ГДЗ (ответы) Химия 8 класс Григорович А.В., 2016 §10 Нуклиды. Изотопы
Контрольные вопросы
Вопрос 1 Дайте определения понятий «нуклид» и «изотоп».
Нуклид — это разновидность атомов с определенным числом протонов и нейтронов в ядре.
Изотопы — это разные нуклиды одного химического элемента.
Вопрос 2 Чем отличаются стабильные и нестабильные нуклиды?
Стабильные нуклиды, в отличие от нестабильных, существуют бесконечно долго.
Приведите примеры стабильных и нестабильных нуклидов. Все четные элементы имеют стабильные нуклиды, а также большинство нечетных с протонным числом меньше 84. Стабильными являются нуклиды Оксигена, Карбона. Химические элементы, не имеющие стабильных нуклидов, называют радиоактивными. К ним относятся все элементы, расположенные в Периодической системе после Бисмута, а также Технеций и Прометий.
Вопрос 3 Изотопы отличаютс я друг от друга:
б) числом нейтронов
в) числом электронов
Вопрос 4 Как определить число протонов, нейтронов и электронов в атоме? Число электронов равно числу протонов Z, которое совпадает с порядковым номером (зарядом ядра).
Число нейтронов N равно разности между массовым числом А и зарядом ядра: N = A – Z.
Вопрос 5 Назовите изотопы Гидрогена. Н ( 1 1H) — Протий, D ( 2 1H) — Дейтерий, Т ( 3 1H ) — Тритий
Чем они отличаются? Числом нейтронов. Протий не имеет нейтронов, Дейтерий имеет 1 нейтрон, а Тритий — 2 нейтрона.
Задания для усвоения материала
Упражнение 1 Ядро атома химического элемента содержит два протона и один нейтрон. Запишите обозначение этого атома: укажите химический символ, порядковый номер и массовое число.
По условию число протонов Z=2 и число нейтронов N=1, поэтому массовое число А=Z+N=2+1=3, имеем 3 2Не, порядковый №2, массовое число А=3
Упражнение 2 Сколько протонов и нейтронов содержат ядра:
17 O протонов Z=8, нейтронов N=17-8=9
14 C протонов Z=6, нейтронов N=14-6=8
137 Cs протонов Z=55, нейтронов N=137-55=82
Порядковый номер элемента указывает на число протонов (Z).
Упражнение 3 Чем отличается состав ядер атомов нуклидов:
а) Лития 6 Li и 7 Li
б) Урана 235 U и 239 U
Упражнение 4 Какой нуклид Натрия содержит такое же число нейтронов, что и нуклид 24 Mg? Число нейтронов в нуклиде 24 Мg вычислим как разницу между нуклонных числом (А=24) и числом протонов Z=12 (показывает порядковый номер элемента) N=А-Z=24-12=12. Вычислим нуклонное число Натрия, который содержит такое же число нейтронов: A=N+Z=12+11=23, следовательно, имеем нуклид 23 Na.
а) 2 протона и 2 нейтрона
По условию Z=2 и N=2, поэтому нуклонное число A=Z+N=2+2=4, это Гелий 4 2 Не
б) 15 протонов и 16 нейтронов
По условию Z=15 и N=16, поэтому нуклонное число A=Z+N=15+16=31, это Фосфор 31 15 Р
в) 35 протонов и 45 нейтронов
По условию Z=35 и N=45, поэтому нуклонное число A=Z+N=35+45=80, это Бром 80 35 Br
Изотопы — это разные нуклиды одного химического элемента, поэтому имеем:
б) нуклиды с одинаковым нейтронным числом
в) нуклиды с одинаковым нуклонным числом
В нуклиде нуклонное число пишут слева вверху от символа элемента, поэтому имеем:
Упражнение 7 Сколько разных видов молекул воды может быть образовано из трех нуклидов Гидрогена и трех нуклидов Оксигена?
Три нуклида Гидрогена ( 1 Н, 2 Н, 3 Н) и три нуклида Оксигена ( 16 О, 17 О, 18 О)
1 Н2 16 О, 2 Н2 16 О, 3 Н2 16 О, 1 Н 2 Н 16 О, 1 Н 3 Н 16 О, 2 Н 3 Н 16 О
1 Н2 17 О, 2 Н2 17 О, 3 Н2 17 О, 1 Н 2 Н 17 О, 1 Н 3 Н 17 О, 2 Н 3 Н 17 О
1 Н2 18 О, 2 Н2 18 О, 3 Н2 18 О, 1 Н 2 Н 18 О, 1 Н 3 Н 18 О, 2 Н 3 Н 18 О
Ответ: молекул воды может быть восемнадцять.
Упражнение 8 Относительная атомная масса Бора составляет 10,81. Как вы считаете, в виде каких нуклидов существует Бор в природе? Поскольку массы каждого протона и нейтрона равны примерно 1 а.е.м., а масса электрона маленькая, то массовое число (нуклонное число) каждого атома примерно равно его относительной атомной массе, округленного до целых чисел, поэтому Бор существует в виде двух нуклидов 11 5 В, 10 5 В
До конца XIX в. атом считали неделимой частицей, но последовавшие позже открытия (радиоактивность, фотоэффект) поколебали это убеждение. Сейчас известно, что атом состоит из элементарных частиц, основные из которых – протон, нейтрон, электрон.
Частица
Обозначение
Заряд
Относительная атомная масса
Протон
p
+
1
Нейтрон
n
0
1
Электрон
e
–
1/1840
После открытия основных элементарных частиц, входящих в состав атома, встал вопрос об их местонахождении, т.е. о строении атома. В 1911 г. Томсон предложил свою модель строения атома, которая получила условное название «пудинг с изюмом». Согласно этой модели атом представляет собой некую субстанцию, в которой равномерно распределены протоны, нейтроны и электроны. Число протонов равно числу электронов, поэтому атом в целом электронейтрален.
В 1913 г. Резерфорд ставит опыт, результаты которого модель Томсона объяснить не может (рис.).Это заставляет Резерфорда предложить свою модель строения атома, получившую название планетарной. Согласно этой модели атом состоит из ядра, в котором сконцентрирована основная масса атома, поскольку ядро содержит протоны и нейтроны; вокруг ядра на огромной скорости вращаются электроны. Поскольку модель Резерфорда содержала ряд противоречий, Н.Бором были введены постулаты, устраняющие эти противоречия.
Рис. Схема установки в опыте Резерфорда: 1 – источник -излучения; 2 – золотая фольга; 3 – экран с покрытием из сульфида цинка
1-й постулат. Электроны вращаются вокруг ядра не по произвольным, а по строго определенным, стационарным орбитам.
2-й постулат. При движении по стационарной орбите электрон не излучает и не поглощает энергию. Изменение энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.
Но теория Резерфорда–Бора дает удовлетворительные результаты только для атома водорода. Современные представления о строении атома подчиняются квантовой модели строения атома, которая учитывает волновые свойства элементарных частиц. Приведем ее основные положения.
Э.Резерфорд (1871–1937)
• Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу, т.е. ведет себя и как частица, и как волна. Как частица, электрон обладает массой и зарядом; как волна, он обладает способностью к дифракции.
Н.Бор (1885–1962)
• Для электрона невозможно одновременно точно измерить координату и скорость.
• Электрон в атоме не движется по определенным траекториям, а может находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова. Область пространства, где вероятнее всего находится электрон, называется орбиталью*.
• Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, имеющих общее название – нуклоны.
Параметры для характеристики атомов
Массовое числоА – сумма чисел протонов и нейтронов атома.
Заряд ядра Z – число протонов, определяется по порядковому номеру элемента в таблице Д.И.Менделеева. В 1913 г. английским физиком Г.Мозли было установлено, что положительный заряд ядра атома (в условных единицах) равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И.Менделеева.
Число нейтроновN определяется как разность между массовым числом и зарядом ядра (учитывая, что массой электрона можно пренебречь).
Изотопы – атомы одного элемента, имеющие одинаковый заряд ядра (следовательно, и количество электронов), но различное число нейтронов (следовательно, различные массовые числа). Например, элемент водород имеет три изотопа: протий, дейтерий и тритий. Первые два существуют в природе, тритий получен искусственным путем. Подавляющее большинство химических элементов имеет разное число природных изотопов с разным процентным содержанием каждого из них. Относительная атомная масса элемента, которая приводится в периодической системе, – это средняя величина массовых чисел природных изотопов данного элемента с учетом процентного содержания каждого из этих изотопов. Химические свойства всех изотопов одного химического элемента одинаковы. Следовательно, химические свойства элемента зависят не от атомной массы, а от заряда ядра.
Помимо изотопов существуют изобары – атомы разных химических элементов, которые имеют одинаковые массовые числа, и изотоны – атомы разных химических элементов, которые имеют одинаковое число нейтронов.
Радиоактивность. Ядерные реакции
Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер.
Периодом полураспада (Т1/2) называется время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивного изотопа.
где m0 – начальная масса вещества, mост – масса остатка, t – время процесса, Т1/2 – период полураспада.
К основным видам радиоактивного распада относятся:
—распад (-частица – ядро атома 4 2He). При испускании -частицы ядро теряет два протона и два нейтрона, например:
Электронный захват. При захвате ядром электрона заряд ядра уменьшается на 1, а массовое число остается прежним, например:
Уравнения ядерных реакций должны удовлетворять правилу равенства сумм индексов:
а) сумма массовых чисел частиц, вступающих в реакцию, равна сумме массовых чисел частиц – продуктов реакции;
б) сумма зарядов частиц, вступающих в реакцию, и сумма зарядов образовавшихся частиц – продуктов реакции – равны между собой.
Тест по теме «Современные представления о строении атома»
1. Число протонов в атоме элемента, который находится в четвертом периоде и в главной подгруппе V группы периодической системы Д.И.Мендлеева, равно:
а) 75; б) 42; в) 33; г) 23.
2. Изотопы – это частицы, имеющие одинаковое число:
а) протонов; б) нейтронов;
в) нуклонов; г) электронов.
а) Массовое число; б) число протонов;
в) число электронов; г) радиоактивные свойства.
4. Чему равен заряд ядра атома натрия?
5. Чему равен заряд ядра атома азота?
6. Выберите атомы, в которых число протонов равно числу нейтронов:
а) 2 H; б) 11 B; в) 16 O; г) 38 K.
7. Cколько протонов и электронов содержит нитрит-ион?
8. В результате серии последовательных радиоактивных распадов изотоп 228 88Ra превращается в устойчивый изотоп 208 82Pb. Сколько — и -распадов включает эта серия ядерных превращений?
а) 10, 6; б) 10, 5; в) 5, 4; г) 5, 6.
9. В природе существуют два стабильных изотопа водорода и три изотопа кислорода. Сколько разных стабильных молекул воды существует в природе?
10. Число элементов, образующих следующие вещества: легкая вода, тяжелая вода, сверхтяжелая вода, пероксид водорода, кислород, озон, – равно:
Задачи на определение элементного состава вещества и вывод формулы сложного вещества по известному элементному составу
1. Вычислить, в каком из оксидов железа больше массовая доля металла.
Ответ.(Fe) в FeO – 77,8%.
2. Сколько граммов кальция содержится в 250 г известняка?
3. Рассчитать массу сернистого газа, в которой содержится 8 г серы.
4. Рассчитать массу питьевой соды, содержащую 30 г углерода.
5. Технический хлорид алюминия содержит 98% чистого вещества, остальное составляют примеси, не содержащие хлора. Вычислить процентное содержание хлора в этом химическом продукте.
6. Железные руды относятся к богатым, если содержание железа в них более 50% по массе. Определить, относится ли к богатым рудам карбонат железа(II).
Для FeCO3 массовая доля железа:
Ответ. FeCO3 не относится к богатым рудам.
7. Образец соединения фосфора и брома массой 81,3 г содержит 9,3 г фосфора. Определить формулу этого соединения.
8. Органическое вещество содержит 82,76% углерода и 17,24% водорода; 2,74 г этого вещества при температуре 37 °С и давлении 0,5 атм занимают объем 2,4 л. Определить молекулярную формулу вещества.
9. Органическое вещество содержит 40% углерода, 53,3% кислорода, 6,7% водорода; 15 г этого вещества при температуре 18 °С и давлении 610 мм рт. ст. занимают объем 14,9 л. Определить молекулярную формулу вещества.
10. Найти отношения масс элементов в гидроксиде магния и в пропане.
11. Вычислить массу нитрата серебра, содержащего столько же серебра, сколько его содержится в 696 г оксида серебра.
13. В молекулах двух веществ соотношение чисел атомов С : Н : О = 1 : 2 : 1. Масса 100 мл паров первого из них при н.у. составляет 0,402 г. Молекулярная масса у второго вещества в два раза больше, чем у первого. Определить вещества.
14. Вывести молекулярную формулу вещества, имеющего состав (массовая доля в процентах):
Представим искомую формулу в виде NaxSyOz. Запишем массовые доли элементов (Э) и их относительные атомные массы Ar(Э) в виде таблицы.
Разделим все три числа соотношения на наименьшее (1,266), получим простое соотношение: 1 : 1: 1,5. Умножим все три числа на 2, получим: 2 : 2 : 3. Отсюда формула вещества – Na2S2O3.
1. Определить формулу вещества, состоящего из кислорода, азота, фосфора и водорода, если известно, что оно содержит 48,5% кислорода; количество атомов азота в нем в 2 раза больше количества атомов фосфора, а количество атомов водорода – в 2,25 раза больше количества атомов кислорода. Молярная масса вещества меньше 200 г/моль.
2. Неизвестная соль содержит элемент X, а также водород, азот и кислород в следующем массовом соотношении: 12 : 5 : 14 : 48 (в порядке перечисления). Определить формулу соли.
Ответ. Гидрокарбонат аммония NH4HCO3.
3. Написать формулу углеводорода, в котором масса углерода равна массе водорода.
4. В порции кристаллогидрата ацетата калия содержится 3,612•10 23 атомов углерода и 1,084•10 24 атомов водорода. Установить формулу кристаллогидрата.
Методические указания по выполнению практических занятий адресованы обучающимся очной формы обучения.
Методические указания включают в себя учебную цель, перечень образовательных результатов, заявленных во ФГОС СПО, задачи, обеспеченность занятия, краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме, вопросы для закрепления теоретического материала, задания для практического занятия обучающихся и инструкцию по выполнению, методику анализа полученных результатов, порядок и образец отчета о проделанной работе.
Учебная цель: обобщить знания об электронном строении атомов химических элементов; закрепить умения и навыки составления электронных формул атомов химических элементов, а также их графических изображений. Отработать основные понятия: «электронное облако», «атомная орбиталь», «радиус»
Учебная цель: обобщить знания об электронном строении атомов химических элементов; закрепить умения и навыки составления электронных формул атомов химических элементов, а также их графических изображений. Отработать основные понятия: «электронное облако», «атомная орбиталь», «радиус».
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:
Обучающийся должен знать:
— Периодический закон Д.И. Менделеева, структуру периодической таблицы: периоды (малые и большие), группы (главная и побочная), строение атома и атомного ядра, строение электронных оболочек атомов элементов малых и больших периодов, электронные конфигурации атомов химических элементов.
Обучающийся должен уметь:
— характеризовать: элементы малых и больших периодов в Периодической системе, строить электронные конфигурации атомов, определять количество протонов и нейтронов в ядре.
Задачи практического занятия:
Закрепить теоретические знания о Периодическом законе и периодической системе Д.И. Менделеева.
Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.
Выполнить практические задачи. Закрепить практику построения электронного строения атомов химических элементов и их графическое изображение.
Ответить на вопросы для контроля.
Габриелян О.С. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. М.: Академия, 2015. 256 с.
Периодическая система химических элементов им. Д.И. Менделеева (приложение 1);
Правила заполнения электронами орбиталей (приложение 2).
Тетрадь для практических и контрольных работ.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практического занятия
Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки.
Ядро атома состоит из протонов (p+ ) и нейтронов (n 0 ). У атома водорода ядро состоит из одного протона.
Число протонов N(p+ ) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в естественном ряду элементов (и в периодической системе элементов). N(p + ) = Z
Сумма числа нейтронов N(n 0 ), обозначаемого просто буквой N, и числа протонов Z называется массовым числом и обозначается буквой А.
Химический элемент вид атомов (совокупность атомов) с одинаковым зарядом ядра (с одинаковым числом протонов в ядре).
Изотоп совокупность атомов одного элемента с одинаковым числом нейтронов в ядре (или вид атомов с одинаковым числом протонов и одинаковым числом нейтронов в ядре).
Разные изотопы отличаются друг от друга числом нейтронов в ядрах их атомов.
Обозначение отдельного атома или изотопа: (Э символ элемента), например: .
Атомная орбиталь состояние электрона в атоме. Условное обозначение орбитали . Каждой орбитали соответствует электронное облако.
Орбитали реальных атомов в основном (невозбужденном) состоянии бывают четырех типов: s, p, d и f.
Орбитали одного слоя образуют электронный («энергетический») уровень, их энергии одинаковы у атома водорода, но различаются у других атомов.
Однотипные орбитали одного уровня группируются в электронные (энергетические) подуровни:
s-подуровень (состоит из одной s-орбитали), условное обозначение .
p-подуровень (состоит из трех p-орбиталей), условное обозначение .
d-подуровень (состоит из пяти d-орбиталей), условное обозначение .
f-подуровень (состоит из семи f-орбиталей), условное обозначение .
Энергии орбиталей одного подуровня одинаковы.
При обозначении подуровней к символу подуровня добавляется номер слоя (электронного уровня), например: 2s, 3p, 5d означает s-подуровень второго уровня, p-подуровень третьего уровня, d-подуровень пятого уровня.
орбиталь с электронной парой (с двумя электронами).
Порядок заполнения электронами орбиталей атома определяется тремя законами природы (формулировки даны в приложении 2):
Периодический закон химических элементовД.И. Менделеева (современная формулировка): свойства химических элементов, а также простых и сложных веществ, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от значения заряда из атомных ядер.
Периодическая системаД.И. Менделеева графическое выражение периодического закона (приложение 1).
Естественный ряд химических элементов ряд химических элементов, выстроенных по возрастанию числа протонов в ядрах их атомов, или, что то же самое, по возрастанию зарядов ядер этих атомов. Порядковый номер элемента в этом ряду равен числу протонов в ядре любого атома этого элемента.
Таблица химических элементов строится путем «разрезания» естественного ряда химических элементов на периоды (горизонтальные строки таблицы) и объединения в группы (вертикальные столбцы таблицы) элементов, со сходным электронным строением атомов.
В зависимости от способа объединения элементов в группы таблица может быть длиннопериодной (в группы собраны элементы с одинаковым числом и типом валентных электронов) и короткопериодной (в группы собраны элементы с одинаковым числом валентных электронов).
Группы короткопериодной таблицы делятся на подгруппы (главные и побочные), совпадающие с группами длиннопериодной таблицы.
У всех атомов элементов одного периода одинаковое число электронных слоев, равное номеру периода.
Число элементов в периодах: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Большинство элементов восьмого периода получены искусственно, последние элементы этого периода еще не синтезированы. Все периоды, кроме первого начинаются с элемента, образующего щелочной металл (Li, Na, K и т. д.), а заканчиваются элементом, образующим благородный газ (He, Ne, Ar, Kr и т. д.).
В короткопериодной таблице восемь групп, каждая из которых делится на две подгруппы (главную и побочную), в длиннопериодной таблице шестнадцать групп, которые нумеруются римскими цифрами с буквами А или В, например: IA, IIIB, VIA, VIIB. Группа IA длиннопериодной таблицы соответствует главной подгруппе первой группы короткопериодной таблицы; группа VIIB побочной подгруппе седьмой группы: остальные аналогично.
Характеристики химических элементов закономерно изменяются в группах и периодах.
Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию
Какое строение имеет атом?
Какие элементарные частицы входят в состав ядра атома? Как определяется заряд ядра атома?
Что определяет сумма протонов и нейтронов?
Дайте определение химического элемента.
Как определить число протонов, нейтронов и электронов в атоме? Докажите, что атом электронейтральная частица.
Дайте определение изотопа.
Задания для практического занятия:
Решить предложенные задачи.
Правильно оформить их в тетрадь для практических и контрольных работ.
Ответить на вопросы для контроля.
Отчитаться о выполненной работе преподавателю.
Указать элемент, в атоме которого:
Образец решения задания № 1
Указать элемент, в атоме которого 30 протонов.
Известно, что число протонов N(p+ ) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в естественном ряду элементов (и в периодической системе элементов) N(p + ) = Z.
Определяемый элемент имеет N(p + ) = Z = 30.
В Периодической таблице Д.И. Менделеева это цинк (Zn).
Назвать два элемента, в атоме которых:
3 энергетических уровня
5 энергетических уровней
Образец решения задания № 2
Назвать два элемента, в атоме которых 4 энергетических уровня.
Дано: 4 энергетический уровень.
Номер периода в Периодической системе химических элементов им. Д.И. Менделеева указывает, сколько энергетических уровней имеет тот или иной элемент. Поэтому любой элемент из 4 периода относится к атомам, у которых 4 энергетических уровня.
Выберем два элемента из 4 периода Периодической системы химических элементов им. Д.И. Менделеева, например это могут быть калий (К), порядковый номер 19 и цинк (Zn), порядковый номер 30.
Ответ: калий (К), порядковый номер 19 и цинк (Zn), порядковый номер 30.
Определить два элемента, в атоме которых на последнем энергетическом уровне:
4 валентных электрона
7 валентных электронов
Образец решения задания № 3
Определить два элемента, в атоме которых на последнем энергетическом уровне 5 валентных электрона.
Дано: 5 валентных электронов.
Число валентных электронов определяют с помощью Периодической таблицы Д.И. Менделеева, а именно, по номеру группы, в которой находится элемент (подгруппу при этом не учитывают).
Таким образом, найдем два элемента из 5 группы, пусть это будут: азот (N, порядковый номер 7) и фосфор (Р, порядковый номер 15).
Ответ: азот и фосфор.
Указать местоположение элементов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, напишите электронные формулы атомов данных элементов:
Образец решения задания № 4
Указать местоположение элементов в периодической системе химических элементов, напишите электронные формулы атомов данных элементов:
Дано: элементы с порядковыми номерами 41 и 68.
Найти: 1) месторасположение элементов в периодической системе химических элементов;
2) электронные формулы атомов элементов.
Элемент с порядковым номером 41 это ниобий (Nb). Элемент расположен в 5 периоде, значит у атома 5 энергетических уровней, в 6 ряду, следовательно у него 6 подуровней, 5 группе, побочной подгруппе, следовательно у элемента 5 валентных электронов.
Проверяем сумму электронов в атоме:
2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 1 + 4 = 41
Следовательно, электронная конфигурация атома написана верно.
Элемент с порядковым номером 68 это эрбий (Er). Элемент расположен в 6 периоде, значит у атома 6 энергетических уровней, в 8 ряду, следовательно у него 8 подуровней, в 3 группе, подгруппе лантаноидов, у элемента 14 валентных электронов.
До конца XIX в. атом считали неделимой частицей, но последовавшие позже открытия (радиоактивность, фотоэффект) поколебали это убеждение. Сейчас известно, что атом состоит из элементарных частиц, основные из которых – протон, нейтрон, электрон.
-излучения; 
-излучения; 
1. Число протонов в атоме элемента, который находится в четвертом периоде и в главной подгруппе 
-распадов включает эта серия ядерных превращений?
(Fe) в FeO – 77,8%.
(Э символ элемента), например: 
.
. Каждой орбитали соответствует электронное облако.
орбиталь с электронной парой (с двумя электронами).