Страница 108 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Выберите характеристики атомного ядра:

1) содержит протоны и нейтроны, суммарная масса которых равна массовому числу атома

2) не имеет заряда

3) имеет незначительную массу в сравнении с массой всего атома

4) имеет положительный заряд, величина которого равна по-рядковому номеру химического элемента

5) содержит только протоны

Решение

Для выбора правильных характеристик атомного ядра необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений.

1) содержит протоны и нейтроны, суммарная масса которых равна массовому числу атома

Атомное ядро действительно состоит из протонов и нейтронов, которые вместе называются нуклонами. Исключением является ядро самого распространенного изотопа водорода — протия ($^1_1H$), которое состоит только из одного протона. В общем случае первая часть утверждения верна.
Однако вторая часть — "суммарная масса которых равна массовому числу атома" — физически некорректна. Массовое число ($A$) — это общее количество нуклонов в ядре, то есть это безразмерная целочисленная величина. Масса же — это физическая величина, измеряемая в единицах массы (например, в кг или а.е.м.). Кроме того, масса ядра ($m_{ядра}$) всегда меньше суммы масс составляющих его протонов ($m_p$) и нейтронов ($m_n$) из-за дефекта масс: $m_{ядра} < Z \cdot m_p + N \cdot m_n$. Эта разница масс соответствует энергии связи ядра. Несмотря на эту неточность, в контексте школьного курса данное утверждение часто считают условно верным, так как оно указывает на состав ядра и его связь с массовым числом.

2) не имеет заряда

Это утверждение неверно. Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Вследствие этого ядро всегда имеет положительный электрический заряд (за исключением гипотетических чисто нейтронных объектов). Электронейтральным является атом в целом, где положительный заряд ядра компенсируется отрицательным зарядом электронов.

3) имеет незначительную массу в сравнении с массой всего атома

Это утверждение неверно. Масса протона и нейтрона примерно в 1840 раз больше массы электрона. Так как все протоны и нейтроны находятся в ядре, в нём сосредоточено более 99,9% всей массы атома. Масса ядра является основной, а не незначительной, частью массы атома.

4) имеет положительный заряд, величина которого равна порядковому номеру химического элемента

Это утверждение полностью корректно. Заряд ядра обусловлен наличием протонов. Количество протонов ($Z$) в ядре определяет его заряд и является порядковым номером элемента в периодической системе Д.И. Менделеева. Заряд ядра равен $Q_{ядра} = +Z \cdot e$, где $e$ — элементарный заряд. Если выражать заряд ядра в единицах элементарного заряда, его величина численно равна порядковому номеру.

5) содержит только протоны

Это утверждение неверно как общая характеристика. Оно справедливо только для ядра изотопа водорода-1 (протия). Ядра всех остальных элементов и их изотопов содержат в своем составе как протоны, так и нейтроны.

Таким образом, утверждения 2, 3 и 5 однозначно неверны. Утверждение 4 является полностью верным. Утверждение 1, несмотря на неточность в формулировке, описывает фундаментальное свойство ядра — его нуклонный состав, и в задачах с множественным выбором часто принимается как верное в паре с утверждением 4, описывающим заряд.

Ответ: 1, 4.

12. Установите соответствие между элементом и составом его атома.

ЭЛЕМЕНТ

A) сера

Б) кислород

СОСТАВ АТОМА

1) $16p, 16n, 16e$

2) $16p, 17n, 18e$

3) $8p, 9n, 8e$

4) $16p, 20n, 16e$

5) $8p, 8n, 8e$

Для установления соответствия необходимо определить состав атома для каждого элемента. Состав атома определяется числом протонов ($p$), нейтронов ($n$) и электронов ($e$). Порядковый номер элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева равен числу протонов в ядре и числу электронов в нейтральном атоме. Число нейтронов вычисляется как разность между массовым числом (сумма протонов и нейтронов) и числом протонов. В таких задачах обычно рассматриваются наиболее распространенные изотопы элементов.

Сера (S) – это элемент №16 в Периодической системе. Это означает, что в ядре атома серы содержится 16 протонов. Так как атом электронейтрален, он также содержит 16 электронов. Массовое число наиболее распространенного изотопа серы равно 32 (сера-32, $^{32}S$). Число нейтронов можно найти по формуле $n = A - Z$, где $A$ – массовое число, а $Z$ – порядковый номер. $n = 32 - 16 = 16$. Таким образом, состав атома серы: 16 протонов, 16 нейтронов, 16 электронов. Этот состав соответствует варианту 1.

Ответ: 1

Кислород (O) – это элемент №8 в Периодической системе. Следовательно, атом кислорода содержит 8 протонов и, будучи нейтральным, 8 электронов. Наиболее распространенный изотоп кислорода – кислород-16 ($^{16}O$), его массовое число равно 16. Рассчитаем число нейтронов: $n = 16 - 8 = 8$. Таким образом, состав атома кислорода: 8 протонов, 8 нейтронов, 8 электронов. Этот состав соответствует варианту 5.

Ответ: 5

13. Подобно атомам бериллия и магния атом гелия содержит на внешнем энергетическом уровне два электрона. Объясните, почему гелий помещён в восьмую, а не во вторую группу Периодической системы.

Атом гелия (He), так же как и атомы бериллия (Be) и магния (Mg), действительно содержит два электрона на внешнем энергетическом уровне. Электронная конфигурация гелия — $1s^2$. У бериллия и магния внешние электроны находятся на втором и третьем уровнях соответственно ($2s^2$ и $3s^2$). Несмотря на одинаковое число валентных электронов, гелий помещают в восьмую группу по причине его химических свойств, которые кардинально отличаются от свойств щелочноземельных металлов.

Ключевым фактором является завершенность внешнего электронного уровня. У гелия внешний уровень — первый (главное квантовое число $n=1$). Этот уровень может вместить максимум два электрона, и у гелия он полностью заполнен. Такая электронная конфигурация является чрезвычайно стабильной. Атомы с завершенным внешним электронным слоем не склонны ни отдавать, ни принимать электроны, что обуславливает их химическую инертность.

У бериллия и магния, напротив, внешние энергетические уровни (n=2 и n=3) не являются завершенными. Они содержат только два электрона на s-подуровне, в то время как весь уровень может вместить больше электронов (например, на p-подуровне). Поэтому бериллий и магний являются активными металлами, которые легко отдают свои два валентных электрона, чтобы достичь стабильной конфигурации завершенного предыдущего электронного уровня, и образуют ионы $Be^{2+}$ и $Mg^{2+}$.

Таким образом, по своим свойствам — химической инертности — гелий является аналогом других элементов восьмой группы (VIIIA), благородных газов (неон, аргон, криптон и др.). У всех благородных газов внешний электронный уровень завершен, что и определяет их общие свойства. Периодическая система группирует элементы в первую очередь по сходству химических свойств. Поэтому гелий, как первый представитель благородных газов с завершенной электронной оболочкой, логично располагается именно в восьмой группе.

Ответ: Гелий помещен в восьмую группу, а не во вторую, потому что его внешний (и единственный) электронный уровень является завершенным. Он может содержать не более двух электронов, и он полностью заполнен. Это придает атому гелия высокую стабильность и химическую инертность, что является характерным свойством всех элементов восьмой группы (благородных газов). В отличие от гелия, элементы второй группы (например, бериллий и магний) имеют незавершенные внешние уровни и являются химически активными металлами.

14. Природная медь состоит из двух изотопов: $^{\text{63}}\text{Cu}$ и $^{\text{65}}\text{Cu}$. Определите процентное содержание каждого изотопа в земной коре, если относительная атомная масса меди равна 63,5.

Дано:

Изотопы меди: $^{63}\text{Cu}$ и $^{65}\text{Cu}$

Относительная атомная масса меди: $A_r(\text{Cu}) = 63.5$

Найти:

Процентное содержание $^{63}\text{Cu}$ - $w(^{63}\text{Cu})$ - ?

Процентное содержание $^{65}\text{Cu}$ - $w(^{65}\text{Cu})$ - ?

Решение:

Относительная атомная масса химического элемента представляет собой средневзвешенное значение атомных масс его природных изотопов с учетом их распространенности (процентного содержания).

Пусть $x$ – доля изотопа $^{63}\text{Cu}$ в природной смеси (в долях от единицы).

Поскольку природная медь состоит только из двух изотопов, сумма их долей равна 1. Следовательно, доля изотопа $^{65}\text{Cu}$ будет равна $(1 - x)$.

Для расчетов примем атомные массы изотопов равными их массовым числам: $A_r(^{63}\text{Cu}) = 63$ и $A_r(^{65}\text{Cu}) = 65$.

Формула для расчета средней относительной атомной массы меди выглядит так:

$A_r(\text{Cu}) = A_r(^{63}\text{Cu}) \cdot x + A_r(^{65}\text{Cu}) \cdot (1 - x)$

Подставим в уравнение известные значения:

$63.5 = 63 \cdot x + 65 \cdot (1 - x)$

Решим это уравнение относительно $x$:

$63.5 = 63x + 65 - 65x$

$63.5 = 65 - 2x$

$2x = 65 - 63.5$

$2x = 1.5$

$x = \frac{1.5}{2} = 0.75$

Таким образом, доля изотопа $^{63}\text{Cu}$ составляет 0.75. Чтобы выразить это значение в процентах, нужно умножить его на 100%:

$w(^{63}\text{Cu}) = 0.75 \cdot 100\% = 75\%$

Теперь найдем процентное содержание изотопа $^{65}\text{Cu}$:

$w(^{65}\text{Cu}) = (1 - 0.75) \cdot 100\% = 0.25 \cdot 100\% = 25\%$

Ответ: Процентное содержание изотопа $^{63}\text{Cu}$ в земной коре составляет 75%, а изотопа $^{65}\text{Cu}$ – 25%.

1. Радиус атома увеличивается в ряду химических элементов

1) $N$, $B$, $C$

2) $Na$, $Mg$, $K$

3) $N$, $P$, $As$

4) $B$, $Si$, $N$

Радиус атома химического элемента определяется положением этого элемента в Периодической системе. Существуют две основные закономерности:

• В пределах одного периода (при движении слева направо) радиус атома уменьшается. Это связано с увеличением заряда ядра и, как следствие, усилением притяжения электронов внешнего слоя, который остается тем же.
• В пределах одной группы (при движении сверху вниз) радиус атома увеличивается. Это объясняется увеличением числа электронных слоев (энергетических уровней) в атоме.

Решение

Проанализируем каждый предложенный ряд элементов с точки зрения этих закономерностей.

1) N, B, C

Азот (N), бор (B) и углерод (C) — элементы 2-го периода. В периоде они располагаются в следующем порядке: B (13 группа), C (14 группа), N (15 группа). Радиус атома в периоде уменьшается слева направо, поэтому ряд по увеличению радиуса будет выглядеть так: N < C < B. Предложенный в варианте ответа ряд (N, B, C) не является последовательным увеличением, так как радиус B больше радиуса C (R(B) > R(C)).

2) Na, Mg, K

Натрий (Na) и магний (Mg) — элементы 3-го периода, а калий (K) — 4-го периода. При переходе от Na к Mg (вдоль периода) радиус уменьшается (R(Na) > R(Mg)). При переходе от Mg к K радиус увеличивается, так как K находится в следующем периоде и левее Mg. В данном ряду нет последовательного увеличения радиуса.

3) N, P, As

Азот (N), фосфор (P) и мышьяк (As) — элементы одной, 15-й группы, расположенные друг под другом. N находится во 2-м периоде, P — в 3-м, As — в 4-м. При движении по группе сверху вниз радиус атома последовательно увеличивается за счет добавления новых электронных слоев. Таким образом, ряд радиусов R(N) < R(P) < R(As) соответствует условию задачи.

4) B, Si, N

Эти элементы находятся в разных частях таблицы: B (2-й период, 13-я группа), Si (3-й период, 14-я группа), N (2-й период, 15-я группа). Сравним их радиусы: радиус B больше радиуса N, так как они в одном периоде, но B левее (R(B) > R(N)). Радиус Si больше радиуса B, так как Si находится в следующем периоде (R(Si) > R(B)). В предложенном ряду B, Si, N радиус сначала увеличивается (от B к Si), а потом уменьшается (от Si к N), что не соответствует условию.

Ответ: 3

2. Число электронов на внешнем электронном слое уменьшается в ряду химических элементов

1) P, C, Be

2) Na, K, Cs

3) Al, P, Cl

4) Mg, Na, Li

Для ответа на этот вопрос необходимо определить число электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов) для каждого элемента в предложенных рядах. Для элементов главных подгрупп (А-групп) число валентных электронов равно номеру группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Проанализируем каждый ряд:

1) P, C, Be
- Фосфор (P) находится в VА группе (15-й группе), следовательно, у него 5 электронов на внешнем слое.
- Углерод (C) находится в IVА группе (14-й группе), у него 4 электрона на внешнем слое.
- Бериллий (Be) находится в IIА группе (2-й группе), у него 2 электрона на внешнем слое.
В этом ряду число электронов на внешнем слое последовательно уменьшается: 5 → 4 → 2.

2) Na, K, Cs
- Натрий (Na), калий (K) и цезий (Cs) — это элементы IА группы (1-й группы).
- У каждого из этих элементов на внешнем слое находится по 1 электрону.
В этом ряду число электронов не изменяется: 1 → 1 → 1.

3) Al, P, Cl
- Алюминий (Al) находится в IIIА группе (13-й группе), у него 3 электрона на внешнем слое.
- Фосфор (P) находится в VА группе (15-й группе), у него 5 электронов на внешнем слое.
- Хлор (Cl) находится в VIIА группе (17-й группе), у него 7 электронов на внешнем слое.
В этом ряду число электронов на внешнем слое увеличивается: 3 → 5 → 7.

4) Mg, Na, Li
- Магний (Mg) находится во IIА группе (2-й группе), у него 2 электрона на внешнем слое.
- Натрий (Na) находится в IА группе (1-й группе), у него 1 электрон на внешнем слое.
- Литий (Li) находится в IА группе (1-й группе), у него 1 электрон на внешнем слое.
В этом ряду число электронов сначала уменьшается, а затем остается неизменным: 2 → 1 → 1. Ряд не является строго убывающим.

Сравнивая все варианты, мы видим, что только в первом ряду (P, C, Be) число электронов на внешнем слое последовательно и на каждом шаге уменьшается.

Ответ: 1