Страница 101 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Атом хлора содержит

1) 17 протонов и 35 электронов

2) 7 протонов и 7 электронов

3) 35 протонов и 7 электронов

4) 17 протонов и 17 электронов

Решение

Чтобы определить количество протонов и электронов в атоме хлора, необходимо использовать информацию из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Порядковый номер химического элемента в таблице соответствует количеству протонов в ядре его атома. Хлор (Cl) имеет порядковый номер 17. Следовательно, в ядре атома хлора содержится 17 протонов.

Атом является электронейтральной частицей, то есть его суммарный заряд равен нулю. Это означает, что количество положительно заряженных протонов в ядре равно количеству отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг ядра. Таким образом, в атоме хлора содержится 17 электронов.

Проанализируем предложенные варианты ответа:

1) 17 протонов и 35 электронов – неверно. Число электронов должно быть равно числу протонов. Число 35 близко к относительной атомной массе хлора ($35.453$), которая складывается из протонов и нейтронов.

2) 7 протонов и 7 электронов – неверно. Такое строение имеет атом азота (N), порядковый номер которого 7.

3) 35 протонов и 7 электронов – неверно. Атом с 35 протонами является атомом брома (Br).

4) 17 протонов и 17 электронов – верно. Количество протонов (17) соответствует порядковому номеру хлора, а равенство числа протонов и электронов обеспечивает электронейтральность атома.

Ответ: 4) 17 протонов и 17 электронов.

4. Число протонов и нейтронов в ядре самого распространённого изотопа хрома равно соответственно

1) 24 и 28

2) 26 и 26

3) 52 и 24

4) 24 и 27

Дано:

Химический элемент: Хром (Cr)
Изотоп: самый распространенный в природе

Найти:

Число протонов $Z$ — ?
Число нейтронов $N$ — ?

Решение:

1. Найдём число протонов $Z$. Число протонов в ядре атома элемента равно его порядковому номеру в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Хром (Cr) имеет порядковый номер 24.

$Z = 24$

Следовательно, в ядре любого изотопа хрома содержится 24 протона.

2. Определим массовое число $A$ самого распространенного изотопа хрома. Относительная атомная масса хрома, указанная в таблице Менделеева, составляет 51,996 а.е.м. Это значение представляет собой среднюю массу атомов элемента с учётом природной распространённости его изотопов. Массовое число самого распространённого изотопа обычно является целым числом, наиболее близким к значению атомной массы. Округлив 51,996 до ближайшего целого, получаем 52.

$A = 52$

Самый распространенный изотоп хрома — хром-52 ($^{52}\text{Cr}$).

3. Рассчитаем число нейтронов $N$. Массовое число $A$ — это общее число протонов $Z$ и нейтронов $N$ в ядре.

$A = Z + N$

Выразим из формулы число нейтронов:

$N = A - Z$

Подставим известные значения:

$N = 52 - 24 = 28$

Таким образом, число протонов в ядре самого распространенного изотопа хрома равно 24, а число нейтронов — 28. Этот результат соответствует варианту ответа 1.

Ответ: 1) 24 и 28

5. Расположение электрона в атоме на энергетическом уровне определяется

1) его массой

2) величиной заряда

3) траекторией движения

4) запасом энергии

Вопрос касается фундаментальных принципов строения атома. Согласно постулатам Бора и более современной квантово-механической модели атома, электроны в атоме не могут обладать произвольной энергией, а могут находиться только на определенных, стационарных энергетических уровнях. Каждый такой уровень характеризуется своим, строго определенным значением энергии.

Рассмотрим предложенные варианты ответа:

• 1) его массой: Масса электрона является фундаментальной физической константой ($m_e \approx 9.11 \times 10^{-31}$ кг). Она одинакова для всех электронов, поэтому не может определять, на каком из множества возможных энергетических уровней находится тот или иной электрон.
• 2) величиной заряда: Аналогично массе, элементарный заряд ($e \approx -1.602 \times 10^{-19}$ Кл) является фундаментальной константой и одинаков для всех электронов. Следовательно, эта характеристика не может определять принадлежность электрона к конкретному энергетическому уровню.
• 3) траекторией движения: Понятие "траектория" применимо к макроскопическим телам в классической механике. В квантовой механике, из-за принципа неопределенности Гейзенберга, невозможно одновременно точно знать координату и импульс электрона. Поэтому электрон в атоме не имеет определенной траектории. Его состояние описывается волновой функцией, которая определяет область пространства (атомную орбиталь), где вероятность нахождения электрона наиболее высока.
• 4) запасом энергии: Это правильный ответ. Само понятие "энергетический уровень" напрямую связано с энергией. Каждый уровень в атоме соответствует дискретному (квантованному) значению энергии, которым может обладать электрон. Чем выше энергетический уровень, тем большим запасом энергии обладает находящийся на нем электрон. Переход электрона между уровнями возможен только при поглощении или испускании кванта энергии (фотона), равного разности энергий этих уровней. Таким образом, именно запас энергии определяет "расположение" электрона на том или ином энергетическом уровне.

Ответ: 4

6. Число электронов на внешнем слое атома углерода равно

1) 2

2) 4

3) 6

4) 12

Чтобы определить число электронов на внешнем слое атома углерода, можно воспользоваться его положением в Периодической системе элементов или его электронной конфигурацией.

Во-первых, рассмотрим положение углерода (C) в Периодической системе Д.И. Менделеева. Углерод находится во втором периоде, в IV группе (главной подгруппе). Для элементов главных подгрупп номер группы указывает на количество электронов на внешнем энергетическом уровне (так называемых валентных электронов). Так как углерод расположен в IV группе, у него 4 электрона на внешнем слое.

Во-вторых, можно проанализировать электронную конфигурацию атома углерода. Порядковый номер углерода — 6. Это означает, что в нейтральном атоме углерода содержится 6 протонов и 6 электронов. Эти электроны распределяются по энергетическим уровням и подуровням в соответствии с принципом наименьшей энергии. Электронная формула углерода: $1s^22s^22p^2$.

Из этой формулы видно, что:

• на первом энергетическом уровне (главное квантовое число $n=1$) находятся 2 электрона ($1s^2$);
• на втором энергетическом уровне (главное квантовое число $n=2$), который является внешним, находятся электроны на $2s$ и $2p$ подуровнях. Их общее число равно $2 + 2 = 4$.

Оба способа приводят к одному и тому же выводу: на внешнем слое атома углерода находится 4 электрона.

Сравнивая результат с предложенными вариантами:
1) 2 – неверно.
2) 4 – верно.
3) 6 – неверно (это общее число электронов в атоме).
4) 12 – неверно (это округленная относительная атомная масса углерода).

Ответ: 4.

7. Одинаковое число электронов на внешнем слое атома имеют элементы

1) $O$ и $S$

2) $N$ и $C$

3) $Al$ и $Si$

4) $Na$ и $Mg$

Решение

Чтобы определить, у какой пары элементов одинаковое число электронов на внешнем атомном слое, необходимо рассмотреть их положение в Периодической системе химических элементов. Число электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов) для элементов главных подгрупп соответствует номеру группы.

Проанализируем каждую предложенную пару элементов:

1) O и S

Кислород (O) расположен в 16-й группе (главная подгруппа VI группы) и 2-м периоде. Электронная конфигурация его внешнего слоя: $2s^2 2p^4$. На внешнем слое находится $2 + 4 = 6$ электронов.

Сера (S) также расположена в 16-й группе (главная подгруппа VI группы), но в 3-м периоде. Электронная конфигурация её внешнего слоя: $3s^2 3p^4$. На внешнем слое находится $2 + 4 = 6$ электронов.

Таким образом, атомы кислорода и серы имеют одинаковое число электронов на внешнем слое.

2) N и C

Азот (N) — элемент 15-й группы (VА). На внешнем слое у него 5 электронов ($2s^2 2p^3$).

Углерод (C) — элемент 14-й группы (IVА). На внешнем слое у него 4 электрона ($2s^2 2p^2$).

Число электронов на внешнем слое у них разное.

3) Al и Si

Алюминий (Al) — элемент 13-й группы (IIIА). На внешнем слое у него 3 электрона ($3s^2 3p^1$).

Кремний (Si) — элемент 14-й группы (IVА). На внешнем слое у него 4 электрона ($3s^2 3p^2$).

Число электронов на внешнем слое у них разное.

4) Na и Mg

Натрий (Na) — элемент 1-й группы (IА). На внешнем слое у него 1 электрон ($3s^1$).

Магний (Mg) — элемент 2-й группы (IIА). На внешнем слое у него 2 электрона ($3s^2$).

Число электронов на внешнем слое у них разное.

Ответ: 1.

8. Распределение электронов по электронным слоям обозначается числами 2, 7 в атоме

1) азота

2) фтора

3) магния

4) неона

Дано:

Распределение электронов по электронным слоям в атоме: 2, 7.

Найти:

Атом какого химического элемента имеет данное распределение электронов.

Решение:

Распределение электронов по электронным слоям показывает количество электронов на каждом энергетическом уровне атома, начиная с ближайшего к ядру. В данном случае, на первом энергетическом уровне находится 2 электрона, а на втором (внешнем) — 7 электронов.

Общее число электронов в атоме можно найти, сложив число электронов на всех слоях:
Общее число электронов = $2 + 7 = 9$.

В электронейтральном атоме общее число электронов равно числу протонов в ядре. Число протонов, в свою очередь, является порядковым номером ($Z$) элемента в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Следовательно, искомый элемент имеет порядковый номер $Z = 9$.

Теперь рассмотрим предложенные варианты, чтобы определить, какой из них имеет порядковый номер 9.

1) азота
Атом азота (N) имеет порядковый номер $Z=7$. Общее число электронов — 7. Распределение электронов по слоям: 2, 5. Этот вариант не подходит.

2) фтора
Атом фтора (F) имеет порядковый номер $Z=9$. Общее число электронов — 9. Распределение электронов по слоям: 2, 7. Этот вариант соответствует условию задачи.

3) магния
Атом магния (Mg) имеет порядковый номер $Z=12$. Общее число электронов — 12. Распределение электронов по слоям: 2, 8, 2. Этот вариант не подходит.

4) неона
Атом неона (Ne) имеет порядковый номер $Z=10$. Общее число электронов — 10. Распределение электронов по слоям: 2, 8. Этот вариант не подходит.

Таким образом, распределение электронов 2, 7 соответствует атому фтора.

Ответ: 2) фтора.

9. Выберите химический элемент, которому соответствует неполная электронная схема

(+X) ) ) $2 \ n \ 7$

1) натрий

2) фтор

3) магний

4) хлор

Решение

В задании представлена неполная электронная схема атома, которая показывает распределение электронов по энергетическим уровням (слоям). Схема имеет вид `+X ) ) ) 2 n 7`.

Из схемы видно, что атом имеет три электронных слоя:

1. На первом, ближайшем к ядру, слое находится 2 электрона. Этот слой является завершенным, так как его максимальная электронная емкость равна двум.

2. На третьем, внешнем слое находится 7 электронов.

3. Второй слой, обозначенный буквой `n`, является внутренним. Поскольку уже началось заполнение третьего слоя, второй слой должен быть полностью завершен. Максимальное число электронов, которое может находиться на втором энергетическом уровне, равно 8. Следовательно, `n = 8`.

Таким образом, полная схема распределения электронов по слоям для данного атома будет 2, 8, 7.

Чтобы определить химический элемент, необходимо найти общее число электронов в его атоме. Суммируем электроны на всех слоях: $2 + 8 + 7 = 17$.

В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов в ядре. Число протонов соответствует порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд ядра `+X` и равен этому порядковому номеру.

Следовательно, порядковый номер искомого элемента — 17.

Элемент с порядковым номером 17 — это хлор (Cl).

Проверим остальные варианты:

1) Натрий (Na) имеет порядковый номер 11, его электронная схема — 2, 8, 1.

2) Фтор (F) имеет порядковый номер 9, его электронная схема — 2, 7 (всего два электронных слоя).

3) Магний (Mg) имеет порядковый номер 12, его электронная схема — 2, 8, 2.

4) Хлор (Cl) имеет порядковый номер 17, его электронная схема — 2, 8, 7, что полностью соответствует условию задачи.

Ответ: 4) хлор.

10. Верны ли утверждения об атоме?

А. Протоны и нейтроны, образующие ядро атома, называют общим термином «нуклоны».

Б. Завершённый внешний электронный слой атомов (кроме атомов гелия) содержит восемь электронов.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Для того чтобы определить, верны ли утверждения, проанализируем каждое из них.

А. Протоны и нейтроны, образующие ядро атома, называют общим термином «нуклоны».

Атомное ядро состоит из частиц двух типов: положительно заряженных протонов и нейтральных (не имеющих заряда) нейтронов. В ядерной физике для этих двух видов частиц, составляющих ядро, принято общее название — нуклоны (от лат. nucleus, что означает «ядро»). Следовательно, данное утверждение является верным определением.

Б. Завершённый внешний электронный слой атомов (кроме атомов гелия) содержит восемь электронов.

Это утверждение описывает так называемое правило октета. Согласно этому правилу, атомы химических элементов стремятся к достижению наиболее стабильной электронной конфигурации, которая характеризуется полностью заполненным внешним электронным слоем. Для большинства элементов (начиная со второго периода периодической системы) такой завершённый слой содержит восемь электронов (октет). Это соответствует электронной конфигурации инертных (благородных) газов, таких как неон или аргон. Утверждение корректно делает исключение для атома гелия, так как его единственный (первый) электронный слой является завершённым при наличии всего двух электронов. Таким образом, это утверждение также является верным.

Поскольку оба утверждения, А и Б, являются верными, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

11. Выберите характеристики атома:

1) положительно заряженная элементарная частица

2) электронейтральная частица, состоящая из протонов, электронов, нейтронов

3) мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства

4) содержит одинаковое число протонов и электронов, соответствующее порядковому номеру химического элемента

5) содержат одинаковое число нейтронов, если это атомы одного химического элемента

Решение

Проанализируем каждое из предложенных утверждений, чтобы определить, какие из них являются верными характеристиками атома.

1) положительно заряженная элементарная частица

Это утверждение неверно. Атом в целом является электронейтральной (незаряженной) частицей. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, причем их заряды взаимно компенсируются. Положительно заряженными элементарными частицами являются протоны, которые входят в состав атома, но сам атом элементарной частицей не является.

2) электронейтральная частица, состоящая из протонов, электронов, нейтронов

Это утверждение верно. Атом по определению электронейтрален, так как количество протонов в ядре равно количеству электронов. Большинство атомов действительно состоят из протонов, нейтронов (в ядре) и электронов (на электронных оболочках). Единственное исключение — основной изотоп водорода, протий ($^{1}_{1}\text{H}$), который не имеет нейтронов. Тем не менее, это утверждение в целом корректно описывает строение атома.

3) мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства

Это утверждение верно. Оно представляет собой классическое определение атома в химии. Атом является наименьшей частицей химического элемента, которая вступает в химические реакции и определяет химические свойства этого элемента. При делении атома на составляющие его частицы (протоны, нейтроны, электроны) его химические свойства утрачиваются.

4) содержит одинаковое число протонов и электронов, соответствующее порядковому номеру химического элемента

Это утверждение верно. Порядковый номер элемента в периодической таблице ($Z$) равен числу протонов в ядре атома. В нейтральном атоме для компенсации положительного заряда ядра число отрицательно заряженных электронов должно быть равно числу протонов. Таким образом, для атома выполняется равенство: число протонов = число электронов = $Z$.

5) содержат одинаковое число нейтронов, если это атомы одного химического элемента

Это утверждение неверно. Атомы одного и того же химического элемента всегда имеют одинаковое число протонов, но могут иметь разное число нейтронов. Такие разновидности атомов называются изотопами. Например, углерод существует в виде изотопов $^{12}\text{C}$ (6 нейтронов), $^{13}\text{C}$ (7 нейтронов) и $^{14}\text{C}$ (8 нейтронов).

Ответ: 2, 3, 4.