисления: s-элементы имеют постоянные положительные степени окисления (+1 или +2), в то время как для p-элементов характерны переменные степени окисления, как положительные, так и отрицательные.

4. Через раствор, содержащий 20 г гидроксида натрия, пропустили 17 г сероводорода. Какая соль образовалась при этом? Определите её массу и количество вещества.

Дано:

$m(\text{NaOH}) = 20 \text{ г}$

$m(\text{H}_2\text{S}) = 17 \text{ г}$

В системе СИ:

$m(\text{NaOH}) = 0.02 \text{ кг}$

$m(\text{H}_2\text{S}) = 0.017 \text{ кг}$

Найти:

Формулу образовавшейся соли - ?

$m(\text{соли})$ - ?

$n(\text{соли})$ - ?

Решение:

Сероводород ($H_2S$) является двухосновной кислотой и может реагировать с гидроксидом натрия ($NaOH$) с образованием двух типов солей: кислой соли (гидросульфида натрия, $NaHS$) или средней соли (сульфида натрия, $Na_2S$). Продукт реакции зависит от молярного соотношения реагентов.

Возможные уравнения реакций:

1) $H_2S + NaOH \rightarrow NaHS + H_2O$ (соотношение реагентов 1:1)

2) $H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$ (соотношение реагентов 1:2)

Для определения, какая реакция произойдет, найдем количество вещества каждого реагента.

Вычислим молярные массы гидроксида натрия и сероводорода, используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(\text{NaOH}) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

$M(\text{H}_2\text{S}) = 2 \cdot 1 + 32 = 34 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества (в молях) для каждого реагента по формуле $n = \frac{m}{M}$:

$n(\text{NaOH}) = \frac{20 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

$n(\text{H}_2\text{S}) = \frac{17 \text{ г}}{34 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

Найдем соотношение количеств веществ реагентов:

$\frac{n(\text{NaOH})}{n(\text{H}_2\text{S})} = \frac{0.5 \text{ моль}}{0.5 \text{ моль}} = 1$

Соотношение реагентов равно 1:1. Это означает, что реакция пойдет по первому уравнению с образованием кислой соли — гидросульфида натрия ($NaHS$). Реагенты вступают в реакцию полностью, без остатка.

$H_2S + NaOH \rightarrow NaHS + H_2O$

Согласно уравнению реакции, из 1 моль $NaOH$ образуется 1 моль $NaHS$. Следовательно, количество вещества образовавшейся соли равно количеству вещества прореагировавшего гидроксида натрия (и сероводорода):

$n(\text{NaHS}) = n(\text{NaOH}) = 0.5 \text{ моль}$

Теперь определим массу образовавшейся соли. Для этого сначала вычислим молярную массу гидросульфида натрия ($NaHS$):

$M(\text{NaHS}) = 23 + 1 + 32 = 56 \text{ г/моль}$

Найдем массу соли по формуле $m = n \cdot M$:

$m(\text{NaHS}) = n(\text{NaHS}) \cdot M(\text{NaHS}) = 0.5 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 28 \text{ г}$

Ответ:

В результате реакции образовалась кислая соль — гидросульфид натрия ($NaHS$).

Масса образовавшейся соли: $m(\text{NaHS}) = 28 \text{ г}$.

Количество вещества соли: $n(\text{NaHS}) = 0.5 \text{ моль}$.

1. Распределению электронов по энергетическим уровням в атоме элемента соответствует ряд чисел 2—8—3. В периодической таблице этот элемент расположен в группе

1) IIIA

2) VIIA

3) IVБ

4) VIIБ

Решение:

Ряд чисел 2–8–3 показывает распределение электронов по энергетическим уровням в атоме химического элемента.

• На первом энергетическом уровне находится 2 электрона.
• На втором энергетическом уровне находится 8 электронов.
• На третьем, внешнем, энергетическом уровне находится 3 электрона.

Общее число электронов в атоме равно сумме электронов на всех уровнях: $2 + 8 + 3 = 13$. Порядковый номер элемента в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева равен общему числу электронов в его атоме. Таким образом, искомый элемент имеет порядковый номер 13. Этим элементом является алюминий (Al).

Номер группы, в которой находится элемент, для элементов главных подгрупп (А-групп) определяется количеством электронов на внешнем энергетическом уровне. У данного элемента на внешнем уровне 3 электрона, следовательно, он расположен в III группе.

Электронная конфигурация атома алюминия: $1s^22s^22p^63s^23p^1$. Поскольку валентные электроны ($3s^23p^1$) находятся на s- и p-подуровнях, элемент относится к главной подгруппе (А-группе).

Следовательно, этот элемент расположен в IIIA группе периодической таблицы.

Ответ: 1) IIIA

2. Установите соответствие между химическим элементом и электронной конфигурацией его нейтральных атомов.

1) N

2) Ar

3) Na

4) Cl

А. $1s^22s^22p^63s^1$

Б. $1s^22s^22p^63s^23p^5$

В. $1s^22s^22p^3$

Г. $1s^22s^22p^63s^23p^6$

Для того чтобы установить соответствие, необходимо для каждого химического элемента определить его порядковый номер в Периодической системе Д.И. Менделеева. Порядковый номер соответствует числу электронов в нейтральном атоме. Затем следует записать электронную конфигурацию, распределяя электроны по орбиталям в порядке увеличения их энергии (согласно правилу Клечковского).

1) N

Азот (N) находится в Периодической системе под номером 7. Следовательно, нейтральный атом азота содержит 7 электронов. Распределим их по орбиталям: на первом энергетическом уровне на s-подуровне располагаются 2 электрона ($1s^2$); на втором энергетическом уровне на s-подуровне располагаются 2 электрона ($2s^2$) и на p-подуровне — оставшиеся 3 электрона ($2p^3$). Таким образом, полная электронная конфигурация атома азота: $1s^22s^22p^3$. Это соответствует варианту В.

Ответ: В

2) Ar

Аргон (Ar) — элемент с порядковым номером 18. Нейтральный атом аргона содержит 18 электронов. Их электронная конфигурация записывается следующим образом: $1s^22s^22p^63s^23p^6$. Внешний электронный слой (третий) полностью завершен, что характерно для инертных газов. Данная конфигурация соответствует варианту Г.

Ответ: Г

3) Na

Натрий (Na) имеет порядковый номер 11, что означает наличие 11 электронов в его нейтральном атоме. Распределение электронов по орбиталям будет таким: $1s^22s^22p^63s^1$. На внешнем (третьем) энергетическом уровне находится один s-электрон, что определяет принадлежность натрия к щелочным металлам. Эта конфигурация соответствует варианту А.

Ответ: А

4) Cl

Хлор (Cl) — элемент с порядковым номером 17. Нейтральный атом хлора содержит 17 электронов. Электронная конфигурация имеет вид: $1s^22s^22p^63s^23p^5$. На внешнем электронном слое находится 7 валентных электронов ($3s^23p^5$), до завершения слоя не хватает одного электрона, что характерно для галогенов. Эта конфигурация соответствует варианту Б.

Ответ: Б