Страница 12 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Какие основные методы познания, используемые в химии, вам известны? Кратко опишите их.

В химии, как и в других естественных науках, используется комплекс методов познания, которые можно разделить на эмпирические (основанные на опыте) и теоретические (основанные на логике и мышлении).

Наблюдение

Это целенаправленное восприятие веществ и химических явлений с целью сбора первичной информации. Наблюдение может касаться физических свойств вещества (цвета, запаха, агрегатного состояния) или изменений, происходящих в ходе реакции (выделение газа, выпадение осадка, изменение окраски, тепловой эффект). Наблюдение лежит в основе постановки проблемы и выдвижения гипотез.

Эксперимент

Это активный метод исследования, при котором учёный целенаправленно создаёт и контролирует определённые условия для изучения химических объектов или явлений. В отличие от пассивного наблюдения, эксперимент позволяет проверять гипотезы, устанавливать количественные закономерности и причинно-следственные связи. Например, изучение влияния температуры или катализатора на скорость химической реакции.

Измерение

Это определение количественных характеристик свойств веществ или параметров процессов с помощью специальных приборов. Измерение даёт точные численные данные (массу, объём, температуру, плотность, концентрацию), которые являются основой для расчётов, построения графиков и формулировки математических законов.

Анализ

Это метод, заключающийся в разложении сложного вещества на более простые компоненты для изучения его состава. Различают два вида анализа:

• Качественный анализ: устанавливает, из каких химических элементов, ионов или функциональных групп состоит исследуемое вещество. Отвечает на вопрос «что?».
• Количественный анализ: определяет количественное содержание (массу, долю, концентрацию) компонентов в веществе. Отвечает на вопрос «сколько?».

Синтез

Это метод, противоположный анализу, который заключается в целенаправленном получении сложных химических соединений из более простых исходных веществ. Синтез позволяет создавать новые вещества и материалы с заранее заданными свойствами (лекарства, полимеры, красители).

Моделирование

Это создание и изучение моделей — упрощённых аналогов реальных объектов или процессов, которые слишком сложны или недоступны для прямого наблюдения (например, атомы, молекулы, механизм реакции). Модели бывают:

• Предметные (физические): шаростержневые или объёмные модели молекул.
• Знаковые (символьные): химические формулы, уравнения реакций, которые описывают состав и превращения веществ.
• Компьютерные (математические): программы, симулирующие поведение молекул и ход химических реакций.

Ответ: Основными методами познания в химии являются наблюдение (сбор первичной информации), эксперимент (активное изучение явлений в контролируемых условиях), измерение (получение количественных данных), анализ (определение состава вещества), синтез (создание новых веществ) и моделирование (построение и изучение упрощённых аналогов реальных объектов и процессов).

2. Опишите физические свойства:

а) меди;

б) воды;

в) соли.

а) меди

Медь ($Cu$) — это химический элемент, пластичный переходный металл золотисто-розового цвета. Физические свойства меди следующие:

Агрегатное состояние: при нормальных условиях медь находится в твёрдом состоянии.

Цвет и блеск: имеет характерный красновато-розовый цвет (один из немногих окрашенных металлов) и сильный металлический блеск.

Пластичность и ковкость: медь является очень пластичным и ковким металлом. Её можно легко раскатать в тонкие листы (фольгу) и вытянуть в тонкую проволоку.

Тепло- и электропроводность: обладает очень высокой теплопроводностью и электропроводностью, уступая по этим показателям только серебру. Это её важнейшее техническое свойство.

Плотность: плотность меди составляет $8960 \text{ кг/м}^3$ ($8,96 \text{ г/см}^3$), что относит её к тяжёлым металлам.

Температуры плавления и кипения: температура плавления меди — $1084,62^\circ \text{C}$, а температура кипения — $2562^\circ \text{C}$.

Магнитные свойства: медь является диамагнетиком, то есть она слабо выталкивается из магнитного поля.

Ответ: Медь — это твёрдый, пластичный, ковкий металл красновато-розового цвета с металлическим блеском, обладающий очень высокой электро- и теплопроводностью, высокой плотностью и являющийся диамагнетиком.

б) воды

Вода ($H_2O$) — это химическое соединение, которое при нормальных условиях является прозрачной жидкостью. Её физические свойства уникальны и важны для жизни на Земле:

Агрегатное состояние: вода может существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (лёд), жидком (вода) и газообразном (водяной пар).

Цвет, вкус и запах: чистая вода не имеет цвета (в малых объёмах), запаха и вкуса. В больших объёмах она имеет голубоватый оттенок.

Прозрачность: прозрачна для видимого света.

Плотность: максимальная плотность жидкой воды наблюдается при температуре около $4^\circ \text{C}$ и составляет примерно $1000 \text{ кг/м}^3$ ($1 \text{ г/см}^3$). Важной аномалией является то, что плотность льда (около $917 \text{ кг/м}^3$) меньше плотности жидкой воды, поэтому лёд плавает на её поверхности.

Температуры фазовых переходов: при стандартном атмосферном давлении температура замерзания (плавления) воды составляет $0^\circ \text{C}$, а температура кипения — $100^\circ \text{C}$.

Теплоёмкость: обладает аномально высокой удельной теплоёмкостью, что позволяет ей поглощать и отдавать большое количество теплоты при незначительном изменении собственной температуры.

Поверхностное натяжение: у воды одно из самых высоких значений поверхностного натяжения среди жидкостей.

Электропроводность: в чистом виде (дистиллированная вода) является очень плохим проводником электрического тока (диэлектриком).

Ответ: Вода — это прозрачная жидкость без вкуса и запаха, существующая в трёх агрегатных состояниях. Обладает уникальными свойствами: аномалией плотности (лёд легче воды), высокой теплоёмкостью и поверхностным натяжением. Температура плавления $0^\circ \text{C}$, кипения $100^\circ \text{C}$.

в) соли

Под "солью" чаще всего понимают поваренную соль, химическая формула которой — хлорид натрия ($NaCl$). Это ионное соединение, обладающее следующими физическими свойствами:

Агрегатное состояние: при нормальных условиях является твёрдым кристаллическим веществом.

Цвет, вкус и запах: это бесцветные (в массе — белые) кристаллы без запаха, имеющие характерный солёный вкус.

Структура и хрупкость: имеет кристаллическую ионную решётку. Кристаллы соли являются твёрдыми, но хрупкими и легко раскалываются при ударе.

Растворимость: хорошо растворяется в воде, при этом плохо растворима в большинстве органических растворителей.

Электропроводность: в твёрдом виде хлорид натрия не проводит электрический ток, так как ионы жёстко закреплены в узлах кристаллической решётки. Однако в расплавленном состоянии или в виде водного раствора является хорошим проводником тока (электролитом).

Плотность: плотность поваренной соли составляет $2170 \text{ кг/м}^3$ ($2,17 \text{ г/см}^3$).

Температуры плавления и кипения: температура плавления — $801^\circ \text{C}$, температура кипения — $1413^\circ \text{C}$. Это тугоплавкое вещество.

Ответ: Поваренная соль (хлорид натрия) — твёрдое, хрупкое кристаллическое вещество белого цвета с солёным вкусом. Хорошо растворима в воде. В твёрдом виде является диэлектриком, но её расплав или водный раствор проводит электрический ток.

1. Установите соответствие между веществами и их свойствами.

1) порошок железа

2) порошок серы

А. хорошо проводит электричество

Б. имеет жёлтый цвет

В. имеет тёмно-серый цвет

Г. не смачивается водой

Д. имеет металлический блеск

Е. не проводит электрический ток

1) порошок железа

Железо (Fe) — это металл. Рассмотрим его свойства в виде порошка:
— Порошок железа имеет тёмно-серый цвет. (соответствует свойству В)
— Как и все металлы, железо обладает металлическим блеском, который заметен даже у мелких частиц порошка. (соответствует свойству Д)
— Железо является хорошим проводником электрического тока благодаря наличию свободных электронов в его кристаллической решетке. (соответствует свойству А)
Следовательно, для порошка железа подходят свойства А, В и Д.

Ответ: А, В, Д.

2) порошок серы

Сера (S) — это типичный неметалл. Рассмотрим её свойства в виде порошка:
— Элементарная сера представляет собой твёрдое вещество ярко-жёлтого цвета. (соответствует свойству Б)
— Сера является диэлектриком, то есть не проводит электрический ток. (соответствует свойству Е)
— Сера обладает гидрофобными свойствами, то есть не смачивается водой. Если насыпать порошок серы на поверхность воды, он не утонет, а будет плавать. (соответствует свойству Г)
Следовательно, для порошка серы подходят свойства Б, Г и Е.

Ответ: Б, Г, Е.

2. Чтобы избежать разбрызгивания смеси при разбавлении концентрированной серной кислоты водой, нужно

1) воду в кислоту добавлять по каплям

2) воду в кислоту добавлять струйкой

3) кислоту добавлять в воду небольшими порциями

4) одновременно вливать воду и кислоту в один сосуд

Для безопасного разбавления концентрированной серной кислоты водой необходимо понимать физико-химические процессы, происходящие при их смешивании. Растворение концентрированной серной кислоты ($H_2SO_4$) в воде — это сильно экзотермический процесс, то есть он сопровождается выделением большого количества тепла. Для выбора правильного способа разбавления необходимо учитывать ключевые физические свойства веществ.

Во-первых, плотность: концентрированная серная кислота ($\rho_{кислоты} \approx 1,84 \text{ г/см}^3$) значительно плотнее воды ($\rho_{воды} \approx 1,0 \text{ г/см}^3$).
Во-вторых, теплоемкость: вода обладает высокой удельной теплоемкостью ($c_{воды} \approx 4,2 \text{ Дж/(г}\cdot\text{К)}$), что позволяет ей поглощать большое количество теплоты без резкого повышения температуры, в отличие от серной кислоты.

Рассмотрим предложенные варианты с точки зрения техники безопасности:

Варианты 1 и 2: воду в кислоту добавлять по каплям или струйкой.
Эти способы категорически запрещены. Если вливать воду в концентрированную серную кислоту, то вода, будучи менее плотной, останется на поверхности. Реакция гидратации будет происходить в тонком пограничном слое. Все выделяющееся тепло сконцентрируется в малом объеме воды, что приведет к её быстрому нагреву выше температуры кипения ($100^\circ C$) и бурному парообразованию. Образовавшийся пар с силой выбросит капли горячей едкой кислоты из сосуда. Это явление чрезвычайно опасно. Существует известное мнемоническое правило химиков: "Сначала вода, потом кислота, иначе случится большая беда".

Вариант 3: кислоту добавлять в воду небольшими порциями.
Это единственно правильный и безопасный метод. При медленном добавлении кислоты в воду, более плотная кислота опускается сквозь воду ко дну, что способствует хорошему перемешиванию. Большой начальный объем воды, обладающий высокой теплоемкостью, эффективно поглощает выделяющееся тепло. В результате температура всего раствора повышается постепенно и равномерно, без опасного вскипания. Для лучшего отвода тепла процесс следует проводить медленно, при постоянном перемешивании и, желательно, в охлаждаемой емкости.

Вариант 4: одновременно вливать воду и кислоту в один сосуд.
Этот способ непредсказуем и не обеспечивает должного контроля за смешиванием и теплоотводом. Возможно образование локальных зон с высокой концентрацией кислоты и недостаточным отводом тепла, что также может привести к вскипанию и разбрызгиванию.

Таким образом, чтобы избежать разбрызгивания смеси, необходимо всегда добавлять кислоту в воду, а не наоборот.

Ответ: 3) кислоту добавлять в воду небольшими порциями.

3. Верны ли следующие суждения?

А. При работе со спиртовкой нельзя зажигать одну спиртовку от другой.

Б. Без указания учителя нельзя смешивать неизвестные вещества.

1) верно только А 3) оба суждения верны

2) верно только Б 4) оба суждения неверны

Решение

Для ответа на данный вопрос необходимо проанализировать каждое из предложенных суждений с точки зрения правил техники безопасности в химической лаборатории.

А. При работе со спиртовкой нельзя зажигать одну спиртовку от другой.

Данное утверждение является верным. Спиртовка заправлена легковоспламеняющейся жидкостью — спиртом. При попытке зажечь одну спиртовку от другой, зажженную спиртовку приходится наклонять. Это может привести к вытеканию горящего спирта, что чревато ожогами и возникновением пожара. Поэтому, согласно правилам техники безопасности, каждую спиртовку следует зажигать индивидуально с помощью спичек или специальной зажигалки.

Б. Без указания учителя нельзя смешивать неизвестные вещества.

Это утверждение также является верным. Это одно из фундаментальных правил безопасности в химии. Смешивание неизвестных веществ крайне опасно, так как реакция между ними непредсказуема. Это может привести к бурному выделению тепла, взрыву, образованию ядовитых или едких веществ. Любые химические эксперименты проводятся только с известными веществами, по заранее известной методике и под контролем или с разрешения учителя.

Таким образом, оба суждения, А и Б, являются верными.

Ответ: 3

Используя ресурсы Интернета, ознакомьтесь с фотоизображениями химического лабораторного оборудования.

В химической лаборатории используется разнообразное оборудование, которое можно условно разделить на несколько основных групп.

Стеклянная посуда и оборудование

Это самая многочисленная группа лабораторного оборудования, изготавливаемая в основном из термостойкого и химически инертного боросиликатного стекла.

Пробирка — цилиндрический сосуд с закругленным дном, предназначенный для отбора проб и проведения химических реакций с небольшими количествами веществ. Фотоизображения показывают простые стеклянные трубки, иногда с ободком для удобства.

Химический стакан — цилиндрический сосуд с плоским дном и специальным носиком для сливания жидкости. На стенках часто нанесена шкала для ориентировочного измерения объема.

Колбы — сосуды с более узким горлом по сравнению со стаканами, что уменьшает испарение и предотвращает расплескивание. Существует множество видов колб: коническая (колба Эрленмейера), удобная для титрования и перемешивания; круглодонная, используемая в синтезах, требующих равномерного нагрева; плоскодонная, которую можно ставить на ровную поверхность; мерная колба с одной меткой на горлышке для приготовления растворов точной концентрации.

Воронка химическая — конусообразное приспособление для переливания жидкостей и для фильтрования с использованием фильтровальной бумаги.

Делительная воронка — сосуд грушевидной или цилиндрической формы с притертой пробкой сверху и краном снизу. Используется для разделения несмешивающихся жидкостей (например, масла и воды).

Холодильник — прибор для конденсации паров при перегонке или кипячении. Наиболее распространены прямоточный холодильник Либиха, шариковый и змеевиковый. Он представляет собой две вставленные друг в друга трубки: по внутренней движется пар, а в "рубашке" между трубками циркулирует охлаждающая вода.

Чашка Петри — неглубокий цилиндрический сосуд из стекла или пластика с крышкой. Применяется для выпаривания растворов или в микробиологии.

Ответ: Представлен обзор основной стеклянной посуды, используемой для проведения реакций, хранения веществ и разделения смесей.

Измерительные приборы и посуда

Эта группа оборудования предназначена для точного измерения физических величин, таких как объем, масса, температура.

Мерный цилиндр — высокий цилиндрический сосуд на подставке с нанесенной на стенку точной шкалой объема. Используется для отмеривания заданного объема жидкости.

Пипетка — стеклянная трубка для точного отбора небольшого объема жидкости. Градуированные пипетки имеют шкалу для отбора различных объемов, а пипетки Мора предназначены для отбора одного фиксированного объема (например, 10 мл, 25 мл).

Бюретка — длинная градуированная стеклянная трубка с краном внизу, закрепляемая в штативе. Необходима для точного дозирования раствора в процессе титрования.

Весы — прибор для точного определения массы. В лабораториях используют технические весы (с точностью до сотых долей грамма) и аналитические весы (с точностью до десятитысячных долей грамма), которые обычно имеют защитный стеклянный кожух.

Термометр — прибор для измерения температуры. Лабораторные термометры могут быть ртутными, спиртовыми или электронными, с различным диапазоном и точностью измерений.

Ответ: Описаны основные измерительные приборы, применяемые для точного определения объемов, массы и температуры.

Нагревательные приборы

Для проведения многих химических реакций требуется нагрев, для которого служат специальные устройства.

Спиртовка — простой прибор в виде стеклянного сосуда со спиртом и фитилем. Дает открытое пламя невысокой температуры, подходит для простого нагрева.

Газовая горелка (горелка Бунзена) — устройство, подключаемое к источнику газа, позволяет получать пламя высокой температуры с возможностью регулировки.

Электроплитка — нагревательный прибор с закрытой спиралью и плоской поверхностью. Обеспечивает безопасный и равномерный нагрев. Часто совмещается с магнитной мешалкой.

Водяная или песчаная баня — емкость с водой или песком, которая нагревается на плитке. В нее помещают колбы для плавного и равномерного нагрева до температуры, не превышающей 100 °C (для водяной бани).

Сушильный шкаф — термостатируемый шкаф, похожий на духовку, для высушивания химической посуды и веществ при заданной температуре.

Ответ: Приведены примеры устройств, используемых в лаборатории для нагрева веществ и проведения реакций при повышенной температуре.

Вспомогательное оборудование

К этой категории относится множество предметов, облегчающих работу в лаборатории.

Лабораторный штатив — металлическая конструкция, состоящая из тяжелого основания и вертикального стержня. С помощью специальных держателей (лапок) и колец на нем закрепляют колбы, холодильники, бюретки и другую посуду.

Шпатель — металлическая или пластиковая лопаточка для взятия небольших порций твердых сыпучих веществ.

Фарфоровая ступка с пестиком — используется для измельчения и тщательного перемешивания твердых веществ.

Тигель — термостойкая чашка (обычно фарфоровая) для прокаливания веществ при очень высоких температурах в муфельной печи.

Промывалка — пластиковая бутылка с изогнутой трубкой, заполненная дистиллированной водой для ополаскивания посуды или промывания осадков.

Зажимы — металлические приспособления (например, зажим Мора) для перекрывания гибких шлангов.

Ответ: Дан перечень вспомогательного оборудования, необходимого для фиксации приборов, механической обработки веществ и выполнения различных лабораторных операций.