Страница 122 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

5. Заполните таблицу.

Сода Формула Области применения

Техническая

Пищевая

Техническая
Техническая сода, также известная как кальцинированная сода, представляет собой карбонат натрия. Это соль угольной кислоты и натрия.
Формула: $Na_2CO_3$
Области применения: Это вещество имеет широкий спектр применения в промышленности. Основные направления:
• Стекловарение: является одним из главных компонентов шихты при производстве стекла.
• Химическая промышленность: используется для производства мыла, стиральных и чистящих порошков, эмалей, а также для получения других соединений натрия (например, гидроксида натрия, буры).
• Металлургия: применяется для обезжиривания металлов и десульфурации (удаления серы) из чугуна.
• Водоподготовка: используется для умягчения воды, так как осаждает ионы кальция и магния, вызывающие жёсткость.
• Целлюлозно-бумажная промышленность.
Ответ: Формула технической соды: $Na_2CO_3$. Области применения: производство стекла, мыла и моющих средств, умягчение воды, металлургия, химическая промышленность.

Пищевая
Пищевая сода, или питьевая сода, — это гидрокарбонат натрия. Это кислая соль угольной кислоты и натрия.
Формула: $NaHCO_3$
Области применения: Пищевая сода широко используется как в промышленности, так и в быту.
• Пищевая промышленность и кулинария: применяется в качестве разрыхлителя для теста (часто в составе пекарского порошка), так как при нагревании или реакции с кислотами выделяет углекислый газ, придающий выпечке пышность.
• Медицина: используется как антацидное средство для нейтрализации повышенной кислотности желудочного сока, а также для приготовления растворов для полоскания горла.
• Быт: применяется как мягкое абразивное чистящее средство, для устранения запахов в холодильнике, для чистки посуды и поверхностей.
• Производство огнетушителей: входит в состав порошковых огнетушителей, так как при нагревании выделяет углекислый газ, который препятствует доступу кислорода к огню.
• Легкая промышленность: используется при дублении кож и в текстильном производстве.
Ответ: Формула пищевой соды: $NaHCO_3$. Области применения: пищевая промышленность (кулинария), медицина, бытовая химия, производство огнетушителей, легкая промышленность.

Часть I

1. Щелочноземельные металлы — это элементы □□-группы Периодической системы, начиная с □□□□□□: _______________

Решение

1. В данном задании необходимо вставить пропущенные слова и символы в определение щелочноземельных металлов. Проанализируем каждый пропуск по отдельности.

Первый пропуск: "Щелочноземельные металлы — это элементы [...]-группы...". Щелочноземельные металлы — это элементы главной подгруппы второй группы Периодической системы, что по старой номенклатуре обозначается как IIА-группа. Это обозначение состоит из трех символов, что соответствует трем пустым ячейкам в задании.

Второй пропуск: "...начиная с [...]...". Группа щелочноземельных металлов в Периодической системе начинается с элемента бериллия ($Be$). В предложении требуется указать название элемента в родительном падеже: "начиная с (чего?) бериллия". Слово "бериллия" состоит из 8 букв, что в точности соответствует количеству ячеек во втором пропуске. Хотя исторически термин "щелочноземельные металлы" применялся к кальцию, стронцию и барию, современная номенклатура относит к ним все элементы IIA-группы.

Третий пропуск: "...: [...]". Здесь необходимо перечислить символы всех химических элементов, входящих в группу щелочноземельных металлов. Это бериллий ($Be$), магний ($Mg$), кальций ($Ca$), стронций ($Sr$), барий ($Ba$) и радий ($Ra$).

Собрав все части воедино, получаем полностью завершенное предложение.

Ответ: Щелочноземельные металлы — это элементы IIА-группы Периодической системы, начиная с бериллия: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.

2. Сверху вниз в $IIA$-группе изменяются:

а) радиус атома

б) плотность

в) температура плавления

г) восстановительные свойства

а) радиус атома

При движении сверху вниз по IIA-группе периодической системы (щелочноземельные металлы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) с каждым новым периодом добавляется новый электронный слой. Внешние (валентные) электроны оказываются всё дальше от ядра. Несмотря на то, что заряд ядра также растет, увеличение радиуса за счет нового энергетического уровня и усиление экранирующего эффекта со стороны внутренних электронов являются доминирующими факторами. Вследствие этого притяжение валентных электронов к ядру ослабевает, и размер атома закономерно увеличивается.

Ответ: увеличивается.

б) плотность

Плотность вещества ($ \rho $) вычисляется как отношение массы ($ m $) к объему ($ V $), то есть $ \rho = \frac{m}{V} $. При движении вниз по группе атомная масса элементов существенно возрастает (увеличивается число протонов и нейтронов), а атомный объем, зависящий от радиуса, также увеличивается. Однако рост массы опережает рост объема. Поэтому общая тенденция заключается в увеличении плотности от бериллия к радию. Важно отметить, что эта зависимость не является строго монотонной: у магния и кальция плотность ниже, чем у бериллия, но затем она начинает неуклонно расти.

Ответ: в целом увеличивается (изменяется немонотонно).

в) температура плавления

Температура плавления металлов определяется прочностью металлической связи, которая удерживает атомы в кристаллической решетке. Прочность этой связи зависит от радиуса атомов и силы притяжения между ядрами и "электронным газом". При движении вниз по IIA-группе радиус атомов увеличивается, а валентные электроны находятся дальше от ядра. Это приводит к ослаблению металлической связи. Для разрушения более слабых связей требуется меньше энергии, поэтому температура плавления, как правило, понижается. Эта тенденция также не является строго монотонной (например, температура плавления кальция выше, чем у магния), но общая закономерность — уменьшение.

Ответ: в целом уменьшается (изменяется немонотонно).

г) восстановительные свойства

Восстановительные свойства характеризуют способность атома отдавать электроны в химических реакциях. Эта способность обратно пропорциональна энергии ионизации (энергии, необходимой для отрыва электрона). При движении сверху вниз по группе радиус атома увеличивается, валентные электроны слабее связаны с ядром и могут быть оторваны с меньшими затратами энергии. Следовательно, энергия ионизации уменьшается. Чем легче атом отдает электроны, тем он является более сильным восстановителем. Таким образом, восстановительные свойства элементов IIA-группы закономерно и монотонно усиливаются от бериллия к радию.

Ответ: усиливаются.

3. Химические свойства простых веществ описываются общим уравнением

$M \stackrel{0}{-} \overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}} \rightarrow M\square\square$, где M – щелочноземельный металл.

1) Взаимодействие с неметаллами при нагревании

а) с галогенами: $\underset{\overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}}}{M} + Cl_2 = \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}$

б) с серой: $\underset{\overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}}}{M} + S = \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}$

в) с азотом: $\underset{\overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}}}{M} + N_2 = \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}$

г) с кислородом: $\underset{\overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}}}{M} + O_2 = \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}$

д) с водородом: $\underset{\overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}}}{M} + H_2 = \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}$

2) Взаимодействие с водой

$\underset{\overset{\uparrow}{\boxed{\bar{e}}}}{M} + HOH = \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_} + \text{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_}$

В данном задании M – это щелочноземельный металл. Щелочноземельные металлы – это элементы IIА группы Периодической системы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). На внешнем энергетическом уровне у них находится 2 электрона, которые они легко отдают в химических реакциях, проявляя степень окисления +2. Таким образом, металл M в реакциях является восстановителем, и процесс окисления для него можно описать общей схемой: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

1) Взаимодействие с неметаллами при нагревании

а) с галогенами:

При взаимодействии щелочноземельного металла M с хлором ($Cl_2$) образуется хлорид металла. Степень окисления металла становится +2, а хлора -1. Формула продукта – $MCl_2$. Металл отдает 2 электрона, а молекула хлора принимает 2 электрона.

Уравнение реакции: $M + Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} MCl_2$.

Процесс окисления металла: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

Ответ: $M + Cl_2 = MCl_2$. В рамке под символом M следует вписать число 2.

б) с серой:

При взаимодействии щелочноземельного металла M с серой (S) образуется сульфид металла. Степень окисления металла +2, серы -2. Формула продукта – $MS$. Металл отдает 2 электрона, атом серы принимает 2 электрона.

Уравнение реакции: $M + S \xrightarrow{t^\circ} MS$.

Процесс окисления металла: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

Ответ: $M + S = MS$. В рамке под символом M следует вписать число 2.

в) с азотом:

При взаимодействии щелочноземельного металла M с азотом ($N_2$) образуется нитрид металла. Степень окисления металла +2, азота -3. Для составления формулы продукта находим наименьшее общее кратное зарядов (6), поэтому формула – $M_3N_2$. Для уравнивания реакции ставим коэффициент 3 перед M.

Уравнение реакции: $3M + N_2 \xrightarrow{t^\circ} M_3N_2$.

Каждый из трех атомов металла отдает по 2 электрона: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

Ответ: $3M + N_2 = M_3N_2$. В рамке под символом M следует вписать число 2.

г) с кислородом:

При взаимодействии щелочноземельного металла M с кислородом ($O_2$) образуется оксид металла. Степень окисления металла +2, кислорода -2. Формула продукта – $MO$. Для уравнивания реакции ставим коэффициент 2 перед M и 2 перед $MO$.

Уравнение реакции: $2M + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2MO$.

Каждый из двух атомов металла отдает по 2 электрона: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

Ответ: $2M + O_2 = 2MO$. В рамке под символом M следует вписать число 2.

д) с водородом:

При взаимодействии щелочноземельного металла M с водородом ($H_2$) образуется гидрид металла. В гидридах активных металлов водород имеет степень окисления -1, а металл +2. Формула продукта – $MH_2$.

Уравнение реакции: $M + H_2 \xrightarrow{t^\circ} MH_2$.

Процесс окисления металла: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

Ответ: $M + H_2 = MH_2$. В рамке под символом M следует вписать число 2.

2) Взаимодействие с водой

Щелочноземельные металлы (кроме бериллия) реагируют с водой (HOH или $H_2O$) с образованием растворимого основания – гидроксида металла – и выделением водорода. Степень окисления металла в гидроксиде +2, поэтому формула гидроксида – $M(OH)_2$. Вторым продуктом является газообразный водород $H_2$. Для уравнивания необходимо взять 2 молекулы воды.

Уравнение реакции: $M + 2HOH \to M(OH)_2 + H_2\uparrow$.

В этой реакции металл также отдает 2 электрона, а водород из воды их принимает ($2H^{+1} + 2\bar{e} \to H_2^0$).

Процесс окисления металла: $M^0 - 2\bar{e} \to M^{+2}$.

Ответ: $M + 2HOH = M(OH)_2 + H_2$. В рамке под символом M следует вписать число 2.