Страница 165 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Решение

В соответствии с заданием, подготовлено сообщение по одному из ключевых слов, которое могло бы встретиться в параграфе учебника физики по теме "Электрический ток в различных средах". В качестве ключевого слова (словосочетания) выбрана "Сверхпроводимость".

Сообщение на тему: "Сверхпроводимость"

Введение

Сверхпроводимость — это уникальное физическое явление, наблюдаемое у некоторых материалов при их охлаждении до очень низких температур. Оно заключается в скачкообразном падении электрического сопротивления до нуля. Материалы, способные переходить в такое состояние, называются сверхпроводниками. Это явление открывает захватывающие перспективы для науки и техники, от передачи энергии без потерь до создания сверхмощных магнитов.

История открытия

Явление сверхпроводимости было открыто в 1911 году голландским физиком Хейке Камерлинг-Оннесом в Лейденской лаборатории. Исследуя свойства ртути при сверхнизких температурах, достижимых благодаря сжижению гелия, он обнаружил, что при температуре около $4.2$ K ($-269$ °C) электрическое сопротивление образца ртути полностью исчезало. За свои исследования в области низких температур, которые привели к производству жидкого гелия, Камерлинг-Оннес был удостоен Нобелевской премии по физике в 1913 году.

Основные свойства сверхпроводников

Сверхпроводящее состояние характеризуется двумя фундаментальными свойствами:

• Нулевое электрическое сопротивление. Ниже определённой температуры, называемой критической температурой ($T_c$), сопротивление материала становится равным нулю. Это означает, что электрический ток, однажды запущенный в замкнутом сверхпроводящем контуре, может протекать в нём неограниченно долго без затухания и без выделения тепла.
• Эффект Мейснера. Сверхпроводник не просто идеальный проводник, он также выталкивает из своего объёма внешнее магнитное поле. Если охладить материал ниже $T_c$ в присутствии несильного магнитного поля, оно будет полностью вытеснено наружу. Внутри сверхпроводника магнитная индукция $B=0$. Это свойство и обуславливает возможность магнитной левитации.

Критические параметры

Переход в сверхпроводящее состояние и его сохранение возможны только при соблюдении определённых условий. Существование сверхпроводимости ограничено тремя критическими параметрами:

• Критическая температура ($T_c$). Для каждого сверхпроводника существует своя максимальная температура, выше которой он находится в "нормальном", резистивном состоянии.
• Критическое магнитное поле ($B_c$). Сверхпроводимость разрушается, если материал поместить в достаточно сильное внешнее магнитное поле, превышающее критическое значение.
• Критическая плотность тока ($J_c$). Сверхпроводимость также исчезает, если плотность протекающего по проводнику тока превышает некоторое критическое значение.

Типы сверхпроводников

По поведению в магнитном поле сверхпроводники делят на два типа:

• Сверхпроводники I рода. Это, как правило, чистые металлы (например, свинец, ртуть, алюминий). Они полностью проявляют эффект Мейснера до достижения критического поля $B_c$, после чего скачком переходят в нормальное состояние. Их практическое применение ограничено из-за низких значений критических полей.
• Сверхпроводники II рода. Это в основном сплавы и керамические соединения (например, ниобий-титан NbTi, или высокотемпературные керамики YBCO). Они имеют два критических поля: $B_{c1}$ и $B_{c2}$. В диапазоне полей между $B_{c1}$ и $B_{c2}$ магнитное поле частично проникает в материал в виде отдельных нитей (вихрей Абрикосова), но сопротивление при этом остаётся нулевым. Значение $B_{c2}$ может быть очень большим, что делает эти материалы незаменимыми для создания сильных магнитных полей.

Применение сверхпроводимости

Благодаря своим уникальным свойствам сверхпроводники находят применение в самых передовых областях науки и техники:

• Медицина: Сверхпроводящие магниты являются ключевым элементом аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющих получать детальные изображения внутренних органов человека.
• Научные исследования: Мощнейшие магниты для ускорителей заряженных частиц, таких как Большой адронный коллайдер (БАК), и для установок управляемого термоядерного синтеза (токамаков) создаются на основе сверхпроводников.
• Транспорт: Технология магнитной левитации (Маглев), использующая сверхпроводящие магниты для поднятия и движения поездов без трения о рельсы, позволяет развивать огромные скорости.
• Электроника: СКВИДы (сверхпроводящие квантовые интерферометры) — сверхчувствительные датчики магнитных полей, используемые в медицине (для магнитоэнцефалографии) и геологоразведке.
• Энергетика: В перспективе сверхпроводники могут использоваться для создания линий электропередачи без потерь, а также для эффективных генераторов и накопителей энергии.

Заключение

Сверхпроводимость — одно из самых ярких проявлений квантовой механики на макроскопическом уровне. Несмотря на то, что с момента открытия прошло более ста лет, это явление продолжает удивлять ученых и инженеров. Поиск новых материалов, обладающих сверхпроводимостью при всё более высоких температурах (в идеале — при комнатной), является одной из самых актуальных задач современной физики. Решение этой задачи обещает настоящую технологическую революцию во многих сферах человеческой деятельности.

Ответ:

Информационный продукт в виде сообщения на тему "Сверхпроводимость" подготовлен в соответствии с условиями задачи.

1. Вычислите объём хлора (н. у.) и массу натрия, которые можно получить при электролизе 585 г хлорида натрия, содержащего 2% примесей.

$m_{смеси}(NaCl) = 585 \text{ г}$
$\omega_{примесей} = 2\% = 0.02$

$m_{смеси}(NaCl) = 0.585 \text{ кг}$

$V(Cl_2) - ?$
$m(Na) - ?$

1. Сначала запишем уравнение реакции электролиза расплава хлорида натрия. При электролизе расплава солей на катоде восстанавливается металл, а на аноде окисляется анион кислотного остатка.
$2NaCl \xrightarrow{электролиз} 2Na + Cl_2 \uparrow$

2. В реакцию вступает только чистый хлорид натрия. Найдем его массовую долю и массу в исходном образце.
Массовая доля чистого $NaCl$ составляет:
$\omega_{чист}(NaCl) = 100\% - \omega_{примесей} = 100\% - 2\% = 98\%$ или $0.98$.
Масса чистого хлорида натрия:
$m(NaCl) = m_{смеси} \cdot \omega_{чист}(NaCl) = 585 \text{ г} \cdot 0.98 = 573.3 \text{ г}$.

3. Вычислим молярную массу хлорида натрия ($NaCl$), используя относительные атомные массы из периодической таблицы: $Ar(Na) = 23$, $Ar(Cl) = 35.5$.
$M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 \text{ г/моль} + 35.5 \text{ г/моль} = 58.5 \text{ г/моль}$.

4. Найдем количество вещества (число молей) чистого хлорида натрия, вступившего в реакцию, по формуле $n = m/M$.
$n(NaCl) = \frac{m(NaCl)}{M(NaCl)} = \frac{573.3 \text{ г}}{58.5 \text{ г/моль}} = 9.8 \text{ моль}$.

5. По уравнению реакции определим количество вещества продуктов: натрия ($Na$) и хлора ($Cl_2$).
Из стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции видно, что соотношение количеств веществ следующее:
$n(NaCl) : n(Na) : n(Cl_2) = 2 : 2 : 1$.
Следовательно, количество вещества образовавшегося натрия равно количеству вещества хлорида натрия:
$n(Na) = n(NaCl) = 9.8 \text{ моль}$.
Количество вещества выделившегося хлора в два раза меньше количества вещества хлорида натрия:
$n(Cl_2) = \frac{1}{2} n(NaCl) = \frac{1}{2} \cdot 9.8 \text{ моль} = 4.9 \text{ моль}$.

6. Рассчитаем массу полученного натрия ($Na$). Молярная масса натрия $M(Na) = 23 \text{ г/моль}$.
$m(Na) = n(Na) \cdot M(Na) = 9.8 \text{ моль} \cdot 23 \text{ г/моль} = 225.4 \text{ г}$.

7. Рассчитаем объём полученного хлора ($Cl_2$) при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем любого газа при н. у. ($0^\circ C$ и $101.3$ кПа) составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.
$V(Cl_2) = n(Cl_2) \cdot V_m = 4.9 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 109.76 \text{ л}$.

объём хлора $V(Cl_2) = 109.76 \text{ л}$; масса натрия $m(Na) = 225.4 \text{ г}$.

2. Рассчитайте, какую массу 40%-го раствора щёлочи можно получить из натрия, массу которого вы определили в предыдущей задаче.

Поскольку в условии задачи указано, что масса натрия была определена в предыдущей задаче, а ее значение не предоставлено, для примера проведем расчет, приняв массу натрия равной 2,3 г. Вы можете подставить свое значение из предыдущей задачи в приведенные ниже расчеты.

Дано:

$m(Na) = 2,3 \text{ г}$
$w(NaOH) = 40\% = 0,4$

Найти:

$m_{р-ра}(NaOH)$ - ?

Решение:

Щелочь, которая образуется при реакции натрия с водой, — это гидроксид натрия ($NaOH$).

Сначала запишем уравнение химической реакции взаимодействия металлического натрия с водой:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$

Найдем количество вещества (моль) исходного натрия, используя формулу $n = m/M$, где $m$ — масса, а $M$ — молярная масса.

Молярная масса натрия $M(Na)$ составляет примерно $23 \text{ г/моль}$.

$n(Na) = \frac{m(Na)}{M(Na)} = \frac{2,3 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

Согласно уравнению реакции, из 2 моль натрия образуется 2 моль гидроксида натрия. Это означает, что стехиометрическое соотношение между натрием и гидроксидом натрия составляет 1:1.

$n(NaOH) = n(Na) = 0,1 \text{ моль}$

Теперь рассчитаем массу образовавшегося гидроксида натрия ($m = n \cdot M$).

Молярная масса гидроксида натрия $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$m(NaOH) = n(NaOH) \cdot M(NaOH) = 0,1 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 4,0 \text{ г}$

Мы получили массу чистой щелочи. Теперь необходимо найти массу 40%-го раствора, в котором эта щелочь содержится. Массовая доля вещества в растворе ($w$) определяется по формуле:

$w = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Выразим из этой формулы массу раствора:

$m_{раствора} = \frac{m_{вещества}}{w}$

Подставим наши значения:

$m_{р-ра}(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{w(NaOH)} = \frac{4,0 \text{ г}}{0,4} = 10 \text{ г}$

В общем виде, для любой массы натрия $m(Na)$, масса 40%-го раствора щелочи будет равна:

$m_{р-ра}(NaOH) = m(Na) \cdot \frac{M(NaOH)}{M(Na) \cdot w(NaOH)} = m(Na) \cdot \frac{40}{23 \cdot 0,4} \approx m(Na) \cdot 4,35$

Ответ: из 2,3 г натрия можно получить 10 г 40%-го раствора щелочи.

3. Французский химик К. Шееле получил хлор по реакции оксида марганца (IV) с соляной кислотой. В результате этой реакции образуются также хлорид марганца (II) и вода. Составьте уравнение этой реакции, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы и рассчитайте массу оксида марганца (IV) и количество хлороводорода, необходимых для получения 100 л хлора (н. у.), если выход его составляет 95% от теоретически возможного.

Сначала составим уравнение реакции. Оксид марганца (IV) ($MnO_2$) реагирует с соляной кислотой ($HCl$) с образованием хлорида марганца (II) ($MnCl_2$), хлора ($Cl_2$) и воды ($H_2O$).

$MnO_2 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Это окислительно-восстановительная реакция. Рассмотрим процессы изменения степеней окисления, чтобы уравнять реакцию:

$Mn^{+4} + 2e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$ | 1 (Марганец является окислителем, он восстанавливается)
$2Cl^{-} - 2e^{-} \rightarrow Cl_2^{0}$ | 1 (Хлор является восстановителем, он окисляется)

Из электронного баланса видно, что на 1 моль $MnO_2$ образуется 1 моль $Cl_2$. Для этого требуется 2 моль $HCl$ (для окисления) и еще 2 моль $HCl$ для образования соли $MnCl_2$. Итого 4 моль $HCl$. Сбалансированное уравнение реакции:

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

Далее проведем расчеты для нахождения массы оксида марганца (IV) и количества вещества хлороводорода.

Дано:

$V_{практ.}(Cl_2) = 100 \text{ л}$
$\eta = 95\% = 0.95$
Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:

$m(MnO_2) - ?$
$n(HCl) - ?$

Решение:

1. Рассчитаем теоретический объем хлора ($V_{теор.}(Cl_2)$), который мог бы получиться при 100% выходе реакции.

$\eta = \frac{V_{практ.}(Cl_2)}{V_{теор.}(Cl_2)} \implies V_{теор.}(Cl_2) = \frac{V_{практ.}(Cl_2)}{\eta}$

$V_{теор.}(Cl_2) = \frac{100 \text{ л}}{0.95} \approx 105.26 \text{ л}$

2. Найдем теоретическое количество вещества (моль) хлора, используя молярный объем газа при н.у. ($V_m = 22.4 \text{ л/моль}$).

$n_{теор.}(Cl_2) = \frac{V_{теор.}(Cl_2)}{V_m} = \frac{105.26 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 4.70 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции $MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$ определим стехиометрические соотношения количеств веществ:

$n(MnO_2) : n(HCl) : n(Cl_2) = 1 : 4 : 1$

4. Рассчитаем количество вещества оксида марганца (IV), необходимого для реакции.

$\frac{n(MnO_2)}{1} = \frac{n_{теор.}(Cl_2)}{1} \implies n(MnO_2) = n_{теор.}(Cl_2) = 4.70 \text{ моль}$

5. Рассчитаем массу оксида марганца (IV). Молярная масса $M(MnO_2) = 54.9 + 2 \cdot 16.0 = 86.9 \text{ г/моль}$.

$m(MnO_2) = n(MnO_2) \cdot M(MnO_2) = 4.70 \text{ моль} \cdot 86.9 \text{ г/моль} \approx 408.4 \text{ г}$

6. Рассчитаем количество вещества хлороводорода, необходимого для реакции.

$\frac{n(HCl)}{4} = \frac{n_{теор.}(Cl_2)}{1} \implies n(HCl) = 4 \cdot n_{теор.}(Cl_2)$

$n(HCl) = 4 \cdot 4.70 \text{ моль} = 18.8 \text{ моль}$

Ответ: для получения 100 л хлора необходимо approximately 408.4 г оксида марганца (IV) и 18.8 моль хлороводорода.

4. Подготовьте сообщение о положительном и отрицательном значении галогенов и их соединений в жизни человека.

Галогены — это химические элементы 17-й группы периодической таблицы: фтор ($F$), хлор ($Cl$), бром ($Br$), йод ($I$) и радиоактивный астат ($At$). Являясь высокоактивными неметаллами, они и их многочисленные соединения играют двойственную роль в жизни человека, принося как огромную пользу, так и представляя серьезную опасность.

Польза галогенов для человека многогранна и охватывает медицину, промышленность и быт. Основные положительные аспекты связаны с фтором, хлором, бромом и йодом.

Фтор ($F$): Соединения фтора, в первую очередь фториды, являются ключевым компонентом для профилактики кариеса. Их добавляют в зубные пасты и воду для укрепления зубной эмали (превращения гидроксиапатита в более прочный фторапатит). В промышленности из фторосодержащих полимеров изготавливают политетрафторэтилен (тефлон), известный своими антипригарными свойствами и химической стойкостью.

Хлор ($Cl$): Хлор играет важнейшую биологическую роль. Хлорид-ионы ($Cl^−$) участвуют в поддержании водно-солевого баланса в организме, а соляная кислота ($HCl$) в желудке необходима для пищеварения и уничтожения патогенов. Широчайшее применение хлор нашел в дезинфекции: хлорирование питьевой воды спасло миллионы жизней, предотвращая распространение инфекционных заболеваний. Поваренная соль ($NaCl$) — не только важнейшая пищевая приправа, но и сырье для получения хлора, соды и других веществ. Хлор также используется в производстве поливинилхлорида (ПВХ) — одного из самых массовых пластиков.

Бром ($Br$): Соединения брома (бромиды) долгое время применялись в медицине как успокоительные (седативные) и противосудорожные средства. Сегодня их основное применение — в качестве антипиренов, веществ, замедляющих горение пластмасс, древесины и тканей, что значительно повышает пожарную безопасность.

Йод ($I$): Йод — это жизненно необходимый микроэлемент, входящий в состав гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина). Эти гормоны регулируют обмен веществ, рост и развитие организма. Для массовой профилактики йододефицита производят йодированную соль. В медицине спиртовой раствор йода является одним из самых известных и доступных антисептиков для обеззараживания ран.

Ответ: Положительное значение галогенов заключается в их незаменимой биологической роли (хлор, йод), применении в медицине для профилактики и лечения заболеваний (фтор, йод, бром), обеспечении санитарной безопасности через дезинфекцию (хлор), а также в производстве множества важных материалов, таких как пластики, лекарства и антипирены (фтор, хлор, бром).

Несмотря на пользу, галогены и их соединения могут быть чрезвычайно опасны для человека и окружающей среды.

Токсичность простых веществ: Все галогены в свободном виде ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$) очень ядовиты и являются сильными окислителями. Фтор и хлор — удушливые газы, вызывающие тяжелые поражения дыхательных путей и химические ожоги. Хлор в Первую мировую войну использовался как боевое отравляющее вещество. Пары брома и йода также токсичны и вызывают сильное раздражение слизистых оболочек.

Вредные и токсичные соединения: Избыток даже полезных фторидов в организме (например, при употреблении воды с высоким содержанием фтора) приводит к флюорозу — заболеванию, поражающему зубы и кости. Многие хлорорганические соединения чрезвычайно вредны. К ним относятся диоксины — одни из самых токсичных веществ, образующихся как побочные продукты промышленных процессов. Хлорорганические пестициды (например, ДДТ) способны накапливаться в пищевых цепях и наносить вред экосистемам. Хлорфторуглероды (фреоны), содержащие хлор и фтор, разрушают озоновый слой Земли. На основе галогенов (фтора и хлора) созданы многие боевые отравляющие вещества, такие как зарин ($C_4H_{10}FO_2P$) и иприт ($(ClCH_2CH_2)_2S$).

Радиационная опасность: Астат ($At$) является радиоактивным элементом, все его изотопы нестабильны. Особую опасность представляет радиоактивный изотоп йод-131 ($^{131}I$), который образуется при ядерных реакциях. В случае аварий на АЭС он попадает в окружающую среду и, накапливаясь в щитовидной железе, вызывает ее облучение, что может привести к развитию рака.

Ответ: Отрицательное значение галогенов связано с высокой токсичностью их простых веществ, способностью образовывать стойкие ядовитые соединения (диоксины, некоторые пестициды), разрушающие озоновый слой вещества (фреоны), а также с радиационной опасностью некоторых их изотопов (йод-131, астат). Переизбыток даже полезных соединений, как фториды, может приводить к заболеваниям.

5. Извечная заповедь медицины: «Малые дозы — лекарство, а большие — яд». Докажите её на примерах из химии галогенов.

Принцип, сформулированный еще в XVI веке Парацельсом: «Всё — яд, всё — лекарство; то и другое определяет доза», — является одним из фундаментальных в токсикологии и фармакологии. Химия галогенов предоставляет множество ярких примеров, подтверждающих эту заповедь.

Фтор

Малые дозы (лекарство): Соединения фтора, в частности фториды (например, фторид натрия $NaF$ или фторид олова(II) $SnF_2$), являются ключевыми компонентами зубных паст и ополаскивателей для рта. В микроколичествах фторид-ионы ($F^−$) встраиваются в кристаллическую решетку эмали зубов, образуя более твердый и кислотоустойчивый фторапатит $Ca_5(PO_4)_3F$. Это значительно снижает риск развития кариеса. Также проводится фторирование питьевой воды для массовой профилактики кариеса у населения.

Большие дозы (яд): Элементарный фтор ($F_2$) — чрезвычайно ядовитый и агрессивный газ. При попадании в организм больших количеств фторидов развивается острое или хроническое отравление — флюороз. Он проявляется в виде крапчатости зубной эмали, а в тяжелых случаях приводит к поражению костей скелета (остеосклероз) и нарушению обмена веществ.

Ответ: В малых дозах фториды полезны для здоровья зубов, в больших — вызывают токсическое поражение организма (флюороз).

Хлор

Малые дозы (лекарство/польза): Хлор и его соединения (например, гипохлориты) широко используются для дезинфекции питьевой воды, бассейнов и обеззараживания поверхностей. Уничтожая патогенные микроорганизмы, хлорирование предотвращает распространение опасных инфекционных заболеваний, таких как холера, тиф, дизентерия. В организме человека хлорид-ионы ($Cl^−$) являются важнейшим электролитом, участвуют в поддержании водно-солевого баланса и входят в состав соляной кислоты ($HCl$) желудочного сока, необходимой для пищеварения.

Большие дозы (яд): Газообразный хлор ($Cl_2$) — это высокотоксичное вещество удушающего действия, которое применялось в качестве химического оружия. Вдыхание паров хлора вызывает сильное раздражение и ожог дыхательных путей, приводя к отеку легких и смерти.

Ответ: В малых концентрациях хлор обеззараживает воду и является жизненно важным ионом в организме, в то время как газообразный хлор в больших дозах — смертельный яд.

Бром

Малые дозы (лекарство): Соединения брома, в частности бромид натрия ($NaBr$) и бромид калия ($KBr$), ранее широко применялись в медицине как успокоительные (седативные) и противосудорожные средства. Они усиливают процессы торможения в коре головного мозга.

Большие дозы (яд): Элементарный бром ($Br_2$) — едкая, летучая жидкость, вызывающая сильные химические ожоги при контакте с кожей. Его пары ядовиты и раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Длительное употребление препаратов брома или поступление в организм больших доз приводит к хроническому отравлению — бромизму, которое сопровождается кожной сыпью, апатией, ослаблением памяти и другими неврологическими расстройствами.

Ответ: В малых дозах бромиды оказывают седативное действие, а в больших — вызывают ожоги и хроническое отравление (бромизм).

Йод

Малые дозы (лекарство): Йод — незаменимый для человека микроэлемент. Он необходим щитовидной железе для синтеза гормонов (тироксина и трийодтиронина), которые регулируют обмен веществ, рост и развитие организма. Недостаток йода приводит к развитию эндемического зоба. Для профилактики этого заболевания поваренную соль йодируют (добавляя, например, йодид калия $KI$). Спиртовой раствор йода — эффективный антисептик для обработки ран.

Большие дозы (яд): Прием внутрь больших количеств йода токсичен. Это может вызвать ожоги желудочно-кишечного тракта, а также парадоксальным образом нарушить функцию щитовидной железы, блокируя синтез и высвобождение ее гормонов (эффект Вольфа — Чайкова). Вдыхание паров йода приводит к поражению дыхательных путей и отеку легких.

Ответ: В микродозах йод жизненно необходим для работы щитовидной железы и используется как антисептик, в больших дозах он токсичен и может нарушить гормональный баланс.

6. Английский поэт Уилфред Оуэн, погибший в сражениях Первой мировой войны, написал такие строки:

Газ! Газ! Скорей! — неловкие движенья,
Напяливание масок в едкой мгле!
Один замешкался, давясь и спотыкаясь,
Барахтаясь, как в огненной смоле,
В просветах мутного зелёного тумана.
Бессильный, как во сне, вмешаться и помочь,
Я видел только — вот он зашатался,
Рванулся и поник — бороться уж невмочь.

Какое событие описывает поэт? Какой галоген выступает в страшной роли убийцы? Какие его свойства упоминаются в стихотворении?

Какое событие описывает поэт?

Английский поэт Уилфред Оуэн, сам участник Первой мировой войны, описывает газовую атаку — один из самых ужасающих эпизодов окопной войны. Строки «Газ! Газ! Скорей!», «Напяливание масок в едкой мгле!» и трагическая гибель солдата, не успевшего надеть противогаз, прямо указывают на применение химического оружия в боевых действиях.
Ответ: Поэт описывает газовую атаку во время сражений Первой мировой войны.

Какой галоген выступает в страшной роли убийцы?

Ключевой подсказкой является фраза «В просветах мутного зелёного тумана». Газообразный хлор ($Cl_2$) имеет характерный желто-зелёный цвет. Именно хлор стал одним из первых боевых отравляющих веществ, массово применённых в Первой мировой войне (впервые германскими войсками в 1915 году в битве при Ипре). Хлор относится к группе галогенов.
Ответ: В роли убийцы выступает галоген хлор ($Cl_2$).

Какие его свойства упоминаются в стихотворении?

В стихотворении упоминаются следующие свойства хлора:
1. Агрегатное состояние и цвет: Хлор описывается как газ, образующий «мутный зелёный туман». Это соответствует физическим свойствам хлора, который при нормальных условиях является газом желто-зелёного цвета.
2. Токсичность и удушающее действие: Строки «давясь и спотыкаясь» и «бороться уж невмочь» описывают удушающее действие газа. При вдыхании хлор поражает дыхательные пути и лёгкие, вызывая отёк и смерть от асфиксии.
3. Раздражающее и едкое действие: Словосочетание «едкая мгла» указывает на резкий, раздражающий запах и коррозионное воздействие хлора на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При контакте с влагой на слизистых образуется соляная кислота, что вызывает химический ожог.
4. Плотность: Хотя это не указано прямо, описание стелющегося «тумана» соответствует тому, что хлор примерно в 2.5 раза тяжелее воздуха и поэтому скапливается в низинах и окопах.
Ответ: В стихотворении упоминаются такие свойства хлора, как его зелёный цвет, газообразное агрегатное состояние, а также его высокая токсичность, удушающее и едкое (раздражающее) действие.

7. Используя свои знания по химии галогенов, напишите сочинение на тему «Художественный образ вещества или процесса». Для того чтобы иметь представление, как это делают другие ученики, прочитайте сочинение ученика 9 класса 531-й школы Москвы Ильи Горшкова (1990).

Жил-был Кислород. И был он таким сильным, что, с кем ни встретится, сразу окислит. И назвали Кислород окислителем, а вещества, получающиеся в реакции с Кислородом, — оксидами, сам процесс — окислением. Ходит Кислород по таблице Менделеева и со всеми в реакцию вступает. Стал он хвастливым, заносчивым и решил, будто в химическом мире нет никого сильнее его. И всё же Кислород ошибся. Как-то раз встретил он в таблице Фтор. Решил Кислород окислить Фтор. Позвал он на помощь Водород и, образовав в соединении с ним воду, пошёл в наступление на Фтор. И произошло чудо. Вода, которой тушат пожары, сама загорелась во Фторе. Кислород, считавшийся окислителем, в этой реакции стал восстановителем. Так Фтор превзошёл Кислород и оказался самым сильным из окислителей.

Какие химические понятия осветил Илья в своём сочинении? Выпишите их и дайте их определения.

В сочинении Ильи Горшкова «Самый сильный окислитель» освещается ряд фундаментальных химических понятий, которые представлены в художественной форме. Ниже приведены эти понятия с их определениями.

Окислитель

Это атом, ион или молекула, которые в ходе химической реакции принимают электроны от другого вещества (восстановителя). При этом степень окисления окислителя понижается. В сочинении Кислород представлен как очень сильный окислитель, но Фтор оказывается «самым сильным», так как его способность принимать электроны (электроотрицательность) выше, чем у любого другого элемента.

Восстановитель

Это атом, ион или молекула, которые в ходе химической реакции отдают электроны другому веществу (окислителю). При этом степень окисления восстановителя повышается. В рассказе подчёркивается двойственная природа веществ в окислительно-восстановительных реакциях: Кислород, который обычно является окислителем, в реакции с более сильным окислителем, Фтором, сам становится восстановителем.

Окисление

Это процесс отдачи электронов веществом (восстановителем), который всегда сопровождается повышением его степени окисления. В сочинении этот процесс персонифицирован как действие, которое совершает «сильный» Кислород почти со всеми элементами.

Степень окисления

Это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что все связи в этом соединении являются ионными. Изменение степени окисления является ключевым признаком окислительно-восстановительной реакции. В реакции горения воды во фторе степень окисления кислорода изменяется с -2 (в $H_2O$) до 0 (в молекуле $O_2$), что указывает на то, что он окислился (выступил восстановителем).

Оксиды

Это класс химических соединений, представляющих собой бинарные соединения химического элемента с кислородом в степени окисления -2. В сочинении упоминается, что «вещества, получающиеся в реакции с Кислородом, — оксидами». Примером такого соединения в тексте является вода ($H_2O$) — оксид водорода.

Электроотрицательность

Это фундаментальное свойство атома, характеризующее его способность притягивать к себе электроны. Чем выше электроотрицательность, тем сильнее выражены окислительные свойства элемента. В сочинении это свойство аллегорически представлено как «сила». Фтор, будучи самым электроотрицательным элементом, является и «самым сильным» окислителем, превосходящим по «силе» кислород.

Химическая реакция

Это процесс, в результате которого происходит превращение одних веществ в другие. В тексте описывается реальная и очень бурная химическая реакция взаимодействия фтора с водой, которую автор художественно описывает как «вода... сама загорелась во Фторе». Уравнение этой реакции:$2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$В этой реакции фтор является окислителем, а кислород (в составе воды) — восстановителем.

Периодическая таблица Менделеева

Это классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от их заряда атомного ядра. В сочинении таблица представлена как «мир», по которому «ходит Кислород» и встречает другие элементы, в том числе Фтор. Расположение элементов в таблице позволяет предсказывать их свойства, в том числе и силу окислителя.

Ответ:

В своем сочинении Илья осветил следующие химические понятия:

• Окислитель: атом, ион или молекула, принимающие электроны.
• Восстановитель: атом, ион или молекула, отдающие электроны.
• Окисление: процесс отдачи электронов, приводящий к повышению степени окисления.
• Степень окисления: условный заряд атома в соединении.
• Оксиды: соединения элементов с кислородом в степени окисления -2.
• Электроотрицательность: мера способности атома притягивать электроны, определяющая его окислительную «силу».
• Химическая реакция: процесс превращения веществ, например, взаимодействие воды с фтором ($2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$).
• Периодическая таблица Менделеева: система, в которой упорядочены химические элементы.