Страница 124 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Какой химической связью образовано соединение кальция с элементом, атом которого имеет распределение электронов по энергетическим уровням 2, 6?

1) ионной

2) металлической

3) ковалентной полярной

4) ковалентной неполярной

Решение

1. Сначала определим элемент, с которым кальций образует соединение. В условии дано распределение электронов по энергетическим уровням этого элемента: 2, 6. Чтобы найти элемент, нужно сложить все электроны. Общее число электронов равно $2 + 6 = 8$. В нейтральном атоме число электронов равно порядковому номеру элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева. Элемент с порядковым номером 8 – это кислород (O).

2. Кислород находится в VI группе главной подгруппы, является типичным неметаллом. На его внешнем энергетическом уровне находится 6 электронов. Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки (октета) атому кислорода не хватает 2 электронов, поэтому он стремится их принять, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион) $O^{2-}$.

3. Кальций (Ca) – это элемент II группы главной подгруппы, щелочноземельный металл. Как типичный металл, он легко отдает 2 электрона со своего внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $Ca^{2+}$.

4. Химическая связь, которая образуется между атомами типичного металла и типичного неметалла, называется ионной. Она возникает в результате электростатического притяжения между разноименно заряженными ионами, которые образуются при полной передаче электронов от атома металла к атому неметалла. В данном случае кальций отдает 2 электрона, а кислород их принимает.

Таким образом, соединение кальция с кислородом (оксид кальция CaO) образовано ионной связью.

Рассмотрим предложенные варианты:

• 1) ионной – этот вариант верный, так как связь образуется между металлом (Ca) и неметаллом (O).
• 2) металлической – этот тип связи образуется между атомами металлов.
• 3) ковалентной полярной – этот тип связи образуется между атомами разных неметаллов.
• 4) ковалентной неполярной – этот тип связи образуется между атомами одного и того же неметалла.

Ответ: 1) ионной

7. Хлорид бария имеет кристаллическую решётку

1) атомную

2) ионную

3) металлическую

4) молекулярную

Решение

Чтобы определить тип кристаллической решётки вещества, необходимо проанализировать тип химической связи между составляющими его частицами.

Хлорид бария (химическая формула $BaCl_2$) — это соединение, образованное типичным металлом и типичным неметаллом.

1. Барий ($Ba$) — щелочноземельный металл, расположенный во второй группе главной подгруппы периодической системы. Как и все металлы этой группы, он имеет низкую электроотрицательность и склонен отдавать два валентных электрона, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $Ba^{2+}$.

2. Хлор ($Cl$) — галоген, расположенный в седьмой группе главной подгруппы. Как типичный неметалл, он имеет высокую электроотрицательность и стремится принять один электрон для завершения своего внешнего энергетического уровня, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион) $Cl^-$.

Связь, возникающая между катионами металла и анионами неметалла за счёт их электростатического притяжения, называется ионной.

Вещества с ионной связью в твёрдом агрегатном состоянии образуют кристаллические решётки ионного типа. В узлах таких решёток находятся поочерёдно расположенные катионы и анионы (в данном случае $Ba^{2+}$ и $Cl^-$), прочно связанные силами электростатического притяжения.

Другие типы кристаллических решёток не подходят:
- Атомная решётка характерна для веществ с прочными ковалентными связями, пронизывающими весь кристалл (например, алмаз, диоксид кремния).
- Металлическая решётка свойственна металлам и их сплавам.
- Молекулярная решётка образуется в веществах, состоящих из отдельных молекул, которые связаны между собой слабыми межмолекулярными силами (например, лёд, твёрдый йод, нафталин).

Таким образом, хлорид бария имеет ионную кристаллическую решётку.

Ответ: 2) ионную.

8. Выберите изображение атомной кристаллической решётки.

1)

2)

3)

4)

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждый тип кристаллической решётки, представленный на изображениях.

1) На этом рисунке изображена структура, в узлах которой находятся отдельные атомы, связанные друг с другом прочными ковалентными связями. Они образуют единый гигантский каркас. Это и есть атомная кристаллическая решётка. Типичными примерами веществ с такой решёткой являются алмаз, графит, кремний, оксид кремния(IV).

2) На втором рисунке в узлах кристаллической решётки находятся молекулы (в данном случае двухатомные). Связи между молекулами в такой решётке значительно слабее, чем ковалентные связи внутри самих молекул. Это молекулярная кристаллическая решётка. Примеры: твёрдый йод ($I_2$), "сухой лёд" ($CO_2$), нафталин.

3) Третий рисунок демонстрирует ионную кристаллическую решётку. В её узлах поочередно располагаются положительно и отрицательно заряженные ионы (катионы и анионы). Они удерживаются вместе за счёт электростатического притяжения. Пример такого вещества — хлорид натрия ($NaCl$).

4) Четвёртый рисунок — это модель металлической кристаллической решётки. Она состоит из положительных ионов металла, расположенных в узлах, и свободных электронов ("электронного газа"), которые движутся между ионами и обеспечивают связь между ними. Такая структура характерна для всех металлов.

Исходя из анализа, изображение атомной кристаллической решётки представлено под номером 1.

Ответ: 1

9. Для веществ с металлической кристаллической решёткой характерны свойства:

1) пластичность

2) летучесть

3) растворимость в воде

4) электропроводность

5) легкоплавкость

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждое свойство в контексте строения металлической кристаллической решётки. Эта решётка состоит из положительно заряженных ионов металлов, расположенных в её узлах, и свободных электронов («электронного газа»), которые движутся по всему объёму кристалла и обеспечивают связь между ионами.

1) пластичность

Пластичность — это способность вещества изменять свою форму под действием нагрузки без разрушения. Это свойство обусловлено тем, что при механическом воздействии слои ионов в металлической решётке могут смещаться друг относительно друга. При этом связь между ними не разрывается, так как «электронный газ» продолжает удерживать ионы вместе в их новом положении. Таким образом, пластичность является характерным свойством для веществ с металлической решёткой.

Ответ: свойство характерно.

2) летучесть

Летучесть — это способность вещества легко испаряться. Металлическая связь, как правило, очень прочная, поэтому для её разрыва и перехода атомов в газовую фазу требуется большое количество энергии. Вследствие этого металлы (за исключением ртути) имеют высокие температуры кипения и не являются летучими.

Ответ: свойство не характерно.

3) растворимость в воде

Подавляющее большинство металлов нерастворимо в воде. Энергии гидратации ионов металла недостаточно, чтобы разрушить прочную металлическую связь в кристаллической решётке. Некоторые активные металлы (например, натрий или калий) не растворяются, а вступают в химическую реакцию с водой.

Ответ: свойство не характерно.

4) электропроводность

Высокая электропроводность — одно из наиболее характерных свойств металлов. Она обусловлена наличием свободных, хаотично движущихся электронов. При создании в проводнике электрического поля (например, при подключении к источнику тока) эти электроны приобретают направленное движение, что и представляет собой электрический ток.

Ответ: свойство характерно.

5) легкоплавкость

Легкоплавкость, то есть низкая температура плавления, не является общим свойством для всех металлов. Температуры плавления металлов находятся в очень широком диапазоне: от легкоплавких (ртуть -39°C, галлий +30°C) до очень тугоплавких (вольфрам +3422°C). Прочность металлической связи у разных металлов различна, что и определяет их температуру плавления.

Ответ: свойство не характерно.

10. Установите соответствие между веществом и типом химической связи в этом веществе.

ВЕЩЕСТВО

А) метан

Б) вода

В) фосфор

ТИП ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

1) ионная

2) ковалентная полярная

3) ковалентная неполярная

4) металлическая

Решение

Для установления соответствия необходимо определить тип химической связи в каждом из предложенных веществ, основываясь на элементах, которые его образуют.

А) метан

Молекула метана имеет химическую формулу $CH_4$. Она образована атомами двух разных неметаллов: углерода (C) и водорода (H). Химическая связь между атомами разных неметаллов, имеющих различную электроотрицательность, является ковалентной полярной. Электроотрицательность углерода (≈2,55) больше, чем у водорода (≈2,20), поэтому общие электронные пары смещены к атому углерода.
Ответ: 2

Б) вода

Молекула воды имеет химическую формулу $H_2O$. Она образована атомами двух разных неметаллов: кислорода (O) и водорода (H). Связь между атомами кислорода и водорода является ковалентной. Так как электроотрицательность кислорода (≈3,44) значительно выше электроотрицательности водорода (≈2,20), общие электронные пары смещены к атому кислорода, что делает связь ковалентной полярной.
Ответ: 2

В) фосфор

Фосфор (P) — это простое вещество, состоящее из атомов одного и того же химического элемента-неметалла. Связь между одинаковыми атомами неметаллов, например, в молекуле белого фосфора $P_4$, образуется за счет общих электронных пар. Поскольку атомы имеют одинаковую электроотрицательность, смещения электронной плотности не происходит. Такая связь называется ковалентной неполярной.
Ответ: 3

11. Напишите формулы оксидов щелочных металлов. Определите тип химической связи в этих соединениях. В каком из них этот тип связи выражен наиболее ярко и почему?

Формулы оксидов щелочных металлов
Щелочные металлы — это химические элементы 1-й группы периодической таблицы: литий ($Li$), натрий ($Na$), калий ($K$), рубидий ($Rb$), цезий ($Cs$) и франций ($Fr$). В соединениях, в том числе в оксидах, они проявляют постоянную степень окисления +1. Кислород в оксидах имеет степень окисления -2. Исходя из этого, общая формула оксида щелочного металла $M$ будет $M_2O$.
Ответ: Формулы оксидов щелочных металлов: $Li_2O$ (оксид лития), $Na_2O$ (оксид натрия), $K_2O$ (оксид калия), $Rb_2O$ (оксид рубидия), $Cs_2O$ (оксид цезия), $Fr_2O$ (оксид франция).

Тип химической связи в этих соединениях
Связь в оксидах щелочных металлов является ионной. Этот тип связи образуется между атомами, которые сильно различаются по электроотрицательности ($\Delta\chi$). Щелочные металлы обладают очень низкой электроотрицательностью (это самые электроположительные элементы), а кислород — очень высокой. Разница в электроотрицательности между ними значительно превышает 1.7, что является критерием ионной связи. В процессе образования связи атом щелочного металла легко отдает свой единственный валентный электрон, превращаясь в положительно заряженный ион (катион $M^+$), а атом кислорода принимает два электрона от двух атомов металла, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион $O^{2-}$). Связь между этими ионами осуществляется за счет сил электростатического притяжения.
Ответ: Ионная химическая связь.

В каком из них этот тип связи выражен наиболее ярко и почему?
Ионный характер связи тем сильнее, чем больше разница электроотрицательностей ($\Delta\chi$) между атомами. В ряду оксидов щелочных металлов электроотрицательность кислорода остается постоянной, а электроотрицательность металлов уменьшается при движении по группе сверху вниз: от лития к францию. Это связано с увеличением атомного радиуса и ослаблением связи валентных электронов с ядром.
Ряд уменьшения электроотрицательности щелочных металлов: $\chi(Li) > \chi(Na) > \chi(K) > \chi(Rb) > \chi(Cs) > \chi(Fr)$.
Следовательно, наибольшая разница в электроотрицательности будет у оксида металла с наименьшей электроотрицательностью. Таким металлом является франций ($Fr$), а из стабильных элементов — цезий ($Cs$). Поэтому ионная связь будет наиболее выражена (иметь наибольший ионный характер) в оксиде франция ($Fr_2O$) и оксиде цезия ($Cs_2O$).
Ответ: Ионная связь наиболее ярко выражена в оксиде франция $Fr_2O$ (или в оксиде цезия $Cs_2O$, если рассматривать только стабильные элементы). Это объясняется тем, что у франция (и цезия) самая низкая электроотрицательность среди всех щелочных металлов, что приводит к максимальной разнице электроотрицательностей с кислородом и, как следствие, к максимальной степени ионности связи.

12. Определите тип химической связи в веществах, формулы которых: $CaCl_2$, $NH_3$, $I_2$. Составьте схемы образования химических связей в этих веществах.

CaCl₂ (хлорид кальция)

Химическая связь в хлориде кальция образована между атомом типичного металла – кальция ($Ca$) и атомами типичного неметалла – хлора ($Cl$). Связь между атомами металла и неметалла, которые значительно отличаются по электроотрицательности, является ионной. Электроотрицательность кальция $\chi(Ca) = 1.0$, а хлора $\chi(Cl) = 3.16$.

Схема образования ионной связи в CaCl₂:

Атом кальция ($Ca$) расположен во второй группе периодической системы и имеет на внешнем электронном слое 2 валентных электрона. Чтобы достичь стабильной электронной конфигурации, атом кальция отдает эти 2 электрона, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $Ca^{2+}$.
$Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{2+}$

Атом хлора ($Cl$) расположен в семнадцатой группе и имеет 7 валентных электронов. Для завершения своего внешнего электронного слоя атому хлора необходимо принять 1 электрон, в результате чего он превращается в отрицательно заряженный ион (анион) $Cl^{-}$.
$Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^{-}$

Для образования электронейтрального соединения один атом кальция взаимодействует с двумя атомами хлора. Атом кальция отдает по одному электрону каждому из двух атомов хлора. Возникшие ионы $Ca^{2+}$ и $2Cl^{-}$ притягиваются друг к другу за счет электростатических сил, образуя ионное соединение $CaCl_2$.

Схема образования с помощью электронных точек (структуры Льюиса):
$Ca\cdot + 2 \cdot \ddot{Cl}: \rightarrow [Ca]^{2+} + 2[:\ddot{Cl}:]^{-}$

Ответ: тип химической связи в $CaCl_2$ – ионная.

NH₃ (аммиак)

Химическая связь в аммиаке образована между атомами неметаллов – азота ($N$) и водорода ($H$). Электроотрицательность азота ($\chi(N) = 3.04$) больше, чем у водорода ($\chi(H) = 2.20$). Связь между атомами разных неметаллов является ковалентной полярной.

Схема образования ковалентной полярной связи в NH₃:

Атом азота ($N$), находясь в пятнадцатой группе, имеет 5 валентных электронов. Для завершения внешнего уровня (октета) ему не хватает 3 электронов. Атом водорода ($H$) имеет 1 валентный электрон, и ему не хватает 1 электрона для завершения своего энергетического уровня (дуплета).

Атом азота образует три общие электронные пары с тремя атомами водорода. Каждая связь $N-H$ образуется за счет одного электрона от атома азота и одного электрона от атома водорода.

Схема образования с помощью электронных точек:
$\cdot \ddot{N} \cdot + 3 H \cdot \rightarrow H:\overset{\Large \cdot\cdot}{\underset{\Large H}{N}}:H$

В результате образуются три ковалентные связи. Так как азот более электроотрицателен, общие электронные пары смещены к нему. На атоме азота возникает частичный отрицательный заряд ($\delta^-$), а на атомах водорода – частичные положительные заряды ($\delta^+$). У атома азота остается одна неподеленная электронная пара.

Ответ: тип химической связи в $NH_3$ – ковалентная полярная.

I₂ (йод)

Молекула йода состоит из двух одинаковых атомов неметалла – йода ($I$). Поскольку атомы одинаковы, их электроотрицательности равны ($\chi(I) = 2.66$), и разница электроотрицательностей равна нулю. Связь, образованная между атомами одного и того же химического элемента-неметалла, является ковалентной неполярной.

Схема образования ковалентной неполярной связи в I₂:

Атом йода ($I$) является галогеном (семнадцатая группа) и имеет 7 валентных электронов. Для завершения внешнего энергетического уровня каждому атому йода недостает одного электрона.

Два атома йода объединяются, образуя одну общую электронную пару. Каждый атом предоставляет по одному неспаренному электрону для создания этой связи.

Схема образования с помощью электронных точек:
$:\ddot{I}\cdot + \cdot \ddot{I}: \rightarrow :\ddot{I}:\ddot{I}:$

Общая электронная пара принадлежит в равной степени обоим атомам, поэтому смещения электронной плотности не происходит и связь является неполярной.

Ответ: тип химической связи в $I_2$ – ковалентная неполярная.