Страница 105 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Атом фтора содержит

1) 9 протонов и 19 электронов

2) 19 протонов и 19 электронов

3) 9 протонов и 9 электронов

4) 19 протонов и 9 электронов

Решение

Чтобы определить количество протонов и электронов в атоме фтора, необходимо использовать периодическую систему химических элементов.

1. Определение числа протонов. Число протонов в ядре атома химического элемента равно его порядковому номеру в периодической системе. Фтор (химический символ F) имеет порядковый номер 9. Следовательно, в атоме фтора содержится 9 протонов.

2. Определение числа электронов. Атом в основном состоянии является электронейтральным. Это означает, что суммарный положительный заряд ядра (создаваемый протонами) равен суммарному отрицательному заряду электронной оболочки (создаваемому электронами). Таким образом, число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов. Поскольку в атоме фтора 9 протонов, в нем также содержится 9 электронов.

Исходя из этого, атом фтора содержит 9 протонов и 9 электронов. Проанализируем предложенные варианты.

1) 9 протонов и 19 электронов
Неверно. Частица с 9 протонами и 19 электронами является ионом фтора с зарядом $9 - 19 = -10$, а не нейтральным атомом.

2) 19 протонов и 19 электронов
Неверно. Атом с 19 протонами является атомом калия (K), а не фтора.

3) 9 протонов и 9 электронов
Верно. Это состав нейтрального атома фтора, где число протонов равно числу электронов.

4) 19 протонов и 9 электронов
Неверно. Частица с 19 протонами является ионом калия (K), а не атомом фтора.

Ответ: 3

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

1) 13 и 27

2) 14 и 13

3) 13 и 14

4) 13 и 13

Дано:

Химический элемент: Алюминий (Al).

Рассматривается самый распространённый изотоп.

Найти:

Число протонов ($Z$) — ?

Число нейтронов ($N$) — ?

Решение:

1. Определение числа протонов ($Z$).

Число протонов в ядре атома химического элемента совпадает с его порядковым (атомным) номером в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Алюминий (Al) имеет порядковый номер 13.

Следовательно, число протонов в ядре алюминия равно 13.

$Z = 13$

2. Определение числа нейтронов ($N$).

Число нейтронов можно найти, зная массовое число ($A$) самого распространённого изотопа. Массовое число — это общее количество протонов и нейтронов в ядре ($A = Z + N$). Для наиболее распространённого (и стабильного) изотопа его массовое число представляет собой ближайшее целое к значению относительной атомной массы элемента.

Относительная атомная масса алюминия составляет примерно 26,98. Округляя до ближайшего целого, получаем массовое число самого распространённого изотопа алюминия:

$A = 27$

Теперь можно вычислить число нейтронов по формуле:

$N = A - Z$

Подставляя известные значения, получаем:

$N = 27 - 13 = 14$

Таким образом, в ядре самого распространённого изотопа алюминия содержится 13 протонов и 14 нейтронов. В вопросе требуется указать эти числа "соответственно", то есть сначала число протонов, а затем число нейтронов.

Полученная пара чисел (13 и 14) соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3) 13 и 14

5. У элементов главных подгрупп (А-групп) номер группы соответствует

1) числу электронов на внешнем электронном слое атома

2) числу энергетических уровней в атоме

3) высшей валентности элемента

4) числу нейтронов в ядре атома

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать, какая из перечисленных характеристик атома элемента главной подгруппы (А-группы) напрямую связана с номером группы в Периодической системе химических элементов.

1) числу электронов на внешнем электронном слое атома. Это утверждение является основным физическим смыслом номера группы для элементов главных подгрупп. Количество валентных электронов (то есть электронов на внешнем электронном слое) у этих элементов в точности равно номеру группы. Например, элементы IА группы (щелочные металлы) имеют по 1 валентному электрону. Элементы IVA группы (например, углерод, кремний) имеют по 4 валентных электрона. Галогены, элементы VIIA группы, имеют по 7 валентных электронов. Это фундаментальное правило, на котором основана периодичность химических свойств, и оно не имеет исключений для элементов главных подгрупп (кроме гелия, который относят к VIII группе по инертности, имея 2 валентных электрона). Данное утверждение является верным.

2) числу энергетических уровней в атоме. Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме определяется номером периода, а не группы. Например, все элементы 1-го периода (водород и гелий) имеют один энергетический уровень. Все элементы 2-го периода (от лития до неона) имеют два энергетических уровня, и так далее. Таким образом, это утверждение неверно.

3) высшей валентности элемента. Для большинства элементов главных подгрупп их высшая валентность действительно совпадает с номером группы. Например, для азота (VA группа) высшая валентность равна V (например, в оксиде $N_2O_5$), для серы (VIA группа) — VI (в $SF_6$). Однако существуют важные исключения. Самые известные — кислород (VIA группа), чья валентность почти всегда равна II, и фтор (VIIA группа), чья валентность строго равна I. Поскольку это правило имеет исключения, оно менее универсально, чем правило о числе валентных электронов.

4) числу нейтронов в ядре атома. Число нейтронов в ядре не имеет прямой связи с номером группы. Число нейтронов может быть разным даже для атомов одного и того же элемента (в так называемых изотопах). Оно вычисляется как разность между массовым числом и порядковым номером элемента и не коррелирует с положением элемента в группе. Это утверждение неверно.

Таким образом, единственным абсолютно верным и универсальным утверждением для всех элементов главных подгрупп является то, что номер группы соответствует числу электронов на внешнем электронном слое.

Ответ: 1

6. Число электронов на внешнем слое атома кремния равно

1) 2

2) 4

3) 14

4) 28

Дано:

Атом химического элемента - кремний (Si).

Найти:

Число электронов на внешнем слое атома кремния.

Решение:

Для определения числа электронов на внешнем электронном слое атома кремния можно воспользоваться периодической таблицей химических элементов.

1. Находим кремний (Si) в периодической таблице. Его порядковый номер 14. Это означает, что общее число электронов в нейтральном атоме кремния равно 14.

2. Определяем положение кремния в таблице. Кремний расположен в 3-м периоде и в 14-й группе (или IVA группе по старой классификации).

Номер группы для элементов главных подгрупп (к которым относится кремний) соответствует числу электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Так как кремний находится в 14-й (IVA) группе, у него 4 электрона на внешнем слое.

Другой способ — расписать электронную конфигурацию атома кремния. Распределим все 14 электронов по энергетическим уровням и подуровням:

Электронная формула кремния: $Si: +14) \ 2e^-; 8e^-; 4e^-$.

Более подробно, по орбиталям: $1s^22s^22p^63s^23p^2$.

Внешним является третий энергетический уровень (главное квантовое число $n=3$). На этом уровне находятся $3s$- и $3p$-подуровни. Суммируя число электронов на этих подуровнях, получаем: $2 + 2 = 4$ электрона.

Оба способа дают одинаковый результат: на внешнем слое атома кремния 4 электрона.

Среди предложенных вариантов:

1) 2 – неверно.

2) 4 – верно.

3) 14 – неверно, это общее число электронов в атоме кремния (равно его порядковому номеру).

4) 28 – неверно, это относительная атомная масса кремния, округленная до целого числа.

Ответ: 2) 4.

7. Одинаковое число электронов на внешнем слое имеют элементы

1) Cl и S

2) N и O

3) Cl и Br

4) O и P

Число электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов) у атомов химических элементов главных подгрупп соответствует номеру группы в Периодической системе Д.И. Менделеева. Элементы, которые находятся в одной и той же группе (главной подгруппе), имеют одинаковое количество валентных электронов. Проанализируем каждую пару элементов.

1) Cl и S
Хлор (Cl) находится в 17-й группе (VIIA группе) Периодической системы. Электронная конфигурация его внешнего слоя — $3s^23p^5$. У атома хлора 7 валентных электронов.
Сера (S) находится в 16-й группе (VIA группе). Электронная конфигурация её внешнего слоя — $3s^23p^4$. У атома серы 6 валентных электронов.
Число электронов на внешнем слое у этих элементов не совпадает (7 ≠ 6).

2) N и O
Азот (N) — элемент 15-й группы (VA группы). Электронная конфигурация его внешнего слоя — $2s^22p^3$. У атома азота 5 валентных электронов.
Кислород (O) — элемент 16-й группы (VIA группы). Электронная конфигурация его внешнего слоя — $2s^22p^4$. У атома кислорода 6 валентных электронов.
Число электронов на внешнем слое у этих элементов не совпадает (5 ≠ 6).

3) Cl и Br
Хлор (Cl) находится в 17-й группе (VIIA группе). На его внешнем слое 7 электронов (конфигурация $3s^23p^5$).
Бром (Br) также находится в 17-й группе (VIIA группе). На его внешнем слое также 7 электронов (конфигурация $4s^24p^5$).
Поскольку хлор и бром расположены в одной группе, у них одинаковое число электронов на внешнем слое. Эта пара является правильным ответом.

4) O и P
Кислород (O) — элемент 16-й группы (VIA группы). На его внешнем слое 6 электронов (конфигурация $2s^22p^4$).
Фосфор (P) — элемент 15-й группы (VA группы). На его внешнем слое 5 электронов (конфигурация $3s^23p^3$).
Число электронов на внешнем слое у этих элементов не совпадает (6 ≠ 5).

Ответ: 3) Cl и Br.

8. Распределение электронов по электронным слоям обозначаются числами $2, 8, 3$ в атоме

1) алюминия

2) азота

3) серы

4) кремния

Дано:

Распределение электронов по электронным слоям в атоме: 2, 8, 3

Варианты ответов: 1) алюминий, 2) азот, 3) сера, 4) кремний

Найти:

Химический элемент, которому соответствует данное распределение электронов.

Решение:

Распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням) показывает, сколько электронов находится на каждом уровне, начиная от ближайшего к ядру.

Чтобы определить химический элемент, необходимо найти общее количество электронов в его атоме. Для этого нужно сложить количество электронов на всех слоях: $2 + 8 + 3 = 13$

Общее число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов в ядре. Число протонов, в свою очередь, определяет порядковый номер элемента ($Z$) в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Следовательно, мы ищем элемент с порядковым номером $Z = 13$.

Теперь проверим каждый из предложенных вариантов:

1) алюминия
Алюминий (Al) — химический элемент с порядковым номером 13. Он расположен в 3-м периоде, что означает наличие у его атома трех электронных слоев. Он находится в 13-й группе (IIIA подгруппе), что указывает на 3 электрона на внешнем слое. Распределение электронов по слоям для алюминия: 2, 8, 3. Этот вариант подходит.

2) азота
Азот (N) — химический элемент с порядковым номером 7. Его распределение электронов по слоям: 2, 5.

3) серы
Сера (S) — химический элемент с порядковым номером 16. Его распределение электронов по слоям: 2, 8, 6.

4) кремния
Кремний (Si) — химический элемент с порядковым номером 14. Его распределение электронов по слоям: 2, 8, 4.

Сравнив полученные данные, делаем вывод, что распределение электронов 2, 8, 3 соответствует атому алюминия.

Ответ: 1) алюминия.

9. Выберите химический элемент, которому соответствует неполная электронная схема

$\textcircled{+X}})) \atop 2 \quad 5$

1) магний

2) азот

3) бор

4) фосфор

Решение

В задании представлена схема строения атома химического элемента. Разберем ее по частям.

Схема +X) ) ) с числами 2 n 5 под дугами описывает распределение электронов по энергетическим уровням (электронным слоям).

• +X — это заряд ядра атома, который численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. В нейтральном атоме число протонов (заряд ядра) равно общему числу электронов.
• Три дуги ) ) ) обозначают три электронных слоя.
• Числа 2, n, 5 под дугами указывают на количество электронов на каждом слое соответственно:
  • на первом электронном слое — 2 электрона;
  • на втором электронном слое — n электронов;
  • на третьем (внешнем) электронном слое — 5 электронов.

Согласно принципу заполнения электронных оболочек, электроны сначала заполняют слои, расположенные ближе к ядру. Поскольку у данного элемента есть электроны на третьем энергетическом уровне, это означает, что первые два уровня полностью заполнены.

Максимальная вместимость первого электронного слоя составляет 2 электрона. В нашей схеме на нем и находится 2 электрона, так что он заполнен.

Максимальная вместимость второго электронного слоя составляет 8 электронов. Так как третий слой уже начал заполняться, второй слой должен быть заполнен полностью. Следовательно, переменная n равна 8.

Таким образом, электронная конфигурация атома данного элемента: 2 электрона на первом слое, 8 электронов на втором и 5 электронов на третьем. Схема распределения электронов по слоям: 2, 8, 5.

Теперь найдем общее число электронов в атоме, сложив их количество на всех слоях: $2 + 8 + 5 = 15$ электронов.

Поскольку атом электронейтрален, число электронов равно числу протонов в ядре, то есть порядковому номеру элемента (Z). Значит, $Z = 15$.

Элемент с порядковым номером 15 в периодической таблице — это фосфор (P).

Сравним наш результат с предложенными вариантами ответа:

1. магний (Mg) — порядковый номер 12, электронная схема 2, 8, 2.
2. азот (N) — порядковый номер 7, электронная схема 2, 5.
3. бор (B) — порядковый номер 5, электронная схема 2, 3.
4. фосфор (P) — порядковый номер 15, электронная схема 2, 8, 5.

Наш результат совпадает с вариантом 4.

Ответ: 4) фосфор

10. Верны ли утверждения об атоме?

А. Совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра называют химическим элементом.

Б. В ядре атома сосредоточена практически вся масса атома.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Для того чтобы определить верный вариант ответа, необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений.

А. Совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра называют химическим элементом.
Данное утверждение является точным определением понятия "химический элемент". Ключевой характеристикой атома, которая определяет его химические свойства и место в Периодической системе, является заряд его ядра. Заряд ядра ($q_{ядра}$) равен произведению числа протонов ($Z$) на элементарный заряд ($e$): $q_{ядра} = Z \cdot e$. Все атомы с одинаковым числом протонов (то есть с одинаковым зарядом ядра) относятся к одному и тому же химическому элементу. Например, любой атом, содержащий в ядре 8 протонов, является атомом кислорода. Следовательно, утверждение А является верным.

Б. В ядре атома сосредоточена практически вся масса атома.
Атом состоит из атомного ядра, в котором находятся протоны и нейтроны (общее название — нуклоны), и электронной оболочки, состоящей из электронов. Сравним массы этих частиц: масса протона ($m_p$) приблизительно равна $1,6726 \times 10^{-27}$ кг, масса нейтрона ($m_n$) — $1,6749 \times 10^{-27}$ кг, а масса электрона ($m_e$) — всего $9,1094 \times 10^{-31}$ кг. Отношение массы протона к массе электрона составляет $m_p / m_e \approx 1836$. Это означает, что протоны и нейтроны значительно массивнее электронов. Поскольку все тяжелые частицы (протоны и нейтроны) находятся в ядре, а легкие электроны — вне его, масса ядра составляет более 99,9% от всей массы атома. Таким образом, утверждение Б также является верным.

Поскольку оба утверждения, А и Б, верны, следует выбрать вариант ответа, который это отражает.

Ответ: 3) оба утверждения верны

11. Выберите характеристики атома:

1) элементарная частица

2) количество электронов в атоме определяется по разности между массовым числом и порядковым номером химического элемента

3) наименьшая электронейтральная частица химического элемента, состоящая из ядра и электронной оболочки

4) содержит одинаковое число протонов и нейтронов

5) положительно заряженная элементарная частица

Для определения правильной характеристики атома проанализируем каждое утверждение.

1) элементарная частица

Это утверждение неверно. Атом является сложной частицей, так как состоит из ядра (которое, в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов) и электронов, вращающихся вокруг ядра. Элементарными называют частицы, которые в рамках современных физических теорий считаются бесструктурными (например, электрон, фотон, кварки).

2) количество электронов в атоме определяется по разности между массовым числом и порядковым номером химического элемента

Это утверждение неверно. В электронейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов. Количество протонов определяется порядковым номером элемента $Z$ в периодической таблице. Разность между массовым числом $A$ (общее число протонов и нейтронов) и порядковым номером $Z$ (число протонов) определяет количество нейтронов $N$ в ядре: $N = A - Z$.

3) наименьшая электронейтральная частица химического элемента, состоящая из ядра и электронной оболочки

Это утверждение верно. Данное определение точно описывает атом. Атом — это наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его свойств. Он состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки. Так как число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке, атом в целом является электронейтральным.

4) содержит одинаковое число протонов и нейтронов

Это утверждение неверно. Равенство числа протонов ($Z$) и нейтронов ($N$) характерно только для некоторых изотопов лёгких элементов (например, гелий-4 $_{2}^{4}\text{He}$, углерод-12 $_{6}^{12}\text{C}$). У большинства атомов, особенно у тяжёлых элементов, число нейтронов превышает число протонов (например, уран-238 $_{92}^{238}\text{U}$ содержит 92 протона и 146 нейтронов).

5) положительно заряженная элементарная частица

Это утверждение неверно. Атом по определению электронейтрален. Частица, образовавшаяся из атома и имеющая положительный заряд, называется положительным ионом или катионом. Кроме того, как было указано в пункте 1, атом не является элементарной частицей.

Таким образом, единственной верной характеристикой атома из предложенных является утверждение под номером 3.

Ответ: 3