Страница 35 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Что такое смесь? Чем смеси отличаются от чистых веществ?

Что такое смесь?

Смесь — это физическая система, состоящая из двух или более различных веществ, называемых компонентами, которые не связаны между собой химически. В смеси каждый компонент сохраняет свои индивидуальные химические свойства. Состав смеси может быть переменным, то есть компоненты могут находиться в различных пропорциональных соотношениях. Разделение смеси на составляющие её вещества возможно с помощью физических методов, таких как фильтрование, выпаривание, дистилляция или магнитная сепарация.

Смеси классифицируют на два основных типа:

• Гомогенные (однородные) смеси: в них компоненты распределены равномерно по всему объему, и невозможно различить их частицы даже под микроскопом. Примерами являются воздух (смесь газов), раствор сахара в воде, латунь (сплав меди и цинка).
• Гетерогенные (неоднородные) смеси: в них компоненты распределены неравномерно, и существуют видимые границы раздела между ними. Частицы компонентов можно различить невооруженным глазом или с помощью оптических приборов. Примерами являются смесь песка с водой, молоко (эмульсия жира в воде), гранит (состоит из зерен разных минералов).

Ответ: Смесь — это система из двух или более компонентов, не вступающих в химическую реакцию, сохраняющих свои свойства и смешанных в произвольных соотношениях. Смеси бывают гомогенными (однородными) и гетерогенными (неоднородными) и могут быть разделены физическими методами.

Чем смеси отличаются от чистых веществ?

Чистое вещество состоит из частиц одного вида (атомов одного элемента или молекул одного соединения) и обладает постоянными физическими и химическими свойствами. Основные отличия смесей от чистых веществ заключаются в следующем:

• Состав. Чистые вещества имеют строго постоянный состав, который можно выразить химической формулой (например, вода — это всегда $H_2O$, поваренная соль — $NaCl$). Состав смеси переменный, её компоненты могут находиться в любых соотношениях.
• Физические свойства. Чистые вещества имеют постоянные характерные физические свойства, такие как температура плавления и кипения, плотность. Например, чистая вода при нормальном давлении всегда кипит при 100°C. У смесей эти свойства не являются постоянными и зависят от соотношения компонентов. Так, температура кипения соленой воды выше 100°C и увеличивается с ростом концентрации соли. Плавление и кипение смесей обычно происходит в некотором интервале температур, а не при одном конкретном значении.
• Разделение. Компоненты смеси можно разделить физическими методами (например, отделить железо от песка магнитом, соль от воды — выпариванием). Чистое вещество, если оно является химическим соединением, можно разложить на более простые вещества (элементы) только с помощью химических реакций.
• Энергетические эффекты при образовании. Процесс смешивания веществ обычно не сопровождается значительными энергетическими изменениями (выделением или поглощением тепла, света). Образование же чистого вещества из элементов (химическая реакция) почти всегда связано с заметным тепловым эффектом.

Ответ: Смеси отличаются от чистых веществ переменным составом, зависимостью физических свойств от состава, возможностью разделения на компоненты физическими методами и отсутствием значительных энергетических эффектов при образовании. Чистые вещества, в свою очередь, имеют постоянный состав, постоянные физические свойства и могут быть разложены только химически (если это соединения).

2. Какие смеси называются гетерогенными, а какие — гомогенными?

Гетерогенные смеси

Гетерогенными, или неоднородными, называют смеси, в которых составляющие их вещества (компоненты) распределены неравномерно и существуют видимые границы раздела между ними. Эти границы можно увидеть невооруженным глазом или с помощью оптических приборов, например, микроскопа. В таких смесях компоненты сохраняют свои физические свойства и существуют в виде отдельных фаз. Примерами гетерогенных смесей являются: суспензии (взвесь твердых частиц в жидкости, например, песок в воде), эмульсии (смесь несмешивающихся жидкостей, например, масло и вода, молоко), аэрозоли (взвесь частиц в газе, например, дым, туман), а также смеси твердых веществ (гранит, смесь соли и перца).

Ответ: Гетерогенные смеси — это неоднородные системы, состоящие из нескольких фаз, между которыми есть видимая поверхность раздела.

Гомогенные смеси

Гомогенными, или однородными, называют смеси, в которых компоненты равномерно распределены по всему объему на молекулярном или ионном уровне, и между ними отсутствуют видимые границы раздела. Даже при сильном увеличении невозможно различить отдельные частицы составляющих веществ. Такие смеси представляют собой единую фазу и их часто называют истинными растворами. Свойства и состав гомогенной смеси одинаковы в любой ее точке. Примерами гомогенных смесей являются: растворы (сахар в воде, уксус), газовые смеси (воздух) и твердые растворы, такие как сплавы металлов (например, латунь или бронза).

Ответ: Гомогенные смеси — это однородные системы, в которых компоненты распределены на молекулярном уровне и образуют одну фазу, без видимых границ раздела.

3. Какой воздух может рассматриваться как гомогенная, а какой — как гетерогенная смесь?

Воздух может рассматриваться и как гомогенная (однородная), и как гетерогенная (неоднородная) смесь. Это зависит от его чистоты и наличия в нём примесей, находящихся в другом агрегатном состоянии.

Воздух как гомогенная смесь

Гомогенной смесью называют систему, в которой компоненты равномерно перемешаны на молекулярном уровне, и между ними отсутствует видимая поверхность раздела фаз. Визуально или с помощью оптических приборов невозможно различить отдельные компоненты такой смеси.

Чистый и сухой воздух является классическим примером гомогенной смеси. Он состоит из различных газов: азота ($N_2$, ~78%), кислорода ($O_2$, ~21%), аргона ($Ar$, ~0,9%), углекислого газа ($CO_2$, ~0,04%) и незначительного количества других газов. Все эти компоненты находятся в одном агрегатном состоянии (газообразном) и полностью смешиваются друг с другом, образуя единую газовую фазу. В такой смеси свойства (например, плотность, состав) одинаковы в любом её объёме.

Ответ: Воздух рассматривается как гомогенная смесь, когда он является чистым, сухим и не содержит взвешенных частиц другой фазы (например, пыли, капель воды).

Воздух как гетерогенная смесь

Гетерогенной смесью называют систему, состоящую из нескольких фаз, разделённых видимой границей. Компоненты в такой смеси распределены неравномерно, и их можно различить невооруженным глазом или с помощью микроскопа.

Воздух становится гетерогенной смесью, когда в нём присутствуют взвешенные частицы жидкости или твёрдого вещества. Такие смеси относятся к аэрозолям. Примерами могут служить: туман или дымка (воздух с капельками воды, то есть система «жидкость в газе»); дым (воздух с частицами сажи, то есть система «твёрдое в газе»); запылённый воздух; смог; облака (воздух с каплями воды или кристаллами льда).

Во всех этих случаях можно выделить газовую фазу (сам воздух) и жидкую или твёрдую фазу (капли, частицы), между которыми существует поверхность раздела.

Ответ: Воздух рассматривается как гетерогенная смесь, когда он содержит примеси в виде взвешенных жидких капель (туман, облака) или твёрдых частиц (пыль, дым, смог).

4. Приведите примеры бытовых смесей, различных по агрегатному состоянию. Назовите компоненты этих смесей. Ответ оформите в виде таблицы.

Смесь — это система, состоящая из двух или более веществ (компонентов), которые не вступают друг с другом в химическую реакцию. Бытовые смеси встречаются повсеместно и могут находиться в разных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Также существуют смеси, компоненты которых находятся в разных агрегатных состояниях (например, газ в жидкости или твердые частицы в газе). Ниже приведена таблица с примерами таких смесей и их компонентами.

5. Приведите примеры гомогенных и гетерогенных природных смесей и назовите их компоненты. Ответ оформите в виде таблицы.

Решение.

Смеси представляют собой системы, состоящие из двух или более компонентов. В зависимости от распределения этих компонентов и наличия между ними видимых границ раздела, природные смеси классифицируют как гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

Гомогенные смеси (или растворы) — это однородные системы, в которых отдельные компоненты невозможно различить визуально или с помощью микроскопа, так как они распределены на молекулярном или ионном уровне. Свойства (плотность, цвет, концентрация) одинаковы во всем объеме смеси. Агрегатное состояние гомогенной смеси может быть газообразным (воздух), жидким (морская вода) или твердым.

Гетерогенные смеси — это неоднородные системы, состоящие из компонентов, которые не смешиваются равномерно и образуют видимые поверхности раздела. Разные части такой смеси обладают разными свойствами. К ним относятся суспензии (взвеси твердых частиц в жидкости, например, речная вода с илом), эмульсии (смеси нерастворимых друг в друге жидкостей, например, молоко) и аэрозоли (взвеси твердых или жидких частиц в газе, например, туман).

Примеры природных гомогенных и гетерогенных смесей и их компоненты представлены в таблице.

Ответ:

1. Может ли вода в различных агрегатных состояниях быть материалом? Приведите примеры.

Да, вода в различных агрегатных состояниях может быть и является материалом. Под материалом в технике и науке понимают вещество или смесь веществ, из которых изготавливают изделия или которые используются в технологических процессах благодаря своим полезным свойствам (механическим, физическим, химическим и т.д.).

Твёрдое состояние (лёд)
Лёд используется как конструкционный материал. Например, из уплотнённого снега и ледяных блоков строят эскимосские хижины иглу. В современных условиях лёд является материалом для создания ледяных скульптур, отелей, баров и ледовых катков. В этих случаях используются такие его свойства, как твёрдость, прозрачность (в чистом виде) и способность сохранять форму при отрицательных температурах.

Жидкое состояние (вода)
Жидкая вода является одним из самых распространённых технических материалов. Она используется в качестве:

• растворителя в химической промышленности и быту;
• теплоносителя в системах отопления и охлаждения благодаря высокой теплоёмкости;
• рабочего тела в гидравлических системах (прессах, тормозах, домкратах) из-за её низкой сжимаемости;
• важнейшего компонента при производстве строительных материалов, таких как бетон и цементные растворы.

Газообразное состояние (водяной пар)
Водяной пар широко применяется в энергетике и промышленности. Он служит рабочим телом в паровых машинах и турбинах на тепловых и атомных электростанциях для выработки электроэнергии. Его способность аккумулировать и переносить большое количество энергии (теплоты) используется в системах центрального отопления, для стерилизации медицинских инструментов и пищевых продуктов, а также в различных технологических процессах (например, для пропаривания древесины).

Таким образом, в каждом из своих агрегатных состояний вода обладает уникальными свойствами, которые находят широкое практическое применение, что позволяет считать её полноценным материалом.

Ответ: Да, вода в различных агрегатных состояниях может быть материалом. Примеры: лёд — конструкционный материал для постройки иглу и ледовых скульптур; жидкая вода — теплоноситель в системах отопления, рабочая жидкость в гидравлических прессах, компонент бетона; водяной пар — рабочее тело в турбинах электростанций.

2. Сравните чистый воздух и смог, чистую и морскую воду.

чистый воздух и смог

Сравнение чистого воздуха и смога основано на их составе и свойствах как смесей.
Чистый воздух представляет собой гомогенную (однородную) смесь газов. Его основными компонентами являются азот (около 78%), кислород (около 21%), аргон и другие инертные газы, а также углекислый газ. В чистом воздухе частицы компонентов равномерно распределены, поэтому он прозрачен и не имеет запаха.
Смог, в отличие от чистого воздуха, является гетерогенной (неоднородной) смесью. Это аэрозоль, в котором дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой — взвешенные в нём мельчайшие твёрдые частицы (пыль, сажа) и капельки жидкости (туман, кислоты). Кроме того, в смоге содержатся вредные газообразные примеси, такие как оксиды азота ($NO_x$), оксиды серы ($SO_x$), озон ($O_3$) и угарный газ ($CO$). Смог снижает прозрачность атмосферы, часто имеет неприятный запах и цвет, и опасен для здоровья живых организмов.

Ответ: Основное различие заключается в том, что чистый воздух — это однородная газовая смесь (раствор), тогда как смог — это неоднородная смесь (аэрозоль), содержащая вредные твёрдые, жидкие и газообразные загрязнители.

чистую и морскую воду

Сравнение чистой (пресной) и морской воды проводится по их химическому составу и физическим свойствам.
Чистая вода (в идеале, дистиллированная) является индивидуальным химическим веществом с формулой $H_2O$. Пресная вода (речная, озёрная) представляет собой очень разбавленный водный раствор солей и газов. Она прозрачна, не имеет вкуса и запаха.
Морская вода — это гомогенная (однородная) смесь, являющаяся концентрированным водным раствором множества солей. Основной растворённой солью является хлорид натрия ($NaCl$), который и придаёт воде характерный солёный вкус. Наличие большого количества растворённых солей (солёность в среднем 35‰) существенно изменяет физические свойства воды: морская вода имеет более высокую плотность (около 1025 кг/м³) и более низкую температуру замерзания (около -1,9°C) по сравнению с чистой водой.

Ответ: Главное отличие в том, что чистая вода — это индивидуальное вещество (или очень разбавленный раствор), а морская вода — это сложный концентрированный раствор солей, что обуславливает различие в их вкусе и физических свойствах (плотности, температуре замерзания).

1. Предложите схему «Круговорот воды в природе».

1. Схема круговорота воды в природе (гидрологического цикла) — это замкнутый процесс непрерывного перемещения воды в биосфере Земли, охватывающий гидросферу, атмосферу, литосферу и живые организмы. Этот глобальный процесс можно представить в виде последовательности следующих ключевых этапов:

Испарение и транспирация. Под воздействием солнечной энергии вода с поверхности Мирового океана, морей, озер, рек, а также с поверхности почвы и растительности переходит из жидкого состояния в газообразное (водяной пар). Этот пар поднимается в атмосферу. Растения также активно участвуют в этом процессе, испаряя воду через листья — это называется транспирацией. Совокупность испарения с поверхности и транспирации называют эвапотранспирацией.

Конденсация. По мере подъема в атмосфере водяной пар охлаждается. При достижении определенной температуры (точки росы) он конденсируется, то есть превращается обратно в жидкое состояние (мельчайшие капельки воды) или твердое (кристаллики льда). Скопления этих капелек и кристалликов образуют видимые облака и туман.

Перенос влаги. Воздушные течения и ветры переносят облака, содержащие сконденсированную влагу, на большие расстояния, иногда через целые континенты. Таким образом происходит перераспределение влаги по планете.

Атмосферные осадки. Когда капли воды или кристаллы льда в облаках сливаются, укрупняются и становятся достаточно тяжелыми, они выпадают на земную поверхность. Осадки могут быть жидкими (дождь, морось) или твердыми (снег, град, ледяная крупа).

Сток и инфильтрация. Вода, достигшая поверхности Земли, продолжает свое движение. Часть ее образует поверхностный сток: она собирается в ручьи и реки, которые несут воду обратно в озера, моря и океаны. Другая часть просачивается вглубь почвы и горных пород — этот процесс называется инфильтрацией. Эта вода формирует подземные воды (грунтовые), которые также медленно движутся и в итоге вливаются в водоемы или выходят на поверхность в виде родников. Часть осадков, особенно в полярных и высокогорных районах, накапливается в виде ледников и снежного покрова, надолго выходя из активного круговорота.

В конечном итоге почти вся вода возвращается в Мировой океан, откуда она снова испаряется, и цикл возобновляется. Круговорот воды является важнейшим процессом, который очищает воду, распределяет ее по планете и поддерживает все формы жизни.

Ответ: Схема круговорота воды в природе представляет собой непрерывный замкнутый процесс, включающий следующие этапы: 1) испарение воды с поверхности водоемов и суши, а также транспирация растениями; 2) конденсация водяного пара в атмосфере и образование облаков; 3) перенос влаги воздушными массами; 4) выпадение атмосферных осадков (дождь, снег и др.); 5) поверхностный и подземный сток воды обратно в Мировой океан, замыкающий цикл.

2. Используя интернет-энциклопедии, подготовьте сообщение о смоге над одной из мировых столиц.

Сообщение о смоге над Пекином

Введение

Смог — это вид интенсивного загрязнения воздуха, представляющий собой смесь дыма, тумана и других вредных частиц. Одной из мировых столиц, печально известной своими проблемами со смогом, является Пекин, столица Китайской Народной Республики. На протяжении многих лет город регулярно окутывала густая серо-жёлтая дымка, представляющая серьезную угрозу для здоровья жителей и окружающей среды.

Причины образования смога в Пекине

Формирование сильного смога в Пекине обусловлено сочетанием нескольких факторов:
1. Промышленные выбросы: Вокруг Пекина и в соседней провинции Хэбэй расположено большое количество промышленных предприятий, включая сталелитейные заводы, электростанции и цементные заводы, которые выбрасывают в атмосферу огромное количество загрязняющих веществ.
2. Выбросы от автотранспорта: Стремительный рост числа автомобилей в городе привел к значительному увеличению выбросов выхлопных газов, содержащих оксиды азота, угарный газ и летучие органические соединения.
3. Сжигание угля: Несмотря на усилия по переходу на более чистые источники энергии, уголь по-прежнему широко используется для отопления домов и на электростанциях, особенно в зимний период. Сжигание угля является основным источником диоксида серы и твердых частиц.
4. Географические и метеорологические условия: Пекин с трех сторон окружен горами, что затрудняет рассеивание загрязняющих веществ. В зимние месяцы часто устанавливается безветренная погода с температурными инверсиями, когда холодный воздух оказывается "заперт" у поверхности теплым слоем, что способствует накоплению смога.

Состав и последствия смога

Пекинский смог в основном состоит из следующих компонентов:
- Мелкодисперсные частицы PM2.5: это частицы диаметром менее 2.5 микрометров, которые являются наиболее опасными для здоровья. Они способны проникать глубоко в легкие и даже в кровеносную систему, вызывая респираторные и сердечно-сосудистые заболевания, а также рак.
- Диоксид серы ($SO_2$): вызывает раздражение дыхательных путей.
- Оксиды азота ($NO_x$): способствуют образованию кислотных дождей и приземного озона.
- Приземный озон ($O_3$): сильный окислитель, вредный для дыхательной системы и растительности.
Последствия смога для города и его жителей крайне негативны: резкое ухудшение здоровья населения, снижение видимости, что приводит к отмене авиарейсов и ограничениям движения транспорта, закрытие школ и предприятий в дни особо сильного загрязнения.

Меры борьбы со смогом

Правительство Китая и власти Пекина предприняли ряд решительных мер для борьбы с загрязнением воздуха:
1. Закрытие и перенос наиболее "грязных" производств из города и его окрестностей.
2. Введение строгих экологических стандартов для промышленных предприятий и автотранспорта.
3. Программа по замене угольного отопления на газовое или электрическое.
4. Ограничение на количество новых автомобилей и введение системы "дорожных ограничений" (поочередный запрет на использование автомобилей с четными и нечетными номерами в разные дни недели).
5. Развитие общественного транспорта, включая метро и электробусы.
6. Масштабные программы по озеленению и созданию "зеленых поясов" вокруг города.

Текущая ситуация

Благодаря предпринятым мерам, качество воздуха в Пекине за последние годы значительно улучшилось. Концентрация частиц PM2.5 существенно снизилась, и дни с сильным смогом стали гораздо реже. Хотя проблема еще не решена полностью, и в неблагоприятных погодных условиях уровень загрязнения может повышаться, достигнутый прогресс показывает, что целенаправленная и комплексная политика способна принести реальные результаты в борьбе за чистый воздух.

Ответ:

Представлено развернутое сообщение о проблеме смога в Пекине, включающее описание причин его возникновения, состава, последствий для здоровья и окружающей среды, а также мер, принимаемых для борьбы с этим явлением, и текущую ситуацию с качеством воздуха в китайской столице.