Страница 67 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Из таблицы 1 выпишите символы элементов-металлов и элементов-неметаллов.

Поскольку таблица 1, упомянутая в вопросе, не была предоставлена, для выполнения задания воспользуемся гипотетическим набором химических элементов. Предположим, что в таблице 1 приведены следующие элементы: Na (натрий), Mg (магний), Al (алюминий), Si (кремний), P (фосфор), S (сера).

Решение

Для разделения химических элементов на металлы и неметаллы используется их положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Условная диагональ, проведенная от бора (B) до астата (At), разделяет элементы. Элементы, расположенные левее и ниже этой диагонали, а также все элементы побочных подгрупп, относятся к металлам. Элементы, расположенные правее и выше диагонали, относятся к неметаллам.

Применим это правило к элементам из нашего списка:
Элементы Na (натрий), Mg (магний) и Al (алюминий) расположены в 3-м периоде слева от диагонали, следовательно, это металлы.
Элементы Si (кремний), P (фосфор) и S (сера) расположены в 3-м периоде на диагонали или правее нее. Кремний является полуметаллом (металлоидом), но в школьном курсе его чаще относят к неметаллам. Фосфор и сера — типичные неметаллы.

Таким образом, выпишем символы, разделяя их на две группы.

Ответ: Символы элементов-металлов: Na, Mg, Al. Символы элементов-неметаллов: Si, P, S.

2. Какие из перечисленных формул принадлежат простым веществам, а какие — сложным: $FeO$, $F_2$, $Mg$, $NaCl$, $KOH$, $ZnBr_2$, $N_2$? Как читаются эти формулы?

Простые вещества — это вещества, которые образованы атомами одного химического элемента. Сложные вещества — это вещества, которые образованы атомами двух или более различных химических элементов.

Проанализируем каждое вещество из представленного списка:

$FeO$ (оксид железа(II)) состоит из атомов двух разных элементов — железа ($Fe$) и кислорода ($O$). Следовательно, это сложное вещество. Формула читается как «феррум-о».

$F_2$ (фтор) состоит из атомов одного элемента — фтора ($F$). Следовательно, это простое вещество. Формула читается как «фтор-два».

$Mg$ (магний) состоит из атомов одного элемента — магния ($Mg$). Следовательно, это простое вещество. Формула читается как «магний».

$NaCl$ (хлорид натрия) состоит из атомов двух разных элементов — натрия ($Na$) и хлора ($Cl$). Следовательно, это сложное вещество. Формула читается как «натрий-хлор».

$KOH$ (гидроксид калия) состоит из атомов трех разных элементов — калия ($K$), кислорода ($O$) и водорода ($H$). Следовательно, это сложное вещество. Формула читается как «калий-о-аш».

$ZnBr_2$ (бромид цинка) состоит из атомов двух разных элементов — цинка ($Zn$) и брома ($Br$). Следовательно, это сложное вещество. Формула читается как «цинк-бром-два».

$N_2$ (азот) состоит из атомов одного элемента — азота ($N$). Следовательно, это простое вещество. Формула читается как «эн-два».

Ответ:

Простые вещества (состоят из атомов одного элемента): $F_2$ (читается «фтор-два»), $Mg$ (читается «магний»), $N_2$ (читается «эн-два»).

Сложные вещества (состоят из атомов разных элементов): $FeO$ (читается «феррум-о»), $NaCl$ (читается «натрий-хлор»), $KOH$ (читается «калий-о-аш»), $ZnBr_2$ (читается «цинк-бром-два»).

3. Укажите общее число атомов всех элементов, входящих в состав каждой молекулы веществ, формулы которых: $CH_4$, $H_3PO_4$, $C_6H_{12}O_6$, $Br_2$, $(NH_2)_2CO$.

Чтобы найти общее число атомов в молекуле, необходимо сложить индексы всех химических элементов, входящих в её состав. Если индекс у элемента отсутствует, он принимается равным единице.

$CH_4$

Молекула метана ($CH_4$) состоит из 1 атома углерода (C) и 4 атомов водорода (H). Общее число атомов в молекуле рассчитывается как сумма атомов каждого элемента: $1 + 4 = 5$.

Ответ: 5.

$H_3PO_4$

Молекула ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) состоит из 3 атомов водорода (H), 1 атома фосфора (P) и 4 атомов кислорода (O). Общее число атомов: $3 + 1 + 4 = 8$.

Ответ: 8.

$C_6H_{12}O_6$

Молекула глюкозы ($C_6H_{12}O_6$) состоит из 6 атомов углерода (C), 12 атомов водорода (H) и 6 атомов кислорода (O). Общее число атомов: $6 + 12 + 6 = 24$.

Ответ: 24.

$Br_2$

Молекула брома ($Br_2$) состоит из 2 атомов брома (Br). Общее число атомов: 2.

Ответ: 2.

$(NH_2)_2CO$

Молекула карбамида (мочевины) ($(NH_2)_2CO$) содержит атомы, находящиеся в скобках. Чтобы найти их общее число, нужно число атомов каждого элемента внутри скобок умножить на индекс за скобками. В молекуле: 2 атома азота ($N: 1 \cdot 2 = 2$), 4 атома водорода ($H: 2 \cdot 2 = 4$), 1 атом углерода (C) и 1 атом кислорода (O). Общее число атомов: $2 + 4 + 1 + 1 = 8$.

Ответ: 8.

4. Укажите число атомов каждого элемента в формулах веществ: $Fe(OH)_3$, $Cu(NO_3)_2$, $(NH_4)_2S$, $Ca_3(PO_4)_2$.

Fe(OH)₃
В химической формуле гидроксида железа (III) $Fe(OH)₃$ индексы указывают на количество атомов каждого элемента в одной формульной единице вещества.
- Атом железа (Fe) не имеет индекса, что подразумевает индекс 1. Следовательно, в формуле 1 атом железа.
- Группа $(OH)$ находится в скобках с индексом 3. Это означает, что количество атомов каждого элемента внутри скобок (кислорода O и водорода H) нужно умножить на 3.
- Количество атомов кислорода (O): $1 \times 3 = 3$.
- Количество атомов водорода (H): $1 \times 3 = 3$.

Ответ: 1 атом Fe, 3 атома O, 3 атома H.

Cu(NO₃)₂
В химической формуле нитрата меди (II) $Cu(NO₃)₂$:
- Атом меди (Cu) не имеет индекса, что означает 1 атом меди.
- Группа $(NO₃)$ находится в скобках с индексом 2. Это означает, что количество атомов каждого элемента внутри скобок (азота N и кислорода O) нужно умножить на 2.
- Количество атомов азота (N): $1 \times 2 = 2$.
- Количество атомов кислорода (O): $3 \times 2 = 6$.

Ответ: 1 атом Cu, 2 атома N, 6 атомов O.

(NH₄)₂S
В химической формуле сульфида аммония $(NH₄)₂S$:
- Группа $(NH₄)$ находится в скобках с индексом 2. Это означает, что количество атомов каждого элемента внутри скобок (азота N и водорода H) нужно умножить на 2.
- Количество атомов азота (N): $1 \times 2 = 2$.
- Количество атомов водорода (H): $4 \times 2 = 8$.
- Атом серы (S) не имеет индекса, что означает 1 атом серы.

Ответ: 2 атома N, 8 атомов H, 1 атом S.

Ca₃(PO₄)₂
В химической формуле фосфата кальция $Ca₃(PO₄)₂$:
- Атом кальция (Ca) имеет индекс 3, что означает 3 атома кальция.
- Группа $(PO₄)$ находится в скобках с индексом 2. Это означает, что количество атомов каждого элемента внутри скобок (фосфора P и кислорода O) нужно умножить на 2.
- Количество атомов фосфора (P): $1 \times 2 = 2$.
- Количество атомов кислорода (O): $4 \times 2 = 8$.

Ответ: 3 атома Ca, 2 атома P, 8 атомов O.

5. Запишите формулы следующих веществ:

а) азотной кислоты, если известно, что в состав её молекулы входят один атом водорода, один атом азота и три атома кислорода;

б) сероводорода, молекула которого состоит из двух атомов водорода и атома серы;

в) этилового спирта, молекула которого содержит два атома углерода, шесть атомов водорода и один атом кислорода.

а) Чтобы записать химическую формулу вещества, нужно знать его качественный и количественный состав. Азотная кислота, согласно условию, состоит из одного атома водорода (химический символ H), одного атома азота (химический символ N) и трёх атомов кислорода (химический символ O). Количество атомов указывается в формуле с помощью нижнего индекса после символа элемента. Индекс «1» принято не указывать. Таким образом, формула азотной кислоты записывается как $HNO_3$.

Ответ: $HNO_3$.

б) Молекула сероводорода состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома серы (S). Записываем символы элементов и указываем их количество с помощью индексов. У водорода ставим индекс 2, а у серы индекс 1 не пишется. В результате получаем формулу сероводорода: $H_2S$.

Ответ: $H_2S$.

в) Этиловый спирт — это органическое вещество, молекула которого содержит два атома углерода (C), шесть атомов водорода (H) и один атом кислорода (O). Молекулярная (простейшая) формула этого вещества — $C_2H_6O$. Однако для спиртов принято записывать сокращённую структурную формулу, чтобы показать наличие функциональной гидроксильной группы (-OH). Поэтому формула этилового спирта чаще всего записывается как $C_2H_5OH$.

Ответ: $C_2H_5OH$.

1. Назовите химические элементы, образующие вещества живой клетки. Приведите примеры веществ и укажите их состав.

Вещества, составляющие живую клетку, образованы различными химическими элементами. В зависимости от их концентрации в клетке, элементы принято делить на несколько групп:

• Макроэлементы — составляют основную массу клетки (более 99%).
  • Органогены (около 98% от массы клетки): кислород (O), углерод (C), водород (H) и азот (N). Эти четыре элемента являются основой всех органических соединений.
  • Другие макроэлементы (около 1,9%): фосфор (P), калий (K), сера (S), хлор (Cl), кальций (Ca), магний (Mg), натрий (Na).
• Микроэлементы — содержатся в клетке в очень малых количествах (от 0,01% до 0,000001%). К ним относятся железо (Fe), медь (Cu), цинк (Zn), марганец (Mn), кобальт (Co), йод (I), фтор (F) и другие. Несмотря на низкую концентрацию, они необходимы для нормального протекания многих жизненно важных процессов.
• Ультрамикроэлементы — их концентрация в клетке ничтожно мала (менее 0,000001%). К этой группе относят, например, золото (Au), серебро (Ag), ртуть (Hg). Их физиологическая роль для многих организмов до конца не изучена.

Из этих химических элементов состоят как неорганические, так и органические вещества клетки.

Примеры веществ и их состав

Неорганические вещества:

• Вода. Химическая формула — $H_2O$. Это самое распространенное вещество в живых организмах, составляющее в среднем 70–80% массы клетки.
  Состав: водород (H) и кислород (O).
• Минеральные соли. В клетке находятся в диссоциированном (в виде ионов) или твердом состоянии. Пример — хлорид натрия ($NaCl$).
  Состав: натрий (Na) и хлор (Cl). Ионы $Na^+$ и $Cl^-$ участвуют в поддержании мембранного потенциала и осмотического давления.

Органические вещества:

• Углеводы. Служат основным источником энергии и выполняют структурную функцию. Пример — глюкоза, ее формула $C_6H_{12}O_6$.
  Состав: углерод (C), водород (H), кислород (O).
• Липиды (жиры). Выполняют энергетическую, структурную (основа клеточных мембран), защитную и регуляторную функции.
  Состав: преимущественно углерод (C) и водород (H), а также кислород (O).
• Белки. Биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Выполняют огромное разнообразие функций в клетке.
  Состав: обязательно содержат углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N). Некоторые аминокислоты (метионин, цистеин) в своем составе имеют также серу (S).
• Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Отвечают за хранение, реализацию и передачу наследственной информации. Мономерами являются нуклеотиды.
  Состав: углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N) и фосфор (P).

Ответ:

Вещества живой клетки образованы преимущественно макроэлементами, среди которых ключевую роль играют органогены: углерод (C), водород (H), кислород (O) и азот (N). Также в состав клетки входят другие макроэлементы (P, S, K, Ca, Na и др.), микроэлементы (Fe, Cu, Zn, I и др.) и ультрамикроэлементы.

Примеры веществ и их элементный состав:

• Вода ($H_2O$): состоит из водорода (H) и кислорода (O).
• Углеводы (например, глюкоза $C_6H_{12}O_6$): состоят из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).
• Белки: состоят из аминокислот, в состав которых обязательно входят углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N); некоторые содержат серу (S).
• Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК): состоят из углерода (C), водорода (H), кислорода (O), азота (N) и фосфора (P).

2. Какие группы веществ образуют химические элементы, входящие в состав клетки?

Все химические вещества, входящие в состав клетки, на основе наличия или отсутствия в их молекулах атомов углерода, принято делить на две большие группы: органические и неорганические.

1. Неорганические вещества

Эта группа включает в себя воду и минеральные соли. Несмотря на простоту строения, они выполняют жизненно важные функции.

• Вода ($H_2O$): Является преобладающим компонентом любой клетки, составляя от 70 до 95% ее массы. Вода служит универсальным растворителем, обеспечивает транспорт веществ, участвует во многих химических реакциях (гидролиз) и поддерживает тепловой баланс клетки.
• Минеральные соли: В водной среде клетки соли диссоциируют на ионы — катионы (например, $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) и анионы (например, $Cl^-$, $HPO_4^{2-}$, $HCO_3^-$). Ионы поддерживают кислотно-щелочное равновесие (pH), создают мембранный потенциал, необходимый для нервного возбуждения и мышечного сокращения, а также активируют ферменты. Некоторые элементы входят в состав сложных органических молекул (железо — в гемоглобин, магний — в хлорофилл, фосфор — в нуклеиновые кислоты и АТФ).

2. Органические вещества

Это класс соединений, основу которых составляет углеродный скелет. Они обеспечивают всё многообразие структур и функций живых организмов. К основным классам органических веществ клетки относятся:

• Белки: Биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки выполняют огромное количество функций: строительную (являются основой всех клеточных структур), каталитическую (все ферменты — белки), транспортную (перенос кислорода гемоглобином), двигательную (актин и миозин в мышцах), защитную (антитела) и регуляторную (гормоны белковой природы).
• Углеводы: Соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они являются основным источником энергии в клетке (глюкоза) и выполняют структурную функцию, входя в состав клеточных стенок растений (целлюлоза) и грибов (хитин).
• Липиды (жиры и жироподобные вещества): Нерастворимые в воде органические соединения. Их функции: энергетическая (при их расщеплении выделяется больше энергии, чем при расщеплении белков или углеводов), структурная (фосфолипиды образуют основу клеточных мембран), теплоизоляционная и регуляторная (многие гормоны являются производными липидов).
• Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК): Полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) отвечает за хранение и передачу наследственной информации. Рибонуклеиновые кислоты (РНК) участвуют в реализации этой информации в процессе синтеза белка.
• АТФ (аденозинтрифосфатная кислота): Нуклеотид, играющий роль универсального источника энергии во всех процессах жизнедеятельности клетки.

Ответ: Химические элементы в клетке образуют две основные группы веществ: неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и АТФ).

1. Как вы думаете, почему Я. Берцелиус для обозначения символов химических элементов использовал их латинские названия?

1. Решение

Шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус в 1814 году предложил использовать для обозначения химических элементов символы, основанные на их латинских названиях. Этот выбор был продиктован несколькими вескими причинами, которые обеспечили его системе международное признание и долговечность.

• Международный язык науки. В XIX веке латынь служила универсальным языком для учёных по всей Европе. Использование латинских названий гарантировало, что химики из разных стран смогут однозначно понимать символы элементов без необходимости перевода и адаптации, что способствовало развитию химии как международной науки.
• Нейтральность. Латынь является «мёртвым» языком, то есть не связана ни с одной современной нацией. Это делало её политически нейтральным выбором, который не отдавал предпочтения языку какой-либо одной страны, что было важно для гармоничного сотрудничества в международном научном сообществе.
• Однозначность и системность. Названия многих элементов в современных языках сильно различаются (например, железо, iron, Eisen). Латинское название, например Ferrum, является единым источником для символа $Fe$. Это позволило Берцелиусу создать простую, логичную и однозначную систему, в которой символ элемента — это первая буква его латинского названия (например, $C$ от Carboneum — углерод) или первая и одна из последующих букв, если первые буквы совпадают (например, $Cu$ от Cuprum — медь).
• Историческая преемственность. Многие элементы, известные с древности (например, золото — Aurum, серебро — Argentum, свинец — Plumbum), уже имели устоявшиеся латинские названия, которые широко использовались в трудах алхимиков и учёных предшествующих эпох. Берцелиус сохранил эту историческую традицию.

Таким образом, использование латинского языка позволило создать стандартизированную и универсальную систему химических символов, которая используется и по сей день.

Ответ: Й. Я. Берцелиус использовал латинские названия для создания универсальной, международной и однозначной системы символов химических элементов. В его время латынь была общепринятым языком науки, что позволило избежать путаницы, связанной с различиями в национальных названиях элементов, и обеспечить нейтральность системы для учёных всего мира.

2. Какие химические элементы являются биогенными?

Биогенными элементами (от греч. bios — жизнь и genos — рождение) называют химические элементы, которые постоянно присутствуют в составе живых организмов, необходимы для их нормальной жизнедеятельности и выполняют определенные биологические функции.

Всего в живых организмах обнаружено около 80 химических элементов, но лишь около 25 из них являются жизненно необходимыми. По количественному содержанию в клетке биогенные элементы принято делить на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.

Макроэлементы

Это элементы, содержание которых в организме составляет более 0,01% от массы тела. Их суммарная доля достигает 99%.

• Первую, основную группу макроэлементов составляют так называемые органогены, которые являются основой всех органических соединений (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот). На их долю приходится около 98% массы клетки. К ним относятся:
  • Кислород (O) – около 65%
  • Углерод (C) – около 18%
  • Водород (H) – около 10%
  • Азот (N) – около 3%
• К другим важным макроэлементам относятся:
  • Фосфор (P) – входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), АТФ, фосфолипидов клеточных мембран.
  • Сера (S) – содержится в некоторых аминокислотах (метионин, цистеин) и витаминах.
  • Калий (K) – основной внутриклеточный катион, участвует в проведении нервных импульсов, работе сердца.
  • Кальций (Ca) – основа костной ткани и зубов, участвует в процессах свертывания крови и мышечного сокращения.
  • Магний (Mg) – входит в состав хлорофилла, является кофактором многих ферментов, участвует в синтезе АТФ.
  • Натрий (Na) – основной внеклеточный катион, поддерживает осмотическое давление, участвует в проведении нервных импульсов.
  • Хлор (Cl) – основной анион в межклеточной жидкости, участвует в поддержании водно-солевого баланса.

Микроэлементы

Это элементы, содержание которых в организме составляет от 0,001% до 0,000001%. Несмотря на малую концентрацию, они абсолютно необходимы для жизнедеятельности, так как входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других биологически активных веществ.

• Железо (Fe) – входит в состав гемоглобина, обеспечивая транспорт кислорода.
• Медь (Cu) – участвует в процессах кроветворения, синтезе гемоглобина.
• Цинк (Zn) – входит в состав многих ферментов, в том числе инсулина.
• Йод (I) – необходим для синтеза гормонов щитовидной железы.
• Фтор (F) – входит в состав зубной эмали.
• Марганец (Mn) – влияет на рост, кроветворение и функции половых желез.
• Кобальт (Co) – является частью витамина B12.
• Молибден (Mo) – входит в состав ферментов, участвующих в азотном обмене.
• Селен (Se) – обладает антиоксидантными свойствами.

Ультрамикроэлементы

Содержание этих элементов в организме не превышает 0,000001%. Их биологическая роль для многих до конца не изучена, однако их постоянное присутствие в тканях указывает на их необходимость для нормального функционирования организма.

• Золото (Au)
• Серебро (Ag)
• Ртуть (Hg)
• Уран (U)
• Радий (Ra)
• Платина (Pt)

Таким образом, практически вся периодическая система Менделеева в том или ином количестве присутствует в живых организмах, но ключевую роль играют макро- и микроэлементы.

Ответ: Биогенными элементами являются химические элементы, постоянно входящие в состав живых организмов и выполняющие в них определенные биологические функции. Их классифицируют по содержанию на макроэлементы (O, C, H, N, P, S, K, Ca, Mg, Na, Cl), микроэлементы (Fe, Cu, Zn, I, F, Mn, Co и др.) и ультрамикроэлементы (Au, Ag, Hg и др.).