Страница 106 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между элементом и составом его атома.

ЭЛЕМЕНТ

А) углерод

Б) калий

СОСТАВ АТОМА

1) $6p, 7n, 6e$

2) $19p, 21n, 19e$

3) $6p, 8n, 6e$

4) $19p, 20n, 18e$

5) $19p, 20n, 19e$

Решение

Для установления соответствия необходимо определить состав атома каждого элемента на основе его положения в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Ключевые принципы:

• Порядковый номер элемента (Z) равен числу протонов (p) в ядре атома.
• В нейтральном атоме число электронов (e) равно числу протонов.
• Массовое число (A) атома равно сумме числа протонов и нейтронов (n): $A = Z + n$.

А) углерод

Углерод (C) находится в периодической таблице под номером 6. Это означает, что любой атом углерода содержит 6 протонов. Так как атом является электронейтральной частицей, он должен содержать 6 электронов.

В предложенных вариантах ответа этому условию (6 протонов и 6 электронов) соответствуют варианты 1 и 3:

• 1) 6p, 7n, 6e. Состав соответствует изотопу углерода с массовым числом $A = 6 + 7 = 13$ (углерод-13, $^{13}C$).
• 3) 6p, 8n, 6e. Состав соответствует изотопу углерода с массовым числом $A = 6 + 8 = 14$ (углерод-14, $^{14}C$).

Наиболее распространенным в природе является изотоп углерод-12 (6n), которого нет в вариантах. Между предложенными вариантами, изотоп $^{13}C$ является стабильным и вторым по распространенности (~1.1%), в то время как $^{14}C$ — радиоактивный и встречается в следовых количествах. Поэтому вариант 1 является наиболее вероятным соответствием.

Ответ: 1.

Б) калий

Калий (K) находится в периодической таблице под номером 19. Следовательно, атом калия содержит 19 протонов и, будучи нейтральным, 19 электронов.

Рассмотрим варианты с 19 протонами:

• 2) 19p, 21n, 19e. Состав соответствует изотопу калия с массовым числом $A = 19 + 21 = 40$ (калий-40, $^{40}K$).
• 4) 19p, 20n, 18e. Число электронов (18) не равно числу протонов (19), поэтому это ион калия $K^+$, а не атом. Вариант не подходит.
• 5) 19p, 20n, 19e. Состав соответствует изотопу калия с массовым числом $A = 19 + 20 = 39$ (калий-39, $^{39}K$).

Относительная атомная масса калия составляет примерно 39,1 а.е.м. Это значение близко к 39, что указывает на то, что изотоп $^{39}K$ является наиболее распространенным в природе (более 93%). Поэтому вариант 5 является правильным соответствием.

Ответ: 5.

13. Во время ядерных испытаний атмосфера загрязняется радиоактивными изотопами. Наибольшую опасность представляют изотопы стронция-90, цезия-137, иода-131. Напишите химические символы этих изотопов. Определите количество нейтронов в ядре каждого из них.

Дано:

Изотоп стронций-90

Изотоп цезий-137

Изотоп иод-131

Найти:

1. Химические символы этих изотопов.

2. Количество нейтронов $N$ в ядре каждого изотопа.

Решение:

Общая форма записи химического символа изотопа: $_{Z}^{A}X$. В этой записи $X$ — это символ химического элемента из периодической таблицы, $A$ — это массовое число (сумма протонов и нейтронов), а $Z$ — это зарядовое число (количество протонов), которое равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Число нейтронов $N$ в ядре атома определяется как разность между массовым числом $A$ и зарядовым числом $Z$: $N = A - Z$.

Стронций-90

Элемент стронций имеет химический символ Sr. Его порядковый номер в периодической таблице равен 38, значит, зарядовое число $Z = 38$. Массовое число $A$ указано в названии изотопа и равно 90.

Химический символ изотопа стронция-90: $_{38}^{90}\text{Sr}$.

Определим количество нейтронов в ядре:

$N = A - Z = 90 - 38 = 52$

Ответ: химический символ стронция-90 – $_{38}^{90}\text{Sr}$, количество нейтронов – 52.

Цезий-137

Элемент цезий имеет химический символ Cs. Его порядковый номер в периодической таблице равен 55, следовательно, зарядовое число $Z = 55$. Массовое число $A$ равно 137.

Химический символ изотопа цезия-137: $_{55}^{137}\text{Cs}$.

Определим количество нейтронов в ядре:

$N = A - Z = 137 - 55 = 82$

Ответ: химический символ цезия-137 – $_{55}^{137}\text{Cs}$, количество нейтронов – 82.

Иод-131

Элемент иод (в старой литературе йод) имеет химический символ I. Его порядковый номер в периодической таблице равен 53, поэтому зарядовое число $Z = 53$. Массовое число $A$ равно 131.

Химический символ изотопа иода-131: $_{53}^{131}\text{I}$.

Определим количество нейтронов в ядре:

$N = A - Z = 131 - 53 = 78$

Ответ: химический символ иода-131 – $_{53}^{131}\text{I}$, количество нейтронов – 78.

14. Относительная атомная масса брома, приведённая в Периодической системе химических элементов, равна 80. Однако в природе бром представлен изотопами $ ^{79}\text{Br} $ и $ ^{81}\text{Br} $. На основе расчётов сделайте вывод о распространённости изотопов брома в природе.

Дано:
Относительная атомная масса брома $Ar(\text{Br}) = 80$.
Природные изотопы брома: $^{79}\text{Br}$ и $^{81}\text{Br}$.
Примем атомные массы изотопов равными их массовым числам:
$Ar(^{79}\text{Br}) = 79$
$Ar(^{81}\text{Br}) = 81$

Найти:
Распространенность изотопов $^{79}\text{Br}$ и $^{81}\text{Br}$ в природе (в %).

Решение:
Относительная атомная масса элемента, указанная в Периодической системе, является средневзвешенной величиной атомных масс его природных изотопов с учетом их распространенности.
Формула для расчета: $Ar(Э) = \omega_1 \cdot Ar_1 + \omega_2 \cdot Ar_2 + ... + \omega_n \cdot Ar_n$
где $Ar(Э)$ – относительная атомная масса элемента, $Ar_1, Ar_2, ..., Ar_n$ – относительные атомные массы его изотопов, а $\omega_1, \omega_2, ..., \omega_n$ – их мольные доли (распространенность в природе). Сумма мольных долей всех изотопов равна 1 ($\omega_1 + \omega_2 + ... + \omega_n = 1$).

Обозначим распространенность изотопа $^{79}\text{Br}$ как $x$. Тогда $\omega(^{79}\text{Br}) = x$.
Поскольку бром имеет только два стабильных изотопа, сумма их долей равна 1. Следовательно, распространенность изотопа $^{81}\text{Br}$ будет равна $(1 - x)$. То есть, $\omega(^{81}\text{Br}) = 1 - x$.

Подставим известные значения в формулу для средней атомной массы брома:
$Ar(\text{Br}) = \omega(^{79}\text{Br}) \cdot Ar(^{79}\text{Br}) + \omega(^{81}\text{Br}) \cdot Ar(^{81}\text{Br})$
$80 = x \cdot 79 + (1 - x) \cdot 81$

Решим это уравнение относительно $x$:
$80 = 79x + 81 - 81x$
$80 = 81 - 2x$
$2x = 81 - 80$
$2x = 1$
$x = \frac{1}{2} = 0.5$

Таким образом, распространенность изотопа $^{79}\text{Br}$ составляет 0.5 или 50%.
$\omega(^{79}\text{Br}) = 0.5 \cdot 100\% = 50\%$

Теперь найдем распространенность изотопа $^{81}\text{Br}$:
$\omega(^{81}\text{Br}) = 1 - x = 1 - 0.5 = 0.5$
$\omega(^{81}\text{Br}) = 0.5 \cdot 100\% = 50\%$

Вывод: на основе расчетов можно заключить, что природные изотопы брома $^{79}\text{Br}$ и $^{81}\text{Br}$ встречаются в природе примерно в равных количествах.

Ответ: распространенность изотопа $^{79}\text{Br}$ в природе составляет примерно 50%, и распространенность изотопа $^{81}\text{Br}$ также составляет примерно 50%.

1. Заряд ядра атома равен

1) разности между числом протонов и электронов в атоме

2) числу протонов в ядре

3) числу нейтронов в ядре

4) сумме числа протонов и электронов в атоме

Решение

Атомное ядро состоит из нуклонов — протонов и нейтронов. Протоны являются положительно заряженными частицами, заряд каждого протона равен элементарному заряду $e$. Нейтроны не имеют электрического заряда (они нейтральны). Электроны, вращающиеся вокруг ядра, имеют отрицательный заряд, но они не входят в состав ядра.

Следовательно, заряд всего ядра определяется суммой зарядов входящих в него протонов. Если ядро содержит $Z$ протонов, то его общий заряд $Q_{ядра}$ вычисляется по формуле: $Q_{ядра} = Z \cdot (+e)$ Таким образом, заряд ядра (в единицах элементарного заряда) численно равен количеству протонов в нем. Это число $Z$ также называют зарядовым числом ядра или атомным номером химического элемента.

Проанализируем предложенные варианты ответа:
1) Разность между числом протонов и электронов в атоме определяет заряд иона, а для нейтрального атома эта разность равна нулю. Заряд ядра при этом не изменяется.
3) Число нейтронов в ядре влияет на массу ядра (массовое число $A = Z + N$), но не на его заряд, так как нейтроны нейтральны.
4) Сумма числа протонов и электронов в атоме не является физической величиной, определяющей заряд ядра.

Таким образом, единственно верным утверждением является то, что заряд ядра атома равен числу протонов в ядре (в единицах элементарного заряда).

Ответ: 2) числу протонов в ядре.

2. В состав атома входят

1) протоны

2) нейтроны и электроны

3) протоны и нейтроны

4) протоны, нейтроны и электроны

Решение

Атом — это наименьшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Согласно современным научным представлениям, основанным на планетарной модели Резерфорда-Бора, атом имеет сложное строение. Он состоит из центрального атомного ядра и движущихся вокруг него электронов, которые образуют электронную оболочку.

Атомное ядро, в свою очередь, состоит из частиц, называемых нуклонами:
• Протоны (p⁺): это положительно заряженные частицы. Количество протонов в ядре, называемое зарядовым числом ($Z$), уникально для каждого химического элемента и определяет его свойства.
• Нейтроны (n⁰): это частицы, не имеющие электрического заряда (нейтральные). Нейтроны вместе с протонами составляют основную массу атома.

Электроны (e⁻) — это отрицательно заряженные частицы. В электрически нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, благодаря чему суммарный заряд атома равен нулю.

Таким образом, для полного описания состава атома необходимо учесть все три типа частиц. Проанализируем предложенные варианты ответа:

1) протоны – неверно, это лишь одна из трёх основных составляющих. Атомы большинства элементов содержат также нейтроны и электроны.
2) нейтроны и электроны – неверно, отсутствует протон, который является ключевой частицей, определяющей сам химический элемент.
3) протоны и нейтроны – неверно, это описание состава только атомного ядра, а не всего атома целиком. Электроны не учтены.
4) протоны, нейтроны и электроны – верно, этот вариант перечисляет все три типа фундаментальных частиц, из которых состоит атом.

Ответ: 4) протоны, нейтроны и электроны.