Страница 77 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение свойств гидроксидов элементов III периода.

«ПОМОЩНИК»

В выданных вам пробирках находятся гидроксиды элементов III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева:

натрия;

магния;

алюминия;

фосфора;

серы.

Опытным путём определите характер каждого из гидроксидов.

Для определения химического характера гидроксидов элементов III периода, необходимо провести ряд экспериментов. В III периоде находятся элементы: натрий (Na), магний (Mg), алюминий (Al), фосфор (P), сера (S). Их высшие гидроксиды соответственно: $NaOH$, $Mg(OH)_2$, $Al(OH)_3$, $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота), $H_2SO_4$ (серная кислота). Общая закономерность периодической системы гласит, что в периоде слева направо основные свойства гидроксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.

Экспериментальная проверка заключается в определении отношения каждого гидроксида к воде (растворимость), к индикаторам, к кислотам и щелочам.

Гидроксид натрия ($NaOH$) — твёрдое вещество, хорошо растворимое в воде. Его водный раствор прозрачен и бесцветен. Для определения его характера используем универсальный индикатор или лакмусовую бумагу.

Опыт: Помещаем в пробирку с раствором гидроксида натрия лакмусовую бумажку.

Наблюдение: Лакмус окрашивается в синий цвет, что свидетельствует о сильнощелочной среде ($pH > 7$).

Вывод: Гидроксид натрия является сильным основанием, щёлочью.

Ответ: Гидроксид натрия ($NaOH$) — сильное основание (щёлочь).

Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) — белое кристаллическое вещество, практически нерастворимое в воде, поэтому в пробирке он будет в виде осадка. Для определения его характера проверим его взаимодействие с сильной кислотой.

Опыт: К осадку гидроксида магния в пробирке добавляем раствор сильной кислоты, например, соляной ($HCl$).

Наблюдение: Происходит растворение осадка и образование прозрачного раствора.

Уравнение реакции: $Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$.

Вывод: Взаимодействие с кислотой доказывает, что гидроксид магния проявляет основные свойства. Он не реагирует со щелочами.

Ответ: Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) — основание.

Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) — нерастворимый в воде осадок белого цвета, имеющий студенистую (гелеобразную) структуру. Для определения его характера нужно доказать его способность реагировать как с кислотами, так и со щелочами.

Опыт: Разделим осадок гидроксида алюминия на две пробирки. В первую добавим раствор сильной кислоты (например, $HCl$), а во вторую — раствор щёлочи (например, $NaOH$).

Наблюдение: Осадок растворяется в обеих пробирках.

Уравнения реакций:

1. Взаимодействие с кислотой (проявление основных свойств): $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$.

2. Взаимодействие со щёлочью (проявление кислотных свойств): $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (образуется растворимый комплекс тетрагидроксоалюминат натрия).

Вывод: Способность реагировать и с кислотами, и со щелочами характеризует гидроксид алюминия как амфотерный.

Ответ: Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) — амфотерный гидроксид.

Высшему оксиду фосфора $P_2O_5$ соответствует гидроксид — ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$). Это растворимое в воде вещество, его раствор бесцветен. Характер этого соединения можно определить с помощью индикатора.

Опыт: В пробирку с раствором ортофосфорной кислоты опускаем синюю лакмусовую бумажку.

Наблюдение: Лакмус изменяет свой цвет на красный, что указывает на наличие кислой среды ($pH < 7$).

Вывод: Гидроксид фосфора(V) является кислотой.

Ответ: Гидроксид фосфора (ортофосфорная кислота, $H_3PO_4$) — кислота.

Высшему оксиду серы $SO_3$ соответствует гидроксид — серная кислота ($H_2SO_4$). Это сильная кислота, её раствор также бесцветен. Её характер легко определяется с помощью индикатора.

Опыт: В пробирку с раствором серной кислоты опускаем синюю лакмусовую бумажку.

Наблюдение: Лакмус немедленно окрашивается в ярко-красный цвет, что свидетельствует о сильнокислой среде ($pH << 7$).

Вывод: Гидроксид серы(VI) является сильной кислотой.

Ответ: Гидроксид серы (серная кислота, $H_2SO_4$) — сильная кислота.

Что называется периодом?

Период — это физическая величина, которая характеризует повторяющиеся (периодические) процессы. Она равна минимальному промежутку времени, через который система возвращается в то же самое состояние, в котором она находилась в начальный момент. Проще говоря, это время, необходимое для совершения одного полного колебания, одного полного оборота или одного цикла повторяющегося события.

Период принято обозначать заглавной латинской буквой $T$. В Международной системе единиц (СИ) период измеряется в секундах (с).

Период можно определить, разделив общую продолжительность наблюдаемого процесса $t$ на число $N$ полных циклов (колебаний, оборотов), произошедших за это время:

$T = \frac{t}{N}$

Также период является величиной, обратной частоте. Частота ($\nu$ или $f$) — это число полных циклов, совершаемых за единицу времени. Связь между периодом и частотой выражается формулой:

$T = \frac{1}{\nu}$

Например, если частота колебаний равна 50 Гц (герц), это означает, что за одну секунду совершается 50 полных колебаний. Тогда период одного колебания составит $T = 1/50 = 0.02$ секунды.

Примеры периодов в природе и технике:

• Период обращения Земли вокруг своей оси равен примерно 24 часам (звездные сутки).
• Период колебаний математического маятника — это время, за которое он совершает одно полное движение «туда-обратно».
• Период переменного тока в бытовой электросети в России и Европе равен 0.02 с, так как его частота составляет 50 Гц.

Ответ: Периодом называется минимальный промежуток времени, за который совершается одно полное колебание или один полный оборот. Это физическая величина, обозначаемая буквой $T$, измеряемая в секундах и обратная частоте ($\nu$) колебаний: $T = 1/\nu$.

Какие бывают периоды?

Период в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева — это горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания заряда их атомных ядер. Свойства элементов в периоде изменяются закономерно: от щелочных металлов (в начале периода) через амфотерные элементы к неметаллам и инертным газам (в конце периода). Это связано с последовательным заполнением электронами одного и того же внешнего энергетического уровня. Периоды принято делить на малые и большие.

Малые периоды

К малым периодам относят первые три периода таблицы Менделеева. Они состоят только из одного ряда и включают в себя элементы, у которых электроны заполняют только s- и p-подуровни внешнего энергетического уровня.

• Первый период содержит всего 2 элемента: водород ($H$) и гелий ($He$). У них заполняется первый энергетический уровень (1s-подуровень). Это самый короткий период.

• Второй период содержит 8 элементов: от лития ($Li$) до неона ($Ne$). У них заполняется второй энергетический уровень (2s- и 2p-подуровни).

• Третий период также содержит 8 элементов: от натрия ($Na$) до аргона ($Ar$). У них заполняется третий энергетический уровень (3s- и 3p-подуровни).

Большие периоды

К большим периодам относят все последующие периоды, начиная с четвертого. Они содержат значительно больше элементов, так как в них, помимо s- и p-подуровней, начинают заполняться d-подуровни предыдущего энергетического уровня и f-подуровни предпредыдущего энергетического уровня. В короткопериодном варианте таблицы они состоят из двух рядов.

• Четвертый период содержит 18 элементов: от калия ($K$) до криптона ($Kr$). В этом периоде появляются первые d-элементы (переходные металлы), у которых заполняется 3d-подуровень.

• Пятый период аналогичен четвертому и тоже содержит 18 элементов: от рубидия ($Rb$) до ксенона ($Xe$). Здесь заполняется 4d-подуровень.

• Шестой период содержит 32 элемента: от цезия ($Cs$) до радона ($Rn$). В этом периоде, помимо s-, p- и d-элементов, появляются f-элементы — лантаноиды, у которых заполняется 4f-подуровень. Лантаноиды обычно выносят в отдельную строку под основной таблицей.

• Седьмой период также рассчитан на 32 элемента, начиная с франция ($Fr$) и заканчивая оганесоном ($Og$). На данный момент все элементы этого периода (до 118-го) синтезированы. Он включает в себя f-элементы — актиноиды, которые также выносятся под таблицу. Теоретически период не завершён, так как возможно открытие элементов с бо́льшими атомными номерами.

Ответ: В периодической системе химических элементов периоды делятся на малые и большие. Малые периоды (1-й, 2-й, 3-й) содержат 2 или 8 элементов. Большие периоды (4-й, 5-й, 6-й, 7-й) содержат 18 или 32 элемента, включая d-элементы (переходные металлы), а начиная с 6-го периода — и f-элементы (лантаноиды и актиноиды).

Объясните, как найти периоды в разных формах таблицы.

Период в периодической системе химических элементов — это горизонтальный ряд (строка) элементов. Главная характеристика всех элементов одного периода — это одинаковое количество электронных оболочек в их атомах. Номер периода указывает на это количество и соответствует главному квантовому числу $n$ внешнего (валентного) электронного слоя.

Поиск периодов в различных формах таблицы подчиняется одному и тому же принципу, но имеет свои особенности в зависимости от компоновки.

В короткопериодной форме таблицы

В короткопериодном варианте таблицы, который исторически был предложен Д.И. Менделеевым, периоды представляют собой горизонтальные строки. Они пронумерованы арабскими цифрами (1, 2, 3 и т.д.) в крайнем левом столбце, который так и называется "Периоды". Первые три периода (малые периоды) состоят из одного ряда элементов. Начиная с четвертого, периоды (большие периоды) состоят из двух горизонтальных рядов, расположенных один под другим в рамках одной общей строки периода. Чтобы найти период, нужно найти элемент и посмотреть на номер строки, указанный слева.

Ответ: Периоды в короткой форме таблицы — это горизонтальные строки, пронумерованные арабскими цифрами слева. Начиная с 4-го, каждый период состоит из двух рядов (четного и нечетного).

В длиннопериодной форме таблицы

Это современная и наиболее распространенная форма таблицы. В ней периоды также являются горизонтальными строками, и они всегда состоят из одного ряда. Периоды пронумерованы арабскими цифрами от 1 до 7 слева. Лантаноиды и актиноиды, которые относятся к 6-му и 7-му периодам соответственно, для удобства обычно выносятся в две отдельные строки под основной таблицей. Место их вставки в основную таблицу обозначается звездочками или специальными пометками в ячейках лантана (La) и актиния (Ac). Чтобы определить период, нужно найти элемент в таблице и посмотреть на номер его горизонтальной строки.

Ответ: Периоды в длинной форме таблицы — это горизонтальные строки, пронумерованные от 1 до 7 в левой части таблицы. Лантаноиды и актиноиды, вынесенные вниз, принадлежат 6-му и 7-му периодам соответственно.

В других формах таблицы (сверхдлинной, лестничной и т.д.)

Независимо от графического представления (например, в сверхдлинной форме, где лантаноиды и актиноиды встроены в основную таблицу, или в спиральных и лестничных формах), принцип остается неизменным. Период — это последовательность элементов, в атомах которых заполняется одна и та же электронная оболочка. Визуально это всегда будет соответствовать определенному горизонтальному ряду или витку спирали. Номер периода всегда будет соответствовать количеству электронных слоев у атомов элементов в этом ряду.

Ответ: В любой форме таблицы период — это последовательность элементов с одинаковым числом электронных оболочек; для его нахождения нужно определить номер горизонтального ряда (или витка), в котором расположен элемент.