Страница 12 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Что изучает химия? Почему эта наука так называется?

Решение

Что изучает химия?
Химия — это одна из важнейших и обширнейших областей естествознания, наука о веществах, их составе, строении, свойствах и превращениях, а также о законах, которым эти превращения подчиняются. Предметом изучения химии являются химические элементы и их соединения, а также закономерности, управляющие различными химическими реакциями.
Более детально, химия изучает:
- Атомы и молекулы: как элементарные «кирпичики» материи, из которых состоят все вещества.
- Химические связи: силы, которые удерживают атомы вместе в молекулах и кристаллах.
- Состав и строение веществ: какие атомы и в каком порядке соединены в веществе, что определяет его уникальные свойства.
- Свойства веществ: физические (температура плавления, плотность, цвет) и химические (способность вступать в реакции с другими веществами).
- Химические реакции: процессы, в результате которых одни вещества превращаются в другие, с разрывом старых и образованием новых химических связей.
- Закономерности химических превращений: скорость реакций, условия их протекания, количество выделяемой или поглощаемой энергии.
Современная химия является фундаментальной наукой, тесно связанной с физикой и биологией, и лежит в основе многих прикладных дисциплин, таких как материаловедение, фармакология, экология и др.

Ответ: Химия изучает вещества, их состав, строение, свойства и взаимные превращения (химические реакции), а также законы, управляющие этими процессами.

Почему эта наука так называется?
Точное происхождение слова «химия» до сих пор является предметом научных дискуссий, и существует несколько основных гипотез.
1. Египетская версия. Наиболее распространенная теория связывает происхождение термина с древним названием Египта — Кемет (или Хем, Khem), что на древнеегипетском языке означало «чёрная земля» (в отличие от «красной земли» — пустыни). Египет был центром древних знаний, включая бальзамирование, металлургию, изготовление стекла и красок. Это «египетское искусство» или «искусство чёрной земли» (по-гречески χημεία) могло дать название науке.
2. Греческая версия. Согласно этой гипотезе, слово происходит от древнегреческого слова χύμος (химос), что означает «сок», «эссенция», «влага». В этом контексте химия могла означать «искусство выделения соков» или «искусство извлечения эссенций». Другой вариант — от греческого χέω (хео) — «лью», «плавлю», что указывает на связь с металлургией, искусством плавки и литья металлов. В этом случае химия — «искусство литья».
3. Китайская версия. Некоторые исследователи предполагают, что слово могло прийти из Китая. Китайский иероглиф «ким» (金) означает «золото», и слово «химия» могло быть связано с алхимическими поисками способа получения золота.
Таким образом, хотя единого мнения нет, все основные версии связывают название «химия» с древними практическими знаниями и ремёслами, которые стали прародителями современной науки.

Ответ: Точное происхождение названия «химия» неизвестно. Основные гипотезы связывают его либо с древним названием Египта («Кемет» — чёрная земля), где зародились многие химические ремёсла, либо с древнегреческими словами, означающими «лить металл» или «выделять сок».

2. Какие свойства алюминия лежат в основе его применения?

Применение алюминия основано на уникальном сочетании его физических и химических свойств. Различные отрасли промышленности используют те или иные характеристики этого металла для своих нужд. К основным свойствам, определяющим его широкое применение, относятся:

• Лёгкость (низкая плотность). Плотность алюминия составляет около $2,7 \text{ г/см}^3$, что примерно в три раза меньше плотности стали. Это свойство является ключевым для авиационной и космической промышленности (изготовление корпусов самолётов, ракет), автомобилестроения (детали двигателей, диски, элементы кузова) и производства скоростных поездов. Снижение массы транспортных средств приводит к экономии топлива и увеличению полезной нагрузки.

• Высокая коррозионная стойкость. На воздухе поверхность алюминия мгновенно покрывается тонкой, но очень прочной и химически инертной оксидной плёнкой ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего окисления и воздействия агрессивных сред. Благодаря этому алюминий и его сплавы широко применяются в строительстве (оконные рамы, фасады зданий), для производства кухонной посуды, тары для напитков и пищевой фольги.

• Высокая тепло- и электропроводность. Алюминий уступает по электропроводности только серебру, золоту и меди, но при этом он значительно легче и дешевле меди. Поэтому его используют для изготовления электрических проводов, особенно для линий электропередач высокого напряжения (часто в виде сталеалюминиевых проводов). Высокая теплопроводность делает его отличным материалом для радиаторов охлаждения в автомобилях и электронике (например, в компьютерах), а также для производства посуды.

• Пластичность и лёгкость обработки. Алюминий очень пластичен: его можно легко прокатать в тончайшую фольгу, вытянуть в проволоку или придать сложную форму методами штамповки, литья и экструзии. Это позволяет производить из него широкий спектр изделий – от банок для напитков и тюбиков для крема до сложных профилей для строительных конструкций.

• Нетоксичность. Алюминий не вступает в реакцию с большинством пищевых продуктов, не придаёт им постороннего вкуса или запаха. Это свойство делает его незаменимым в пищевой промышленности и для производства упаковки (консервные банки, фольга, контейнеры) и кухонной утвари.

• Способность образовывать прочные сплавы. В чистом виде алюминий довольно мягок, но его прочность можно значительно увеличить, добавляя легирующие элементы, такие как медь, магний, кремний и цинк. Сплавы алюминия (например, дюралюминий) обладают высоким отношением прочности к весу, что критически важно для авиастроения и других высокотехнологичных отраслей.

• Высокая отражательная способность. Полированная поверхность алюминия хорошо отражает как видимый свет, так и тепловое излучение. Это свойство используется при изготовлении зеркал (в том числе для телескопов), отражателей для осветительных приборов и теплоизоляционных материалов.

• Возможность вторичной переработки. Алюминий можно переплавлять бесконечное количество раз практически без потери качества. При этом на его переработку тратится лишь около 5% энергии, необходимой для получения первичного металла из руды. Это делает его экономически выгодным и экологически устойчивым материалом.

Ответ: В основе применения алюминия лежит совокупность его уникальных свойств: низкая плотность (лёгкость), высокая коррозионная стойкость благодаря оксидной плёнке, отличная электро- и теплопроводность, высокая пластичность, нетоксичность, способность образовывать высокопрочные сплавы, а также возможность полной и энергоэффективной вторичной переработки.

3. Какие вещества упоминались в параграфе? Опишите свойства одного из них по следующему плану:

1) агрегатное состояние вещества при обычных условиях;

2) цвет и блеск;

3) запах;

4) растворимость в воде;

5) температура плавления и кипения;

6) плотность вещества.

Для нахождения справочных данных (температур плавления и кипения, а также плотности вещества) можно использовать электронный справочник химического портала http://chemport.ru.

Поскольку текст параграфа не представлен, в качестве примера будут описаны свойства одного из самых известных металлов — железа (Fe).

1) агрегатное состояние вещества при обычных условиях
При обычных условиях, то есть при комнатной температуре (около $20^\circ\text{C}$) и нормальном атмосферном давлении, железо является твердым веществом.

Ответ: Твердое.

2) цвет и блеск
Железо в чистом виде — это ковкий металл серебристо-белого цвета. Оно обладает хорошо выраженным металлическим блеском. На воздухе со временем тускнеет из-за окисления.

Ответ: Серебристо-белый цвет, металлический блеск.

3) запах
Чистое железо не имеет запаха. Характерный "металлический" запах, который мы иногда ощущаем, связан с реакцией соединений на коже человека с ионами железа.

Ответ: Без запаха.

4) растворимость в воде
Железо не растворяется в воде. При длительном контакте с водой и кислородом воздуха оно подвергается коррозии (ржавеет).

Ответ: Практически нерастворимо.

5) температура плавления и кипения
Железо является тугоплавким металлом. Его температура плавления составляет $1538^\circ\text{C}$, а температура кипения — $2862^\circ\text{C}$.

Ответ: Температура плавления — $1538^\circ\text{C}$, температура кипения — $2862^\circ\text{C}$.

6) плотность вещества
Плотность железа при нормальных условиях составляет $7,874 \text{ г/см}^3$ (или $7874 \text{ кг/м}^3$).

Ответ: $7,874 \text{ г/см}^3$.

4. Выпишите из следующего перечня названия веществ: снежинка, капля росы, вода, льдинка, сахар, кусочек сахара, мел, школьный мелок.

Для решения этой задачи необходимо различать понятия «вещество» и «физическое тело». Вещество — это то, из чего состоят физические тела. Физическое тело — это любой предмет, имеющий определённую форму и объём.

Проанализируем предложенный перечень:

Слова «снежинка», «капля росы», «льдинка» обозначают физические тела. Все эти тела состоят из одного и того же вещества — воды (химическая формула $H_2O$). Они имеют конкретную форму и размер.

Слово «вода» является названием вещества.

Словосочетание «кусочек сахара» обозначает физическое тело, которое имеет определённую форму и состоит из вещества — сахара.

Слово «сахар» является названием вещества (например, сахарозы $C_{12}H_{22}O_{11}$).

Словосочетание «школьный мелок» обозначает физическое тело определённой формы (брусок), состоящее из вещества — мела.

Слово «мел» является названием вещества (в основном, карбонат кальция $CaCO_3$).

Таким образом, из данного списка названиями веществ являются: вода, сахар, мел.

Ответ: вода, сахар, мел.

5. По каким свойствам можно различить:

а) углекислый газ и кислород;

б) сахар и соль;

в) уксусную и лимонную кислоты?

а) углекислый газ и кислород

Углекислый газ ($CO_2$) и кислород ($O_2$) — это газы без цвета и запаха, поэтому их различают по химическим свойствам.

1. Отношение к горению. Кислород поддерживает горение. Если в сосуд с кислородом внести тлеющую лучинку, она ярко вспыхнет. Углекислый газ, наоборот, горение не поддерживает и тяжелее воздуха, поэтому его используют в огнетушителях. В атмосфере углекислого газа пламя, как и тлеющая лучинка, погаснет.

2. Качественная реакция с известковой водой. При пропускании углекислого газа через известковую воду (прозрачный раствор гидроксида кальция, $Ca(OH)_2$) происходит помутнение раствора из-за образования белого осадка карбоната кальция ($CaCO_3$). Кислород не вступает в такую реакцию. Уравнение реакции: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$.

Ответ: Углекислый газ и кислород можно различить по их способности поддерживать горение (кислород поддерживает, а углекислый газ — нет) и по реакции с известковой водой (углекислый газ вызывает её помутнение).

б) сахар и соль

Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$) и поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$) — белые кристаллические вещества, похожие по внешнему виду. Их можно различить по следующим свойствам:

1. Вкус. Самое очевидное бытовое отличие: сахар — сладкий, а соль — солёная. Однако в химической лаборатории пробовать вещества на вкус категорически запрещено.

2. Термическое разложение. При нагревании сахар плавится при относительно невысокой температуре (около 186°C), затем темнеет (карамелизуется) и в итоге обугливается, так как является органическим веществом. Соль — тугоплавкое неорганическое вещество с температурой плавления 801°C, при нагревании в бытовых условиях (например, на ложке над пламенем) она не расплавится.

3. Электропроводность водных растворов. Оба вещества хорошо растворяются в воде. Однако раствор соли проводит электрический ток, так как соль является электролитом и диссоциирует на ионы ($Na^+$ и $Cl^−$). Раствор сахара ток не проводит, так как сахароза — неэлектролит, и в растворе находится в виде молекул.

Ответ: Сахар и соль можно различить по вкусу, по поведению при нагревании (сахар плавится и обугливается, соль — нет) и по электропроводности их водных растворов (раствор соли проводит ток, а раствор сахара — нет).

в) уксусную и лимонную кислоты

Уксусную и лимонную кислоты можно легко различить по их физическим свойствам.

1. Агрегатное состояние. При нормальных условиях уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это жидкость, а лимонная кислота ($C_6H_8O_7$) — это твёрдое кристаллическое вещество (белый порошок).

2. Запах. Уксусная кислота имеет очень резкий, характерный запах, известный всем по столовому уксусу. Лимонная кислота, как в твёрдом виде, так и в растворе, практически не имеет запаха.

Даже если перед нами водные растворы этих кислот, их можно будет различить по запаху.

Ответ: Уксусную и лимонную кислоты можно различить по агрегатному состоянию при комнатной температуре (уксусная кислота — жидкость, лимонная — твёрдое вещество) и по запаху (уксусная кислота обладает резким запахом, а лимонная — нет).

Используя знания по биологии, расскажите о химической организации клетки.

Решение

Химическая организация клетки — это сложная, упорядоченная система химических элементов и их соединений, которые обеспечивают все процессы жизнедеятельности. Единство химического состава клеток всех живых организмов является одним из доказательств единства происхождения жизни.

Химические элементы

В клетках обнаружено около 80 химических элементов, которые по количественному содержанию делят на три группы. Макроэлементы составляют основную массу клетки (около 99%). К ним относятся органогены — кислород ($O$), углерод ($C$), водород ($H$) и азот ($N$) (около 98%), являющиеся основой всех органических соединений. Также к макроэлементам относятся фосфор ($P$), калий ($K$), сера ($S$), кальций ($Ca$), магний ($Mg$), натрий ($Na$), хлор ($Cl$). Микроэлементы содержатся в малых количествах (от 0.01% до 0.000001%), но жизненно необходимы. Это железо ($Fe$), медь ($Cu$), цинк ($Zn$), йод ($I$), фтор ($F$) и др. Они входят в состав ферментов, гормонов и других биологически активных веществ. Ультрамикроэлементы (золото $Au$, серебро $Ag$ и др.) содержатся в следовых количествах, и их роль часто неясна.

Неорганические вещества

К неорганическим веществам клетки относятся вода и минеральные соли.

Вода ($H_2O$) — преобладающее соединение в любой клетке (в среднем 70–80%). Ее уникальные свойства обусловлены полярностью молекул и способностью образовывать водородные связи. Основные функции воды: она является универсальным растворителем для полярных веществ, обеспечивая среду для биохимических реакций; выполняет транспортную функцию, перенося вещества; участвует в терморегуляции благодаря высокой теплоемкости и теплоте испарения; придает клетке объем и упругость (структурная функция); является участником многих химических реакций (метаболическая функция).

Минеральные соли находятся в клетке в виде ионов (катионов $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$ и анионов $Cl^-$, $HPO_4^{2-}$, $HCO_3^-$) или в твердом состоянии. Они выполняют важные функции: поддержание постоянства pH среды (буферная функция); создание и поддержание осмотического давления; участие в передаче нервных импульсов ($Na^+$ и $K^+$); активация ферментов. Нерастворимые соли, например, фосфат кальция, придают прочность костям и раковинам.

Органические вещества

Это соединения углерода, образующие сложные макромолекулы: белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Углеводы — органические соединения с общей формулой $C_n(H_2O)_m$. Они делятся на моносахариды (глюкоза, рибоза), олигосахариды (сахароза) и полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин). Основные функции углеводов: энергетическая (глюкоза — главный источник энергии), структурная (целлюлоза в клеточных стенках растений, хитин у грибов и членистоногих) и запасающая (крахмал у растений, гликоген у животных).

Липиды — это большая группа гидрофобных (нерастворимых в воде) веществ, включающая жиры, фосфолипиды, стероиды. Их функции: энергетическая (при расщеплении выделяется вдвое больше энергии, чем из углеводов), структурная (фосфолипиды — основа клеточных мембран), запасающая, защитная (теплоизоляция, амортизация) и регуляторная (стероидные гормоны, жирорастворимые витамины).

Белки — это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки выполняют в клетке огромное разнообразие функций: каталитическая (все ферменты — белки, ускоряющие реакции), структурная (коллаген, кератин), двигательная (актин, миозин), транспортная (гемоглобин), регуляторная (гормоны, например, инсулин), защитная (антитела), сигнальная (белки-рецепторы).

Нуклеиновые кислоты — полимеры, мономеры которых — нуклеотиды. Различают два вида: ДНК и РНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) представляет собой двойную спираль и содержит генетическую информацию организма. Она обеспечивает хранение и передачу наследственной информации из поколения в поколение. Рибонуклеиновая кислота (РНК) — обычно одноцепочечная молекула, которая участвует в реализации генетической информации, то есть в синтезе белка. Существуют разные типы РНК: информационная (иРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК).

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — нуклеотид, который является универсальным источником энергии в клетке. Энергия, заключенная в макроэргических связях АТФ, используется для всех процессов жизнедеятельности: синтеза веществ, движения, роста и др.

Ответ: Химическая организация клетки основана на взаимодействии неорганических (вода, минеральные соли) и органических (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ) веществ. Вода является основной средой и участником реакций. Минеральные соли поддерживают гомеостаз. Органические макромолекулы выполняют ключевые функции: белки — каталитические, структурные и многие другие; углеводы — энергетические и структурные; липиды — энергетические и мембранные; нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) отвечают за хранение и реализацию наследственной информации. АТФ служит универсальным источником энергии. Эта сложная и упорядоченная система химических соединений обеспечивает все проявления жизни на клеточном уровне.