Страница 15 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. Атомное строение имеет каждое из двух веществ:

1) фуллерен и алмаз

2) сода и кислород

3) озон и графит

4) кварц и алмаз

Решение

Атомное строение имеют вещества с атомной кристаллической решеткой. В узлах такой решетки находятся отдельные атомы, соединенные между собой прочными ковалентными связями. Такие вещества, как правило, очень твердые и тугоплавкие. Проанализируем каждую из предложенных пар веществ.

1) фуллерен и алмаз

Алмаз – это аллотропная модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Каждый атом углерода в алмазе связан с четырьмя другими атомами прочными ковалентными связями, что и определяет его исключительную твердость.
Фуллерен (например, $C_{60}$) – другая аллотропная модификация углерода. В твердом состоянии фуллерены образуют молекулярную кристаллическую решетку. В узлах решетки находятся молекулы фуллерена, а не отдельные атомы, и связаны они слабыми межмолекулярными силами.
Следовательно, в этой паре только алмаз имеет атомное строение.

2) сода и кислород

Сода (карбонат натрия, $Na_2CO_3$) – это ионное соединение. Его кристаллическая решетка является ионной и состоит из ионов $Na^+$ и $CO_3^{2-}$.
Кислород ($O_2$) в твердом состоянии образует молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся молекулы $O_2$.
Ни одно из веществ в этой паре не имеет атомного строения.

3) озон и графит

Озон ($O_3$) – это вещество молекулярного строения. В твердом состоянии он образует молекулярную кристаллическую решетку, состоящую из молекул озона.
Графит – еще одна аллотропная модификация углерода. Он имеет атомную кристаллическую решетку слоистого типа, где атомы углерода в слоях соединены прочными ковалентными связями.
Таким образом, в этой паре только графит имеет атомное строение.

4) кварц и алмаз

Кварц (оксид кремния $SiO_2$) имеет атомную кристаллическую решетку. Каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода – с двумя атомами кремния, образуя прочный трехмерный каркас.
Алмаз, как уже отмечалось, также имеет атомную кристаллическую решетку.
Оба вещества в этой паре имеют атомное строение.

Ответ: 4

9. К аллотропным модификациям серы относятся:

1) пластическая сера

2) сернистый газ

3) сероводород

4) коричневая сера

5) ромбическая сера

Решение:

Аллотропия — это явление существования одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам. Эти простые вещества называются аллотропными модификациями. Они состоят из атомов одного элемента, но отличаются либо числом атомов в молекуле (как кислород $O_2$ и озон $O_3$), либо строением кристаллической решетки (как алмаз и графит для углерода).

Сера ($S$) является одним из элементов с наибольшим количеством аллотропных модификаций. Проанализируем представленные в вопросе варианты.

1) пластическая сера
Пластическая сера, также известная как аморфная или γ-сера, является аллотропной модификацией серы. Её получают путём быстрого охлаждения (закалки) расплавленной серы, нагретой до температуры выше 160°C. В этих условиях циклические молекулы $S_8$ разрываются, образуя длинные полимерные цепи. В результате образуется резиноподобная масса. Пластическая сера нестабильна и со временем самопроизвольно превращается в кристаллическую ромбическую серу. Следовательно, это аллотропная модификация.

2) сернистый газ
Сернистый газ — это оксид серы(IV) с химической формулой $SO_2$. Это химическое соединение, состоящее из атомов двух разных элементов — серы и кислорода. Аллотропные модификации являются простыми веществами, состоящими из атомов только одного элемента. Поэтому сернистый газ не является аллотропом серы.

3) сероводород
Сероводород имеет химическую формулу $H_2S$. Это также химическое соединение, состоящее из атомов серы и водорода. По той же причине, что и сернистый газ, сероводород не является аллотропной модификацией серы.

4) коричневая сера
В стандартной номенклатуре химических веществ термин «коричневая сера» не используется для обозначения какой-либо аллотропной модификации. Обычно сера имеет жёлтый цвет. Коричневый оттенок может быть у технической серы из-за наличия примесей (например, селена или органических веществ). Таким образом, это не является аллотропной модификацией.

5) ромбическая сера
Ромбическая сера, или α-сера, является наиболее устойчивой аллотропной модификацией серы при комнатной температуре и атмосферном давлении. Она представляет собой твёрдое кристаллическое вещество жёлтого цвета. Её кристаллическая решётка построена из коронообразных циклических молекул $S_8$. Это классический пример аллотропа серы.

Таким образом, из предложенных вариантов к аллотропным модификациям серы относятся пластическая сера и ромбическая сера.

Ответ: 1, 5.

10. Установите соответствие между утверждением о водороде и химическим понятием.

УТВЕРЖДЕНИЕ

А) водород входит в состав большинства органических веществ

Б) водород — самый лёгкий газ

В) водородом наполняют воздушные шары

Г) молекула метана содержит четыре атома водорода

ХИМИЧЕСКОЕ ПОНЯТИЕ

1) простое вещество

2) химический элемент

Решение

Для правильного соотнесения утверждений и химических понятий необходимо понимать разницу между химическим элементом и простым веществом.

• Химический элемент — это определённый вид атомов. Когда мы говорим, что вещество содержит водород или что в молекуле есть атомы водорода, мы имеем в виду химический элемент.
• Простое вещество — это форма, в которой химический элемент существует в свободном состоянии. Простое вещество характеризуется конкретными физическими свойствами (агрегатное состояние, плотность, температура кипения и т.д.) и химическими свойствами. Для водорода простое вещество — это газ водород с формулой $H_2$.

Проанализируем каждое утверждение:

А) водород входит в состав большинства органических веществ
Здесь говорится о водороде как о составной части сложных веществ (органических соединений). Речь идёт об атомах водорода, связанных с другими атомами в молекулах. Это определение относится к химическому элементу.
Ответ: 2

Б) водород – самый лёгкий газ
Утверждение описывает физическое свойство (самая низкая плотность). Свойствами обладают вещества, а не абстрактные понятия. В данном случае речь идет о простом веществе — газе водороде ($H_2$).
Ответ: 1

В) водородом наполняют воздушные шары
Здесь описывается практическое применение вещества, основанное на его физическом свойстве — лёгкости (низкой плотности). Для наполнения шаров используют простое вещество — газ водород ($H_2$).
Ответ: 1

Г) молекула метана содержит четыре атома водорода
В этом утверждении описывается состав молекулы сложного вещества (метана, $CH_4$). Указывается, что в состав молекулы входят атомы элемента водорода. Следовательно, речь идет о химическом элементе.
Ответ: 2

11. Используя последовательность $состав \rightarrow строение \rightarrow свойства$, охарактеризуйте аллотропные модификации углерода.

Аллотропия — это явление существования одного и того же химического элемента в виде нескольких простых веществ, отличающихся по строению и, следовательно, по свойствам. Эти простые вещества называют аллотропными модификациями. Углерод ($C$) образует множество аллотропных модификаций, которые разительно отличаются друг от друга благодаря разному строению кристаллических решеток. Рассмотрим основные из них в соответствии с последовательностью состав → строение → свойства.

Алмаз

Состав: Простое вещество, состоящее исключительно из атомов углерода ($C$).

Строение: Атомы углерода находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Каждый атом связан прочными ковалентными σ-связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Угол между связями составляет $109^\circ28'$. Такая структура образует объёмную, очень прочную и жёсткую атомную кристаллическую решетку кубического типа.

Свойства: Вследствие прочнейшей трехмерной структуры алмаз является самым твердым из всех известных природных веществ (10 по шкале Мооса). Он прозрачен, бесцветен (в идеальном кристалле), имеет сильный блеск и высокий показатель преломления. Алмаз — диэлектрик, так как все валентные электроны прочно удерживаются в ковалентных связях и не могут свободно перемещаться. Обладает очень высокой теплопроводностью. Химически крайне инертен.

Ответ: Твердость, прозрачность и химическая инертность алмаза обусловлены его трехмерной тетраэдрической атомной решеткой с прочными $sp^3$-связями между атомами углерода.

Графит

Состав: Простое вещество, состоящее исключительно из атомов углерода ($C$).

Строение: Атомы углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Каждый атом связан тремя ковалентными σ-связями с тремя соседними атомами в одной плоскости, образуя правильные шестиугольники (гексагоны). Эти шестиугольники формируют плоские слои. Расстояние между атомами в слое мало, а связи очень прочные. Слои связаны между собой слабыми межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса и находятся на значительном расстоянии друг от друга. Четвертый валентный электрон каждого атома (p-электрон) делокализован в пределах слоя, образуя единую π-электронную систему.

Свойства: Слоистая структура определяет свойства графита. Он очень мягкий (1-2 по шкале Мооса), легко расслаивается на чешуйки (что используется, например, в карандашах). Непрозрачный, темно-серого цвета с металлическим блеском. Благодаря делокализованным электронам хорошо проводит электрический ток и тепло (вдоль слоев). Является тугоплавким и химически более активным, чем алмаз.

Ответ: Мягкость, электропроводность и способность расслаиваться у графита являются следствием его слоистого строения, где прочные слои из $sp^2$-гибридизованных атомов углерода слабо связаны между собой.

Фуллерены

Состав: Простое вещество, состоящее из атомов углерода ($C_n$, где $n$ — четное число, например, $C_{60}, C_{70}$).

Строение: Имеют молекулярную кристаллическую решетку. Молекулы представляют собой замкнутые каркасные структуры, напоминающие по форме сферу или эллипсоид. Поверхность молекулы состоит из соединенных друг с другом пяти- и шестиугольников. Атомы углерода находятся в состоянии, близком к $sp^2$-гибридизации. Наиболее известен фуллерен $C_{60}$, молекула которого похожа на футбольный мяч.

Свойства: Это кристаллические вещества от желтого до черного цвета. В отличие от алмаза и графита, фуллерены растворимы в некоторых органических растворителях (бензол, толуол). В твердом состоянии являются полупроводниками. Химически активны, способны присоединять другие атомы и группы как снаружи, так и внутрь своей сферы.

Ответ: Свойства фуллеренов, такие как растворимость и специфическая химическая активность, определяются их замкнутой молекулярной структурой сферической формы.

Карбин

Состав: Простое вещество, состоящее из атомов углерода ($C$).

Строение: Линейный полимер углерода. Атомы углерода находятся в состоянии $sp$-гибридизации и образуют длинные цепочки. Существует в двух формах: α-карбин (полииновая структура с чередующимися одинарными и тройными связями $...-C \equiv C - C \equiv C -...$) и β-карбин (поликумуленовая структура с системой двойных связей $...=C=C=C=C=...$).

Свойства: Мелкокристаллический порошок черного цвета. Является полупроводником, фотопроводимость которого сильно зависит от освещения. Теоретически обладает самой высокой прочностью на разрыв. Очень реакционноспособен и нестабилен, что затрудняет его получение и изучение.

Ответ: Уникальные полупроводниковые и предполагаемые механические свойства карбина вытекают из его одномерной (линейной) цепной структуры с $sp$-гибридизованными атомами углерода.

Графен

Состав: Простое вещество, состоящее из атомов углерода ($C$).

Строение: Представляет собой одиночный слой атомов углерода толщиной в один атом, то есть является двумерным (2D) кристаллом. Структурно это один слой графита: атомы углерода в $sp^2$-гибридизации образуют гексагональную кристаллическую решетку.

Свойства: Обладает набором уникальных свойств. Это самый прочный из известных материалов. Имеет очень высокую тепло- и электропроводность. Практически прозрачен для света. Гибкий и эластичный. Обладает огромной удельной площадью поверхности, что делает его химически активным.

Ответ: Исключительные механические и электрические свойства графена обусловлены его уникальной двумерной структурой — идеальной гексагональной решеткой из $sp^2$-гибридизованных атомов углерода толщиной в один атом.