Страница 38 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Как можно доказать, что кислород, железо и водород — простые вещества, а вода и сульфид железа — сложные вещества? Каковы условия возникновения и течения реакции образования сульфида железа?

Как можно доказать, что кислород, железо и водород — простые вещества, а вода и сульфид железа — сложные вещества?

В основе доказательства лежит определение простых и сложных веществ. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, а сложные вещества — из атомов двух или более различных химических элементов. Доказать принадлежность вещества к той или иной группе можно экспериментально, проведя реакции анализа (разложения) или синтеза.

1. Доказательство для сложных веществ (вода и сульфид железа)
Сложные вещества можно разложить на два или более других веществ или синтезировать из нескольких простых веществ.

Вода ($H_2O$): Воду можно разложить на два простых вещества — водород и кислород — с помощью электрического тока (электролиз). Уравнение реакции:
$2H_2O \xrightarrow{\text{электрический ток}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$
Поскольку вода разлагается на два разных простых вещества, это доказывает, что она является сложным веществом, состоящим из атомов водорода и кислорода.

Сульфид железа ($FeS$): Сульфид железа можно получить путем синтеза из двух простых веществ — железа и серы. Тот факт, что вещество образуется из двух различных элементов, доказывает его сложный состав. Уравнение реакции синтеза:
$Fe + S \xrightarrow{t^{\circ}} FeS$
Так как сульфид железа состоит из атомов двух разных элементов (железа и серы), он является сложным веществом.

2. Доказательство для простых веществ (кислород, железо и водород)
Простые вещества невозможно разложить на другие, более простые вещества химическими методами.

Кислород ($O_2$), железо ($Fe$) и водород ($H_2$) при любых химических превращениях (нагревании, действии электрического тока и т.д.) не разлагаются на составные части, так как каждое из этих веществ состоит из атомов только одного химического элемента. Это и является доказательством того, что они — простые вещества.

Ответ: Доказать, что вещества являются сложными, можно, разложив их на несколько более простых веществ (как воду на водород и кислород) или синтезировав их из нескольких простых веществ (как сульфид железа из железа и серы). Простое вещество, в отличие от сложного, невозможно разложить химическими методами на другие вещества.

Каковы условия возникновения и течения реакции образования сульфида железа?

Реакция образования сульфида железа(II) происходит между двумя простыми веществами — железом ($Fe$) и серой ($S$). Уравнение реакции:
$Fe + S \xrightarrow{t^{\circ}} FeS$

Для возникновения и течения этой реакции необходимо соблюдение следующих условий:

1. Измельчение и перемешивание реагентов. Для того чтобы реакция началась, необходимо обеспечить максимальную площадь контакта между реагирующими веществами. Поэтому обычно используют железные опилки или порошок железа и порошок серы, которые тщательно перемешивают.

2. Нагревание (инициирование реакции). Смесь железа и серы при обычных условиях не реагирует. Для запуска реакции необходимо сообщить ей начальную энергию, то есть нагреть смесь (например, в пламени спиртовки).

3. Самоподдержание реакции. Реакция соединения железа с серой является экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества теплоты. После инициирования выделившаяся теплота нагревает соседние участки смеси до температуры реакции, и процесс распространяется по всему объему самостоятельно, без дальнейшего подвода тепла извне.

Ответ: Условиями возникновения и течения реакции образования сульфида железа являются: тщательное перемешивание измельченных реагентов (порошков железа и серы) и начальное нагревание смеси для инициирования реакции.

2. Чем отличаются по составу и свойствам смеси от химических со-единений? Приведите примеры.

Смеси и химические соединения – это два фундаментально разных типа веществ, отличающихся по ключевым параметрам.

Чем отличаются по составу и свойствам смеси от химических соединений

Ключевые отличия можно сгруппировать по нескольким признакам:
1. Состав. В смесях компоненты могут находиться в любых, произвольных соотношениях. Например, можно приготовить слабосолёный или сильносолёный раствор. В химических соединениях элементы всегда связаны в строго определённых массовых соотношениях (закон постоянства состава). Так, в воде ($H_2O$) массовое соотношение водорода к кислороду всегда составляет примерно 1:8.
2. Свойства. В смесях каждый компонент сохраняет свои индивидуальные физические и химические свойства. Например, в смеси порошков железа и серы железо остаётся магнитным, а сера — жёлтой. Химическое соединение обладает совершенно новыми свойствами, отличными от свойств его составляющих элементов. Например, вода ($H_2O$), образованная из горючего газа водорода ($H_2$) и газа кислорода ($O_2$), поддерживающего горение, сама является негорючей жидкостью и используется для тушения огня.
3. Способ разделения. Смеси можно разделить на компоненты с помощью физических методов: фильтрования (песок и вода), выпаривания (соль и вода), действия магнитом (железо и сера), дистилляции (спирт и вода). Химические соединения можно разложить на простые вещества только с помощью химических реакций, которые разрушают химические связи (например, электролиз воды для получения водорода и кислорода).
4. Энергетические эффекты при образовании. Образование смесей обычно не сопровождается заметными тепловыми эффектами (выделением или поглощением тепла, света). Образование химических соединений (химическая реакция) почти всегда протекает со значительным выделением или поглощением энергии.

Приведите примеры

Примеры смесей:
- Воздух (смесь газов: азот, кислород, аргон и др.)
- Морская вода (раствор солей в воде)
- Гранит (смесь минералов: кварца, полевого шпата, слюды)
- Сплав бронзы (смесь меди и олова)

Примеры химических соединений:
- Вода ($H_2O$)
- Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$)
- Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$)
- Углекислый газ ($CO_2$)

Ответ: Смеси отличаются от химических соединений тем, что имеют переменный состав, сохраняют свойства своих компонентов и могут быть разделены физическими методами. Химические соединения, напротив, имеют постоянный состав, обладают новыми, уникальными свойствами и могут быть разделены только путём химических реакций. Примером смеси является воздух, примером химического соединения – вода ($H_2O$).

3. При помощи каких способов из смесей можно выделить вещества, входящие в их состав? Приведите примеры.

Для разделения смесей на составляющие их вещества используют различные физические способы, основанные на различиях в физических свойствах компонентов смеси (растворимость, температура кипения, плотность, магнитные свойства и т.д.). Ниже приведены основные способы разделения смесей и примеры их применения.

Фильтрование

Этот метод применяется для разделения неоднородных смесей, состоящих из нерастворимого твердого вещества и жидкости (или газа). Смесь пропускают через фильтр – пористый материал, который задерживает частицы твердого вещества, но пропускает жидкость или газ.
Пример: Разделение смеси речного песка и воды. Если пропустить эту смесь через бумажный фильтр, песок останется на фильтре, а чистая вода (фильтрат) пройдет сквозь него.

Ответ: Фильтрование используется для отделения нерастворимых твердых веществ от жидкостей, например, песка от воды.

Отстаивание

Метод основан на разнице в плотностях веществ в неоднородной смеси. Более плотное вещество под действием силы тяжести оседает на дно, а менее плотное всплывает наверх. После разделения слоев верхний слой можно аккуратно слить (декантировать) или удалить.
Пример: Смесь растительного масла и воды. Так как масло легче воды и не смешивается с ней, оно образует верхний слой. Дав смеси отстояться, можно аккуратно слить масло. Другой пример – очистка воды от частиц глины, которые со временем оседают на дно.

Ответ: Отстаивание применяется для разделения несмешивающихся жидкостей разной плотности или жидкости и нерастворимого в ней твердого вещества, например, масла и воды.

Действие магнитом

Этот способ подходит для разделения смесей, в которых один из компонентов обладает магнитными свойствами (например, железо), а другие – нет.
Пример: Разделение смеси железных опилок и древесных стружек. Если поднести к такой смеси магнит, он притянет все железные опилки, оставив стружки.

Ответ: Действие магнитом позволяет выделить из смеси вещества, способные намагничиваться, например, отделить железные опилки от песка.

Выпаривание

Выпаривание используется для выделения растворенного твердого вещества из раствора (однородной смеси). Раствор нагревают, растворитель (обычно вода) испаряется, а растворенное вещество остается в виде кристаллов.
Пример: Получение поваренной соли из соленой воды. При нагревании раствора вода испаряется, а на дне сосуда остаются кристаллы соли.

Ответ: Выпаривание служит для выделения растворенного твердого вещества из раствора путем испарения растворителя, например, соли из воды.

Перегонка (дистилляция)

Метод разделения однородных смесей жидкостей, основанный на различии их температур кипения. При нагревании смеси сначала испаряется та жидкость, у которой температура кипения ниже. Ее пары отводят, охлаждают и конденсируют, собирая в отдельный сосуд.
Пример: Разделение смеси воды и этилового спирта. Температура кипения спирта около $78^\circ\text{C}$, а воды – $100^\circ\text{C}$. При нагревании смеси до температуры чуть выше $78^\circ\text{C}$ спирт интенсивно испаряется, его пары можно охладить и собрать в виде чистого спирта. Таким же способом получают дистиллированную воду.

Ответ: Перегонка (дистилляция) используется для разделения жидких смесей с разными температурами кипения, например, для получения дистиллированной воды из водопроводной.

Хроматография

Это метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении компонентов между двумя фазами — неподвижной и подвижной. Вещества смеси движутся с разной скоростью и за счет этого разделяются.
Пример: Разделение красителей в чернилах фломастера с помощью бумажной хроматографии. На полоску фильтровальной бумаги наносят пятно чернил и опускают ее нижним концом в растворитель (воду). По мере того как растворитель поднимается по бумаге, он увлекает за собой красители, которые разделяются на отдельные цветные полосы из-за разной скорости движения.

Ответ: Хроматография позволяет разделять сложные смеси на компоненты благодаря их разной скорости движения в потоке растворителя, например, разделять пигменты в чернилах.

1. На рисунках условно изображены простые и сложные вещества. Простое вещество изображено на рисунке

1) Окружность с точкой и окружность с крестом

2) Окружность с тремя вертикальными линиями и пустая окружность

3) Окружность с тремя вертикальными линиями и окружность с точкой

4) Пустая окружность и пустая окружность

Решение

Для того чтобы определить, на каком рисунке изображено простое вещество, необходимо вспомнить определения простого и сложного веществ.

Простые вещества — это вещества, которые состоят из атомов только одного химического элемента. Атомы в таких веществах могут быть не связаны друг с другом или объединены в молекулы (например, O₂, N₂, S₈).

Сложные вещества (или химические соединения) — это вещества, которые состоят из атомов двух или более разных химических элементов.

На рисунках атомы разных элементов условно изображены кружками с разным содержимым (пустой, с точкой, с крестиком, со штрихами). Соединенные вместе кружки обозначают молекулу.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) Изображена молекула, состоящая из двух разных атомов (один обозначен точкой, другой — крестиком). Следовательно, это модель сложного вещества.

2) Изображена молекула, состоящая из двух разных атомов (один обозначен штрихами, другой — пустой). Следовательно, это модель сложного вещества.

3) Изображена молекула, состоящая из двух разных атомов (один обозначен штрихами, другой — точкой). Следовательно, это модель сложного вещества.

4) Изображена молекула, состоящая из двух одинаковых атомов (оба кружка пустые). Поскольку молекула состоит из атомов одного и того же элемента, это модель простого вещества.

Таким образом, простое вещество изображено на рисунке под номером 4.

Ответ: 4

2. На рисунках условно изображены простые и сложные вещества. Сложное вещество изображено на рисунке

1) Восемь одинаковых маленьких синих кругов, расположенных в два ряда по четыре.

2) Слева: один большой синий круг с двумя маленькими синими кругами, расположенными над ним. Справа: один большой синий круг с тремя маленькими синими кругами, расположенными вокруг него (один сверху, один снизу, один справа).

3) Сверху: два соединенных больших синих круга. Снизу: две отдельные фигуры, каждая из которых состоит из одного большого синего круга с двумя маленькими синими кругами, расположенными над ним.

4) Два соединенных больших синих круга, к каждому из которых с внешней стороны присоединен один маленький синий круг. Под ними расположены две отдельные группы из двух соединенных маленьких синих кругов.

Решение

В химии вещества делятся на простые и сложные.
Простые вещества — это вещества, которые состоят из атомов только одного химического элемента. В моделях, представленных на рисунках, атомы одного элемента изображены кружками одинакового размера.
Сложные вещества (или химические соединения) — это вещества, которые состоят из атомов двух или более разных химических элементов, связанных между собой. В моделях атомы разных элементов изображаются кружками разного размера. При этом чистое сложное вещество состоит из одинаковых молекул.

Проанализируем каждый из предложенных рисунков:

• 1) На рисунке изображено вещество, состоящее из одинаковых молекул. Каждая молекула состоит из двух одинаковых атомов (два соединенных кружка одного размера). Это модель простого вещества.
• 2) На рисунке изображено вещество, состоящее из одинаковых молекул. Каждая молекула состоит из атомов двух разных видов (один большой кружок и два маленьких). Так как молекулы содержат атомы разных элементов, это модель сложного вещества.
• 3) На рисунке изображена смесь двух разных веществ. Одни молекулы состоят из двух одинаковых больших атомов (простое вещество), а другие — из одного большого и двух маленьких атомов (сложное вещество). Это не чистое сложное вещество, а смесь.
• 4) На рисунке изображена смесь двух разных простых веществ. Одни молекулы состоят из двух одинаковых больших атомов, а другие — из двух одинаковых маленьких атомов.

Таким образом, условию задачи, где нужно найти рисунок с изображением сложного вещества, соответствует рисунок под номером 2.

Ответ: 2

3. На рисунках условно изображены химические соединения и смеси. Смеси показаны на рисунках

1)

2)

3)

4)

Чтобы ответить на вопрос, необходимо различать чистые вещества и смеси на модельном уровне. Чистое вещество (простое вещество или химическое соединение) состоит из частиц только одного вида. Смесь состоит из частиц двух или более разных видов, которые не связаны химически.

Проанализируем каждый рисунок:

1) На этом рисунке изображены только одинаковые частицы. Каждая частица является молекулой, состоящей из двух одинаковых атомов. Следовательно, это модель чистого вещества (простого вещества).

2) На этом рисунке все частицы также идентичны друг другу. Каждая частица — это молекула, состоящая из трех атомов двух разных видов (один большой и два маленьких). Это модель чистого вещества (химического соединения).

3) На этом рисунке присутствуют частицы двух разных типов. Первый тип — молекулы, состоящие из двух больших одинаковых атомов. Второй тип — молекулы, состоящие из одного большого и двух маленьких атомов. Поскольку система содержит разные виды молекул, это модель смеси.

4) На этом рисунке также показаны частицы двух разных типов. Одни молекулы состоят из двух больших атомов, а другие — из двух маленьких атомов. Наличие разных видов молекул указывает на то, что это модель смеси.

Таким образом, смеси изображены на рисунках 3 и 4.

Ответ: 3 и 4.

Используя Интернет и другие источники информации, найдите и рассмотрите фотоизображения простых и сложных веществ, упомянутых в параграфе.

На основе информации из открытых источников, таких как Интернет, можно найти и рассмотреть фотоизображения и свойства множества простых и сложных веществ. Ниже приведены примеры веществ, которые часто упоминаются в начальных курсах химии.

Простые вещества

Простые вещества — это химические вещества, состоящие исключительно из атомов одного химического элемента. Внешний вид и свойства простых веществ, образованных одним и тем же элементом, могут различаться, если они существуют в виде разных аллотропных модификаций.

Углерод ($C$)

Углерод образует несколько аллотропных модификаций. На фотоизображениях чаще всего можно увидеть:
• Алмаз: прозрачное, бесцветное кристаллическое вещество с очень сильным блеском. Это самое твёрдое из известных природных веществ.
• Графит: непрозрачное вещество тёмно-серого цвета с металлическим блеском. Он мягкий, жирный на ощупь, имеет слоистую структуру и используется в карандашах.

Сера ($S$)

На фотографиях сера предстаёт как хрупкое кристаллическое вещество ярко-жёлтого цвета. Чаще всего встречается ромбическая сера, молекулы которой имеют форму короны и состоят из 8 атомов ($S_8$). Может быть в виде кристаллов или порошка.

Железо ($Fe$)

Это ковкий пластичный металл серебристо-белого цвета с характерным металлическим блеском. На фото можно видеть железо в виде слитков, проволоки, стружки или готовых изделий. На влажном воздухе железо подвергается коррозии и покрывается ржавчиной (слоем оксидов и гидроксидов).

Кислород ($O_2$) и озон ($O_3$)

Оба вещества являются аллотропными модификациями элемента кислорода.
• Кислород ($O_2$): в обычных условиях это бесцветный газ без вкуса и запаха. В жидком состоянии (при очень низких температурах) имеет светло-голубой цвет.
• Озон ($O_3$): газ бледно-голубого цвета с резким, характерным запахом (запах «свежести» после грозы). В больших концентрациях ядовит.

Сложные вещества

Сложные вещества (или химические соединения) состоят из атомов двух или более различных химических элементов, связанных между собой.

Вода ($H_2O$)

Самое распространённое вещество на Земле. В жидком состоянии на фото выглядит как прозрачная, бесцветная жидкость. В твёрдом состоянии (лёд) — белое или бесцветное кристаллическое вещество. Газообразное состояние (водяной пар) невидимо.

Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$)

На фотоизображениях это белое кристаллическое вещество. Природные кристаллы (минерал галит) или очищенная соль имеют форму куба. Широко используется в быту как пищевая добавка.

Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$)

На фотографиях выглядит как белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. В быту встречается в виде сахарного песка (мелких кристаллов) или рафинада (спрессованных кубиков).

Углекислый газ ($CO_2$)

В обычных условиях — бесцветный газ без запаха. На фотографиях часто показывают его твёрдую фазу — «сухой лёд». Это белое снегоподобное вещество, которое при нагревании не плавится, а сразу переходит в газ (сублимирует). При этом процессе образуется густой белый туман из-за конденсации водяного пара из воздуха.

Ответ: В результате поиска и анализа фотоизображений установлено, что простые и сложные вещества имеют разнообразный внешний вид и свойства. Простые вещества (например, углерод в виде алмаза и графита, жёлтая сера, серебристое железо) и сложные вещества (прозрачная вода, белые кристаллы соли и сахара, твёрдый углекислый газ) демонстрируют широкий спектр цветов, форм и агрегатных состояний, что обусловлено их химическим составом и строением.