Страница 110 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Чем отличается современная формулировка Периодического закона от формулировки, предложенной Д. И. Менделеевым?

Решение

Основное и принципиальное отличие современной формулировки Периодического закона от первоначальной формулировки, предложенной Д. И. Менделеевым в 1869 году, заключается в фундаментальной характеристике элемента, которая взята за основу периодичности.

Формулировка Д. И. Менделеева (1869 г.):

«Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Менделеев расположил известные на тот момент химические элементы в порядке возрастания их атомных весов (в современной терминологии — относительных атомных масс). Этот подход был гениальным прорывом, позволившим не только систематизировать элементы, но и предсказать существование и свойства еще не открытых (например, галлия, скандия, германия).

Однако, основываясь на атомных весах, Менделеев столкнулся с несколькими несоответствиями. Чтобы сохранить логику химических свойств, ему пришлось в нескольких случаях нарушить принцип возрастания атомной массы. Например:

• Аргон ($Ar$, $A_r \approx 39.95$) был помещен перед калием ($K$, $A_r \approx 39.10$).
• Кобальт ($Co$, $A_r \approx 58.93$) — перед никелем ($Ni$, $A_r \approx 58.69$).
• Теллур ($Te$, $A_r \approx 127.6$) — перед иодом ($I$, $A_r \approx 126.9$).

Менделеев предположил, что атомные массы этих элементов были определены неверно.

Современная формулировка:

«Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величин зарядов ядер их атомов».

В начале XX века, после открытия строения атома (протонов и нейтронов), стало ясно, что фундаментальной характеристикой элемента является не атомная масса, а заряд ядра, равный числу протонов в нем (порядковый номер элемента $Z$ в таблице). Работы Генри Мозли в 1913 году экспериментально подтвердили, что именно заряд ядра определяет свойства элемента.

Эта новая основа полностью устранила все противоречия, имевшиеся в первоначальной версии закона. Расположение элементов по возрастанию заряда ядра (порядкового номера) совпало с их расположением по химическим свойствам:

• Аргон ($Z=18$) стоит перед калием ($Z=19$).
• Кобальт ($Z=27$) — перед никелем ($Z=28$).
• Теллур ($Z=52$) — перед иодом ($Z=53$).

Таким образом, современная формулировка более точна и фундаментальна, так как она связывает периодичность свойств со строением атома элемента, а не с его массой, которая может варьироваться из-за наличия изотопов.

Ответ: Главное отличие современной формулировки Периодического закона от формулировки Д. И. Менделеева заключается в том, что в качестве основной характеристики элемента, определяющей периодичность его свойств, взят заряд ядра атома (порядковый номер), а не атомный вес (относительная атомная масса).

11. Как изменяется высшая валентность химических элементов в периодах с увеличением порядкового номера элемента? Для подтверждения ответа напишите формулы высших кислотных оксидов элементов третьего периода.

Решение

Высшая валентность химических элементов в периодах периодической системы Д.И. Менделеева, как правило, равна номеру группы, в которой расположен элемент (это справедливо для элементов главных подгрупп). С увеличением порядкового номера элемента (т.е. при движении по периоду слева направо) происходит увеличение числа электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Так как высшая валентность определяется максимальным числом химических связей, которое атом может образовать, что обычно соответствует числу его валентных электронов, то она закономерно возрастает.

Таким образом, в периодах с увеличением порядкового номера высшая валентность химических элементов увеличивается от I (у щелочных металлов) до VII (у галогенов). Высшая валентность VIII для инертных газов нехарактерна, за исключением некоторых соединений ксенона и криптона.

Для подтверждения этого рассмотрим элементы третьего периода и их высшие оксиды. При движении по периоду слева направо свойства высших оксидов изменяются от основных ($Na_2O, MgO$) через амфотерные ($Al_2O_3$) к кислотным ($SiO_2, P_2O_5, SO_3, Cl_2O_7$). Вопрос требует привести формулы именно высших кислотных оксидов.

Формулы высших кислотных оксидов элементов третьего периода:

• Кремний (Si), группа IV. Высшая валентность IV. Высший оксид - оксид кремния(IV): $SiO_2$. Это кислотный оксид.
• Фосфор (P), группа V. Высшая валентность V. Высший оксид - оксид фосфора(V): $P_2O_5$. Это кислотный оксид.
• Сера (S), группа VI. Высшая валентность VI. Высший оксид - оксид серы(VI): $SO_3$. Это кислотный оксид.
• Хлор (Cl), группа VII. Высшая валентность VII. Высший оксид - оксид хлора(VII): $Cl_2O_7$. Это очень сильный кислотный оксид.

На примере этих оксидов видно, что высшая валентность элементов возрастает от IV до VII с увеличением порядкового номера в периоде.

Ответ: В периодах с увеличением порядкового номера химического элемента его высшая валентность возрастает от I до VII, что соответствует номеру группы элемента. Для подтверждения, формулы высших кислотных оксидов элементов третьего периода: $SiO_2$, $P_2O_5$, $SO_3$, $Cl_2O_7$.

1. Радиус атома уменьшается в ряду химических элементов

1) $\text{B}, \text{N}, \text{P}$

2) $\text{O}, \text{S}, \text{Se}$

3) $\text{Br}, \text{Cl}, \text{F}$

4) $\text{Cl}, \text{S}, \text{P}$

Для того чтобы определить, в каком ряду химических элементов радиус атома уменьшается, необходимо проанализировать положение этих элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева и вспомнить общие закономерности изменения атомного радиуса.

• В пределах одного периода (горизонтальный ряд) при движении слева направо радиус атома уменьшается. Это связано с тем, что заряд ядра атома увеличивается, а количество электронных оболочек остается тем же. В результате электроны сильнее притягиваются к ядру.
• В пределах одной группы (вертикальный столбец) при движении сверху вниз радиус атома увеличивается, так как с каждым новым периодом добавляется новый электронный слой, что значительно увеличивает размер атома.

Проанализируем каждый из предложенных рядов:

1) B, N, P
Элементы Бор (B) и Азот (N) находятся во втором периоде. Азот (порядковый номер 7) находится правее Бора (порядковый номер 5), следовательно, радиус азота меньше радиуса бора ($R_B > R_N$). Элемент Фосфор (P) находится в той же группе, что и азот (15-я группа), но в третьем периоде, то есть ниже. Поэтому радиус фосфора больше радиуса азота ($R_P > R_N$). В этом ряду радиус сначала уменьшается, а потом увеличивается.

2) O, S, Se
Элементы Кислород (O), Сера (S) и Селен (Se) находятся в одной группе (16-я) и расположены друг под другом (O во 2-м периоде, S в 3-м, Se в 4-м). При движении вниз по группе радиус атома увеличивается. Таким образом, в этом ряду радиус последовательно увеличивается ($R_O < R_S < R_{Se}$).

3) Br, Cl, F
Элементы Бром (Br), Хлор (Cl) и Фтор (F) находятся в одной группе (17-я, галогены). Ряд составлен в порядке движения по группе снизу вверх: Br (4-й период), Cl (3-й период), F (2-й период). При движении вверх по группе число электронных слоев уменьшается, что ведет к уменьшению радиуса атома. Следовательно, в этом ряду радиус атома последовательно уменьшается ($R_{Br} > R_{Cl} > R_F$).

4) Cl, S, P
Элементы Хлор (Cl), Сера (S) и Фосфор (P) находятся в одном, третьем, периоде. Ряд составлен в порядке движения по периоду справа налево: Cl (17-я группа), S (16-я группа), P (15-я группа). При движении справа налево по периоду заряд ядра уменьшается, и радиус атома увеличивается. Таким образом, в этом ряду радиус последовательно увеличивается ($R_{Cl} < R_S < R_P$).

Единственный ряд, в котором радиус атома последовательно уменьшается, это ряд Br, Cl, F.
Ответ: 3

2. Число электронов на внешнем электронном слое увеличивается

в ряду химических элементов

1) P, N, C

2) Ca, Al, S

3) Al, Mg, Na

4) Mg, Ca, Sr

Для решения этой задачи необходимо определить количество электронов на внешнем электронном слое для каждого элемента в предложенных рядах. У элементов главных подгрупп (A-групп) число электронов на внешнем слое равно номеру группы в Периодической системе.

1) P, N, C

Фосфор (P) — элемент 15-й группы (VA), имеет 5 электронов на внешнем слое.
Азот (N) — элемент 15-й группы (VA), имеет 5 электронов на внешнем слое.
Углерод (C) — элемент 14-й группы (IVA), имеет 4 электрона на внешнем слое.
Ряд чисел электронов: 5 → 5 → 4. В этом ряду число электронов не увеличивается.

2) Ca, Al, S

Кальций (Ca) — элемент 2-й группы (IIA), имеет 2 электрона на внешнем слое.
Алюминий (Al) — элемент 13-й группы (IIIA), имеет 3 электрона на внешнем слое.
Сера (S) — элемент 16-й группы (VIA), имеет 6 электронов на внешнем слое.
Ряд чисел электронов: 2 → 3 → 6. В этом ряду число электронов на внешнем слое последовательно увеличивается.

3) Al, Mg, Na

Алюминий (Al) — элемент 13-й группы (IIIA), имеет 3 электрона на внешнем слое.
Магний (Mg) — элемент 2-й группы (IIA), имеет 2 электрона на внешнем слое.
Натрий (Na) — элемент 1-й группы (IA), имеет 1 электрон на внешнем слое.
Ряд чисел электронов: 3 → 2 → 1. В этом ряду число электронов уменьшается.

4) Mg, Ca, Sr

Магний (Mg), кальций (Ca) и стронций (Sr) — все элементы 2-й группы (IIA).
У каждого из них на внешнем слое по 2 электрона.
Ряд чисел электронов: 2 → 2 → 2. В этом ряду число электронов не изменяется.

Ответ: 2

3. Неметаллические свойства элементов в ряду O, N, C, B

1) не изменяются

2) ослабляются

3) усиливаются

4) закономерности нет

Решение

Рассмотрим элементы, представленные в ряду: Кислород (O), Азот (N), Углерод (C) и Бор (B). Чтобы определить, как изменяются их неметаллические свойства, необходимо проанализировать их положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Все эти элементы находятся во втором периоде:
• Кислород (O) – элемент 16-й группы, порядковый номер 8.
• Азот (N) – элемент 15-й группы, порядковый номер 7.
• Углерод (C) – элемент 14-й группы, порядковый номер 6.
• Бор (B) – элемент 13-й группы, порядковый номер 5.

Ряд O, N, C, B представляет собой движение по периоду справа налево.

Неметаллические свойства элементов определяются их способностью принимать электроны (электроотрицательностью). В периодах Периодической системы при движении слева направо:
• увеличивается заряд ядра атома;
• число электронных слоев остается постоянным;
• радиус атома уменьшается;
• электроотрицательность растет.

Соответственно, неметаллические свойства в периоде усиливаются слева направо.

В заданном ряду O → N → C → B мы движемся в обратном направлении — справа налево. При таком движении порядковый номер элемента уменьшается, заряд ядра становится меньше, радиус атома увеличивается, а электроотрицательность падает. Это приводит к ослаблению способности атома принимать электроны, то есть к ослаблению неметаллических свойств. Кислород является самым сильным неметаллом в данном ряду, а бор — самым слабым.

Таким образом, в ряду O, N, C, B неметаллические свойства ослабляются.

Ответ: 2) ослабляются

4. Самым неактивным металлом в ряду Al, Mg, Ca, Sr является

1) магний

2) кальций

3) стронций

4) алюминий

Для определения самого неактивного металла в предложенном ряду ($Al, Mg, Ca, Sr$) необходимо рассмотреть положение этих элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева и учесть закономерности изменения металлических свойств.

1. Положение элементов в Периодической системе:

• Алюминий ($Al$) — 3-й период, 13-я группа (IIIА группа).
• Магний ($Mg$) — 3-й период, 2-я группа (IIА группа).
• Кальций ($Ca$) — 4-й период, 2-я группа (IIА группа).
• Стронций ($Sr$) — 5-й период, 2-я группа (IIА группа).

2. Сравнение активности металлов в одной группе:
Магний, кальций и стронций ($Mg, Ca, Sr$) находятся в одной группе (щелочноземельные металлы). В группе сверху вниз с увеличением порядкового номера (и радиуса атома) металлические свойства, то есть способность отдавать электроны и химическая активность, усиливаются. Таким образом, ряд активности для этих трех металлов выглядит так: $Mg < Ca < Sr$. Наименее активным из них является магний.

3. Сравнение активности металлов в одном периоде:
Магний ($Mg$) и алюминий ($Al$) находятся в одном, третьем, периоде. В периоде слева направо с увеличением заряда ядра и числа электронов на внешнем слое металлические свойства ослабевают. Алюминий ($Al$, группа 13) расположен правее магния ($Mg$, группа 2), следовательно, алюминий является менее активным металлом, чем магний.

4. Общий вывод:
Сопоставляя полученные данные, мы можем выстроить весь ряд по возрастанию химической активности: $Al < Mg < Ca < Sr$.
Следовательно, самым неактивным (наименее химически активным) металлом в данном ряду является алюминий.

Ответ: 4) алюминий.

5. К основным относится оксид

1) углерода(IV)

2) магния

3) фосфора

4) алюминия

Решение

Чтобы ответить на вопрос, необходимо классифицировать каждый из предложенных оксидов на основе их химических свойств. Основными оксидами называют оксиды металлов, которые реагируют с кислотами с образованием соли и воды и которым соответствуют основания.

1) углерода(IV)

Оксид углерода(IV), химическая формула $CO_2$. Углерод (C) — это неметалл. Оксиды неметаллов (за исключением несолеобразующих) являются кислотными. $CO_2$ реагирует со щелочами ($CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$) и с водой (с образованием угольной кислоты $H_2CO_3$), что является свойством кислотных оксидов.

2) магния

Оксид магния, химическая формула $MgO$. Магний (Mg) — это щелочноземельный металл (IIA группа). Оксиды металлов I и II групп главных подгрупп являются основными. Оксид магния реагирует с кислотами ($MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$), и ему соответствует основание $Mg(OH)_2$. Это типичный основный оксид.

3) фосфора

Оксиды фосфора, например, $P_2O_5$ (оксид фосфора(V)). Фосфор (P) — неметалл. Его оксиды являются кислотными, так как реагируют с водой с образованием кислот (например, фосфорной $H_3PO_4$) и со щелочами с образованием солей (фосфатов).

4) алюминия

Оксид алюминия, химическая формула $Al_2O_3$. Алюминий (Al) — металл, но его оксид проявляет амфотерные (двойственные) свойства. Он реагирует как с кислотами ($Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$), так и со щелочами ($Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$). Поэтому он не является основным.

Таким образом, из предложенного списка соединений к основным оксидам относится только оксид магния.

Ответ: 2.

6. В ряду $NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow Al(OH)_3$ свойства гидроксидов изменяются

1) от кислотных к амфотерным

2) от основных к амфотерным

3) от основных к кислотным

4) от кислотных к основным

Решение

Рассмотрим ряд гидроксидов: $NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow Al(OH)_3$. Элементы, образующие эти гидроксиды (натрий, магний, алюминий), находятся в третьем периоде периодической системы. Свойства гидроксидов элементов в периоде изменяются закономерно при движении слева направо.

1. Гидроксид натрия ($NaOH$). Натрий (Na) — щелочной металл, находится в 1-й группе. Его гидроксид является сильным основанием (щёлочью), проявляет исключительно основные свойства.

2. Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$). Магний (Mg) — щёлочноземельный металл, находится во 2-й группе. Его гидроксид является основанием, но менее сильным, чем $NaOH$. Основные свойства у него преобладают.

3. Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$). Алюминий (Al) — металл, находящийся в 13-й группе. Его гидроксид является амфотерным, то есть он способен проявлять как основные, так и кислотные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.
Как основание (реакция с кислотой): $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$.
Как кислота (реакция со щелочью): $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$.

Следовательно, в данном ряду происходит ослабление основных свойств и появление амфотерных. Общая тенденция изменения свойств — от основных к амфотерным.

Проанализируем предложенные варианты:
1) от кислотных к амфотерным — неверно, так как ряд начинается с сильного основания.
2) от основных к амфотерным — верно.
3) от основных к кислотным — неверно, так как ряд заканчивается амфотерным гидроксидом, а не кислотой.
4) от кислотных к основным — неверно.

Ответ: 2) от основных к амфотерным.