Страница 27 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Составление моделей различных веществ.

«ПОМОЩНИК»

Пользуясь моделями атомов и зная их валентность, составьте модели следующих веществ:

водорода;

воды;

гидрида натрия;

аммиака (атомы водорода и азота);

оксида натрия.

водорода;

Решение
Водород (H) — химический элемент с валентностью I. Молекула простого вещества водорода является двухатомной. Два атома водорода соединяются между собой одной ковалентной связью, образуя общую электронную пару. Структурно это можно представить как H–H.
Ответ: химическая формула водорода — $H_2$.

воды;

Решение
Молекула воды состоит из атомов водорода (H) и кислорода (O). Валентность водорода равна I, а валентность кислорода — II. Чтобы составить химическую формулу, необходимо найти наименьшее общее кратное (НОК) для валентностей: НОК(1, 2) = 2. Далее определим индексы (количество атомов) для каждого элемента, разделив НОК на их валентность:

• Индекс для водорода: $2 \div 1 = 2$
• Индекс для кислорода: $2 \div 2 = 1$

Следовательно, на один атом кислорода приходится два атома водорода. Структурная модель молекулы воды: H–O–H.
Ответ: химическая формула воды — $H_2O$.

гидрида натрия;

Решение
Гидрид натрия — это соединение натрия (Na) и водорода (H). Натрий является щелочным металлом и находится в I группе Периодической системы, его валентность постоянна и равна I. Валентность водорода в гидридах также равна I. Так как валентности элементов одинаковы, их атомы соединяются в соотношении 1:1. Структурная модель: Na–H.
Ответ: химическая формула гидрида натрия — $NaH$.

аммиака (атомы водорода и азота);

Решение
Аммиак — это соединение азота (N) и водорода (H). В соединениях с водородом валентность азота, как правило, равна III. Валентность водорода — I. Найдем НОК для валентностей: НОК(3, 1) = 3. Рассчитаем индексы:

• Индекс для азота: $3 \div 3 = 1$
• Индекс для водорода: $3 \div 1 = 3$

Таким образом, один атом азота соединяется с тремя атомами водорода. Структурная модель молекулы аммиака:
$H–\underset{\Large |}{\overset{\Large H}{N}}–H$
Ответ: химическая формула аммиака — $NH_3$.

оксида натрия.

Решение
Оксид натрия состоит из атомов натрия (Na) и кислорода (O). Валентность натрия (элемента I группы) равна I, а валентность кислорода в оксидах — II. Найдем НОК для валентностей: НОК(1, 2) = 2. Рассчитаем индексы:

• Индекс для натрия: $2 \div 1 = 2$
• Индекс для кислорода: $2 \div 2 = 1$

Это означает, что два атома натрия соединяются с одним атомом кислорода. Структурная модель оксида натрия: Na–O–Na.
Ответ: химическая формула оксида натрия — $Na_2O$.

Дайте определение понятию «валентность».

Валентность — это фундаментальное понятие в химии, которое определяет способность атомов одного химического элемента соединяться с атомами других элементов путем образования химических связей. Количественно валентность выражается числом химических связей, которые данный атом образует в соединении.

За единицу валентности исторически была принята валентность атома водорода. Соответственно, валентность другого элемента можно определить по числу атомов водорода, которое присоединяет или замещает один атом этого элемента. Например, в молекуле воды ($H_2O$) кислород связан с двумя атомами водорода, следовательно, его валентность равна II. В аммиаке ($NH_3$) валентность азота равна III, а в метане ($CH_4$) валентность углерода — IV.

С точки зрения теории строения атома, валентность в ковалентных соединениях определяется числом неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне, которые участвуют в образовании общих электронных пар (ковалентных связей). Атом может переходить в возбужденное состояние, при котором происходит распаривание электронных пар и увеличение числа неспаренных электронов, что приводит к проявлению элементом переменной валентности. Например, сера ($S$) в основном состоянии имеет 2 неспаренных электрона и проявляет валентность II (например, в $H_2S$), а в возбужденных состояниях может проявлять валентности IV (в $SO_2$) и VI (в $SO_3$).

Для ионных соединений валентность обычно соответствует модулю заряда иона. Например, в хлориде натрия ($NaCl$) натрий одновалентен (ион $Na^+$), а в оксиде кальция ($CaO$) кальций двухвалентен (ион $Ca^{2+}$).

Следует отличать понятие валентности от степени окисления. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи являются ионными. Степень окисления может быть положительной, отрицательной или нулевой. Валентность же указывает на число образованных ковалентных связей и всегда является положительным целым числом (или нулем для свободных атомов).

Ответ:Валентность — это число химических связей, которые атом данного элемента образует с другими атомами. Она характеризует способность атомов образовывать химические соединения и определяется, как правило, числом неспаренных электронов, участвующих в образовании связей.

Составьте памятку по определению валентности атомов по формулам бинарных соединений.

Памятка по определению валентности атомов по формулам бинарных соединений

Для того чтобы определить валентность атома одного из элементов в бинарном соединении (веществе, состоящем из атомов двух химических элементов), необходимо следовать простому алгоритму, который основан на основном правиле валентности.

Основное правило валентности

В молекуле бинарного соединения произведение валентности одного элемента на число его атомов равно произведению валентности другого элемента на число его атомов. Для соединения с общей формулой $Э_xЭ'_y$, где $V(Э)$ и $V(Э')$ – валентности элементов, справедливо равенство:

$x \cdot V(Э) = y \cdot V(Э')$

Шаг 1: Запомните элементы с постоянной или наиболее распространенной валентностью

Это будет вашей отправной точкой для расчетов. В большинстве школьных задач можно считать, что:

• Валентность I имеют: Водород ($H$), Фтор ($F$), щелочные металлы ($Li$, $Na$, $K$, ...).
• Валентность II имеют: Кислород ($O$), щелочноземельные металлы ($Be$, $Mg$, $Ca$, ...), Цинк ($Zn$).
• Валентность III имеет: Алюминий ($Al$).

Шаг 2: Следуйте алгоритму для определения неизвестной валентности

Рассмотрим алгоритм на примере оксида железа(III) – $Fe_2O_3$.

1. Запишите химическую формулу соединения: $Fe_2O_3$.

2. Определите элемент с известной валентностью и проставьте её значение (римской цифрой) над его химическим символом. Мы знаем, что валентность кислорода ($O$) почти всегда равна II.
   $\rightarrow Fe_2\overset{II}{O}_3$

3. Обозначьте неизвестную валентность другого элемента (в нашем случае, железа $Fe$) как $x$.
   $\rightarrow \overset{x}{Fe}_2\overset{II}{O}_3$

4. Найдите общее число «единиц валентности» для элемента с известной валентностью. Для этого умножьте его валентность на индекс (число атомов) в формуле.
   Для кислорода: $II \cdot 3 = 6$.

5. Это же число «единиц валентности» должно приходиться и на второй элемент. Составьте уравнение: произведение неизвестной валентности $x$ на число атомов этого элемента должно быть равно найденному числу.
   Для железа: $x \cdot 2 = 6$.

6. Решите уравнение относительно $x$.
   $x = 6 / 2 = 3$.

7. Таким образом, валентность железа ($Fe$) в данном соединении равна III. Запишите окончательный вариант с указанием валентностей обоих элементов: $\overset{III}{Fe}_2\overset{II}{O}_3$.

Пример 2: Определение валентности фосфора в $P_2O_5$

1. Формула: $P_2O_5$.

2. Валентность кислорода равна II: $P_2\overset{II}{O}_5$.

3. Валентность фосфора - $x$: $\overset{x}{P}_2\overset{II}{O}_5$.

4. Суммарная валентность кислорода: $II \cdot 5 = 10$.

5. Уравнение для фосфора: $x \cdot 2 = 10$.

6. Решение: $x = 10 / 2 = 5$.

7. Результат: Валентность фосфора равна V. Итоговая запись: $\overset{V}{P}_2\overset{II}{O}_5$.

Ответ:

Для определения валентности элемента в бинарном соединении $Э_xЭ'_y$, где валентность элемента $Э'$ известна и равна $V(Э')$, необходимо вычислить неизвестную валентность элемента $Э$, равную $V(Э)$, по формуле: $V(Э) = \frac{y \cdot V(Э')}{x}$.

Составьте памятку по составлению формул бинарных соединений по валентности атомов.

Решение

Памятка: Алгоритм составления химических формул бинарных соединений по валентности

1. Записать символы химических элементов

Напишите рядом химические символы двух элементов, образующих соединение. По общему правилу, на первом месте пишется символ элемента с меньшей электроотрицательностью (обычно это металл или элемент, который в Периодической системе находится левее или ниже). Например, для соединения фосфора и хлора записываем: P Cl.

2. Указать валентности над символами элементов

Над символом каждого элемента укажите его валентность римскими цифрами. Валентность показывает число химических связей, которое атом данного элемента образует в соединении.

• Элементы с постоянной валентностью: H, Li, Na, K, F — I; O, Be, Mg, Ca, Ba, Zn — II; Al — III.

• Для элементов с переменной валентностью (например, Fe, Cu, S, P, N) она должна быть известна из условия или названия вещества (например, оксид серы(VI) означает, что валентность серы равна VI).

Пример: Составим формулу для оксида фосфора(V). Валентность фосфора равна V, валентность кислорода — II. Записываем: $P^V O^{II}$.

3. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для значений валентностей

НОК — это наименьшее целое положительное число, которое делится на оба значения валентности без остатка. Это число представляет собой общее число «единиц валентности», которое должно быть сбалансировано в формуле.

Пример: Для валентностей V и II наименьшее общее кратное равно 10. НОК(5, 2) = 10.

4. Определить индексы для каждого элемента

Индекс — это число, которое ставится справа внизу от символа элемента и показывает количество атомов этого элемента в молекуле. Чтобы найти индекс, нужно разделить НОК на валентность элемента.

Индекс = НОК / Валентность

Пример:

• Индекс для фосфора (P) = 10 / 5 = 2.

• Индекс для кислорода (O) = 10 / 2 = 5.

5. Записать итоговую химическую формулу

Запишите символы элементов, а справа от каждого внизу укажите соответствующий индекс. Если индекс равен 1, он не пишется.

Пример: Итоговая формула оксида фосфора(V) — $P_2O_5$.

Проверка: суммарная валентность атомов фосфора (2 атома × валентность V = 10) равна суммарной валентности атомов кислорода (5 атомов × валентность II = 10). Баланс соблюден.

Упрощенный способ («крест-накрест»)

Можно использовать правило «крест-накрест»: числовое значение валентности одного элемента становится индексом для другого элемента.

Пример: $P^V O^{II}$. Переносим «крест-накрест» значения валентностей: 5 к кислороду, 2 к фосфору. Получаем $P_2O_5$.

Важно: Если полученные по этому правилу индексы имеют общий делитель, их необходимо сократить до наименьших целых чисел.

Пример: Соединение углерода(IV) и кислорода(II) → $C^{IV} O^{II}$. Метод «крест-накрест» дает $C_2O_4$. Индексы 2 и 4 делятся на 2. Сокращаем их: 2/2 = 1, 4/2 = 2. Правильная формула — $CO_2$.

Ответ: Памятка по составлению формул бинарных соединений по валентности содержит следующие шаги: 1. Запись символов элементов в правильном порядке. 2. Определение и простановка валентностей над символами. 3. Нахождение наименьшего общего кратного (НОК) для значений валентностей. 4. Расчет индексов для каждого элемента путем деления НОК на его валентность. 5. Запись итоговой химической формулы с индексами (индекс 1 опускается). Альтернативно можно использовать метод «крест-накрест» с обязательным сокращением индексов, если у них есть общий делитель.