Страница 60 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Что такое валентность химических элементов? Поясните, почему валентность водорода принята за единицу.

Валентность химического элемента — это его способность образовывать определенное число химических связей с атомами других элементов. Количественно валентность выражается числом ковалентных связей, которые атом данного элемента образует с другими атомами в молекуле.

Исторически было принято определять валентность элемента по числу атомов водорода, которое он может присоединить или заместить. Например, в молекуле воды ($H_2O$) кислород соединен с двумя атомами водорода, поэтому валентность кислорода равна II. В молекуле аммиака ($NH_3$) азот соединен с тремя атомами водорода, следовательно, его валентность равна III.

Валентность водорода принята за единицу, так как атом водорода является самым простым. Он расположен под номером 1 в Периодической системе и имеет всего один электрон на своей единственной электронной оболочке (электронная конфигурация $1s^1$). Для образования стабильной двухэлектронной оболочки, подобной оболочке инертного газа гелия, атому водорода необходимо образовать только одну химическую связь (поделиться своим единственным электроном). Так как водород в подавляющем большинстве соединений образует только одну связь, его валентность постоянна и равна I. Эта постоянная и минимально возможная валентность делает водород удобным эталоном для сравнения и определения валентностей других химических элементов.

Ответ: Валентность — это способность атома химического элемента образовывать определённое число химических связей. Валентность водорода принята за единицу, потому что его атом имеет только один электрон и может образовать лишь одну химическую связь, что делает его удобным эталоном для определения валентности других элементов.

2. При взаимодействии магния с водой один атом магния замещает два атома водорода в молекуле воды. Какова валентность магния?

Решение

Валентность — это свойство атомов химического элемента образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов. За единицу валентности принята валентность атома водорода.

Чтобы определить валентность магния, воспользуемся данными из условия задачи. В нем сказано, что один атом магния ($Mg$) замещает два атома водорода ($H$).

Валентность водорода ($H$) всегда равна I.

Так как один атом магния замещает два атома водорода, его валентность будет равна суммарной валентности замещаемых атомов водорода:

Валентность $Mg$ = $2 \times$ Валентность $H$ = $2 \times I = II$.

Таким образом, магний является двухвалентным элементом.

Химическое уравнение этой реакции (взаимодействие магния с горячей водой или паром) выглядит следующим образом:

$Mg + 2H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 + H_2\uparrow$

Из формулы образовавшегося гидроксида магния $Mg(OH)_2$ видно, что один атом магния соединен с двумя одновалентными гидроксогруппами ($OH$), что также подтверждает, что валентность магния равна II.

Ответ:

Валентность магния равна II.

3. Выпишите элементы, имеющие постоянную валентность, равную $I$: Na, Cu, S, K, H, Cl.

Для того чтобы выбрать элементы с постоянной валентностью, равной $I$, необходимо проанализировать свойства каждого элемента из предложенного списка. Валентность — это способность атома образовывать определенное число химических связей.

Na (Натрий) — это щелочной металл, который находится в I группе главной подгруппы периодической системы. Атомы щелочных металлов имеют на внешнем энергетическом уровне один электрон, который они легко отдают при образовании химических связей. Поэтому натрий во всех своих соединениях проявляет постоянную валентность, равную $I$.

Cu (Медь) — это переходный металл. Для меди, как и для многих других переходных металлов, характерна переменная валентность. Она может быть равна $I$ (например, в оксиде меди(I) $Cu_2O$) или $II$ (например, в оксиде меди(II) $CuO$). Следовательно, валентность меди не является постоянной.

S (Сера) — неметалл, расположенный в VI группе главной подгруппы. Сера может проявлять различные валентности в зависимости от того, с каким элементом она образует соединение. Например, валентность серы равна $II$ в сероводороде ($H_2S$), $IV$ в диоксиде серы ($SO_2$) и $VI$ в триоксиде серы ($SO_3$). Ее валентность не постоянна.

K (Калий) — это щелочной металл I группы, как и натрий. По аналогии с натрием, калий всегда проявляет в соединениях постоянную валентность, равную $I$.

H (Водород) — первый элемент периодической системы. Атом водорода имеет один электрон и может образовывать одну химическую связь. В подавляющем большинстве соединений (например, $H_2O$, $HCl$, $CH_4$) валентность водорода равна $I$. В рамках школьного курса химии его валентность принято считать постоянной и равной $I$.

Cl (Хлор) — галоген, элемент VII группы главной подгруппы. В соединениях с металлами и водородом (например, $NaCl$, $HCl$) валентность хлора равна $I$. Однако в соединениях с более электроотрицательными элементами, такими как кислород, хлор проявляет переменные валентности: $I, III, V, VII$. Таким образом, его валентность не является постоянной.

Следовательно, из перечисленных элементов постоянную валентность, равную $I$, имеют натрий, калий и водород.

Ответ: Na, K, H.

4. Выпишите элементы, имеющие постоянную валентность, равную II: Ca, Na, O, S, Ba, Fe.

Чтобы определить, какие из перечисленных элементов имеют постоянную валентность, равную II, необходимо проанализировать их положение в Периодической системе химических элементов и их характерные химические свойства.

Ca (Кальций) — это щелочноземельный металл, расположенный во II группе, главной подгруппе (IIA). Элементы этой группы отдают два валентных электрона и всегда проявляют в соединениях постоянную валентность II.

Na (Натрий) — это щелочной металл, расположенный в I группе, главной подгруппе (IA). Его постоянная валентность равна I.

O (Кислород) — это элемент VI группы, главной подгруппы (VIA). В подавляющем большинстве соединений (оксидах, основаниях, кислотах, солях) кислород проявляет постоянную валентность II.

S (Сера) — находится в той же группе, что и кислород, но является элементом с переменной валентностью. Сера может проявлять валентность II (например, в сероводороде H₂S), IV (в оксиде серы(IV) SO₂) и VI (в оксиде серы(VI) SO₃).

Ba (Барий) — это щелочноземельный металл, находящийся во II группе, главной подгруппе (IIA), как и кальций. Его постоянная валентность равна II.

Fe (Железо) — это переходный металл, для которого характерна переменная валентность. Чаще всего железо проявляет валентность II (в соединениях железа(II)) и III (в соединениях железа(III)).

Таким образом, из предложенного списка элементы с постоянной валентностью II — это кальций, кислород и барий.

Ответ: Ca, O, Ba.

5. Определите валентность металлов в следующих оксидах: $CuO$, $Cu_2O$, $Na_2O$, $Al_2O_3$, $FeO$, $Fe_2O_3$.

Химические формулы оксидов: $CuO$, $Cu_2O$, $Na_2O$, $Al_2O_3$, $FeO$, $Fe_2O_3$.
Валентность кислорода (O) в оксидах является постоянной и равной II.

Валентность металлов (Cu, Na, Al, Fe) в каждом из указанных оксидов.

Для определения валентности элемента в бинарном соединении, каким является оксид, используется основное правило: молекула химического соединения электронейтральна. Это означает, что сумма произведений валентностей на число атомов для каждого элемента должна быть равна.

Для оксида металла с общей формулой $M_aO_b$, где M — металл, O — кислород, a и b — индексы, показывающие число атомов в молекуле, это правило можно записать в виде формулы. Пусть валентность металла равна x, а валентность кислорода равна II.

валентность металла × число атомов металла = валентность кислорода × число атомов кислорода

$x \cdot a = II \cdot b$

Из этого уравнения мы можем найти неизвестную валентность металла x:

$x = \frac{II \cdot b}{a}$

Применим эту формулу для каждого из данных оксидов.

CuO

В оксиде меди(II) на 1 атом меди ($a=1$) приходится 1 атом кислорода ($b=1$). Пусть валентность меди (Cu) равна x. Составим уравнение: $x \cdot 1 = II \cdot 1$. Отсюда следует, что $x = II$.
Ответ: валентность меди в CuO равна II.

Cu₂O

В оксиде меди(I) на 2 атома меди ($a=2$) приходится 1 атом кислорода ($b=1$). Пусть валентность меди (Cu) равна x. Составим уравнение: $x \cdot 2 = II \cdot 1$. Отсюда $x = \frac{II}{2} = I$.
Ответ: валентность меди в Cu₂O равна I.

Na₂O

В оксиде натрия на 2 атома натрия ($a=2$) приходится 1 атом кислорода ($b=1$). Пусть валентность натрия (Na) равна x. Составим уравнение: $x \cdot 2 = II \cdot 1$. Отсюда $x = \frac{II}{2} = I$.
Ответ: валентность натрия в Na₂O равна I.

Al₂O₃

В оксиде алюминия на 2 атома алюминия ($a=2$) приходится 3 атома кислорода ($b=3$). Пусть валентность алюминия (Al) равна x. Составим уравнение: $x \cdot 2 = II \cdot 3$. Получаем $x \cdot 2 = VI$. Отсюда $x = \frac{VI}{2} = III$.
Ответ: валентность алюминия в Al₂O₃ равна III.

FeO

В оксиде железа(II) на 1 атом железа ($a=1$) приходится 1 атом кислорода ($b=1$). Пусть валентность железа (Fe) равна x. Составим уравнение: $x \cdot 1 = II \cdot 1$. Отсюда $x = II$.
Ответ: валентность железа в FeO равна II.

Fe₂O₃

В оксиде железа(III) на 2 атома железа ($a=2$) приходится 3 атома кислорода ($b=3$). Пусть валентность железа (Fe) равна x. Составим уравнение: $x \cdot 2 = II \cdot 3$. Получаем $x \cdot 2 = VI$. Отсюда $x = \frac{VI}{2} = III$.
Ответ: валентность железа в Fe₂O₃ равна III.

1. Формула одного из оксидов фосфора $P_2O_3$. Валентность фосфора в этом соединении равна

1) 2

2) 3

3) 5

4) 6

Дано:

Химическая формула оксида фосфора: $P_2O_3$
Валентность кислорода (O) в оксидах постоянна и равна II.

Найти:

Валентность фосфора (P) - ?

Решение:

Валентность — это число химических связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. В молекуле химического соединения сумма валентностей, умноженных на число атомов (индекс) одного элемента, равна такой же сумме для другого элемента.

Пусть валентность фосфора (P) в данном соединении равна $x$. Валентность кислорода (O) в оксидах всегда равна II.

Запишем формулу, указав над элементами их валентности (известную и неизвестную):

$P_2^x O_3^{II}$

Для того чтобы молекула была электронейтральной, должно соблюдаться равенство:

(индекс фосфора) $\times$ (валентность фосфора) = (индекс кислорода) $\times$ (валентность кислорода)

Подставим известные значения в это уравнение:

$2 \cdot x = 3 \cdot 2$

Решим полученное уравнение относительно $x$:

$2x = 6$

$x = \frac{6}{2}$

$x = 3$

Следовательно, валентность фосфора в соединении $P_2O_3$ равна III. Среди предложенных вариантов ответа это вариант под номером 2).

Ответ: 3.

2. Установите соответствие между химической формулой соединения и валентностью серы в этом соединении.

1) $\text{SO}_3$

2) $\text{H}_2\text{S}$

3) $\text{SO}_2$

А. II

Б. IV

В. VI

Решение

Для определения валентности серы в каждом из представленных бинарных соединений воспользуемся тем фактом, что валентность некоторых элементов в соединениях, как правило, постоянна. Валентность кислорода (O) в оксидах равна II, а валентность водорода (H) в соединениях с неметаллами — I. Произведение валентности элемента на количество его атомов в молекуле является одинаковым для обоих элементов в бинарном соединении.

1) SO₃

Соединение $SO_3$ — оксид серы(VI). В его молекуле один атом серы (S) и три атома кислорода (O). Валентность кислорода равна II. Пусть валентность серы будет $x$. Составим уравнение, приравнивая произведения валентностей на число атомов:

$1 \cdot x = 3 \cdot \text{II}$

Решая уравнение, получаем $x = \text{VI}$. Таким образом, валентность серы в оксиде $SO_3$ равна VI. Это соответствует варианту В.

Ответ: В

2) H₂S

Соединение $H_2S$ — сероводород. В его молекуле один атом серы (S) и два атома водорода (H). Валентность водорода равна I. Пусть валентность серы будет $y$. Составим уравнение:

$1 \cdot y = 2 \cdot \text{I}$

Решая уравнение, получаем $y = \text{II}$. Таким образом, валентность серы в сероводороде $H_2S$ равна II. Это соответствует варианту А.

Ответ: А

3) SO₂

Соединение $SO_2$ — оксид серы(IV). В его молекуле один атом серы (S) и два атома кислорода (O). Валентность кислорода равна II. Пусть валентность серы будет $z$. Составим уравнение:

$1 \cdot z = 2 \cdot \text{II}$

Решая уравнение, получаем $z = \text{IV}$. Таким образом, валентность серы в оксиде $SO_2$ равна IV. Это соответствует варианту Б.

Ответ: Б

Используя Интернет и другие источники информации, ознакомьтесь с биографией Эдуарда Франкленда.

Сэр Эдуард Франкленд (18 января 1825 – 9 августа 1899) — выдающийся английский химик, внесший фундаментальный вклад в развитие органической и неорганической химии, а также в области анализа воды и общественного здравоохранения.

Ранние годы и образование

Эдуард Франкленд родился в Черчтауне, графство Ланкашир. Его ранняя жизнь была скромной. В юности он был отдан в ученики к аптекарю, где и проявился его интерес к химии. Стремление к знаниям привело его в Лондон, где он поступил в Химический колледж (ныне часть Имперского колледжа Лондона) и учился у знаменитого химика Августа Вильгельма фон Гофмана. Для завершения образования Франкленд отправился в Германию, где работал в лабораториях ведущих ученых того времени, в том числе у Роберта Бунзена в Марбургском университете. Там он получил докторскую степень.

Научная карьера и основные достижения

Научная карьера Франкленда была весьма успешной. Он занимал профессорские должности в Оуэнс-колледже в Манчестере, в больнице Святого Варфоломея, в Королевском институте в Лондоне и в Королевской горной школе.

Основными научными достижениями Эдуарда Франкленда являются:

• Теория валентности: Это, пожалуй, самый значительный вклад Франкленда в химию. В 1852 году, изучая металлоорганические соединения (такие как диэтилцинк), он заметил, что атомы одного элемента имеют тенденцию соединяться с определенным, фиксированным числом атомов других элементов. Он ввел понятие «соединительной силы» (combining power), которое позже стало известно как валентность. Эта концепция заложила основы структурной теории в органической химии, позволив понять, как атомы соединяются друг с другом, образуя молекулы. Франкленд предположил, что каждый атом имеет определенное количество «крючков» или «связей», которыми он может присоединять другие атомы.
• Основание металлоорганической химии: Работы Франкленда по синтезу и изучению соединений, содержащих связь углерод-металл (например, цинкорганических соединений), положили начало новой области — металлоорганической химии. Эти соединения оказались важными реагентами в органическом синтезе.
• Анализ качества воды: В 1865 году Франкленд был назначен официальным аналитиком качества воды в Лондоне. В то время город страдал от эпидемий холеры, передававшейся через загрязненную воду. Франкленд разработал новые, более точные методы определения органического загрязнения в воде, в частности, метод определения «предыдущего загрязнения сточными водами». Его доклады и рекомендации привели к существенным улучшениям в системах водоснабжения и очистки, что спасло множество жизней и значительно улучшило общественное здоровье.
• Открытие гелия: В 1868 году во время наблюдения солнечного затмения астроном Пьер Жансен заметил в спектре солнечной короны яркую желтую линию, не соответствующую ни одному известному элементу. Франкленд совместно с астрономом Норманом Локьером изучил этот феномен и пришел к выводу, что линия принадлежит новому, ранее неизвестному на Земле химическому элементу. Они предложили назвать его гелием (от греческого helios — «Солнце»).

Признание и поздние годы

За свои выдающиеся заслуги Эдуард Франкленд был удостоен множества наград, включая Королевскую медаль (1857) и медаль Копли (1894) от Лондонского королевского общества. В 1897 году он был посвящен в рыцари, получив титул сэра. Он скончался во время отпуска в Норвегии в 1899 году, оставив после себя богатое научное наследие, которое оказало огромное влияние на развитие химии и улучшение качества жизни людей.

Ответ:

Представлена развернутая биография английского химика Эдуарда Франкленда, освещающая его ранние годы, образование, научную карьеру и ключевые достижения, такие как разработка теории валентности, основание металлоорганической химии, работы в области анализа качества воды и участие в открытии гелия.