Страница 85 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Перечислите все элементы, образующие простые вещества-неметаллы. Опишите их положение в Периодической таблице Д. И. Менделеева.

Элементы, образующие простые вещества-неметаллы
К элементам, образующим простые вещества-неметаллы, относятся 22 химических элемента. Это водород (H), бор (B), углерод (C), кремний (Si), азот (N), фосфор (P), мышьяк (As), кислород (O), сера (S), селен (Se), теллур (Te), а также галогены: фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I), астат (At) и инертные (благородные) газы: гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn).

Положение в Периодической таблице Д. И. Менделеева
Элементы-неметаллы в Периодической системе Д. И. Менделеева расположены преимущественно в правом верхнем углу. Условная диагональ, проведенная от бора (B) к астату (At), делит все элементы на металлы (расположены ниже и левее диагонали) и неметаллы (расположены выше и правее диагонали). Элементы, находящиеся вблизи этой диагонали (например, B, Si, As, Te), проявляют двойственные свойства и их иногда относят к металлоидам или полуметаллам.
Конкретное расположение неметаллов по группам и периодам:
- Водород (H) является исключением, он находится в 1-й группе, 1-м периоде (левый верхний угол).
- Бор (B) — в 13-й (IIIA) группе.
- Углерод (C) и кремний (Si) — в 14-й (IVA) группе.
- Азот (N), фосфор (P) и мышьяк (As) — в 15-й (VA) группе.
- Кислород (O), сера (S), селен (Se) и теллур (Te) — в 16-й (VIA) группе (халькогены).
- Фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и астат (At) — в 17-й (VIIA) группе (галогены).
- Гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радон (Rn) — в 18-й (VIIIA) группе (инертные газы), которая полностью состоит из неметаллов.
Таким образом, неметаллы занимают главные подгруппы (А-группы) с 13-й по 18-ю, а также водород в 1-й группе.

Ответ: Элементы-неметаллы (всего 22): H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, F, Cl, Br, I, At, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. В Периодической таблице они занимают правый верхний угол (расположены выше и правее диагонали B–At), за исключением водорода (H), который находится в левом верхнем углу (1-я группа, 1-й период). Неметаллы располагаются в главных подгруппах 1-й и с 13-й по 18-ю группы.

2. Сравните аллотропные видоизменения кислорода. Назовите области применения кислорода и озона, обусловленные свойствами этих веществ.

Сравните аллотропные видоизменения кислорода

Кислород как химический элемент образует две аллотропные модификации — кислород (или дикислород) и озон. Основные различия между ними заключаются в строении молекул, что определяет разницу в их физических и химических свойствах.

1. Кислород ($O_2$)

• Состав и строение: Молекула состоит из двух атомов кислорода, связанных прочной двойной ковалентной связью ($O=O$). Молекула имеет линейное строение.
• Физические свойства: В нормальных условиях это газ без цвета, вкуса и запаха. Он немного тяжелее воздуха (молярная масса 32 г/моль), плохо растворяется в воде. Температура кипения составляет -183 °C, а температура плавления -218,8 °C.
• Химические свойства: Кислород является сильным окислителем, однако его реакции часто требуют начальной активации (нагревания). Он поддерживает процессы горения и дыхания. Взаимодействует со многими веществами, образуя оксиды. Молекула $O_2$ относительно стабильна.

2. Озон ($O_3$)

• Состав и строение: Молекула состоит из трех атомов кислорода, которые образуют угловую структуру с углом связи примерно 117°. Связи в молекуле являются полуторными (резонансными), что делает молекулу менее стабильной.
• Физические свойства: В нормальных условиях это газ бледно-голубого цвета с характерным резким запахом "свежести" (ощущается после грозы). Он значительно тяжелее воздуха (молярная масса 48 г/моль) и лучше растворяется в воде по сравнению с кислородом. Температура кипения -112 °C, плавления -192,5 °C.
• Химические свойства: Озон — один из самых сильных окислителей, значительно более активный, чем кислород. Его высокая реакционная способность объясняется нестабильностью молекулы, которая легко распадается с образованием молекулярного кислорода и высокореактивного атомарного кислорода: $O_3 \rightarrow O_2 + O$. Озон окисляет большинство металлов (включая серебро и золото) и многие неметаллы. В высоких концентрациях он токсичен для живых организмов.

Ответ: Кислород ($O_2$) и озон ($O_3$) — это аллотропные модификации, различающиеся числом атомов в молекуле, строением, а также физическими и химическими свойствами. Озон, в отличие от кислорода, имеет цвет и запах, является значительно более сильным окислителем и менее стабильным соединением.

Назовите области применения кислорода и озона, обусловленные свойствами этих веществ

Применение кислорода ($O_2$)

Области применения кислорода основаны на его способности поддерживать горение и быть необходимым для дыхания.

• Металлургия: Используется в сталелитейной промышленности для выплавки стали из чугуна путем выжигания избытка углерода и других примесей. Это свойство обусловлено способностью кислорода интенсифицировать процессы горения при высоких температурах.
• Сварка и резка металлов: В смеси с ацетиленом или другими горючими газами кислород создает высокотемпературное пламя, используемое для автогенной сварки и резки.
• Медицина: Применяется для обогащения дыхательных смесей при нарушении дыхания, в кислородных палатках и подушках, а также в аппаратах искусственной вентиляции легких, что связано с его ключевой ролью в клеточном дыхании.
• Ракетное топливо: Жидкий кислород используется в качестве окислителя в ракетных двигателях, обеспечивая сгорание топлива.
• Химическая промышленность: Применяется как окислитель в производстве азотной кислоты, серной кислоты, оксида этилена и других важных химических продуктов.

Применение озона ($O_3$)

Применение озона базируется на его чрезвычайно высокой окислительной способности и бактерицидных свойствах.

• Обеззараживание (дезинфекция) воды и воздуха: Озонирование используется для очистки питьевой воды, воды в бассейнах, а также для стерилизации воздуха в помещениях. Озон эффективно уничтожает бактерии, вирусы и грибки благодаря своей высокой окислительной активности.
• Отбеливание: Применяется в качестве экологически чистого отбеливателя для бумаги, тканей, масел и других материалов, так как он разрушает окрашивающие вещества, не образуя вредных хлорорганических соединений.
• Химический синтез: В органической химии озон используется в реакции озонолиза для селективного разрыва двойных и тройных углерод-углеродных связей при получении альдегидов, кетонов и кислот.
• Устранение запахов (дезодорация): Озон эффективно окисляет молекулы, вызывающие неприятные запахи, что используется для очистки воздуха на промышленных объектах и в быту.

Ответ: Кислород применяется в металлургии, для сварки, в медицине и как компонент ракетного топлива благодаря своей способности поддерживать горение и дыхание. Озон, в силу своих мощных окислительных и дезинфицирующих свойств, используется для очистки воды и воздуха, в качестве отбеливателя и в органическом синтезе.

3. Сравните свойства простых веществ — металлов и неметаллов.

Сравнение свойств простых веществ — металлов и неметаллов — проводится по ряду физических и химических характеристик, по которым они, как правило, проявляют противоположные качества.

Агрегатное состояние (при нормальных условиях)
Металлы: Почти все металлы являются твердыми веществами. Единственное исключение — ртуть ($Hg$), которая при комнатной температуре находится в жидком состоянии.
Неметаллы: Проявляют разнообразие агрегатных состояний: газы (например, $O_2$, $N_2$, $H_2$, $Cl_2$), жидкость (бром, $Br_2$) и твердые вещества (например, углерод $C$, сера $S$, фосфор $P$).

Внешний вид (блеск, цвет)
Металлы: Обладают характерным металлическим блеском, непрозрачны. Большинство из них имеют серебристо-серый цвет. Исключения: золото ($Au$) — желтое, медь ($Cu$) — красно-розового цвета.
Неметаллы: В большинстве своем не имеют металлического блеска (матовые). Исключениями являются кристаллический иод и графит. Имеют разнообразную окраску (сера — желтая, фосфор — белый или красный, бром — бурый).

Пластичность (ковкость и тягучесть)
Металлы: Очень пластичны. Их можно ковать, прокатывать в тонкие листы (фольгу) и вытягивать в проволоку.
Неметаллы: В твердом состоянии очень хрупкие, при механическом воздействии легко разрушаются.

Электропроводность и теплопроводность
Металлы: Отличные проводники электричества и тепла. Это связано с наличием в их кристаллической решетке «электронного газа» — свободных электронов.
Неметаллы: В основном являются диэлектриками (не проводят ток) и плохими проводниками тепла. Исключение — графит, который хорошо проводит электрический ток, и алмаз, обладающий очень высокой теплопроводностью.

Температуры плавления и кипения
Металлы: Как правило, тугоплавкие, с высокими температурами плавления. Например, температура плавления вольфрама ($W$) составляет $3422$ °C. Однако есть и легкоплавкие металлы, например, цезий ($Cs$) плавится при $28.5$ °C, а ртуть ($Hg$) — при $-38.8$ °C.
Неметаллы: Имеют большой разброс температур плавления. Вещества с молекулярным строением (например, $O_2$, $N_2$) имеют очень низкие температуры плавления, а вещества с атомной кристаллической решеткой (алмаз, графит, кремний) — очень высокие.

Окислительно-восстановительные свойства
Металлы: В химических реакциях атомы металлов, имеющие на внешнем электронном слое мало электронов (1–3), как правило, отдают их, являясь сильными восстановителями. Процесс окисления металла можно представить схемой: $Me^0 - ne^- \rightarrow Me^{n+}$.
Неметаллы: Атомы неметаллов имеют на внешнем слое много электронов (4–8). В реакциях с металлами и менее электроотрицательными неметаллами они принимают электроны, проявляя свойства окислителей. В реакциях с более электроотрицательными неметаллами (например, с фтором, кислородом) они отдают электроны и выступают в роли восстановителей.

Характер оксидов и гидроксидов
Металлы: Образуют оксиды, которые в большинстве случаев являются основными или амфотерными. Например, оксид натрия $Na_2O$ — основный, а оксид алюминия $Al_2O_3$ — амфотерный. Соответствующие им гидроксиды — основания ($NaOH$) или амфотерные гидроксиды ($Al(OH)_3$).
Неметаллы: Образуют кислотные оксиды (например, $SO_3$, $P_2O_5$) или несолеобразующие ($CO$, $NO$). Их гидроксиды являются кислотами (например, $H_2SO_4$, $H_3PO_4$).

Ответ: Металлы и неметаллы — это две группы простых веществ с преимущественно противоположными физическими и химическими свойствами. Металлы характеризуются твердым агрегатным состоянием (кроме ртути), металлическим блеском, пластичностью, высокой электро- и теплопроводностью; в химических реакциях они выступают в качестве восстановителей. Неметаллы могут быть газами, жидкостями или твердыми веществами, они хрупкие, не имеют металлического блеска (за редким исключением), плохо проводят ток и тепло, а в химических реакциях могут быть как окислителями, так и восстановителями.