Страница 6 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Ядро атома какого элемента содержит 22 протона?

Дано:

Число протонов в ядре атома $N_p = 22$.

Найти:

Химический элемент.

Решение:

Количество протонов в ядре атома определяет его порядковый (атомный) номер в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Зарядовое число ядра $Z$ равно количеству протонов $N_p$.

Следовательно, для искомого элемента зарядовое число $Z = N_p = 22$.

Обратившись к периодической таблице, мы находим элемент с порядковым номером 22. Этим элементом является титан, который обозначается символом Ti.

Ответ: Ядро атома, содержащее 22 протона, принадлежит химическому элементу титан (Ti).

2. Ядро атома элемента содержит 30 нейтронов. Нейтральный атом этого элемента содержит 26 электронов. Определите, о каком элементе идёт речь, и запишите его символ с зарядом ядра и массовым числом.

Дано:

Число нейтронов в ядре, $N = 30$
Число электронов в нейтральном атоме, $N_e = 26$

Найти:

Определить химический элемент и записать его символ с зарядом ядра и массовым числом ($_{Z}^{A}X$).

Решение:

1. Атом является электрически нейтральным. В нейтральном атоме число электронов, вращающихся вокруг ядра, равно числу протонов в ядре. Число протонов в ядре определяет его заряд и называется зарядовым числом (или атомным номером) и обозначается $Z$.
Следовательно, зарядовое число ядра равно числу электронов:
$Z = N_e = 26$

2. Порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева равен его зарядовому числу $Z$. Элемент с атомным номером 26 — это железо (Fe).

3. Массовое число атома $A$ представляет собой общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Оно вычисляется как сумма числа протонов $Z$ и числа нейтронов $N$:
$A = Z + N$
Подставим известные значения в формулу:
$A = 26 + 30 = 56$

4. Стандартная запись для обозначения нуклида химического элемента включает символ элемента, а также массовое число (вверху слева) и зарядовое число (внизу слева).
Для железа (Fe) с зарядовым числом $Z=26$ и массовым числом $A=56$ запись будет выглядеть следующим образом: $_{26}^{56}\text{Fe}$.

Ответ: Речь идёт об элементе железо (Fe). Его символ с зарядом ядра и массовым числом: $_{26}^{56}\text{Fe}$.

3. Определите число нейтронов в ядрах атомов следующих нуклидов: $_{\text{92}}^{\text{235}}\text{U}$, $_{\text{19}}^{\text{41}}\text{K}$, $_{\text{38}}^{\text{90}}\text{Sr}$.

Дано:

Нуклид урана: $^{235}_{92}U$
Нуклид калия: $^{41}_{19}K$
Нуклид стронция: $^{90}_{38}Sr$

Найти:

Число нейтронов ($N$) в ядрах атомов указанных нуклидов.

Решение:

Для определения числа нейтронов в ядре атома используется общепринятая запись нуклида $^{A}_{Z}X$, где:
$X$ — химический символ элемента;
$A$ — массовое число, равное общему числу нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре;
$Z$ — зарядовое число (или атомный номер), равное числу протонов в ядре.

Число нейтронов ($N$) вычисляется как разность между массовым числом и зарядовым числом: $N = A - Z$

$^{235}_{92}U$

Для урана-235 ($^{235}_{92}U$):
Массовое число $A = 235$.
Зарядовое число (число протонов) $Z = 92$.
Число нейтронов $N = 235 - 92 = 143$.

Ответ: в ядре атома урана-235 содержится 143 нейтрона.

$^{41}_{19}K$

Для калия-41 ($^{41}_{19}K$):
Массовое число $A = 41$.
Зарядовое число (число протонов) $Z = 19$.
Число нейтронов $N = 41 - 19 = 22$.

Ответ: в ядре атома калия-41 содержится 22 нейтрона.

$^{90}_{38}Sr$

Для стронция-90 ($^{90}_{38}Sr$):
Массовое число $A = 90$.
Зарядовое число (число протонов) $Z = 38$.
Число нейтронов $N = 90 - 38 = 52$.

Ответ: в ядре атома стронция-90 содержится 52 нейтрона.

1. Изотопы одного элемента отличаются друг от друга

1) числом нейтронов

2) числом протонов

3) числом электронов

4) зарядом ядра

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента. По определению, атомы одного элемента имеют одинаковое количество протонов в ядре. Это число протонов (зарядовое число $Z$) определяет место элемента в периодической таблице Менделеева.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Суммарное число протонов и нейтронов называется массовым числом ($A$).

Изотопы одного элемента имеют одинаковое число протонов ($Z$), но разное число нейтронов ($N$). Следовательно, у них одинаковый заряд ядра, но разное массовое число ($A = Z + N$).

Проанализируем предложенные варианты:

• 1) числом нейтронов: Это верное утверждение. Именно разное количество нейтронов при одинаковом количестве протонов отличает изотопы друг от друга. Например, изотопы углерода, углерод-12 ($^{12}C$) и углерод-14 ($^{14}C$), оба имеют 6 протонов, но углерод-12 имеет 6 нейтронов, а углерод-14 — 8 нейтронов.
• 2) числом протонов: Неверно. Если бы число протонов было разным, это были бы разные химические элементы.
• 3) числом электронов: Неверно. В нейтральных атомах число электронов равно числу протонов. Если число электронов отличается от числа протонов, то это ион, а не другой изотоп.
• 4) зарядом ядра: Неверно. Заряд ядра определяется числом протонов. Так как у изотопов одного элемента число протонов одинаково, то и заряд ядра у них одинаков.

Таким образом, изотопы одного элемента отличаются друг от друга числом нейтронов.

Ответ: 1

2. Медь имеет два стабильных изотопа — ${^{63}Cu}$ и ${^{65}Cu}$. Массовые доли их в природной меди составляют 73 % и 27 % соответственно. Средняя относительная атомная масса меди составляет

1) 64,0

2) 63,5

3) 63,54

4) 65,0

Дано:

Изотоп-1: $^{63}\text{Cu}$

Массовая доля изотопа-1, $w_1 = 73\text{ %}$

Относительная атомная масса изотопа-1 (приближенно равна массовому числу), $A_{r1} = 63$

Изотоп-2: $^{65}\text{Cu}$

Массовая доля изотопа-2, $w_2 = 27\text{ %}$

Относительная атомная масса изотопа-2 (приближенно равна массовому числу), $A_{r2} = 65$

Найти:

Средняя относительная атомная масса меди, $A_r(\text{Cu})$ — ?

Решение:

Средняя относительная атомная масса химического элемента вычисляется как средневзвешенное значение атомных масс его природных изотопов с учетом их процентного содержания (распространенности) в природе. Формула для расчета имеет вид:

$A_r(\text{Э}) = A_{r1} \cdot w_1 + A_{r2} \cdot w_2 + \dots + A_{rn} \cdot w_n$

где $A_{ri}$ — относительная атомная масса i-го изотопа, а $w_i$ — его массовая доля (в долях от единицы).

Сначала переведем процентное содержание изотопов в доли:

$w(^{63}\text{Cu}) = 73\text{ %} = 0,73$

$w(^{65}\text{Cu}) = 27\text{ %} = 0,27$

Теперь подставим значения в формулу. В качестве относительных атомных масс изотопов будем использовать их массовые числа:

$A_r(\text{Cu}) = 63 \cdot 0,73 + 65 \cdot 0,27$

Выполним вычисления:

$63 \cdot 0,73 = 45,99$

$65 \cdot 0,27 = 17,55$

$A_r(\text{Cu}) = 45,99 + 17,55 = 63,54$

Полученное значение совпадает с вариантом ответа под номером 3.

Ответ: 3) 63,54

Найдите в Интернете информацию о свойствах и применении изотопов водорода.

Водород имеет три основных изотопа, которые отличаются друг от друга количеством нейтронов в атомном ядре. Это различие в массе влияет на их физические свойства (например, плотность, температуры кипения и плавления), в то время как химические свойства, определяемые электронным строением, остаются практически идентичными.

Протий ($^{1}\text{H}$)

Свойства: Протий, обозначаемый как $^{1}\text{H}$, является самым лёгким и наиболее распространённым изотопом водорода, составляя более 99,98% от всего водорода во Вселенной. Его ядро состоит из одного-единственного протона и не содержит нейтронов. Протий стабилен и не является радиоактивным. Его свойства по существу определяют стандартные физико-химические характеристики элемента водорода.

Применение: Поскольку протий является основной формой водорода, его применение совпадает с областями использования водорода в целом. Он является ключевым сырьём в химической промышленности для производства аммиака (процесс Габера-Боша для создания удобрений) и метанола. Также он используется в процессах гидрогенизации для переработки нефти и получения твёрдых жиров (маргарина). Водородная энергетика рассматривает протий как экологически чистое топливо будущего, так как продуктом его сгорания является только вода.

Ответ: Протий ($^{1}\text{H}$) — это стабильный, самый лёгкий и распространённый изотоп водорода, ядро которого состоит из одного протона. Он широко применяется в химической промышленности (синтез аммиака, гидрогенизация) и рассматривается как перспективное экологически чистое топливо.

Дейтерий ($^{2}\text{H}$ или D)

Свойства: Дейтерий ($^{2}\text{H}$ или D), также известный как тяжёлый водород, является стабильным изотопом водорода. Его ядро содержит один протон и один нейтрон, что делает его примерно в два раза массивнее протия. Его природная распространённость составляет около 0,0156%. Из-за существенной разницы в массе соединения с дейтерием проявляют заметные изотопные эффекты. Например, тяжёлая вода ($D_2O$), где протий заменён дейтерием, имеет более высокую плотность, температуру кипения ($101.4\text{ °C}$) и замерзания ($3.82\text{ °C}$) по сравнению с обычной водой ($H_2O$).

Применение: Дейтерий имеет уникальные области применения. В ядерной энергетике тяжёлая вода ($D_2O$) используется как эффективный замедлитель нейтронов и теплоноситель в определённых типах ядерных реакторов (например, CANDU), поскольку она замедляет нейтроны, почти не поглощая их. Дейтерий также является одним из ключевых компонентов топлива для управляемого термоядерного синтеза; реакция синтеза дейтерия и трития ($D + T \rightarrow \,^{4}\text{He} + n$) считается наиболее перспективной для будущих термоядерных электростанций. В научных исследованиях дейтерий используется как нерадиоактивная изотопная метка для изучения механизмов химических реакций, а дейтерированные растворители необходимы в ЯМР-спектроскопии.

Ответ: Дейтерий ($^{2}\text{H}$) — стабильный тяжёлый изотоп водорода с одним протоном и одним нейтроном. Применяется в ядерной энергетике (в виде тяжёлой воды), как топливо для термоядерного синтеза и в качестве изотопной метки в научных исследованиях.

Тритий ($^{3}\text{H}$ или T)

Свойства: Тритий ($^{3}\text{H}$ или T) — это сверхтяжёлый радиоактивный изотоп водорода. Его ядро состоит из одного протона и двух нейтронов. Тритий нестабилен и подвергается бета-распаду, превращаясь в гелий-3 ($^{3}\text{He}$) с периодом полураспада 12,32 года. Реакция распада выглядит так: $^{3}_{1}\text{H} \rightarrow \,^{3}_{2}\text{He} + e^{-} + \bar{\nu}_{e}$. В природе он встречается в ничтожных количествах, поэтому его получают искусственно в ядерных реакторах.

Применение: Тритий играет важнейшую роль в исследованиях термоядерного синтеза, где он используется в качестве топлива вместе с дейтерием. Его радиоактивность позволяет создавать автономные источники света (тритиевая подсветка) — бета-излучение заставляет светиться специальное покрытие (люминофор). Такая технология используется в часах, прицелах и знаках аварийного выхода. Как радиоактивный индикатор, он применяется в гидрологии, биологии и химии для отслеживания различных процессов. Кроме того, тритий используется в военных технологиях для увеличения мощности ядерного оружия (бустинг).

Ответ: Тритий ($^{3}\text{H}$) — радиоактивный изотоп водорода (1 протон, 2 нейтрона). Основные применения: топливо для термоядерного синтеза, создание автономных источников света (тритиевая подсветка), радиоактивная метка в исследованиях и компонент ядерного оружия.