Страница 146 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. По приведённому в параграфе плану дайте характеристику химических элементов:

а) калия

б) магния

в) серы

г) хлора

а) калия

Характеристика химического элемента калия (K) по его положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

• Положение в ПСХЭ: Порядковый номер – 19. Находится в 4-м периоде (большом), I группе, главной подгруппе (A).
• Строение атома: Заряд ядра $+19$ (содержит 19 протонов и, для наиболее распространённого изотопа $^{39}K$, 20 нейтронов). Вокруг ядра движутся 19 электронов, которые располагаются на четырёх энергетических уровнях: $K \ 2, 8, 8, 1$. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$. На внешнем энергетическом уровне находится 1 валентный электрон.
• Характер простого вещества: Калий (K) – это типичный металл, относящийся к группе щелочных металлов. Обладает очень высокой химической активностью, является сильным восстановителем, легко отдает свой единственный валентный электрон.
• Свойства элемента и его соединений: В соединениях проявляет постоянную степень окисления $+1$. Высший оксид – $K_2O$ (оксид калия), который является основным оксидом. Ему соответствует гидроксид – $KOH$ (гидроксид калия), сильное основание (щёлочь). Летучего водородного соединения не образует, так как является металлом.

Ответ: Калий – химический элемент с порядковым номером 19, расположен в 4-м периоде, IА группе. Атом состоит из ядра с зарядом $+19$ и 19 электронов, распределенных по 4 энергетическим уровням. Электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$. Калий является активным щелочным металлом, проявляет степень окисления $+1$. Его высший оксид $K_2O$ имеет основный характер, а гидроксид $KOH$ является сильным основанием.

б) магния

Характеристика химического элемента магния (Mg) по его положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

• Положение в ПСХЭ: Порядковый номер – 12. Находится в 3-м периоде (малом), II группе, главной подгруппе (A).
• Строение атома: Заряд ядра $+12$ (содержит 12 протонов и, для изотопа $^{24}Mg$, 12 нейтронов). Вокруг ядра движутся 12 электронов на трёх энергетических уровнях: $Mg \ 2, 8, 2$. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^2$. На внешнем энергетическом уровне находятся 2 валентных электрона.
• Характер простого вещества: Магний (Mg) – это типичный металл, относящийся к группе щёлочноземельных металлов. Он является активным металлом и восстановителем, легко отдаёт 2 валентных электрона.
• Свойства элемента и его соединений: В соединениях проявляет постоянную степень окисления $+2$. Высший оксид – $MgO$ (оксид магния), проявляет основные свойства. Ему соответствует гидроксид – $Mg(OH)_2$ (гидроксид магния), который является основанием, нерастворимым в воде. Летучего водородного соединения не образует.

Ответ: Магний – химический элемент с порядковым номером 12, расположен в 3-м периоде, IIА группе. Атом состоит из ядра с зарядом $+12$ и 12 электронов на 3 энергетических уровнях. Электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^2$. Магний является щёлочноземельным металлом, проявляет степень окисления $+2$. Его высший оксид $MgO$ является основным, а гидроксид $Mg(OH)_2$ – нерастворимым основанием.

в) серы

Характеристика химического элемента серы (S) по его положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

• Положение в ПСХЭ: Порядковый номер – 16. Находится в 3-м периоде (малом), VI группе, главной подгруппе (A).
• Строение атома: Заряд ядра $+16$ (содержит 16 протонов и, для изотопа $^{32}S$, 16 нейтронов). Вокруг ядра движутся 16 электронов на трёх энергетических уровнях: $S \ 2, 8, 6$. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^4$. На внешнем энергетическом уровне находится 6 валентных электронов.
• Характер простого вещества: Сера (S) – это типичный неметалл. Как окислитель, атом серы стремится принять 2 электрона для завершения внешнего уровня. Как восстановитель, может отдавать электроны.
• Свойства элемента и его соединений: Проявляет различные степени окисления. Низшая – $-2$ (в сульфидах), высшая – $+6$ (в сульфатах). Также характерны степени окисления $0, +4$. Высший оксид – $SO_3$ (оксид серы(VI)), является кислотным оксидом. Ему соответствует сильная серная кислота – $H_2SO_4$. Летучее водородное соединение – $H_2S$ (сероводород), которое в водном растворе проявляет свойства слабой кислоты.

Ответ: Сера – химический элемент с порядковым номером 16, расположен в 3-м периоде, VIА группе. Атом состоит из ядра с зарядом $+16$ и 16 электронов. Электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^23p^4$. Сера является неметаллом, проявляет степени окисления от $-2$ до $+6$. Высший оксид $SO_3$ – кислотный, ему соответствует сильная кислота $H_2SO_4$. Летучее водородное соединение – $H_2S$.

г) хлора

Характеристика химического элемента хлора (Cl) по его положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

• Положение в ПСХЭ: Порядковый номер – 17. Находится в 3-м периоде (малом), VII группе, главной подгруппе (A).
• Строение атома: Заряд ядра $+17$ (содержит 17 протонов и, для изотопа $^{35}Cl$, 18 нейтронов). Вокруг ядра движутся 17 электронов на трёх энергетических уровнях: $Cl \ 2, 8, 7$. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^5$. На внешнем энергетическом уровне находится 7 валентных электронов.
• Характер простого вещества: Хлор (Cl) – это типичный неметалл, относящийся к группе галогенов. Обладает высокой электроотрицательностью и является сильным окислителем, стремясь принять 1 электрон для завершения внешнего уровня.
• Свойства элемента и его соединений: Проявляет различные степени окисления. Низшая – $-1$ (в хлоридах), высшая – $+7$ (в перхлоратах). Также характерны степени окисления $0, +1, +3, +5$. Высший оксид – $Cl_2O_7$ (оксид хлора(VII)), является кислотным оксидом. Ему соответствует очень сильная хлорная кислота – $HClO_4$. Летучее водородное соединение – $HCl$ (хлороводород), водный раствор которого (соляная кислота) является сильной кислотой.

Ответ: Хлор – химический элемент с порядковым номером 17, расположен в 3-м периоде, VIIА группе. Атом состоит из ядра с зарядом $+17$ и 17 электронов. Электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^23p^5$. Хлор является активным неметаллом-галогеном, проявляет степени окисления от $-1$ до $+7$. Его высший оксид $Cl_2O_7$ – кислотный, ему соответствует сильная кислота $HClO_4$. Летучее водородное соединение – $HCl$.

2. Летучие водородные соединения состава $ЭН_3$ образуют:

а) Ga, Al, B;

б) Fe, S, Sc;

в) Be, Ca, Sr;

г) P, As, Sb.

Ответ поясните:

Решение

Летучие водородные соединения — это, как правило, ковалентные соединения неметаллов с водородом, которые при нормальных условиях являются газами, летучими жидкостями или легкоплавкими твердыми веществами.

Общая формула летучего водородного соединения $ЭН_n$ определяется по правилу: $n = 8 - N$, где $N$ — номер группы элемента в периодической системе. Формула $ЭН_3$ означает, что $n = 3$. Следовательно, $3 = 8 - N$, откуда $N = 5$. Это значит, что такие соединения образуют элементы VА группы (15-й группы) периодической системы.

Рассмотрим предложенные варианты:

а) Ga, Al, B

Элементы IIIА (13-й) группы. Бор ($B$) образует летучее соединение $B_2H_6$ (диборан), а не $BH_3$. Алюминий ($Al$) и галлий ($Ga$) — металлы, их гидриды $(AlH_3)_n$ и $(GaH_3)_n$ являются полимерными, нелетучими веществами. Этот вариант не подходит.

б) Fe, S, Sc

Элементы из разных групп. Железо ($Fe$) и скандий ($Sc$) — металлы, они образуют гидриды внедрения или солеподобные гидриды, которые не являются летучими. Сера ($S$) — элемент VIА (16-й) группы, образует летучее водородное соединение сероводород $H_2S$ (или $ЭН_2$). Этот вариант не подходит.

в) Be, Ca, Sr

Элементы IIА (2-й) группы (щелочноземельные металлы). Они образуют гидриды состава $ЭН_2$ (например, $CaH_2$), которые являются твердыми солеподобными (ионными) соединениями и не являются летучими. Этот вариант не подходит.

г) P, As, Sb

Фосфор ($P$), мышьяк ($As$) и сурьма ($Sb$) — это элементы VА (15-й) группы. Они образуют летучие водородные соединения состава $ЭН_3$: фосфин ($PH_3$), арсин ($AsH_3$) и стибин ($SbH_3$). Все эти вещества являются газами при нормальных условиях и соответствуют заданной формуле. Этот вариант является правильным.

Ответ: г) P, As, Sb.

3. Расположите элементы в порядке усиления неметаллических свойств:

а) бор, азот, углерод;

б) кислород, селен, теллур;

в) фосфор, мышьяк, хлор, сера, фтор, германий.

Неметаллические свойства химических элементов — это их способность атомов присоединять электроны. Эти свойства закономерно изменяются в Периодической системе Д.И. Менделеева. В периодах при движении слева направо (с увеличением заряда ядра) неметаллические свойства усиливаются. В главных подгруппах при движении сверху вниз (с увеличением числа электронных слоев) неметаллические свойства ослабевают. Исходя из этих закономерностей, расположим элементы в порядке усиления их неметаллических свойств.

а) бор, азот, углерод;

Элементы бор (B), углерод (C) и азот (N) находятся в одном и том же, втором, периоде. Бор расположен в 13-й группе, углерод — в 14-й, а азот — в 15-й. Поскольку в периоде неметаллические свойства усиливаются слева направо, то искомый ряд будет соответствовать порядку их расположения в периоде.

Ответ: бор → углерод → азот.

б) кислород, селен, теллур;

Элементы кислород (O), селен (Se) и теллур (Te) находятся в одной, 16-й, группе (главной подгруппе). Кислород — во 2-м периоде, селен — в 4-м, а теллур — в 5-м. В группе неметаллические свойства ослабевают сверху вниз. Следовательно, для расположения элементов в порядке усиления неметаллических свойств, их необходимо разместить в порядке движения по группе снизу вверх.

Ответ: теллур → селен → кислород.

в) фосфор, мышьяк, хлор, сера, фтор, германий.

Для определения правильной последовательности найдём положение каждого элемента в Периодической системе:
Германий (Ge) — 4-й период, 14-я группа.
Мышьяк (As) — 4-й период, 15-я группа.
Фосфор (P) — 3-й период, 15-я группа.
Сера (S) — 3-й период, 16-я группа.
Хлор (Cl) — 3-й период, 17-я группа.
Фтор (F) — 2-й период, 17-я группа.
Наиболее слабые неметаллические свойства проявляет германий, так как он находится ниже и левее большинства других элементов в списке. Двигаясь по 4-му периоду вправо, переходим к мышьяку (Ge < As). Фосфор находится в той же группе, что и мышьяк, но периодом выше, поэтому его неметаллические свойства сильнее (As < P). В 3-м периоде неметаллические свойства усиливаются слева направо (P < S < Cl). Фтор, находясь над хлором, является самым сильным неметаллом в этом ряду. Таким образом, общая последовательность усиления неметаллических свойств выглядит следующим образом:

Ответ: германий → мышьяк → фосфор → сера → хлор → фтор.

4. Как изменяются радиус атома, окислительные свойства атомов, максимальная валентность, металлические свойства простых веществ в ряду элементов:

а) $Al$ — $Si$ — $P$ — $S$

б) $Ba$ — $Sr$ — $Ca$ — $Mg$

в) $Te$ — $Se$ — $Br$ — $Cl$

г) $Ge$ — $Ga$ — $Al$ — $B$

а) Al — Si — P — S

Элементы алюминий (Al), кремний (Si), фосфор (P) и сера (S) находятся в одном, третьем, периоде периодической системы Д.И. Менделеева. Они расположены в 13, 14, 15 и 16 группах соответственно. В данном ряду происходит движение слева направо по периоду.

Радиус атома: При движении слева направо по периоду число электронных оболочек у атомов остается постоянным (равно 3), но заряд ядра последовательно увеличивается (с +13 у Al до +16 у S). Усиление притяжения электронов к ядру приводит к сжатию электронной оболочки, поэтому радиус атома в этом ряду уменьшается.

Окислительные свойства атомов: Окислительные свойства характеризуют способность атома принимать электроны. С уменьшением радиуса и увеличением заряда ядра атому становится легче притягивать внешние электроны. Следовательно, электроотрицательность и окислительные свойства атомов в ряду Al — Si — P — S усиливаются.

Максимальная валентность: Для элементов главных подгрупп максимальная валентность, как правило, совпадает с номером группы. У Al (13 группа) она равна III, у Si (14 группа) — IV, у P (15 группа) — V, у S (16 группа) — VI. Таким образом, максимальная валентность в этом ряду увеличивается.

Металлические свойства простых веществ: Металлические свойства связаны со способностью атомов отдавать электроны. Так как в ряду Al — Si — P — S способность принимать электроны растет, то способность их отдавать, а значит и металлические свойства, ослабевают. Алюминий — металл, кремний — металлоид, а фосфор и сера — типичные неметаллы.

Ответ: В ряду Al — Si — P — S радиус атома уменьшается, окислительные свойства атомов и максимальная валентность увеличиваются, а металлические свойства простых веществ ослабевают.

б) Ba — Sr — Ca — Mg

Элементы барий (Ba), стронций (Sr), кальций (Ca) и магний (Mg) являются щелочноземельными металлами и находятся в одной, второй, группе (главной подгруппе) периодической системы. В данном ряду происходит движение снизу вверх по группе (от 6-го периода к 3-му).

Радиус атома: При движении вверх по группе уменьшается номер периода, а значит, и число электронных слоев у атомов (с 6 у Ba до 3 у Mg). Это является главным фактором, приводящим к тому, что радиус атома в ряду Ba — Sr — Ca — Mg уменьшается.

Окислительные свойства атомов: С уменьшением радиуса атома валентные электроны находятся ближе к ядру и сильнее притягиваются к нему. Поэтому атому становится труднее отдавать электроны, что ослабляет его восстановительные свойства и, соответственно, усиливает окислительные. Следовательно, окислительные свойства в этом ряду усиливаются.

Максимальная валентность: Все перечисленные элементы находятся во второй группе, поэтому их максимальная (и постоянная) валентность равна II. Таким образом, максимальная валентность не изменяется.

Металлические свойства простых веществ: Металлические свойства наиболее ярко выражены у элементов, которые легко отдают электроны. Так как в ряду Ba — Sr — Ca — Mg способность отдавать электроны уменьшается, то и металлические свойства простых веществ ослабевают. Барий — самый активный металл в этом ряду.

Ответ: В ряду Ba — Sr — Ca — Mg радиус атома уменьшается, окислительные свойства усиливаются, максимальная валентность не изменяется, а металлические свойства простых веществ ослабевают.

в) Te — Se — Br — Cl

Элементы в этом ряду расположены в разных группах и периодах: теллур (Te) — 16 группа, 5 период; селен (Se) — 16 группа, 4 период; бром (Br) — 17 группа, 4 период; хлор (Cl) — 17 группа, 3 период. Общее направление движения в периодической системе — снизу вверх и слева направо, то есть в сторону усиления неметаллических свойств.

Радиус атома: При переходе от Te к Se (вверх по группе) радиус уменьшается. При переходе от Se к Br (вправо по периоду) радиус уменьшается. При переходе от Br к Cl (вверх по группе) радиус также уменьшается. Таким образом, в ряду Te — Se — Br — Cl радиус атома последовательно уменьшается.

Окислительные свойства атомов: Движение вверх по группе и вправо по периоду ведет к увеличению электроотрицательности, так как радиус атома уменьшается, а притяжение валентных электронов к ядру усиливается. Способность атомов принимать электроны растет, следовательно, окислительные свойства усиливаются.

Максимальная валентность: Максимальная валентность для Te и Se (16 группа) равна VI. Для Br и Cl (17 группа) она равна VII. Таким образом, в ряду Te → Se валентность не меняется, а при переходе Se → Br она увеличивается с VI до VII. В целом по ряду максимальная валентность увеличивается.

Металлические свойства простых веществ: В данном ряду мы движемся от металлоида (Te) к типичным неметаллам (Se) и далее к активным неметаллам-галогенам (Br, Cl). Способность отдавать электроны падает, поэтому металлические свойства ослабевают, а неметаллические, соответственно, усиливаются.

Ответ: В ряду Te — Se — Br — Cl радиус атома уменьшается, окислительные свойства и максимальная валентность увеличиваются, а металлические свойства ослабевают.

г) Ge — Ga — Al — B

Элементы в этом ряду расположены в разных группах и периодах: германий (Ge) — 14 группа, 4 период; галлий (Ga) — 13 группа, 4 период; алюминий (Al) — 13 группа, 3 период; бор (B) — 13 группа, 2 период. Движение в ряду происходит сначала влево по 4-му периоду (от Ge к Ga), а затем вверх по 13-й группе (от Ga к B).

Радиус атома: При переходе Ge → Ga (вправо-налево по периоду) радиус увеличивается. При движении вверх по группе от Ga к Al радиус также увеличивается (это аномалия, связанная с d-сжатием у галлия), а затем от Al к B радиус резко уменьшается. Таким образом, в ряду Ge → Ga → Al радиус увеличивается, а при переходе Al → B он уменьшается. Общая тенденция изменяется неоднозначно (сначала увеличивается, потом уменьшается).

Окислительные свойства атомов: Электроотрицательность (а с ней и окислительные свойства) изменяется следующим образом: Ge(2.01) → Ga(1.81) → Al(1.61) → B(2.04). Свойства сначала ослабевают при переходе от Ge к Al, а затем резко усиливаются при переходе к B. Таким образом, общая тенденция в ряду — сначала ослабевают, а затем усиливаются.

Максимальная валентность: Максимальная валентность для Ge (14 группа) равна IV. Для Ga, Al и B (13 группа) она равна III. Таким образом, в ряду максимальная валентность сначала уменьшается (с IV до III), а затем не изменяется.

Металлические свойства простых веществ: Металлические свойства обратно зависимы от электроотрицательности. В ряду Ge → Ga → Al они усиливаются (германий — металлоид, галлий и алюминий — металлы). При переходе Al → B свойства резко ослабевают (бор — неметалл/металлоид). Таким образом, металлические свойства сначала усиливаются, а затем ослабевают.

Ответ: В ряду Ge — Ga — Al — B свойства изменяются сложно: радиус атома сначала увеличивается, затем уменьшается; окислительные свойства сначала ослабевают, затем усиливаются; максимальная валентность сначала уменьшается, затем не изменяется; металлические свойства сначала усиливаются, затем ослабевают.

5. Напишите формулы высшего оксида и соответствующего ему гидроксида с наиболее выраженными кислотными свойствами для элементов-неметаллов: фосфора, кремния, хлора, серы.

Для написания формул высшего оксида и соответствующего ему гидроксида с наиболее выраженными кислотными свойствами необходимо определить высшую степень окисления для каждого элемента. У неметаллов кислотные свойства их оксидов и гидроксидов (кислородсодержащих кислот) усиливаются с ростом степени окисления. Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, совпадает с номером группы в периодической системе.

Фосфор

Фосфор (P) — элемент VА группы (15-й группы) периодической системы, его высшая степень окисления равна +5.
Высший оксид — это оксид фосфора(V). Для составления его формулы уравниваем заряды атомов $P^{+5}$ и $O^{-2}$. Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10. Отсюда индексы: для фосфора $10 \div 5 = 2$, для кислорода $10 \div 2 = 5$. Формула оксида: $P_2O_5$.
Соответствующий гидроксид (кислота), где фосфор также проявляет степень окисления +5, — это ортофосфорная (или фосфорная) кислота. Её формула: $H_3PO_4$.
Ответ: высший оксид — $P_2O_5$ (оксид фосфора(V)), соответствующий гидроксид — $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота).

Кремний

Кремний (Si) — элемент IVA группы (14-й группы), его высшая степень окисления равна +4.
Высший оксид — это оксид кремния(IV) (диоксид кремния). Формула составляется из атомов $Si^{+4}$ и $O^{-2}$. Индексы 1 для кремния и 2 для кислорода. Формула оксида: $SiO_2$.
Соответствующий гидроксид — кремниевая кислота, где кремний имеет степень окисления +4. Формула кислоты: $H_2SiO_3$.
Ответ: высший оксид — $SiO_2$ (оксид кремния(IV)), соответствующий гидроксид — $H_2SiO_3$ (кремниевая кислота).

Хлор

Хлор (Cl) — элемент VIIA группы (17-й группы), его высшая степень окисления равна +7.
Высший оксид — это оксид хлора(VII). Формула составляется из атомов $Cl^{+7}$ и $O^{-2}$. Наименьшее общее кратное для 7 и 2 равно 14. Индексы: для хлора $14 \div 7 = 2$, для кислорода $14 \div 2 = 7$. Формула оксида: $Cl_2O_7$.
Соответствующий гидроксид — хлорная кислота, где хлор имеет степень окисления +7. Формула кислоты: $HClO_4$.
Ответ: высший оксид — $Cl_2O_7$ (оксид хлора(VII)), соответствующий гидроксид — $HClO_4$ (хлорная кислота).

Сера

Сера (S) — элемент VIA группы (16-й группы), её высшая степень окисления равна +6.
Высший оксид — это оксид серы(VI) (триоксид серы). Формула составляется из атомов $S^{+6}$ и $O^{-2}$. Наименьшее общее кратное для 6 и 2 равно 6. Индексы: для серы $6 \div 6 = 1$, для кислорода $6 \div 2 = 3$. Формула оксида: $SO_3$.
Соответствующий гидроксид — серная кислота, где сера имеет степень окисления +6. Формула кислоты: $H_2SO_4$.
Ответ: высший оксид — $SO_3$ (оксид серы(VI)), соответствующий гидроксид — $H_2SO_4$ (серная кислота).