Страница 102 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между элементом и составом его атома:

ЭЛЕМЕНТ

А) магний

Б) азот

СОСТАВ АТОМА

1) $7p, 7n, 7e$

2) $12p, 12n, 12e$

3) $7p, 8n, 7e$

4) $12p, 13n, 12e$

5) $12p, 12n, 10e$

Решение

Для установления соответствия необходимо определить состав атомов указанных элементов. Состав атома определяется количеством протонов ($p$), нейтронов ($n$) и электронов ($e$). Количество протонов в ядре атома соответствует порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева и однозначно определяет элемент. В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов. Число нейтронов может варьироваться, определяя изотоп элемента.

А) магний

Магний (Mg) имеет порядковый номер 12. Это означает, что любой атом магния содержит 12 протонов. Поскольку атом электронейтрален, он также должен содержать 12 электронов. В списке вариантов этому условию соответствуют 2) (12p, 12n, 12e) и 4) (12p, 13n, 12e). Эти варианты представляют собой два разных изотопа магния: ${}^{24}Mg$ (массовое число $12+12=24$) и ${}^{25}Mg$ (массовое число $12+13=25$). Наиболее распространенным изотопом магния является ${}^{24}Mg$. Следовательно, выбираем вариант, соответствующий этому изотопу.

Ответ: 2

Б) азот

Азот (N) имеет порядковый номер 7. Следовательно, атом азота содержит 7 протонов и 7 электронов. Этому условию соответствуют варианты 1) (7p, 7n, 7e) и 3) (7p, 8n, 7e). Эти варианты представляют собой изотопы азота ${}^{14}N$ (массовое число $7+7=14$) и ${}^{15}N$ (массовое число $7+8=15$). Наиболее распространенным в природе изотопом азота является ${}^{14}N$. Следовательно, выбираем вариант, соответствующий этому изотопу.

Ответ: 1

13. Возраст археологических находок устанавливают по содержанию в них радиоактивного изотопа атома углерода ${}^{14}\text{C}$.

Укажите состав атомного ядра и составьте схему электронного строения атома углерода ${}^{14}\text{C}$.

Состав атомного ядра атома углерода $^{14}\text{C}$

Решение

Для определения состава ядра атома используется его обозначение в виде ${}^{A}_{Z}X$, где $X$ – символ химического элемента, $Z$ – зарядовое число (порядковый номер в периодической таблице, равный числу протонов), $A$ – массовое число (сумма протонов и нейтронов).

1. Углерод (C) имеет порядковый номер 6 в периодической системе Д.И. Менделеева. Следовательно, его зарядовое число $Z=6$. Это означает, что в ядре атома углерода содержится 6 протонов ($p^+$).

2. В условии указан изотоп углерода с массовым числом $A=14$.

3. Число нейтронов ($n^0$) в ядре вычисляется как разность между массовым и зарядовым числами:
$N(n^0) = A - Z = 14 - 6 = 8$.

Таким образом, ядро изотопа углерода-14 состоит из 6 протонов и 8 нейтронов.

Ответ:ядро атома $^{14}\text{C}$ содержит 6 протонов и 8 нейтронов.

Схема электронного строения атома углерода $^{14}\text{C}$

Решение

1. Электронное строение атома определяется его зарядом ядра, то есть числом протонов. Оно не зависит от числа нейтронов, поэтому для всех изотопов углерода электронное строение одинаково. Атом электронейтрален, поэтому число электронов ($e^−$) в нем равно числу протонов в ядре. Для атома углерода число электронов равно 6.

2. Углерод находится во втором периоде периодической системы, что означает, что его 6 электронов расположены на двух электронных слоях (энергетических уровнях).

3. Распределение электронов по слоям происходит согласно правилам заполнения:
- на первом, ближайшем к ядру слое, может находиться не более 2 электронов;
- остальные электроны ($6 - 2 = 4$) располагаются на втором, внешнем слое.

4. Схема строения атома углерода выглядит следующим образом: указывается заряд ядра, а затем по дугам (обозначающим электронные слои) — число электронов на каждом слое.
Заряд ядра: $+6$.
Распределение электронов по слоям: 2, 4.
Схема: $+6~ )_2~ )_4$

Полная электронная конфигурация атома углерода записывается как $1s^22s^22p^2$.

Ответ:схема электронного строения атома $^{14}\text{C}$ имеет вид: $+6~ )_2~ )_4$. Электронная формула: $1s^22s^22p^2$.

14. Природный галлий состоит из двух изотопов: $^\text{71}$Ga и $^\text{69}$Ga.

Определите процентное содержание каждого изотопа в земной коре, если средняя относительная атомная масса галлия равна 69,72.

Дано:

Природный галлий состоит из изотопов: $^{71}\text{Ga}$ и $^{69}\text{Ga}$

Средняя относительная атомная масса галлия $A_r(\text{Ga}) = 69.72$ а.е.м.

Массовые числа изотопов (примем их равными относительным атомным массам изотопов):

$A_r(^{71}\text{Ga}) \approx 71$

$A_r(^{69}\text{Ga}) \approx 69$

Найти:

Процентное содержание $\omega(^{71}\text{Ga})$ и $\omega(^{69}\text{Ga})$

Решение:

Средняя относительная атомная масса элемента рассчитывается как сумма произведений масс его изотопов на их мольные доли (распространенность в природе).

Обозначим мольную долю изотопа $^{69}\text{Ga}$ через $x$. Поскольку сумма долей всех изотопов равна 1 (или 100%), то мольная доля изотопа $^{71}\text{Ga}$ будет равна $(1 - x)$.

Формула для расчета средней относительной атомной массы галлия будет выглядеть следующим образом:

$A_r(\text{Ga}) = A_r(^{69}\text{Ga}) \cdot \omega(^{69}\text{Ga}) + A_r(^{71}\text{Ga}) \cdot \omega(^{71}\text{Ga})$

Подставим наши обозначения и известные значения в формулу:

$69.72 = 69 \cdot x + 71 \cdot (1 - x)$

Теперь решим это уравнение относительно $x$:

$69.72 = 69x + 71 - 71x$

$69.72 = 71 - 2x$

$2x = 71 - 69.72$

$2x = 1.28$

$x = \frac{1.28}{2}$

$x = 0.64$

Таким образом, мольная доля изотопа $^{69}\text{Ga}$ составляет 0.64. Чтобы выразить это в процентах, умножим на 100%:

$\omega(^{69}\text{Ga}) = 0.64 \cdot 100\% = 64\%$

Теперь найдем долю изотопа $^{71}\text{Ga}$:

$\omega(^{71}\text{Ga}) = (1 - x) \cdot 100\% = (1 - 0.64) \cdot 100\% = 0.36 \cdot 100\% = 36\%$

Проверим правильность решения: $69 \cdot 0.64 + 71 \cdot 0.36 = 44.16 + 25.56 = 69.72$. Результат совпадает с данным в условии.

Ответ: Процентное содержание изотопа $^{69}\text{Ga}$ равно 64%, а изотопа $^{71}\text{Ga}$ - 36%.

1. Заряд ядра атома равен

1) нулю

2) числу нейтронов в ядре

3) числу протонов в ядре

4) сумме числа протонов и нейтронов в ядре

Решение

Атомное ядро состоит из элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов. Эти частицы, составляющие ядро, объединяются под общим названием нуклоны.
Протоны ($p^+$) являются положительно заряженными частицами. Величина заряда одного протона равна элементарному электрическому заряду, обозначаемому $e$. $e \approx 1.6 \times 10^{-19}$ Кл.
Нейтроны ($n^0$) — это нейтральные частицы, они не имеют электрического заряда.
Общий электрический заряд ядра атома представляет собой сумму зарядов всех входящих в него частиц. Так как нейтроны электрически нейтральны, весь заряд ядра определяется исключительно протонами.
Если в ядре находится $Z$ протонов, то его суммарный заряд $q_{ядра}$ вычисляется по формуле: $q_{ядра} = Z \cdot e$
Величину $Z$ называют зарядовым числом ядра. Оно равно количеству протонов в ядре и совпадает с порядковым номером химического элемента в таблице Менделеева. Таким образом, заряд ядра (в единицах элементарного заряда) равен числу протонов в нем.

Проанализируем предложенные варианты:
1) нулю - Неверно. Ядро всегда заряжено положительно из-за наличия протонов. Электрически нейтрален атом в целом, так как положительный заряд ядра компенсируется отрицательным зарядом электронов на орбиталях.
2) числу нейтронов в ядре - Неверно. Нейтроны не имеют заряда и не вносят вклад в общий заряд ядра.
3) числу протонов в ядре - Верно. Зарядовое число ядра равно количеству протонов.
4) сумме числа протонов и нейтронов в ядре - Неверно. Сумма числа протонов ($Z$) и нейтронов ($N$) называется массовым числом ($A$) и характеризует относительную массу ядра, но не его заряд.

Ответ: 3) числу протонов в ядре.

2. Число электронов в атоме равно

1) числу протонов в ядре атома

2) заряду ядра атома

3) порядковому номеру элемента

4) все ответы верны

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать строение атома и основные определения, связанные с ним. Атом в своем нормальном (неионизированном) состоянии является электрически нейтральной частицей. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, которые движутся вокруг него.

Решение

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов ответа по отдельности.

1) числу протонов в ядре атома
Ядро атома состоит из протонов, имеющих положительный заряд ($+e$), и нейтронов, не имеющих заряда. Электроны, в свою очередь, обладают отрицательным зарядом ($-e$), равным по модулю заряду протона. Так как атом в целом электронейтрален, суммарный положительный заряд ядра должен компенсироваться суммарным отрицательным зарядом всех электронов. Это условие выполняется только тогда, когда количество электронов в атоме равно количеству протонов в его ядре. Таким образом, данное утверждение верно.

2) заряду ядра атома
Заряд ядра определяется числом содержащихся в нем протонов ($Z$). Полный заряд ядра выражается формулой $Q_{ядра} = Z \cdot e$, где $e$ — элементарный электрический заряд ($e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл). Строго говоря, число электронов (безразмерная величина) не может быть равно заряду ядра (физической величине, измеряемой в кулонах). Однако в химии и атомной физике под "зарядом ядра" часто понимают **зарядовое число** ядра, то есть целое число $Z$. Это число показывает, во сколько раз заряд ядра больше элементарного заряда. Поскольку число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов $Z$, то в этом контексте можно считать, что число электронов равно "заряду ядра". Следовательно, это утверждение также считается верным.

3) порядковому номеру элемента
Порядковый номер элемента в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (также называемый атомным номером) по определению равен числу протонов в ядре атома. Как мы выяснили в пункте 1, число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов. Отсюда следует, что число электронов в атоме равно его порядковому номеру. Данное утверждение также верно.

4) все ответы верны
Поскольку все три предыдущих утверждения являются верными (с учетом общепринятой трактовки пункта 2), правильным является вариант, который объединяет их все. Число электронов в нейтральном атоме, число протонов в ядре, порядковый номер элемента и зарядовое число ядра — все эти величины численно равны друг другу.

Ответ: 4) все ответы верны