Страница 183 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4. Приведите примеры, подтверждающие, что химические элементы можно распределить по отдельным группам.

Химические элементы можно распределить по группам на основании сходства их химических и физических свойств. Эта закономерность лежит в основе Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Элементы, расположенные в одной группе (вертикальном столбце) таблицы, как правило, имеют одинаковое количество электронов на внешней электронной оболочке (валентных электронов), что и определяет их схожее химическое поведение.

Ниже приведены примеры таких групп.

Щелочные металлы (I группа, главная подгруппа)
К этой группе относятся литий ($Li$), натрий ($Na$), калий ($K$), рубидий ($Rb$), цезий ($Cs$) и франций ($Fr$). Все они обладают рядом общих свойств:
- Имеют по одному электрону на внешней электронной оболочке ($ns^1$).
- Являются очень активными металлами, легко отдают свой единственный валентный электрон, образуя положительно заряженные ионы с зарядом +1 (например, $Na^+$, $K^+$).
- Бурно реагируют с водой с образованием щелочи (гидроксида) и выделением водорода. Например, реакция калия с водой: $2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$.
- Образуют оксиды состава $Э_2O$ и пероксиды $Э_2O_2$.
- Являются мягкими, легкоплавкими металлами с низкой плотностью.

Галогены (VII группа, главная подгруппа)
В эту группу входят фтор ($F$), хлор ($Cl$), бром ($Br$), иод ($I$) и астат ($At$). Их общие черты:
- Имеют по семь электронов на внешней электронной оболочке ($ns^2np^5$).
- Являются типичными неметаллами и сильными окислителями. Им не хватает одного электрона до завершения внешней оболочки, поэтому они легко принимают один электрон, образуя отрицательно заряженные ионы с зарядом –1 (например, $F^-$, $Cl^-$).
- В свободном состоянии существуют в виде двухатомных молекул ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$).
- Активно реагируют со многими металлами, образуя соли (галогениды). Например, реакция натрия с хлором: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$.
- Образуют с водородом летучие водородные соединения (галогеноводороды), водные растворы которых являются кислотами.

Благородные (инертные) газы (VIII группа, главная подгруппа)
К этой группе относятся гелий ($He$), неон ($Ne$), аргон ($Ar$), криптон ($Kr$), ксенон ($Xe$) и радон ($Rn$).
- Их главная особенность — химическая инертность. Это связано с тем, что их внешняя электронная оболочка полностью заполнена (у гелия 2 электрона — $1s^2$, у остальных — по 8 электронов — $ns^2np^6$).
- В обычных условиях не вступают в химические реакции (хотя для тяжелых благородных газов, таких как ксенон и криптон, получены соединения).
- Существуют в виде отдельных атомов (одноатомные газы).
- Имеют очень низкие температуры кипения и плавления.

Ответ: Химические элементы можно распределить по группам на основе сходства их свойств, которое обусловлено периодически повторяющейся конфигурацией внешнего электронного слоя их атомов. Примерами таких групп являются щелочные металлы (Li, Na, K и др.), которые являются активными металлами, легко образуют ионы +1 и бурно реагируют с водой; галогены (F, Cl, Br, I), которые являются активными неметаллами, образуют ионы –1 и двухатомные молекулы; и благородные газы (He, Ne, Ar и др.), которые химически инертны из-за своей завершенной внешней электронной оболочки.

5. Химический элемент галлий Ga сходен с элементом алюминием Al, а селен Se — с серой S. Напишите формулы оксидов, гидроксидов и солей, в состав которых входят эти элементы. Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства соответствующих соединений.

Химический элемент галлий (Ga) находится в 13-й группе периодической системы, под алюминием (Al). По аналогии с алюминием, галлий является металлом, проявляет в соединениях степень окисления +3, а его оксид и гидроксид обладают амфотерными свойствами.

Химический элемент селен (Se) находится в 16-й группе, под серой (S). По аналогии с серой, селен является неметаллом и образует кислотные оксиды и соответствующие им кислоты (гидроксиды неметаллов), проявляя степени окисления +4 и +6.

Свойства химического элемента галлия (Ga) и его соединений

• Формула оксида: оксид галлия(III) — $Ga_2O_3$.
• Формула гидроксида: гидроксид галлия(III) — $Ga(OH)_3$.
• Примеры солей: хлорид галлия(III) — $GaCl_3$, нитрат галлия(III) — $Ga(NO_3)_3$.

Оксид и гидроксид галлия являются амфотерными, то есть реагируют и с кислотами, и со щелочами.

Уравнения реакций, характеризующие химические свойства:

1. Взаимодействие с кислотами:

$Ga_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2GaCl_3 + 3H_2O$

$Ga(OH)_3 + 3HNO_3 \rightarrow Ga(NO_3)_3 + 3H_2O$

2. Взаимодействие со щелочами:

$Ga_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Ga(OH)_4]$ (образуется тетрагидроксогаллат натрия)

$Ga(OH)_3 + KOH \rightarrow K[Ga(OH)_4]$ (образуется тетрагидроксогаллат калия)

Ответ: Формулы: оксид $Ga_2O_3$, гидроксид $Ga(OH)_3$. Пример соли: $GaCl_3$. Уравнения, характеризующие амфотерные свойства: $Ga(OH)_3 + 3HCl \rightarrow GaCl_3 + 3H_2O$; $Ga(OH)_3 + KOH \rightarrow K[Ga(OH)_4]$.

Свойства химического элемента селена (Se) и его соединений

• Формулы оксидов: оксид селена(IV) — $SeO_2$, оксид селена(VI) — $SeO_3$.
• Формулы гидроксидов (кислот): селенистая кислота — $H_2SeO_3$ (соответствует $SeO_2$), селеновая кислота — $H_2SeO_4$ (соответствует $SeO_3$).
• Примеры солей: селениты (соли селенистой кислоты), например, селенит натрия $Na_2SeO_3$; селенаты (соли селеновой кислоты), например, селенат калия $K_2SeO_4$.

Оксиды селена и соответствующие им кислоты проявляют кислотные свойства.

Уравнения реакций, характеризующие химические свойства:

1. Взаимодействие оксидов со щелочами с образованием солей:

$SeO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SeO_3 + H_2O$

$SeO_3 + 2KOH \rightarrow K_2SeO_4 + H_2O$

2. Реакции нейтрализации для кислот:

$H_2SeO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSeO_3 \downarrow + 2H_2O$

$H_2SeO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SeO_4 + 2H_2O$

Ответ: Формулы: оксиды $SeO_2, SeO_3$; кислоты $H_2SeO_3, H_2SeO_4$. Пример соли: $K_2SeO_4$. Уравнения, характеризующие кислотные свойства: $SeO_3 + 2KOH \rightarrow K_2SeO_4 + H_2O$; $H_2SeO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSeO_3 \downarrow + 2H_2O$.

Соли, в состав которых входят галлий и селен

Галлий (металл) и селен (в составе кислотного остатка) могут образовывать соли. Например, селенат галлия(III) — соль, образованная катионом галлия $Ga^{3+}$ и селенат-анионом $SeO_4^{2-}$.

Формула селената галлия(III): $Ga_2(SeO_4)_3$.

Уравнение реакции получения этой соли путем нейтрализации гидроксида галлия(III) селеновой кислотой:

$2Ga(OH)_3 + 3H_2SeO_4 \rightarrow Ga_2(SeO_4)_3 + 6H_2O$

Ответ: Пример соли, содержащей галлий и селен — селенат галлия(III), формула $Ga_2(SeO_4)_3$. Уравнение реакции получения: $2Ga(OH)_3 + 3H_2SeO_4 \rightarrow Ga_2(SeO_4)_3 + 6H_2O$.

6. В некоторых ядерных реакторах жидкий натрий используют в качестве теплоносителя — вещества, переносящего тепло, вырабатываемое реактором. В чём опасность для окружающей среды такого использования натрия? Для ответа на этот вопрос воспользуйтесь Интернетом или дополнительной литературой.

Решение

Жидкий натрий используется в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов, в частности, в реакторах на быстрых нейтронах (например, БН-600, БН-800 в России). Это обусловлено его превосходными теплофизическими свойствами: высокой теплопроводностью, высокой температурой кипения (около 883°C) при атмосферном давлении и низкой температурой плавления (около 98°C). Однако использование жидкого натрия сопряжено со значительными опасностями для окружающей среды, которые обусловлены его химическими и ядерно-физическими свойствами.

Основные опасности заключаются в следующем:

1. Высокая химическая активность. Натрий – это щелочной металл, который чрезвычайно бурно реагирует со многими веществами, что создает риск серьезных аварий.

• Реакция с водой. Натрий взрывоопасно реагирует с водой. При их контакте происходит бурная экзотермическая реакция с выделением большого количества тепла и газообразного водорода. Уравнение реакции: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$. Выделяющееся тепло мгновенно воспламеняет водород, что приводит к мощному взрыву и пожару. В условиях АЭС аварийная ситуация, при которой происходит разгерметизация парогенератора и контакт натрия первого контура с водой второго контура, может привести к катастрофическим последствиям с разрушением защитных барьеров.
• Реакция с воздухом. При утечке и контакте с кислородом воздуха жидкий натрий самовоспламеняется. Пожар жидкого натрия очень сложно потушить, так как традиционные средства пожаротушения, такие как вода или углекислотные огнетушители, неприменимы (вода вызывает взрыв, а углекислый газ сам реагирует с горящим натрием). Продукты горения (оксид $Na_2O$ и пероксид $Na_2O_2$) образуют едкий аэрозоль, который при контакте с влагой воздуха превращается в гидроксид натрия (NaOH) – сильную щелочь, опасную для всего живого.

2. Наведенная радиоактивность. Природный натрий состоит из одного стабильного изотопа – натрия-23 ($^{23}Na$). Проходя через активную зону реактора, теплоноситель подвергается интенсивному облучению нейтронами ($n$). В результате ядерной реакции нейтронного захвата стабильный натрий-23 превращается в радиоактивный изотоп натрий-24 ($^{24}Na$):
$ ^{23}Na + n \rightarrow ^{24}Na $
Изотоп натрий-24 является мощным источником гамма-излучения и имеет относительно короткий период полураспада – около 15 часов. Это означает, что весь натриевый теплоноситель в первом контуре охлаждения становится высокорадиоактивным. В случае утечки натрия из первого контура произойдет не только химическое загрязнение (пожар, образование едкой щелочи), но и серьезное радиоактивное загрязнение окружающей среды. Радиоактивные аэрозоли, образующиеся при натриевом пожаре, представляют огромную опасность при их вдыхании или попадании на почву и в водоемы.

Таким образом, главная опасность использования натрия в ядерных реакторах для окружающей среды заключается в том, что в случае аварии с разгерметизацией контура охлаждения могут одновременно произойти мощный химический взрыв, пожар и масштабный выброс радиоактивных веществ.

Ответ:

Опасность использования жидкого натрия в качестве теплоносителя в ядерных реакторах для окружающей среды обусловлена двумя основными факторами. Во-первых, его чрезвычайно высокой химической активностью: натрий бурно, со взрывом, реагирует с водой и самовоспламеняется на воздухе, что создает риск мощных взрывов и труднотушимых пожаров при аварийной разгерметизации. Во-вторых, под действием нейтронного облучения в активной зоне реактора стабильный натрий превращается в высокорадиоактивный изотоп натрий-24. Таким образом, любая утечка теплоносителя чревата не только химическим загрязнением (образование едкой щелочи), но и серьезным радиоактивным загрязнением окружающей среды.

1. К металлическим свойствам не относят

1) твёрдость

2) ковкость

3) металлический блеск

4) газообразное состояние при нормальных условиях

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждое из предложенных свойств и определить, является ли оно характерным для металлов. Металлы — это группа химических элементов, обладающих рядом общих физических и химических свойств, обусловленных наличием металлической кристаллической решётки и свободных электронов.

1) твёрдость
Большинство металлов при нормальных условиях являются твёрдыми веществами (исключение — ртуть). Твёрдость — это способность вещества сопротивляться деформации или царапанию. Хотя твёрдость металлов может сильно различаться (например, натрий и калий очень мягкие, а хром и вольфрам — очень твёрдые), это свойство в целом присуще металлам. Таким образом, твёрдость относится к металлическим свойствам.

2) ковкость
Ковкость, или пластичность, — это способность материала изменять форму под давлением без разрушения. Это одно из самых характерных свойств металлов. Благодаря ковкости металлы можно прокатывать в тонкие листы (фольгу) или вытягивать в проволоку. Это свойство объясняется особым строением металлической кристаллической решётки, в которой слои ионов могут смещаться друг относительно друга без разрыва связей. Таким образом, ковкость относится к металлическим свойствам.

3) металлический блеск
Металлический блеск — это характерная способность поверхности металлов хорошо отражать свет. Это свойство связано с наличием в их структуре "электронного газа" — свободных электронов, которые могут поглощать и немедленно переизлучать фотоны света, падающего на поверхность. Металлический блеск — визитная карточка металлов. Таким образом, металлический блеск относится к металлическим свойствам.

4) газообразное состояние при нормальных условиях
Нормальные условия (н.у.) определяются как температура 0 °C (273,15 К) и давление 101,325 кПа (1 атмосфера). При этих условиях все металлы, кроме ртути (Hg), являются твёрдыми веществами. Ртуть при нормальных условиях находится в жидком состоянии. Ни один из металлов не является газом при нормальных условиях. Для их испарения требуются значительно более высокие температуры. Следовательно, газообразное состояние при нормальных условиях не является свойством металлов.

Ответ: 4

2. Только щелочные металлы указаны в ряду

1) $Li$, $Ba$, $Na$, $K$

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

3) $K$, $Ca$, $Ba$, $Rb$

4) $Li$, $Na$, $Sr$, $Ca$

Решение

Щелочные металлы — это химические элементы 1-й (IA) группы главной подгруппы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (кроме водорода). К ним относятся: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr).

Рассмотрим предложенные ряды элементов:

1) Li, Ba, Na, K
В этом ряду литий (Li), натрий (Na) и калий (K) являются щелочными металлами. Однако барий (Ba) — это щелочноземельный металл, он находится во 2-й (IIA) группе. Следовательно, этот ряд не подходит.

2) Li, Na, K, Rb
В этом ряду все представленные элементы — литий (Li), натрий (Na), калий (K) и рубидий (Rb) — относятся к щелочным металлам. Следовательно, этот ряд является правильным.

3) K, Ca, Ba, Rb
В этом ряду калий (K) и рубидий (Rb) являются щелочными металлами. Однако кальций (Ca) и барий (Ba) — это щелочноземельные металлы (2-я группа). Следовательно, этот ряд не подходит.

4) Li, Na, Sr, Ca
В этом ряду литий (Li) и натрий (Na) являются щелочными металлами. Однако стронций (Sr) и кальций (Ca) — это щелочноземельные металлы (2-я группа). Следовательно, этот ряд не подходит.

Таким образом, единственный ряд, в котором указаны только щелочные металлы, — это второй.

Ответ: 2

3. Установите соответствие между общей формулой высших оксидов и молекулярной формулой вещества.

1) $R_2O$

2) $RO$

3) $RO_2$

4) $RO_3$

А. $SO_3$

Б. $K_2O$

В. $CaO$

Г. $SiO_2$

Для того чтобы установить соответствие, необходимо определить степень окисления элемента, обозначенного как R, в каждой общей формуле. Высшая степень окисления элемента в оксиде, как правило, соответствует номеру группы периодической системы, в которой этот элемент находится. Степень окисления кислорода в оксидах равна -2.

1) R₂O
В данной общей формуле на два атома элемента R приходится один атом кислорода. Составим уравнение для определения степени окисления R (обозначим её как $x$): $2 \cdot x + (-2) = 0$. Решая уравнение, получаем $2x = 2$, следовательно, $x = +1$. Высшую степень окисления +1 проявляют элементы I группы главной подгруппы. Из предложенных вариантов таким элементом является калий (K). Его высший оксид имеет формулу $K_2O$.
Ответ: Б

2) RO
В этой формуле на один атом элемента R приходится один атом кислорода. Уравнение для степени окисления R: $x + (-2) = 0$. Отсюда $x = +2$. Высшую степень окисления +2 проявляют элементы II группы главной подгруппы. Таким элементом из списка является кальций (Ca). Его высший оксид — $CaO$.
Ответ: В

3) RO₂
Здесь на один атом элемента R приходится два атома кислорода. Уравнение для степени окисления R: $x + 2 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $x = +4$. Высшую степень окисления +4 проявляют элементы IV группы главной подгруппы. К таким элементам относится кремний (Si). Его высший оксид — $SiO_2$.
Ответ: Г

4) RO₃
В этой формуле на один атом элемента R приходится три атома кислорода. Уравнение для степени окисления R: $x + 3 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $x = +6$. Высшую степень окисления +6 проявляют элементы VI группы главной подгруппы. Таким элементом из списка является сера (S). Её высший оксид — $SO_3$.
Ответ: А

Найдите в Интернете информацию об открытии благородных газов аргона и гелия.

Открытие аргона

История открытия аргона начинается в конце XIX века с работ британского физика лорда Рэлея (Джона Стретта). В 1892 году он обнаружил, что азот, полученный из воздуха, имеет несколько большую плотность (примерно на 0,5%), чем азот, полученный химическим путем, например, при разложении аммиака. Это несоответствие навело его на мысль о присутствии в атмосферном азоте неизвестной, более тяжелой примеси.

Для проверки этой гипотезы Рэлей объединил усилия с шотландским химиком Уильямом Рамзаем. В 1894 году они провели решающий эксперимент. Рамзай пропускал атмосферный воздух над раскаленной медью для удаления кислорода, а затем над раскаленным магнием, который реагировал с азотом, образуя нитрид магния. После удаления всех известных газов остался небольшой объем (около 1% от исходного объема воздуха) газа, который не вступал ни в какие химические реакции.

Спектральный анализ этого остаточного газа показал набор линий, не принадлежавших ни одному из известных на тот момент химических элементов. Это доказывало открытие нового элемента. Ученые назвали его «аргон» от греческого слова αργός (аргос), что означает «ленивый» или «неактивный», подчеркивая его крайнюю химическую инертность. За это открытие лорд Рэлей был удостоен Нобелевской премии по физике в 1904 году, а Уильям Рамзай — Нобелевской премии по химии в том же году.

Ответ: Аргон был открыт в 1894 году лордом Рэлеем и Уильямом Рамзаем в результате исследования аномалии плотности азота, полученного из воздуха. Они выделили инертный газ из воздуха, удалив из него кислород и азот, и подтвердили его статус нового элемента с помощью спектроскопии.

Открытие гелия

Гелий уникален тем, что был сначала обнаружен не на Земле, а в космосе — в спектре Солнца. 18 августа 1868 года во время полного солнечного затмения в Индии французский астроном Пьер Жансен, изучая спектр солнечной хромосферы, зафиксировал ярко-желтую спектральную линию, которую нельзя было отнести ни к одному известному элементу.

Независимо от Жансена, 20 октября того же года, английский астроном Норман Локьер также наблюдал эту линию и пришел к выводу, что она принадлежит новому, ранее неизвестному на Земле элементу. Совместно с химиком Эдуардом Франклендом он предложил назвать этот элемент «гелием» от греческого слова ἥλιος (гелиос), что означает «Солнце».

На Земле гелий был обнаружен лишь спустя 27 лет, в 1895 году. Шотландский химик Уильям Рамзай, уже прославившийся открытием аргона, проводил эксперименты с минералом клевеитом (разновидность уранинита). При обработке минерала кислотой выделялся газ. Рамзай ожидал найти в нем аргон, но спектральный анализ показал ту самую ярко-желтую линию, которую ранее наблюдали в солнечном спектре. Подлинность открытия была подтверждена Локьером и Уильямом Круксом. Почти одновременно гелий был выделен из клевеита шведскими химиками Пером Теодором Клеве и Абрахамом Лангле, которые смогли получить достаточное количество газа для точного определения его атомной массы.

Ответ: Гелий был впервые обнаружен в 1868 году астрономами Пьером Жансеном и Норманом Локьером в виде неизвестной спектральной линии в солнечном свете. На Земле он был выделен и идентифицирован в 1895 году химиком Уильямом Рамзаем при изучении газов, выделяющихся из минерала клевеита.