Страница 154 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

a) $CuO \rightarrow Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow CuCl_2$

б) $Na \rightarrow NaOH \rightarrow NaHSO_4 \rightarrow Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4$

в) $ZnS \rightarrow ZnO \rightarrow Zn \rightarrow ZnSO_4 \rightarrow ZnCl_2 \rightarrow ZnCO_3 \rightarrow ZnO$

г) $MgCl_2 \rightarrow Mg \rightarrow MgO \rightarrow MgSO_4 \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow Mg(NO_3)_2$

а) Решение:

Для осуществления цепочки превращений $CuO \rightarrow Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow CuCl_2$ запишем следующие уравнения реакций:

1. Восстановление оксида меди(II) до металлической меди можно провести с помощью водорода при нагревании:
$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

2. Медь взаимодействует с концентрированной азотной кислотой с образованием нитрата меди(II), оксида азота(IV) и воды:
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

3. Для получения гидроксида меди(II) к раствору нитрата меди(II) необходимо добавить раствор щелочи, например, гидроксид натрия. В результате реакции обмена выпадает голубой осадок гидроксида меди(II):
$Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3$

4. Гидроксид меди(II) является неустойчивым соединением и при нагревании разлагается на оксид меди(II) и воду:
$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$

5. Оксид меди(II) как основный оксид реагирует с соляной кислотой, образуя соль хлорид меди(II) и воду:
$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

Ответ:
$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$
$Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3$
$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$
$CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$

б) Решение:

Для осуществления цепочки превращений $Na \rightarrow NaOH \rightarrow NaHSO_4 \rightarrow Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4$ запишем следующие уравнения реакций:

1. Металлический натрий бурно реагирует с водой с образованием гидроксида натрия и выделением водорода:
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

2. Для получения кислой соли гидросульфата натрия необходимо провести реакцию гидроксида натрия с избытком серной кислоты:
$NaOH + H_2SO_4(\text{изб.}) \rightarrow NaHSO_4 + H_2O$

3. Чтобы из кислой соли получить среднюю соль, нужно добавить к гидросульфату натрия щелочь (гидроксид натрия):
$NaHSO_4 + NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

4. Сульфат бария является нерастворимым веществом. Его можно получить реакцией ионного обмена, добавив к раствору сульфата натрия раствор растворимой соли бария, например, хлорида бария:
$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$

Ответ:
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$
$NaOH + H_2SO_4(\text{изб.}) \rightarrow NaHSO_4 + H_2O$
$NaHSO_4 + NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$
$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$

в) Решение:

Для осуществления цепочки превращений $ZnS \rightarrow ZnO \rightarrow Zn \rightarrow ZnSO_4 \rightarrow ZnCl_2 \rightarrow ZnCO_3 \rightarrow ZnO$ запишем следующие уравнения реакций:

1. Обжиг сульфида цинка в токе кислорода приводит к образованию оксида цинка и диоксида серы:
$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO + 2SO_2\uparrow$

2. Восстановление оксида цинка до металлического цинка в промышленности проводят с помощью кокса (углерода) при высокой температуре:
$ZnO + C \xrightarrow{t} Zn + CO\uparrow$

3. Цинк, как металл, стоящий в ряду активности до водорода, реагирует с разбавленной серной кислотой с образованием сульфата цинка и водорода:
$Zn + H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$

4. Чтобы получить хлорид цинка из сульфата цинка, можно использовать реакцию обмена с хлоридом бария. В результате образуется нерастворимый сульфат бария, который можно отделить:
$ZnSO_4 + BaCl_2 \rightarrow ZnCl_2 + BaSO_4\downarrow$

5. Карбонат цинка — нерастворимая соль, которую можно получить, добавив к раствору хлорида цинка раствор карбоната натрия:
$ZnCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow ZnCO_3\downarrow + 2NaCl$

6. Карбонат цинка при нагревании разлагается на оксид цинка и углекислый газ:
$ZnCO_3 \xrightarrow{t} ZnO + CO_2\uparrow$

Ответ:
$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO + 2SO_2\uparrow$
$ZnO + C \xrightarrow{t} Zn + CO\uparrow$
$Zn + H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$
$ZnSO_4 + BaCl_2 \rightarrow ZnCl_2 + BaSO_4\downarrow$
$ZnCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow ZnCO_3\downarrow + 2NaCl$
$ZnCO_3 \xrightarrow{t} ZnO + CO_2\uparrow$

г) Решение:

Для осуществления цепочки превращений $MgCl_2 \rightarrow Mg \rightarrow MgO \rightarrow MgSO_4 \rightarrow Mg(OH)_2 \rightarrow Mg(NO_3)_2$ запишем следующие уравнения реакций:

1. Металлический магний получают электролизом расплава его хлорида:
$MgCl_2(\text{расплав}) \xrightarrow{\text{электролиз}} Mg + Cl_2\uparrow$

2. Магний легко горит на воздухе (в кислороде) с образованием оксида магния:
$2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$

3. Оксид магния, являясь основным оксидом, реагирует с серной кислотой с образованием сульфата магния и воды:
$MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$

4. Гидроксид магния — нерастворимое основание. Его можно получить, добавив к раствору сульфата магния щелочь, например, гидроксид калия:
$MgSO_4 + 2KOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$

5. Гидроксид магния реагирует с азотной кислотой (реакция нейтрализации) с образованием нитрата магния и воды:
$Mg(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2H_2O$

Ответ:
$MgCl_2(\text{расплав}) \xrightarrow{\text{электролиз}} Mg + Cl_2\uparrow$
$2Mg + O_2 \xrightarrow{t} 2MgO$
$MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O$
$MgSO_4 + 2KOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$
$Mg(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2H_2O$

8. Запишите уравнения тех реакций, протекание которых возможно:

а) $Co + ZnCl_2 \rightarrow$

б) $Ni + CuSO_4 \rightarrow$

в) $Mg + HCl \rightarrow$

г) $Ag + HCl \rightarrow$

д) $Au + CuO \rightarrow$

е) $Zn + Hg(NO_3)_2 \rightarrow$

Чтобы определить, какие из предложенных реакций возможны, необходимо воспользоваться электрохимическим рядом активности (напряжений) металлов. Основные правила:

• Более активный металл (стоящий левее в ряду) вытесняет менее активный металл (стоящий правее) из раствора его соли.
• Металлы, стоящие в ряду активности левее водорода (H), могут вытеснять его из растворов кислот-неокислителей (например, HCl, H₂SO₄ (разб.)).

Рассмотрим каждую реакцию отдельно:

а) Co + ZnCl₂ →

В ряду активности металлов кобальт (Co) находится правее цинка (Zn). Это означает, что кобальт является менее активным металлом, чем цинк. Следовательно, он не может вытеснить цинк из раствора его соли, хлорида цинка.

Ответ: реакция не протекает.

б) Ni + CuSO₄ →

Никель (Ni) в ряду активности стоит левее меди (Cu), то есть является более активным металлом. Поэтому никель будет вытеснять медь из раствора сульфата меди(II). В результате реакции образуются сульфат никеля(II) и металлическая медь.

Уравнение реакции: $Ni + CuSO_4 \rightarrow NiSO_4 + Cu$.

Ответ: $Ni + CuSO_4 \rightarrow NiSO_4 + Cu$.

в) Mg + HCl →

Магний (Mg) — активный металл, стоящий в ряду активности значительно левее водорода (H). Поэтому магний будет реагировать с соляной кислотой, вытесняя из неё водород. Продуктами реакции являются хлорид магния и газообразный водород.

Сбалансированное уравнение реакции: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$.

Ответ: $Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$.

г) Ag + HCl →

Серебро (Ag) в ряду активности металлов стоит правее водорода (H). Это означает, что серебро — малоактивный металл, и оно не способно вытеснять водород из соляной кислоты.

Ответ: реакция не протекает.

д) Au + CuO →

Золото (Au) — один из самых неактивных металлов, в ряду активности оно стоит правее меди (Cu). Следовательно, золото не может вытеснить медь из её оксида.

Ответ: реакция не протекает.

е) Zn + Hg(NO₃)₂ →

Цинк (Zn) стоит в ряду активности левее ртути (Hg), то есть является более активным металлом. Следовательно, цинк будет вытеснять ртуть из раствора её соли, нитрата ртути(II). В результате образуются нитрат цинка и металлическая ртуть.

Уравнение реакции: $Zn + Hg(NO_3)_2 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + Hg$.

Ответ: $Zn + Hg(NO_3)_2 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + Hg$.

9. В 50 г воды растворили 2,74 г бария. Определите массовую долю гидроксида бария в полученном растворе.

Дано:

$m(H_2O) = 50 \text{ г}$
$m(Ba) = 2,74 \text{ г}$

Найти:

$\omega(Ba(OH)_2) - ?$

Решение:

При растворении бария в воде происходит химическая реакция. Барий, как активный щелочноземельный металл, взаимодействует с водой с образованием гидроксида бария $Ba(OH)_2$ и выделением газообразного водорода $H_2$.

Запишем уравнение химической реакции:
$Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$

1. Найдем молярные массы веществ, которые потребуются для расчетов, используя периодическую таблицу химических элементов:
Молярная масса бария: $M(Ba) = 137 \text{ г/моль}$
Молярная масса гидроксида бария: $M(Ba(OH)_2) = 137 + (16 + 1) \cdot 2 = 171 \text{ г/моль}$
Молярная масса водорода: $M(H_2) = 1 \cdot 2 = 2 \text{ г/моль}$

2. Рассчитаем количество вещества (число моль) бария, вступившего в реакцию:
$n(Ba) = \frac{m(Ba)}{M(Ba)} = \frac{2,74 \text{ г}}{137 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, из 1 моль бария образуется 1 моль гидроксида бария и 1 моль водорода. Следовательно, соотношение количеств веществ следующее:
$n(Ba) : n(Ba(OH)_2) : n(H_2) = 1:1:1$
Это означает, что из 0,02 моль бария образуется 0,02 моль гидроксида бария и 0,02 моль водорода.
$n(Ba(OH)_2) = n(H_2) = 0,02 \text{ моль}$

4. Найдем массу образовавшегося гидроксида бария, который является растворенным веществом в конечном растворе:
$m(Ba(OH)_2) = n(Ba(OH)_2) \cdot M(Ba(OH)_2) = 0,02 \text{ моль} \cdot 171 \text{ г/моль} = 3,42 \text{ г}$

5. Найдем массу выделившегося водорода. Так как водород — это газ, он покидает раствор, и его массу нужно вычесть при расчете массы конечного раствора.
$m(H_2) = n(H_2) \cdot M(H_2) = 0,02 \text{ моль} \cdot 2 \text{ г/моль} = 0,04 \text{ г}$

6. Рассчитаем массу конечного раствора. Она равна сумме масс исходных компонентов (воды и бария) минус масса улетевшего газа (водорода):
$m_{раствора} = m(H_2O) + m(Ba) - m(H_2) = 50 \text{ г} + 2,74 \text{ г} - 0,04 \text{ г} = 52,7 \text{ г}$

7. Определим массовую долю гидроксида бария в полученном растворе. Массовая доля ($\omega$) — это отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора, выраженное в процентах.
$\omega(Ba(OH)_2) = \frac{m(Ba(OH)_2)}{m_{раствора}} \cdot 100\%$
$\omega(Ba(OH)_2) = \frac{3,42 \text{ г}}{52,7 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 6,49\%$

Ответ: массовая доля гидроксида бария в полученном растворе составляет 6,49%.

10. Рассчитайте массу алюминия, который полностью прореагирует с 60,8 г оксида хрома(III). Какая масса хрома при этом получится?

Дано:

$m(Cr_2O_3) = 60.8 \text{ г}$

Найти:

$m(Al) - ?$

$m(Cr) - ?$

Решение:

1. Сначала составим уравнение химической реакции. Алюминий, как более активный металл, вытесняет хром из его оксида. Этот процесс называется алюмотермией. В результате реакции образуются оксид алюминия и чистый хром. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2Al + Cr_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2Cr$

2. Для проведения расчетов нам понадобятся молярные массы реагентов и продуктов. Используем относительные атомные массы из периодической таблицы: $Ar(Al) = 27$, $Ar(Cr) = 52$, $Ar(O) = 16$.

Молярная масса оксида хрома(III) ($Cr_2O_3$):

$M(Cr_2O_3) = 2 \cdot Ar(Cr) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 52 + 3 \cdot 16 = 104 + 48 = 152 \text{ г/моль}$

Молярная масса алюминия ($Al$):

$M(Al) = 27 \text{ г/моль}$

Молярная масса хрома ($Cr$):

$M(Cr) = 52 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (число молей) оксида хрома(III), содержащееся в 60,8 г:

$\nu(Cr_2O_3) = \frac{m(Cr_2O_3)}{M(Cr_2O_3)} = \frac{60.8 \text{ г}}{152 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}$

4. Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, определим количество вещества алюминия, которое полностью прореагирует с 0,4 моль $Cr_2O_3$, и количество вещества хрома, которое при этом образуется.

Из уравнения реакции видно, что соотношение количеств веществ $Al$, $Cr_2O_3$ и $Cr$ равно $2:1:2$.

$\nu(Al) : \nu(Cr_2O_3) : \nu(Cr) = 2 : 1 : 2$

Следовательно, количество вещества алюминия:

$\nu(Al) = 2 \cdot \nu(Cr_2O_3) = 2 \cdot 0.4 \text{ моль} = 0.8 \text{ моль}$

И количество вещества образовавшегося хрома:

$\nu(Cr) = 2 \cdot \nu(Cr_2O_3) = 2 \cdot 0.4 \text{ моль} = 0.8 \text{ моль}$

5. Теперь рассчитаем массы алюминия и хрома.

Масса алюминия, необходимая для реакции:

$m(Al) = \nu(Al) \cdot M(Al) = 0.8 \text{ моль} \cdot 27 \text{ г/моль} = 21.6 \text{ г}$

Масса хрома, полученного в результате реакции:

$m(Cr) = \nu(Cr) \cdot M(Cr) = 0.8 \text{ моль} \cdot 52 \text{ г/моль} = 41.6 \text{ г}$

Ответ: масса алюминия, который полностью прореагирует с 60,8 г оксида хрома(III), составляет 21,6 г. При этом получится 41,6 г хрома.

11. Почему раствор сульфата меди(II) нельзя хранить в оцинкованном железном ведре?

Решение

Хранить раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$) в оцинкованном железном ведре нельзя из-за химических реакций, которые происходят между металлами ведра (цинком и железом) и солью меди в растворе. Возможность этих реакций определяется положением металлов в электрохимическом ряду активности: и цинк ($Zn$), и железо ($Fe$) являются более активными, чем медь ($Cu$), и поэтому способны вытеснять её из растворов солей.

Процесс будет протекать в два этапа:

1. Реакция с цинковым покрытием. В первую очередь с раствором сульфата меди будет взаимодействовать цинковое покрытие ведра. Будет протекать реакция замещения, в ходе которой цинк растворяется, а медь осаждается на поверхности в виде красного налета.

$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu\downarrow$

Эта реакция разрушает защитный цинковый слой и загрязняет раствор сульфатом цинка.

2. Реакция с железом. После того как цинковый слой будет поврежден или полностью растворится, раствор начнет контактировать с железом — основным материалом ведра. Железо также активнее меди, поэтому оно тоже будет вступать в реакцию замещения.

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$

В результате этой реакции уже само железное ведро начнет разрушаться, в нем могут появиться отверстия. Раствор сульфата меди будет окончательно испорчен примесью сульфата железа(II).

Ответ: Раствор сульфата меди(II) нельзя хранить в оцинкованном железном ведре, так как и цинк, и железо являются более активными металлами, чем медь. Они будут химически взаимодействовать с сульфатом меди, вытесняя из него медь. Это приведет к разрушению как цинкового покрытия, так и самого железного ведра, а также к загрязнению раствора солями цинка и железа.

12. Медную пластинку погрузили в раствор нитрата серебра. Через некоторое время масса пластинки увеличилась на 1,52 г. Определите массу серебра, выделившегося на пластинке.

Дано:

$\Delta m_{пластинки} = 1.52 \text{ г}$

Относительные атомные массы: $Ar(Cu) = 64$, $Ar(Ag) = 108$.

Молярные массы: $M(Cu) = 64 \text{ г/моль}$, $M(Ag) = 108 \text{ г/моль}$.

Найти:

$m(Ag)$ - ?

Решение:

При погружении медной пластинки в раствор нитрата серебра происходит реакция замещения, так как медь является более активным металлом, чем серебро. Медь с пластинки переходит в раствор в виде ионов $Cu^{2+}$, а ионы серебра $Ag^{+}$ из раствора восстанавливаются до металлического серебра и оседают на пластинке. Уравнение реакции:

$Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag$

Масса пластинки увеличивается, так как масса двух молей осажденного серебра ($2 \cdot 108 = 216$ г) больше массы одного моля растворившейся меди (64 г).

Увеличение массы пластинки ($\Delta m$) равно разности масс выделившегося серебра и растворившейся меди:

$\Delta m = m(Ag) - m(Cu)$

Пусть в реакцию вступило $x$ моль меди ($n(Cu) = x$). Тогда, согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, выделилось $2x$ моль серебра ($n(Ag) = 2x$).

Массу растворившейся меди и выделившегося серебра можно выразить через $x$:

$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu) = x \cdot 64 \text{ г}$

$m(Ag) = n(Ag) \cdot M(Ag) = 2x \cdot 108 = 216x \text{ г}$

Подставим эти выражения и известное значение изменения массы в формулу:

$1.52 = 216x - 64x$

$1.52 = 152x$

Найдем количество вещества ($x$) прореагировавшей меди:

$x = \frac{1.52}{152} = 0.01 \text{ моль}$

Теперь, зная $x$, определим массу серебра, выделившегося на пластинке:

$m(Ag) = 216x = 216 \cdot 0.01 = 2.16 \text{ г}$

Ответ: масса выделившегося серебра составляет 2,16 г.

13. Подготовьте сообщение об использовании металлов в пиротехнике или военном деле.

Металлы и их соединения играют ключевую роль в пиротехнике и военном деле благодаря своим уникальным химическим и физическим свойствам. Способность металлов при сгорании выделять огромное количество энергии в виде тепла и света, а также окрашивать пламя в различные цвета, нашла широкое применение в создании как зрелищных фейерверков, так и специализированных военных изделий.

Использование металлов в пиротехнике

В основе любого пиротехнического изделия лежит горючая смесь, которая обычно состоит из окислителя, горючего (топлива), связующего вещества и специальных добавок для создания эффектов. Металлы в этих смесях могут выступать в роли высококалорийного топлива или как компоненты, создающие цветовые и световые эффекты.

Создание цвета пламени

Цвет фейерверка определяется введением в состав солей определённых металлов. При высокой температуре атомы металлов или их летучие соединения (чаще всего хлориды) переходят в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в основное, излучают свет строго определённой длины волны, что и воспринимается как цвет.

• Красный: Соли стронция ($Sr$). Например, нитрат стронция ($Sr(NO_3)_2$) или карбонат стронция ($SrCO_3$).
• Оранжевый: Соли кальция ($Ca$). Используется хлорид кальция ($CaCl_2$) или сульфат кальция ($CaSO_4$).
• Желтый: Соли натрия ($Na$). Даже незначительные примеси натрия дают интенсивный желтый цвет. Используют криолит ($Na_3AlF_6$) или нитрат натрия ($NaNO_3$).
• Зеленый: Соли бария ($Ba$). Чаще всего применяют нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$) или хлорат бария ($Ba(ClO_3)_2$).
• Синий: Соединения меди ($Cu$). Получение чистого и яркого синего цвета — одна из самых сложных задач в пиротехнике. Используют оксид меди(I) ($Cu_2O$) или хлорид меди(I) ($CuCl$).
• Фиолетовый: Смесь составов, дающих красный и синий цвета (например, соединения стронция и меди).
• Белый: Для получения яркого белого света или серебристых искр сжигают порошки металлов, таких как магний ($Mg$), алюминий ($Al$) или титан ($Ti$). Эти металлы горят при очень высокой температуре, создавая ослепительное белое пламя.
  Пример реакции горения магния: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO + \text{свет}$

Создание искр и других эффектов

Порошки металлов, таких как железо ($Fe$), сталь, алюминий ($Al$) и титан ($Ti$), используются для создания снопов искр. Частицы металла раскаляются в пламени и догорают уже в воздухе, разлетаясь в виде ярких треков. Цинк ($Zn$) используется в дымовых составах для создания плотной завесы белого дыма.

Ответ: В пиротехнике металлы и их соли используются в качестве топлива (алюминий, магний) и для создания разнообразных визуальных эффектов: соли стронция, кальция, натрия, бария и меди окрашивают пламя в красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий цвета соответственно, а порошки железа, титана и алюминия создают яркие искры.

Использование металлов в военном деле

Принципы, используемые в развлекательной пиротехнике, нашли прямое применение и в военной сфере, но цели здесь иные: сигнализация, освещение, маскировка и поражение противника.

Осветительные и сигнальные средства

Осветительные снаряды и авиабомбы содержат пиротехнические составы на основе порошка магния ($Mg$) и нитрата натрия ($NaNO_3$). При сгорании этой смеси образуется яркое пламя, способное освещать местность на большой площади. Сигнальные ракеты («ракетницы») используют те же соли металлов, что и в фейерверках, для подачи сигналов определённого цвета (красный, зеленый, желтый).

Зажигательные смеси и боеприпасы

• Термитные составы: Ключевым компонентом является термит — смесь порошка алюминия ($Al$) с оксидом железа($III$) ($Fe_2O_3$). Реакция протекает с выделением огромного количества тепла, а образующееся расплавленное железо способно прожечь металлическую броню или вызвать пожары.
  Уравнение реакции термита: $2Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$
  Такие составы применяются в зажигательных гранатах и бомбах.
• Электрон: Сплав магния (около 90%) с алюминием, цинком и марганцем. Он лёгок и горит при температуре до 2800°C, выделяя ослепительный свет. Использовался для изготовления корпусов зажигательных авиабомб.

Трассирующие боеприпасы

Для корректировки огня в ночное время используются трассирующие пули и снаряды. В их донной части находится небольшой контейнер с пиротехническим составом, который при выстреле воспламеняется и оставляет за летящим боеприпасом яркий видимый след. Для красного цвета трассера используют соли стронция, для зелёного — бария.

Броня и бронебойные сердечники

Помимо пиротехнических применений, металлы являются основой защиты и нападения. Танковая броня — это сложные композиции из высокопрочных сталей, часто легированных хромом ($Cr$), никелем ($Ni$), молибденом ($Mo$). Для бронебойных снарядов используют сердечники из сверхпрочных и плотных материалов, таких как вольфрам ($W$) или обеднённый уран ($U$), для пробития защиты.

Ответ: В военном деле металлы применяются для создания осветительных (магний, натрий) и сигнальных (стронций, барий) средств, в зажигательных боеприпасах на основе термитных смесей (алюминий) и магниевых сплавов, в трассирующих пулях (стронций, барий), а также в качестве конструкционных материалов для брони (сталь, титан) и бронебойных сердечников (вольфрам, уран).

Элементы IA-группы Периодической системы Д. И. Менделеева носят на- звание щелочные металлы. Общее название предполагает совокупность общих свойств во всех формах существования элементов: атомов, простых веществ и соединений. Какие это свойства?

Элементы IA-группы (щелочные металлы) обладают совокупностью общих свойств, которые проявляются во всех формах их существования. Эти свойства обусловлены, в первую очередь, строением их атомов.

Атомы

Главное общее свойство атомов всех щелочных металлов — это наличие всего одного электрона на внешнем электронном уровне. Электронная конфигурация их валентного слоя выражается формулой $ns^1$, где $n$ — номер периода. Из этого ключевого сходства вытекают и другие общие свойства:

• Низкая энергия ионизации: Атомы щелочных металлов очень легко отдают свой единственный валентный электрон, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) с зарядом +1 ($M \rightarrow M^+ + e^-$). Энергия, необходимая для отрыва этого электрона, — наименьшая в соответствующем периоде.
• Большой атомный радиус: В своих периодах щелочные металлы имеют самые большие атомные радиусы, так как их единственный валентный электрон находится на новом, самом удаленном от ядра энергетическом уровне.
• Низкая электроотрицательность: Способность притягивать к себе электроны у щелочных металлов выражена очень слабо, они склонны только отдавать свой электрон.
• Сильные восстановительные свойства: Легкость, с которой атомы отдают электрон, делает их сильнейшими восстановителями. Восстановительная способность в группе увеличивается сверху вниз, от лития к францию, так как с ростом радиуса валентный электрон удерживается ядром все слабее.

Ответ: Основное общее свойство атомов щелочных металлов — наличие одного валентного электрона на внешней s-орбитали ($ns^1$). Это обусловливает их большие атомные радиусы, низкие энергии ионизации и электроотрицательность, а также сильные восстановительные свойства.

Простые вещества

Простые вещества, образованные элементами IA-группы, — это типичные металлы, но со специфическими общими свойствами, обусловленными их атомным строением.

• Физические свойства: Все щелочные металлы — серебристо-белые (кроме золотистого цезия), очень мягкие (режутся ножом) и легкие. Литий, натрий и калий имеют плотность меньше плотности воды. У них низкие температуры плавления и кипения по сравнению с другими металлами. Эти свойства объясняются особенностями металлической связи: в кристаллической решетке на каждый атом приходится лишь один электрон, что делает связь относительно слабой.
• Химические свойства: Это самые химически активные металлы. Их активность возрастает в группе сверху вниз. Они являются сильнейшими восстановителями. Они бурно реагируют со многими веществами:
  • с водой, образуя сильное основание (щелочь) и водород: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$;
  • с кислородом, образуя оксиды, пероксиды или надпероксиды;
  • с галогенами, серой, фосфором и другими неметаллами.
  Из-за чрезвычайно высокой активности их хранят под слоем инертной жидкости, например, керосина.

Ответ: Простые вещества — щелочные металлы — характеризуются высокой химической активностью (сильные восстановители), которая усиливается сверху вниз по группе. Они обладают типичными металлическими свойствами, но отличаются мягкостью, легкоплавкостью и низкой плотностью из-за особенностей металлической связи.

Соединения

В своих соединениях щелочные металлы также проявляют ряд общих характерных свойств.

• Степень окисления: Во всех своих соединениях щелочные металлы проявляют единственную и постоянную степень окисления +1.
• Характер связи: Большинство их соединений (оксиды, гидроксиды, соли) имеют ионное строение, так как они образуются при полной отдаче валентного электрона атому другого элемента.
• Свойства оксидов и гидроксидов: Оксиды щелочных металлов ($M_2O$) являются основными. При взаимодействии с водой они образуют соответствующие гидроксиды ($MOH$). Эти гидроксиды являются сильными основаниями, хорошо растворимыми в воде, и носят название щёлочи. Именно это свойство дало название всей группе элементов.
• Свойства солей: Подавляющее большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде. Как правило, это твердые кристаллические вещества белого цвета, если только анион не имеет собственной окраски.

Ответ: Основными общими свойствами соединений щелочных металлов являются проявление постоянной степени окисления +1, преимущественно ионный характер химических связей, сильные основные свойства их оксидов и гидроксидов, а также хорошая растворимость большинства их солей в воде.