Страница 112 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Радиус атома увеличивается в ряду химических элементов

1) $O$, $B$, $C$

2) $Na$, $K$, $Rb$

3) $Ca$, $Mg$, $Be$

4) $Si$, $C$, $N$

Для решения этой задачи необходимо знать общие закономерности изменения радиусов атомов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Существуют два основных правила:
1. В пределах одного периода (горизонтальная строка таблицы) при движении слева направо радиус атома уменьшается. Это связано с тем, что при одинаковом количестве электронных слоев увеличивается заряд ядра, что приводит к более сильному притяжению электронов и сжатию электронной оболочки.
2. В пределах одной группы (вертикальный столбец таблицы), в главной подгруппе, при движении сверху вниз радиус атома увеличивается. Это происходит из-за увеличения числа электронных слоев (энергетических уровней).

Теперь проанализируем каждый из предложенных рядов элементов.

1) O, B, C
Элементы Кислород (O), Бор (B) и Углерод (C) находятся во втором периоде. Их порядок в периоде слева направо: B (13 группа), C (14 группа), O (16 группа). Согласно правилу, радиус атома в периоде уменьшается слева направо, следовательно, $r_{B} > r_{C} > r_{O}$. В предложенном ряду O, B, C нет последовательного увеличения радиуса, так как он сначала увеличивается (от O к B), а затем уменьшается (от B к C). Этот вариант не подходит.

2) Na, K, Rb
Элементы Натрий (Na), Калий (K) и Рубидий (Rb) находятся в первой группе, главной подгруппе (щелочные металлы). Они расположены друг под другом в порядке: Na (3-й период), K (4-й период), Rb (5-й период). При движении по группе сверху вниз радиус атома последовательно увеличивается за счет добавления новых электронных слоев. Таким образом, в ряду Na, K, Rb радиус атома увеличивается: $r_{Na} < r_{K} < r_{Rb}$. Этот вариант является правильным.

3) Ca, Mg, Be
Элементы Кальций (Ca), Магний (Mg) и Бериллий (Be) находятся во второй группе, главной подгруппе. В группе они расположены в следующем порядке (сверху вниз): Be (2-й период), Mg (3-й период), Ca (4-й период). Предложенный ряд Ca, Mg, Be соответствует движению по группе снизу вверх. В этом направлении число электронных слоев уменьшается, и, следовательно, радиус атома уменьшается. Этот вариант не подходит.

4) Si, C, N
Эти элементы принадлежат к разным периодам и группам: Si (3-й период, 14-я группа), C (2-й период, 14-я группа), N (2-й период, 15-я группа). Сравним их радиусы: $r_{Si} > r_{C}$, так как Si находится в периоде ниже, чем C. Далее, $r_{C} > r_{N}$, так как C и N находятся в одном периоде, но C расположен левее. Таким образом, радиусы в данном ряду последовательно уменьшаются: $r_{Si} > r_{C} > r_{N}$. Этот вариант не подходит.

Ответ: 2

2. Количество электронов на внешнем слое уменьшается в ряду химических элементов

1) $C$, $N$, $O$

2) $Li$, $Na$, $K$

3) $Al$, $B$, $C$

4) $S$, $Si$, $Mg$

Решение

Чтобы найти ряд химических элементов, в котором количество электронов на внешнем слое уменьшается, необходимо определить положение каждого элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. Для элементов главных подгрупп (A-групп) число электронов на внешнем энергетическом уровне равно номеру группы.

1) C, N, O

Углерод (C) — элемент 14-й (IVA) группы, имеет 4 электрона на внешнем слое. Азот (N) — элемент 15-й (VA) группы, имеет 5 электронов на внешнем слое. Кислород (O) — элемент 16-й (VIA) группы, имеет 6 электронов на внешнем слое. В данном ряду количество электронов на внешнем слое увеличивается: $4 \rightarrow 5 \rightarrow 6$.

2) Li, Na, K

Литий (Li), натрий (Na) и калий (K) — элементы 1-й (IA) группы. У всех этих элементов на внешнем слое находится по 1 электрону. В этом ряду количество электронов не изменяется.

3) Al, B, C

Алюминий (Al) и бор (B) — элементы 13-й (IIIA) группы, у них по 3 электрона на внешнем слое. Углерод (C) — элемент 14-й (IVA) группы, у него 4 электрона на внешнем слое. В этом ряду количество электронов сначала не меняется, а затем увеличивается: $3 \rightarrow 3 \rightarrow 4$.

4) S, Si, Mg

Сера (S) — элемент 16-й (VIA) группы, имеет 6 электронов на внешнем слое. Кремний (Si) — элемент 14-й (IVA) группы, имеет 4 электрона на внешнем слое. Магний (Mg) — элемент 2-й (IIA) группы, имеет 2 электрона на внешнем слое. В данном ряду количество электронов на внешнем слое последовательно уменьшается: $6 \rightarrow 4 \rightarrow 2$.

Таким образом, ряд, в котором количество электронов на внешнем слое уменьшается, — это S, Si, Mg.

Ответ: 4

3. Металлические свойства элементов в ряду Be, Ca, Sr, Ba

1) не изменяются

2) ослабевают

3) усиливаются

4) закономерности нет

Решение

В данном вопросе рассматривается ряд химических элементов: бериллий (Be), кальций (Ca), стронций (Sr) и барий (Ba). Все эти элементы находятся во второй группе главной подгруппы (IIA) Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. В указанном ряду они расположены в порядке увеличения порядкового номера, то есть сверху вниз по группе.

Металлические свойства элемента характеризуют его способность отдавать электроны и образовывать положительные ионы. Рассмотрим, как изменяются свойства атомов элементов при движении сверху вниз по группе:

• С увеличением порядкового номера растет заряд ядра, но также увеличивается и число электронных слоев.
• Внешние (валентные) электроны располагаются на более удаленном от ядра энергетическом уровне, поэтому радиус атома увеличивается.
• Увеличение радиуса и экранирующего действия внутренних электронов приводит к ослаблению связи валентных электронов с ядром.
• Вследствие этого уменьшается энергия ионизации (энергия, необходимая для отрыва электрона), и атому становится легче отдавать свои валентные электроны.

Поскольку способность отдавать электроны является ключевым показателем металлических свойств, то с движением вниз по группе от Be к Ba эта способность возрастает. Таким образом, металлические свойства в ряду Be, Ca, Sr, Ba усиливаются.

Ответ: 3) усиливаются.

4. Самым активным неметаллом в ряду Ge, As, Se, S является

1) германий

2) мышьяк

3) селен

4) сера

Решение

Активность неметаллов определяется их способностью принимать электроны, то есть их электроотрицательностью. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева существуют закономерности изменения неметаллических свойств:

• В пределах одного периода (горизонтального ряда) с увеличением порядкового номера (слева направо) неметаллические свойства и электроотрицательность усиливаются.
• В пределах одной группы (вертикального столбца) с увеличением порядкового номера (сверху вниз) неметаллические свойства и электроотрицательность ослабевают.

Рассмотрим положение данных элементов в периодической системе:

• Германий (Ge) — 4-й период, 14-я (IVA) группа.
• Мышьяк (As) — 4-й период, 15-я (VA) группа.
• Селен (Se) — 4-й период, 16-я (VIA) группа.
• Сера (S) — 3-й период, 16-я (VIA) группа.

1. Сравним элементы, находящиеся в 4-м периоде: Ge, As, Se. При движении слева направо по периоду неметаллические свойства усиливаются. Таким образом, в ряду Ge → As → Se активность неметаллов возрастает, и селен (Se) является самым активным из этих трех.

2. Теперь сравним селен (Se) и серу (S), которые находятся в одной, 16-й, группе. Сера расположена в 3-м периоде, а селен — в 4-м, то есть сера находится выше селена. При движении сверху вниз по группе неметаллические свойства ослабевают. Следовательно, сера (S) является более активным неметаллом, чем селен (Se).

Объединяя эти выводы, мы можем заключить, что из всех представленных элементов сера (S) является самым активным неметаллом.

Ответ: 4) сера

5. К амфотерным относится оксид

1) натрия

2) магния

3) кремния

4) алюминия

Решение

Амфотерными называют оксиды, которые проявляют двойственные химические свойства: они способны реагировать как с кислотами, так и с основаниями (в частности, со щелочами), образуя соли. Чтобы определить, какой из предложенных оксидов является амфотерным, необходимо проанализировать химические свойства каждого из них.

1) натрия
Оксид натрия, $Na_2O$, является оксидом щелочного металла натрия. Это типичный основный оксид. Он активно реагирует с кислотами, например, с соляной кислотой:
$Na_2O + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O$
Однако оксид натрия не реагирует с основаниями. Следовательно, он не является амфотерным.

2) магния
Оксид магния, $MgO$, является оксидом щелочноземельного металла магния. Он также относится к основным оксидам. Он реагирует с кислотами:
$MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$
С основаниями оксид магния не взаимодействует. Следовательно, он не амфотерный.

3) кремния
Оксид кремния(IV), $SiO_2$, является оксидом неметалла и относится к классу кислотных оксидов. Он реагирует с сильными основаниями (щелочами):
$SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$
Он не реагирует с большинством кислот (за исключением плавиковой кислоты, $HF$). Его преобладающие свойства - кислотные. Следовательно, он не является амфотерным.

4) алюминия
Оксид алюминия, $Al_2O_3$, является классическим примером амфотерного оксида. Он реагирует как с кислотами, так и со щелочами.
Реакция с кислотой (проявление основных свойств):
$Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$
Реакция со щелочью (проявление кислотных свойств):
$Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$ (в водном растворе образуется тетрагидроксоалюминат натрия)
$Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{\text{сплавление}} 2NaAlO_2 + H_2O$ (при сплавлении образуется метаалюминат натрия)
Поскольку оксид алюминия проявляет и основные, и кислотные свойства, он является амфотерным.

Ответ: 4.

6. Самые сильные кислотные свойства имеет гидроксид, формула которого

1) $Al(OH)_3$

2) $H_2SiO_3$

3) $H_2SO_4$

4) $H_3PO_4$

Решение

Для определения гидроксида с наиболее выраженными кислотными свойствами необходимо проанализировать положение центральных атомов (Al, Si, S, P) в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и сравнить силу соответствующих кислородсодержащих кислот.

Все центральные элементы в представленных соединениях — алюминий (Al), кремний (Si), фосфор (P) и сера (S) — находятся в одном периоде (третьем).

Общая закономерность изменения свойств высших гидроксидов элементов в пределах одного периода заключается в следующем: при движении слева направо по периоду электроотрицательность центрального атома возрастает. Это приводит к увеличению поляризации связи O–H в гидроксогруппе (–OH), что облегчает отщепление протона ($H^+$) и, следовательно, усиливает кислотные свойства.

Рассмотрим каждый вариант:

1) $Al(OH)_3$ (гидроксид алюминия) — алюминий является металлом, его гидроксид амфотерен, то есть проявляет как основные, так и очень слабые кислотные свойства.

2) $H_2SiO_3$ (кремниевая кислота) — кремний является неметаллом. Кремниевая кислота — очень слабая, нерастворимая в воде кислота.

3) $H_2SO_4$ (серная кислота) — сера является типичным неметаллом. Серная кислота — одна из самых сильных неорганических кислот.

4) $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота) — фосфор является неметаллом. Фосфорная кислота является кислотой средней силы.

Расположив элементы в порядке их следования в 3-м периоде (слева направо), получаем ряд: $Al \rightarrow Si \rightarrow P \rightarrow S$. В этом же направлении происходит усиление неметаллических свойств элементов и, как следствие, усиление кислотных свойств их высших гидроксидов.

Таким образом, ряд по увеличению кислотных свойств выглядит так: $Al(OH)_3 < H_2SiO_3 < H_3PO_4 < H_2SO_4$.

Самые сильные кислотные свойства из перечисленных соединений имеет серная кислота.

Ответ: 3) $H_2SO_4$

7. Верны ли утверждения о свойствах атомов химических элементов?

А. Неметаллические свойства серы выражены сильнее, чем неметаллические свойства кислорода.

Б. Для завершения внешнего электронного слоя атомы металлов отдают электроны с внешнего слоя другим атомам.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

А. Неметаллические свойства серы выражены сильнее, чем неметаллические свойства кислорода.

Для анализа этого утверждения обратимся к Периодической системе химических элементов. Сера (S) и кислород (O) являются неметаллами и находятся в одной и той же группе — 16-й (или VI главной подгруппе). Кислород находится во 2-м периоде, а сера — в 3-м периоде. Неметаллические свойства, то есть способность атома принимать электроны (электроотрицательность), в группах изменяются закономерно: они ослабевают при движении сверху вниз. Это происходит потому, что с увеличением номера периода увеличивается число электронных слоев, а следовательно, и радиус атома. Чем больше радиус атома, тем слабее ядро притягивает электроны внешнего слоя. Поскольку кислород расположен в таблице выше серы, он имеет меньший атомный радиус и большую электроотрицательность. Следовательно, неметаллические свойства у кислорода выражены сильнее, чем у серы. Утверждение А противоречит этому факту.
Ответ: утверждение неверно.

Б. Для завершения внешнего электронного слоя атомы металлов отдают электроны с внешнего слоя другим атомам.

Атомы металлов характеризуются тем, что на их внешнем электронном слое находится небольшое число электронов (как правило, от 1 до 3). Чтобы достичь стабильной, завершенной электронной оболочки (чаще всего, восьмиэлектронной, как у ближайшего инертного газа), атому необходимо либо принять недостающие до восьми электроны, либо отдать имеющиеся на внешнем слое. Поскольку у металлов мало валентных электронов, а энергии ионизации (энергии, необходимые для отрыва электрона) относительно невелики, им энергетически гораздо выгоднее отдать электроны, чем принять большое их количество. Отдавая электроны с внешнего слоя, атом металла превращается в положительно заряженный ион (катион). При этом его предвнешний электронный слой, который уже является завершенным, становится новым внешним. Таким образом, утверждение точно описывает типичное поведение атомов металлов в химических реакциях.
Ответ: утверждение верно.

Итак, утверждение А является неверным, а утверждение Б — верным. Следовательно, из предложенных вариантов правильным будет тот, который гласит "верно только Б".
Ответ: 2

8. Усиление неметаллических свойств элементов одного периода Периодической системы с возрастанием порядкового номера обусловлено:

1) увеличением зарядов атомных ядер

2) увеличением радиусов атомов

3) увеличением числа электронов на внешнем слое

4) уменьшением числа электронных слоёв

5) уменьшением зарядов атомных ядер

Неметаллические свойства элементов характеризуют их способность принимать электроны для завершения своего внешнего электронного слоя. В периодах Периодической системы (горизонтальных рядах) при движении слева направо с увеличением порядкового номера элемента неметаллические свойства закономерно усиливаются. Это выражается в увеличении электроотрицательности и энергии ионизации. Проанализируем предложенные варианты, чтобы выяснить причину этого явления.

1) увеличением зарядов атомных ядер

При движении по периоду слева направо порядковый номер элемента растет, а вместе с ним и число протонов в ядре, то есть увеличивается заряд ядра. Число электронных слоев при этом остается постоянным и равным номеру периода. Возрастающий положительный заряд ядра все сильнее притягивает к себе электроны, в том числе и электроны внешнего слоя. Это приводит к уменьшению радиуса атома, увеличению энергии ионизации (энергии, необходимой для отрыва электрона) и увеличению электроотрицательности (способности притягивать электроны). Таким образом, увеличение заряда ядра является ключевой и фундаментальной причиной усиления неметаллических свойств в периоде. Данное утверждение верно.

2) увеличением радиусов атомов

Это утверждение неверно. Как было объяснено выше, из-за усиления притяжения электронов к более мощному ядру происходит сжатие электронной оболочки. Поэтому в периоде радиусы атомов с ростом порядкового номера не увеличиваются, а, наоборот, уменьшаются.

3) увеличением числа электронов на внешнем слое

Это утверждение также является верным фактом. Слева направо по периоду число электронов на внешнем слое увеличивается (например, в 3-м периоде от 1 у натрия до 7 у хлора). Чем больше электронов на внешнем слое, тем ближе он к заполнению, и тем выгоднее атому принять недостающие электроны, чем отдавать все имеющиеся. Это является важным фактором, объясняющим усиление неметаллического характера. Однако этот процесс напрямую связан с увеличением заряда ядра, так как каждый новый электрон добавляется на тот же энергетический уровень вслед за добавлением протона в ядро. Большинство химиков сходятся во мнении, что первопричиной является именно рост заряда ядра, который и определяет все остальные свойства.

4) уменьшением числа электронных слоёв

Это утверждение неверно. Номер периода в Периодической системе как раз и указывает на число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме. Для всех элементов одного периода оно одинаково.

5) уменьшением зарядов атомных ядер

Это утверждение неверно и прямо противоположно тому, что происходит в действительности. Заряд ядра, равный порядковому номеру, в периоде только увеличивается.

Подводя итог, можно сказать, что оба фактора — увеличение заряда ядра (1) и увеличение числа электронов на внешнем слое (3) — являются причинами усиления неметаллических свойств в периоде. Однако наиболее фундаментальной причиной, из которой вытекают и уменьшение радиуса, и увеличение числа валентных электронов, и, как следствие, изменение химических свойств, является именно увеличение заряда атомных ядер.

Ответ: 1