Страница 120 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Выпишите формулы органических и неорганических веществ: $CH_4$, $CO_2$, $Na_2SO_4$, $Fe(OH)_2$, $C_{12}H_{22}O_{11}$, $KNO_3$, $Ca(OH)_2$, $C_6H_{12}O_6$, $H_3PO_4$. Дайте названия веществам.

Для классификации представленных веществ на органические и неорганические необходимо определить их состав и строение. Органические вещества, как правило, являются соединениями углерода, содержащими связи C-H. Неорганические вещества — это все остальные соединения, включая некоторые простейшие соединения углерода (например, оксиды, карбонаты, карбиды).

Органические вещества

К этой группе относятся соединения, содержащие углеродный скелет и связи углерод-водород.

• $CH_4$ — метан. Это простейший представитель углеводородов (алканов).

• $C_{12}H_{22}O_{11}$ — сахароза. Это сложный углевод, дисахарид.

• $C_6H_{12}O_6$ — глюкоза. Это простой углевод, моносахарид.

Ответ: Органические вещества: $CH_4$ (метан), $C_{12}H_{22}O_{11}$ (сахароза), $C_6H_{12}O_6$ (глюкоза).

Неорганические вещества

К этой группе относятся соединения, не имеющие углеродного скелета, а также простейшие соединения углерода.

• $CO_2$ — оксид углерода(IV) или диоксид углерода (углекислый газ). Несмотря на наличие углерода, традиционно относится к неорганическим оксидам.

• $Na_2SO_4$ — сульфат натрия. Это соль, образованная металлом натрием и кислотным остатком серной кислоты.

• $Fe(OH)_2$ — гидроксид железа(II). Это нерастворимое в воде основание.

• $KNO_3$ — нитрат калия. Это соль, образованная металлом калием и кислотным остатком азотной кислоты.

• $Ca(OH)_2$ — гидроксид кальция. Это сильное основание (щёлочь).

• $H_3PO_4$ — ортофосфорная кислота. Это неорганическая кислота.

Ответ: Неорганические вещества: $CO_2$ (оксид углерода(IV)), $Na_2SO_4$ (сульфат натрия), $Fe(OH)_2$ (гидроксид железа(II)), $KNO_3$ (нитрат калия), $Ca(OH)_2$ (гидроксид кальция), $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота).

2. Из перечня названий выпишите названия веществ молекулярного и немолекулярного строения: оксид кальция, оксид кремния(IV), оксид углерода(IV), оксид алюминия, оксид серы(IV), оксид натрия. Что объединяет все эти вещества? Запишите формулы всех веществ.

Вещества молекулярного строения
К веществам с молекулярным строением относятся соединения, состоящие из отдельных молекул, которые в твердом состоянии образуют молекулярную кристаллическую решетку. Такие вещества, как правило, образованы атомами неметаллов. Из предложенного списка к ним относятся:
1. Оксид углерода(IV) ($CO_2$)
2. Оксид серы(IV) ($SO_2$)

Ответ: оксид углерода(IV), оксид серы(IV).

Вещества немолекулярного строения
К веществам с немолекулярным строением относятся соединения с ионной или атомной кристаллической решеткой. В таких структурах нет отдельных молекул. Ионное строение характерно для оксидов металлов, а атомное – для оксида кремния(IV). Из предложенного списка к ним относятся:
1. Оксид кальция ($CaO$) – ионное строение
2. Оксид кремния(IV) ($SiO_2$) – атомное строение
3. Оксид алюминия ($Al_2O_3$) – ионное строение
4. Оксид натрия ($Na_2O$) – ионное строение

Ответ: оксид кальция, оксид кремния(IV), оксид алюминия, оксид натрия.

Что объединяет все эти вещества?
Все перечисленные вещества относятся к одному классу неорганических соединений – оксидам. Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых – кислород в степени окисления -2.

Ответ: все эти вещества являются оксидами.

Формулы всех веществ
Оксид кальция: $CaO$
Оксид кремния(IV): $SiO_2$
Оксид углерода(IV): $CO_2$
Оксид алюминия: $Al_2O_3$
Оксид серы(IV): $SO_2$
Оксид натрия: $Na_2O$

Ответ: $CaO$, $SiO_2$, $CO_2$, $Al_2O_3$, $SO_2$, $Na_2O$.

3. Из перечня формул выпишите формулы веществ молекулярного и немолекулярного строения: $HCl$, $SO_2$, $K_2SO_3$, $NaOH$, $Si$, $MgO$, $Zn$, $O_3$, $Cl_2$, $H_2O$, $Li_2O$, $SiO_2$, $H_2SO_4$, $NaNO_3$, $Ba(OH)_2$, $Br_2$, $Hg$, $Cu(OH)_2$. Дайте веществам названия. Укажите агрегатные состояния веществ при нормальных условиях. Определите с помощью таблицы растворимости, какие из веществ растворимы в воде, а какие нет. Проиллюстрируйте схему 4 формулами веществ из приведённого перечня.

Формулы веществ молекулярного и немолекулярного строения

Вещества с молекулярным строением состоят из отдельных молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными силами. Как правило, это газы, жидкости или легкоплавкие твёрдые вещества. Вещества с немолекулярным строением имеют ионные, атомные или металлические кристаллические решётки.

Вещества молекулярного строения: $HCl$, $SO_2$, $O_3$, $Cl_2$, $H_2O$, $H_2SO_4$, $Br_2$.

Вещества немолекулярного строения (в скобках указан тип строения): $K_2SO_3$ (ионное), $NaOH$ (ионное), $Si$ (атомное), $MgO$ (ионное), $Zn$ (металлическое), $Li_2O$ (ионное), $SiO_2$ (атомное), $NaNO_3$ (ионное), $Ba(OH)_2$ (ионное), $Hg$ (металлическое), $Cu(OH)_2$ (ионное).

Ответ: Вещества молекулярного строения: $HCl, SO_2, O_3, Cl_2, H_2O, H_2SO_4, Br_2$. Вещества немолекулярного строения: $K_2SO_3, NaOH, Si, MgO, Zn, Li_2O, SiO_2, NaNO_3, Ba(OH)_2, Hg, Cu(OH)_2$.

Названия и агрегатные состояния веществ при нормальных условиях

При нормальных условиях (температура 20-25°C, давление 1 атм) вещества имеют следующие названия и агрегатные состояния:

$HCl$ – хлороводород (газ);
$SO_2$ – оксид серы(IV) или диоксид серы (газ);
$K_2SO_3$ – сульфит калия (твёрдое вещество);
$NaOH$ – гидроксид натрия (твёрдое вещество);
$Si$ – кремний (твёрдое вещество);
$MgO$ – оксид магния (твёрдое вещество);
$Zn$ – цинк (твёрдое вещество);
$O_3$ – озон (газ);
$Cl_2$ – хлор (газ);
$H_2O$ – вода (оксид водорода) (жидкость);
$Li_2O$ – оксид лития (твёрдое вещество);
$SiO_2$ – оксид кремния(IV) или диоксид кремния (твёрдое вещество);
$H_2SO_4$ – серная кислота (жидкость);
$NaNO_3$ – нитрат натрия (твёрдое вещество);
$Ba(OH)_2$ – гидроксид бария (твёрдое вещество);
$Br_2$ – бром (жидкость);
$Hg$ – ртуть (жидкость);
$Cu(OH)_2$ – гидроксид меди(II) (твёрдое вещество).

Ответ: Названия и агрегатные состояния веществ перечислены выше.

Растворимость веществ в воде

Используя таблицу растворимости и общие химические свойства, определим растворимость веществ в воде.

Растворимые в воде: $HCl$ (очень хорошо растворим), $SO_2$ (растворим, реагирует с водой), $K_2SO_3$, $NaOH$, $H_2SO_4$ (смешивается в любых соотношениях), $NaNO_3$, $Ba(OH)_2$. Оксид лития $Li_2O$ реагирует с водой с образованием растворимого гидроксида лития.

Нерастворимые или малорастворимые в воде: $Si$, $MgO$ (практически нерастворим), $Zn$, $O_3$ (малорастворим), $Cl_2$ (малорастворим), $SiO_2$, $Br_2$ (малорастворим), $Hg$, $Cu(OH)_2$.

Ответ: Растворимы: $HCl, SO_2, K_2SO_3, NaOH, H_2SO_4, NaNO_3, Ba(OH)_2, Li_2O$ (реагирует). Нерастворимы/малорастворимы: $Si, MgO, Zn, O_3, Cl_2, SiO_2, Br_2, Hg, Cu(OH)_2$.

Иллюстрация схемы 4 формулами веществ

Проиллюстрируем схему классификации веществ на примере четырёх формул из данного перечня. Вещества делятся на простые и сложные, которые, в свою очередь, подразделяются на классы.

1. Простые вещества (состоят из атомов одного химического элемента)
- Металлы: $Zn$ (цинк)
- Неметаллы: $Cl_2$ (хлор)
2. Сложные вещества (состоят из атомов разных химических элементов)
- Оксиды: $MgO$ (оксид магния)
- Кислоты: $H_2SO_4$ (серная кислота)

Ответ: Пример схемы классификации: простые вещества (металл $Zn$, неметалл $Cl_2$) и сложные вещества (оксид $MgO$, кислота $H_2SO_4$).

4. Смешали 45 л азота, 15 л кислорода и 60 л углекислого газа. Определите объёмные доли газов в полученной смеси.

Дано

Объём азота ($V_{N_2}$) = 45 л

Объём кислорода ($V_{O_2}$) = 15 л

Объём углекислого газа ($V_{CO_2}$) = 60 л

Перевод в систему СИ:

$V_{N_2} = 45 \text{ л} = 0.045 \text{ м}^3$

$V_{O_2} = 15 \text{ л} = 0.015 \text{ м}^3$

$V_{CO_2} = 60 \text{ л} = 0.060 \text{ м}^3$

Найти:

Объёмную долю азота ($\phi_{N_2}$), кислорода ($\phi_{O_2}$) и углекислого газа ($\phi_{CO_2}$) в смеси.

Решение

1. Найдём общий объём газовой смеси ($V_{смеси}$). Объём смеси газов равен сумме объёмов её компонентов (при одинаковых температуре и давлении).

$V_{смеси} = V_{N_2} + V_{O_2} + V_{CO_2}$

$V_{смеси} = 45 \text{ л} + 15 \text{ л} + 60 \text{ л} = 120 \text{ л}$

2. Рассчитаем объёмную долю ($\phi$) каждого газа в смеси. Объёмная доля компонента — это отношение объёма данного компонента к общему объёму смеси.

Формула для расчёта объёмной доли:

$\phi(газ) = \frac{V(газ)}{V_{смеси}}$

3. Вычислим объёмную долю для каждого газа:

Объёмная доля азота ($N_2$):

$\phi_{N_2} = \frac{V_{N_2}}{V_{смеси}} = \frac{45 \text{ л}}{120 \text{ л}} = 0.375$

В процентах это составляет $0.375 \times 100\% = 37.5\%$.

Объёмная доля кислорода ($O_2$):

$\phi_{O_2} = \frac{V_{O_2}}{V_{смеси}} = \frac{15 \text{ л}}{120 \text{ л}} = 0.125$

В процентах это составляет $0.125 \times 100\% = 12.5\%$.

Объёмная доля углекислого газа ($CO_2$):

$\phi_{CO_2} = \frac{V_{CO_2}}{V_{смеси}} = \frac{60 \text{ л}}{120 \text{ л}} = 0.5$

В процентах это составляет $0.5 \times 100\% = 50\%$.

Ответ: объёмная доля азота составляет 37.5%, кислорода – 12.5%, углекислого газа – 50%.

1. В домашнем хозяйстве для консервирования овощей используют 8%-й раствор поваренной соли. Какие массы соли и воды потребуются для получения 5 кг такого раствора?

1. Дано:
$m_{раствора} = 5$ кг
$\omega_{соли} = 8\%$

$\omega_{соли} = 8\% = 0.08$

Найти:
$m_{соли}$ - ?
$m_{воды}$ - ?

Решение:

Массовая доля растворенного вещества ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega_{вещества} = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Чтобы найти массу соли ($m_{соли}$) в растворе, необходимо массу раствора ($m_{раствора}$) умножить на массовую долю соли ($\omega_{соли}$), выраженную в долях единицы.

$m_{соли} = m_{раствора} \cdot \omega_{соли}$

$m_{соли} = 5 \text{ кг} \cdot 0.08 = 0.4 \text{ кг}$

Раствор состоит из растворенного вещества (соли) и растворителя (воды). Масса раствора равна сумме масс его компонентов:

$m_{раствора} = m_{соли} + m_{воды}$

Чтобы найти массу воды ($m_{воды}$), нужно из массы раствора вычесть массу соли:

$m_{воды} = m_{раствора} - m_{соли}$

$m_{воды} = 5 \text{ кг} - 0.4 \text{ кг} = 4.6 \text{ кг}$

Ответ: для получения 5 кг 8%-го раствора потребуется 0,4 кг соли и 4,6 кг воды.

2. Какую массу алюминия можно получить из 16 т природного боксита, массовая доля оксида алюминия в котором составляет 75 %?

Дано:

$m(\text{боксита}) = 16 \text{ т}$

$\omega(Al_2O_3 \text{ в боксите}) = 75\% = 0.75$

Перевод в систему СИ:

$m(\text{боксита}) = 16 \text{ т} = 16000 \text{ кг}$

Найти:

$m(Al)$ - ?

Решение:

1. Сначала определим массу чистого оксида алюминия ($Al_2O_3$) в 16 тоннах боксита. Массовая доля ($ \omega $) оксида алюминия составляет 75%.

$m(Al_2O_3) = m(\text{боксита}) \times \omega(Al_2O_3)$

$m(Al_2O_3) = 16 \text{ т} \times 0.75 = 12 \text{ т}$

2. Алюминий получают из его оксида путем электролиза расплава. Запишем уравнение химической реакции получения алюминия из оксида алюминия:

$2Al_2O_3 \rightarrow 4Al + 3O_2$

3. Рассчитаем молярные массы оксида алюминия ($Al_2O_3$) и алюминия ($Al$), используя относительные атомные массы: $Ar(Al) \approx 27$ и $Ar(O) \approx 16$.

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

$M(Al_2O_3) = 2 \times Ar(Al) + 3 \times Ar(O) = 2 \times 27 + 3 \times 16 = 54 + 48 = 102 \text{ г/моль}$

4. По уравнению реакции видно, что из 2 моль $Al_2O_3$ образуется 4 моль $Al$. Используя это соотношение, можно составить пропорцию для масс. Масса 2 моль $Al_2O_3$ составляет $2 \times 102 = 204$ условных единиц массы. Масса 4 моль $Al$ составляет $4 \times 27 = 108$ условных единиц массы.

Составим пропорцию:

Из 204 частей (по массе) $Al_2O_3$ получается 108 частей (по массе) $Al$.

Из 12 т $Al_2O_3$ получается $m(Al)$ т $Al$.

$\frac{m(Al)}{m(Al_2O_3)} = \frac{4 \times M(Al)}{2 \times M(Al_2O_3)}$

$m(Al) = m(Al_2O_3) \times \frac{4 \times M(Al)}{2 \times M(Al_2O_3)} = 12 \text{ т} \times \frac{4 \times 27}{2 \times 102} = 12 \text{ т} \times \frac{108}{204}$

$m(Al) = 12 \text{ т} \times \frac{54}{102} \approx 6,3529 \text{ т}$

Округлив результат до сотых, получаем массу алюминия.

$m(Al) \approx 6,35 \text{ т}$

Ответ:

Из 16 т природного боксита можно получить 6,35 т алюминия.

Какие химические вещества используются вами в быту? К каким классам соединений они относятся? Справедливо ли утверждение о том, что применение таких веществ основано на их свойствах?

Какие химические вещества используются в быту и к каким классам соединений они относятся?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с различными химическими веществами. Вот некоторые из них и их классификация:

• Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$) – относится к классу неорганических солей (средняя соль). Используется в качестве пищевой добавки и консерванта.

• Пищевая сода (гидрокарбонат натрия, $NaHCO_3$) – относится к классу неорганических солей (кислая соль). Применяется в кулинарии как разрыхлитель и как чистящее средство.

• Уксус (водный раствор уксусной кислоты, $CH_3COOH$) – уксусная кислота относится к классу органических карбоновых кислот. Используется как приправа и консервант.

• Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$) – относится к классу органических соединений, углеводов (дисахаридов). Основное применение – подсластитель.

• Этанол или этиловый спирт ($C_2H_5OH$) – относится к классу органических соединений, одноатомных спиртов. Входит в состав антисептиков и алкогольных напитков.

• Гидроксид натрия ($NaOH$) – относится к классу неорганических оснований (щелочей). Является активным компонентом средств для прочистки труб.

• Нашатырный спирт (водный раствор аммиака, $NH_3 \cdot H_2O$) – гидрат аммиака является слабым неорганическим основанием. Применяется в моющих средствах для стекол и в медицине.

• Мыло (например, стеарат натрия $C_{17}H_{35}COONa$) – относится к классу органических солей (соли высших карбоновых кислот). Основное моющее средство.

Ответ: В быту используются вещества, относящиеся к различным классам соединений: неорганические и органические соли, кислоты, основания, спирты, углеводы и др.

Справедливо ли утверждение о том, что применение таких веществ основано на их свойствах?

Да, это утверждение абсолютно справедливо. Область применения любого химического вещества напрямую определяется его физическими и химическими свойствами. Рассмотрим это на примерах:

• Пищевая сода ($NaHCO_3$) используется как разрыхлитель теста благодаря своему свойству разлагаться при нагревании или взаимодействовать с кислотами (например, из кефира или уксуса) с выделением углекислого газа ($CO_2$). Пузырьки газа поднимают тесто, делая выпечку пышной. Реакция с кислотой: $NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$.

• Уксусная кислота ($CH_3COOH$) применяется для удаления накипи (состоящей в основном из карбоната кальция $CaCO_3$ и магния $MgCO_3$) благодаря своему свойству реагировать с карбонатами, переводя их в растворимые соли (ацетаты): $2CH_3COOH + CaCO_3 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + H_2O + CO_2\uparrow$.

• Мыло (соли высших жирных кислот) обладает моющим действием благодаря строению своей молекулы. Она имеет гидрофильную ("любящую воду") полярную "головку" и гидрофобный ("боящийся воды") неполярный "хвост". Гидрофобные хвосты окружают частицы жира и грязи, образуя мицеллы, а гидрофильные головки, обращенные наружу, позволяют этим мицеллам легко смываться водой.

• Гидроксид натрия ($NaOH$) используется в средствах для прочистки труб из-за своего свойства сильной щелочи. Он вступает в реакцию омыления с жирами, превращая их в растворимые мыла, а также разрушает белковые загрязнения (например, волосы), которые являются основной причиной засоров.

• Этиловый спирт ($C_2H_5OH$) используется как антисептик благодаря своей способности вызывать денатурацию (необратимое нарушение структуры) белков в клетках микроорганизмов, что приводит к их гибели.

Таким образом, выбор химического вещества для конкретной бытовой задачи всегда основан на его уникальных химических и физических свойствах, которые позволяют ему эффективно выполнять требуемую функцию.

Ответ: Да, утверждение справедливо. Применение химических веществ в быту целиком и полностью основано на их физических (вкус, растворимость, температура замерзания) и химических (способность вступать в определенные реакции) свойствах.