Страница 207 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Распределение электронов по энергетическим уровням 2, 8, 6 имеет атом элемента

1) кислорода

2) кремния

3) серы

4) аргона

Решение

Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме химического элемента показывает, сколько электронов находится на каждой электронной оболочке. В данном случае распределение 2, 8, 6 означает:

• на первом энергетическом уровне — 2 электрона;
• на втором энергетическом уровне — 8 электронов;
• на третьем (внешнем) энергетическом уровне — 6 электронов.

Чтобы определить, какому элементу принадлежит этот атом, нужно найти общее число электронов. Для этого сложим число электронов на всех уровнях:

$N_e = 2 + 8 + 6 = 16$

В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов в ядре. Число протонов, в свою очередь, определяет порядковый (атомный) номер элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева. Таким образом, мы ищем элемент с порядковым номером 16.

Теперь рассмотрим предложенные варианты ответов и их порядковые номера:

1. Кислород (O) — элемент №8. Его электронная конфигурация: 2, 6.
2. Кремний (Si) — элемент №14. Его электронная конфигурация: 2, 8, 4.
3. Сера (S) — элемент №16. Ее электронная конфигурация: 2, 8, 6.
4. Аргон (Ar) — элемент №18. Его электронная конфигурация: 2, 8, 8.

Сравнивая полученные данные, мы видим, что распределение электронов по энергетическим уровням 2, 8, 6 соответствует атому серы.

Ответ: 3) серы

2. Атомы химических элементов углерода и кремния имеют одинаковое число

1) электронов на внешнем электронном слое

2) протонов в ядре

3) заполненных электронных слоёв

4) нейтронов

Для того чтобы определить, какая характеристика является общей для атомов углерода и кремния, необходимо рассмотреть их положение в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева и проанализировать строение их атомов.

Углерод (C) — это химический элемент с порядковым номером 6. Он находится во втором периоде и в 14-й (IVA) группе.
Кремний (Si) — это химический элемент с порядковым номером 14. Он находится в третьем периоде и также в 14-й (IVA) группе.

Теперь рассмотрим каждый из предложенных вариантов.

1) электронов на внешнем электронном слое
Химические элементы, расположенные в одной группе (главной подгруппе), имеют одинаковое количество электронов на внешнем энергетическом уровне, которое равно номеру группы. Поскольку и углерод, и кремний находятся в 14-й (IVA) группе, у их атомов по 4 электрона на внешнем слое. Это можно подтвердить их электронными конфигурациями:
Для углерода (Z=6): $1s^2 2s^2 2p^2$. Внешний слой — второй (n=2), на нём $2+2=4$ электрона.
Для кремния (Z=14): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$. Внешний слой — третий (n=3), на нём $2+2=4$ электрона.
Следовательно, это утверждение верно.

2) протонов в ядре
Число протонов в ядре атома соответствует его порядковому номеру в периодической таблице. У углерода порядковый номер 6, что означает 6 протонов в ядре. У кремния порядковый номер 14, что означает 14 протонов в ядре. Количество протонов у них различается ($6 \neq 14$). Следовательно, это утверждение неверно.

3) заполненных электронных слоёв
Количество электронных слоёв в атоме определяется номером периода. Углерод (2-й период) имеет 2 электронных слоя, а кремний (3-й период) — 3. У атома углерода ($1s^2 2s^2 2p^2$) полностью заполнен только первый электронный слой. У атома кремния ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$) полностью заполнены первый и второй электронные слои. Количество заполненных слоёв у них разное. Следовательно, это утверждение неверно.

4) нейтронов
Число нейтронов ($N$) вычисляется по формуле $N = A - Z$, где $A$ — массовое число, а $Z$ — порядковый номер. Для наиболее распространённых изотопов: у углерода-12 число нейтронов равно $12 - 6 = 6$, а у кремния-28 число нейтронов равно $28 - 14 = 14$. Количество нейтронов у них различается. Следовательно, это утверждение неверно.

Таким образом, единственной общей характеристикой для атомов углерода и кремния из предложенных является одинаковое число электронов на внешнем электронном слое.

Ответ: 1

3. Химические элементы расположены в порядке уменьшения их атомного радиуса в ряду

1) $S \to O \to N$

2) $Mg \to Ca \to Ba$

3) $Al \to Si \to P$

4) $Li \to Na \to K$

Решение

Атомный радиус химических элементов изменяется в Периодической системе Д.И. Менделеева по определённым закономерностям. Чтобы найти ряд, в котором элементы расположены в порядке уменьшения их атомного радиуса, необходимо проанализировать положение каждого элемента.

• В периодах (при движении слева направо) атомный радиус уменьшается. Это связано с увеличением заряда ядра при том же числе электронных слоев, что приводит к более сильному притяжению электронов к ядру.
• В группах (при движении сверху вниз) атомный радиус увеличивается. Это происходит из-за увеличения числа электронных слоев.

Проанализируем каждый из предложенных рядов:

1) S → O → N

Сера (S) находится в 3-м периоде, 16-й группе. Кислород (О) находится во 2-м периоде, 16-й группе. Азот (N) находится во 2-м периоде, 15-й группе.

Сравнивая S и O (одна группа), радиус уменьшается при движении вверх по группе, поэтому $r_S > r_O$.

Сравнивая O и N (один период), радиус уменьшается при движении вправо, поэтому $r_N > r_O$.

Общий порядок радиусов: $r_S > r_N > r_O$. В предложенном ряду S → O → N радиус сначала уменьшается ($r_S > r_O$), а затем увеличивается ($r_O < r_N$). Следовательно, ряд неверный.

2) Mg → Ca → Ba

Магний (Mg), кальций (Ca) и барий (Ba) – это элементы 2-й группы, расположенные друг под другом. При движении по группе сверху вниз (от Mg к Ba) атомный радиус увеличивается, так как растет число электронных слоев. Следовательно, $r_{Mg} < r_{Ca} < r_{Ba}$. В данном ряду атомный радиус увеличивается, что противоречит условию.

3) Al → Si → P

Алюминий (Al), кремний (Si) и фосфор (P) – это элементы 3-го периода. Они расположены слева направо (группы 13, 14, 15). При движении по периоду слева направо атомный радиус последовательно уменьшается из-за увеличения заряда ядра. Таким образом, $r_{Al} > r_{Si} > r_{P}$. Этот ряд полностью соответствует условию задачи.

4) Li → Na → K

Литий (Li), натрий (Na) и калий (K) – это элементы 1-й группы, расположенные друг под другом. При движении по группе сверху вниз (от Li к K) атомный радиус увеличивается. Следовательно, $r_{Li} < r_{Na} < r_{K}$. В данном ряду атомный радиус увеличивается, что противоречит условию.

Таким образом, единственным рядом, в котором химические элементы расположены в порядке последовательного уменьшения их атомного радиуса, является ряд под номером 3.

Ответ: 3

4. Свойства оксидов изменяются от основных к кислотным в ряду

1) $Na_2O$ → $Al_2O_3$ → $SO_3$

2) $SiO_2$ → $P_2O_5$ → $MgO$

3) $K_2O$ → $CaO$ → $ZnO$

4) $SO_2$ → $CO_2$ → $P_2O_5$

Решение

Для того чтобы определить, в каком ряду свойства оксидов изменяются от основных к кислотным, необходимо проанализировать характер каждого оксида в предложенных вариантах. Общая закономерность в периодической системе элементов заключается в том, что при движении по периоду слева направо металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические усиливаются. Соответственно, характер их высших оксидов изменяется от основного через амфотерный к кислотному.

1) $Na_2O \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow SO_3$

$Na_2O$ (оксид натрия) — оксид щелочного металла натрия, который находится в I группе, 3 периоде. Это типичный основный оксид.
$Al_2O_3$ (оксид алюминия) — оксид алюминия, элемента III группы, 3 периода. Этот оксид является амфотерным, то есть он способен реагировать и с кислотами, и с основаниями.
$SO_3$ (оксид серы(VI)) — высший оксид серы, неметалла VI группы, 3 периода. Это типичный кислотный оксид.
В этом ряду наблюдается последовательное изменение свойств оксидов от основных через амфотерные к кислотным, что полностью соответствует положению элементов (Na, Al, S) в 3-м периоде периодической таблицы. Этот ряд является верным.

2) $SiO_2 \rightarrow P_2O_5 \rightarrow MgO$

$SiO_2$ (оксид кремния(IV)) — кислотный оксид.
$P_2O_5$ (оксид фосфора(V)) — также кислотный оксид.
$MgO$ (оксид магния) — основный оксид.
Последовательность свойств (кислотный → кислотный → основный) не соответствует условию задачи.

3) $K_2O \rightarrow CaO \rightarrow ZnO$

$K_2O$ (оксид калия) — сильно основный оксид.
$CaO$ (оксид кальция) — также основный оксид, но его основные свойства выражены слабее, чем у $K_2O$.
$ZnO$ (оксид цинка) — амфотерный оксид.
В этом ряду происходит ослабление основных свойств с переходом к амфотерным, но ряд не завершается кислотным оксидом. Поэтому он не полностью отражает переход "от основных к кислотным".

4) $SO_2 \rightarrow CO_2 \rightarrow P_2O_5$

$SO_2$ (оксид серы(IV)), $CO_2$ (оксид углерода(IV)) и $P_2O_5$ (оксид фосфора(V)) — все три оксида являются кислотными.
В этом ряду не происходит изменения характера оксидов от основного к кислотному.

Таким образом, единственным правильным вариантом является первый, где четко прослеживается закономерное изменение свойств оксидов от основных к кислотным.

Ответ: 1

5. В молекуле хлора химическая связь

1) ковалентная неполярная

2) ковалентная полярная

3) ионная

4) металлическая

Чтобы определить тип химической связи в молекуле хлора, необходимо проанализировать её состав и свойства атомов, её образующих.

Молекула хлора имеет формулу $Cl_2$ и состоит из двух атомов хлора. Хлор (Cl) — это элемент-неметалл, расположенный в 17-й группе (VIIA группе) Периодической системы химических элементов.

Существуют следующие основные типы химических связей:

• Ионная связь, как правило, образуется между атомами типичного металла и типичного неметалла, у которых велика разница в электроотрицательности.
• Металлическая связь существует в металлах и их сплавах между ионами металлов и обобществлёнными электронами.
• Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов путем обобществления валентных электронов и образования общих электронных пар.

Поскольку молекула хлора состоит из двух атомов неметалла, связь между ними является ковалентной.

Ковалентная связь, в свою очередь, может быть полярной или неполярной:

• Ковалентная полярная связь возникает между атомами разных неметаллов. В этом случае общая электронная пара смещается к атому с большей электроотрицательностью.
• Ковалентная неполярная связь возникает между одинаковыми атомами неметаллов. Поскольку электроотрицательность атомов одинакова, разница электроотрицательностей равна нулю ($ \Delta ЭО = 0 $), и общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов, находясь ровно посередине.

Так как молекула хлора $Cl_2$ состоит из двух одинаковых атомов хлора, связь между ними является ковалентной неполярной.

Ответ: 1) ковалентная неполярная

6. Из указанных веществ ионная связь присутствует в

1) аммиаке

2) хлороводороде

3) меди

4) оксиде натрия

Для того чтобы определить, в каком из предложенных веществ присутствует ионная связь, необходимо проанализировать природу химических элементов, образующих каждое вещество. Ионная связь возникает в результате электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами. Как правило, она образуется между атомами типичных металлов (которые отдают электроны и становятся катионами) и типичных неметаллов (которые принимают электроны и становятся анионами).

1) аммиаке
Аммиак имеет химическую формулу $NH_3$. Он состоит из атомов неметаллов: азота (N) и водорода (H). Между атомами неметаллов образуется ковалентная связь. Так как электроотрицательность азота выше, чем у водорода, эта связь является ковалентной полярной. Ионная связь отсутствует.
Ответ: в аммиаке присутствует ковалентная полярная связь.

2) хлороводороде
Хлороводород имеет химическую формулу $HCl$. Он состоит из атомов неметаллов: водорода (H) и хлора (Cl). Связь между ними является ковалентной полярной из-за значительной разницы в электроотрицательности, но недостаточной для полного перехода электрона и образования ионов.
Ответ: в хлороводороде присутствует ковалентная полярная связь.

3) меди
Медь ($Cu$) — это простое вещество, металл. В металлах атомы связаны между собой металлической связью. Эта связь образуется за счет обобществления валентных электронов, которые свободно перемещаются по всему объему кристаллической решетки, состоящей из положительных ионов металла.
Ответ: в меди присутствует металлическая связь.

4) оксиде натрия
Оксид натрия имеет химическую формулу $Na_2O$. Он образован атомами типичного щелочного металла натрия ($Na$) и атомами типичного неметалла кислорода ($O$). Натрий, как металл IA группы, легко отдает свой единственный валентный электрон, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $Na^+$. Кислород, как неметалл VIA группы, имеет высокую электроотрицательность и принимает два электрона, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион) $O^{2-}$. Между катионами натрия и анионами кислорода возникает сильное электростатическое притяжение, которое и является ионной связью.
Ответ: в оксиде натрия присутствует ионная связь.