Какими общими свойствами обладают химические элементы— металлы; простые вещества — металлы; химические элементы—неметаллы; простые вещества — неметаллы?
Химические элементы — металлы:
Общие свойства: Обладают низкой электроотрицательностью. Легко отдают электроны, образуя положительные ионы (катионы). Находятся преимущественно в левой и центральной части Периодической системы. Высокая теплопроводность и электропроводность. Простые вещества — металлы:
Общие свойства: Обладают металлическим блеском. Хорошо проводят тепло и электричество. Пластичны и ковки. Образуют металлические связи, где электроны свободно перемещаются. При комнатной температуре обычно твердые (кроме ртути). Химические элементы — неметаллы:
Общие свойства: Высокая электроотрицательность (склонны принимать электроны). Находятся в правой части Периодической системы. Формируют отрицательно заряженные ионы (анионы) или ковалентные связи. Простые вещества — неметаллы:
Общие свойства: Плохие проводники тепла и электричества. Хрупкие в твердом состоянии. Могут быть в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии при комнатной температуре. Образуют ковалентные связи (неметаллические вещества часто состоят из молекул).
Почему водород иногда одновременно помещают в I и VII группы Периодической системы?
Водород иногда помещают как в I группу, так и в VII группу Периодической системы, потому что он обладает свойствами как металлов, так и неметаллов:
I группа (щелочные металлы): Водород может отдавать один электрон, образуя катион H⁺, что свойственно щелочным металлам, которые также имеют один электрон на внешнем энергетическом уровне. VII группа (галогены): Водород может присоединять один электрон, образуя анион H⁻, что типично для галогенов, которые стремятся завершить внешний уровень, приняв один электрон.
Какие свойства водорода типичны для металлов; неметаллов?
Металлические свойства водорода: Способен отдавать один электрон, превращаясь в H⁺ (ион водорода). Может проявлять восстановительные свойства. Неметаллические свойства водорода: Способен присоединять один электрон, образуя H⁻ (гидрид-ион). Образует ковалентные связи с другими неметаллами (например, H₂, CH₄).
Как изменяется энергия ионизации в ряду: а) Li—Na—K; б) Na—Mg—Al— Si—P—S?
В ряду Li—Na—K (щелочные металлы):
Энергия ионизации уменьшается сверху вниз. Это связано с увеличением радиуса атома и уменьшением силы притяжения внешнего электрона к ядру по мере увеличения числа электронных слоев.
Пояснение: Литий (Li) имеет наибольшую энергию ионизации среди щелочных металлов, поскольку его электрон ближе к ядру по сравнению с натрием (Na) и калием (K).
В ряду Na—Mg—Al—Si—P—S (элементы второго периода):
Энергия ионизации увеличивается слева направо. Это связано с увеличением заряда ядра, что усиливает притяжение к валентным электронам, несмотря на относительно постоянное количество энергетических уровней.
Пояснение: Магний (Mg) имеет большую энергию ионизации, чем натрий (Na), так как магний имеет более плотную электронную оболочку, а сера (S) имеет самую высокую энергию ионизации в этом ряду, так как ближе к завершению внешнего уровня.
Вспомните» какими способами получают водород в лаборатории. в промышленности. Запишите уравнения реакций.
В лаборатории водород получают чаще всего при взаимодействии металлов с кислотами. Например, при реакции цинка с соляной кислотой:
Zn + 2HCl → H₂ ↑ + ZnCl₂
В промышленности водород получают паровой конверсией метана. При высокой температуре метан реагирует с водяным паром:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
Также применяется электролиз воды:
2H₂O → 2H₂ + O₂
Опишите принцип действия водородно-кислородного топливного элемента.
Водородно-кислородный топливный элемент работает на основе электрохимической реакции между водородом и кислородом. Водород окисляется на аноде, выделяя электроны и образуя ионы H⁺, которые проходят через электролит к катоду. Электроны текут через внешнюю цепь, создавая электрический ток. На катоде кислород восстанавливается и соединяется с водородом, образуя воду:
2H₂ + O₂ → 2H₂O + электричество
Мелкий порошок гидрида кальция на воздухе воспламеняется. Запишите уравнение реакции, укажите окислитель и восстановитель.
Гидрид кальция (CaH₂) при контакте с кислородом воспламеняется, образуя оксид кальция и воду:
CaH₂ + O₂ → CaO + H₂O
Окислитель: кислород (O₂) Восстановитель: гидрид кальция (CaH₂)
Определите массу воды, образующейся при взрыве смеси 12 л водорода и 12 л кислорода (объёмы определены при н. у.).
Из уравнения реакции:
2H₂ + O₂ → 2H₂O
Мы видим, что водород и кислород реагируют в соотношении 2:1 по объёму. В данной смеси 12 л водорода и 12 л кислорода — значит, водород полностью прореагирует с 6 литрами кислорода, а оставшиеся 6 л кислорода не вступят в реакцию.
1 моль газа при нормальных условиях занимает 22,4 л. Следовательно, 12 л водорода — это:
12 / 22,4 ≈ 0,5357 моль водорода.
По уравнению реакции 1 моль водорода образует 1 моль воды, то есть 0,5357 моль водорода образует 0,5357 моль воды. Молекулярная масса воды — 18 г/моль, значит, масса воды:
0,5357 × 18 = 9,64 г.
Ответ: при взрыве смеси образуется 9,64 г воды.
Сколько граммов гидрида натрия и какой объем воды необходимо взять для получения 11,2 л водорода (н. у.) и 10%-го раствора гидроксида натрия?
Дано:
V(H₂) = 11,2 л (н.у.) ω(NaOH) = 10% (или 0,1)
Необходимо найти: m(NaH) - массу гидрида натрия V(H₂O) - объём воды
Объяснение: Молярные массы веществ:
M(NaH) = 24 г/моль M(NaOH) = 40 г/моль M(H₂) = 2 г/моль Плотность воды:
ρ(H₂O) = 1 г/мл Определяем количество вещества водорода:
n(H₂) = V(H₂) / Vm = 11,2 л / 22,4 л/моль = 0,5 моль
Уравнение реакции: 2NaH + H₂O → 2NaOH + H₂↑
Из уравнения реакции видно, что на 1 моль водорода требуется 2 моль гидрида натрия, и при этом образуется 2 моль гидроксида натрия.
n(NaOH) = n(NaH) = 2 × n(H₂) = 2 × 0,5 моль = 1 моль
Определяем массу гидрида натрия: m(NaH) = n(NaH) × M(NaH) = 1 моль × 24 г/моль = 24 г
Определяем массу гидроксида натрия: m(NaOH) = n(NaOH) × M(NaOH) = 1 моль × 40 г/моль = 40 г
Определяем массу раствора гидроксида натрия: m(раствора NaOH) = m(NaOH) / ω(NaOH) = 40 г / 0,1 = 400 г
Определяем массу воды: Поскольку масса раствора включает как NaOH, так и воду, то:
m(раствора) = m(H₂O) + m(NaOH)
m(H₂O) = 400 г - 40 г = 360 г
Плюс масса водорода:
m(H₂) = n(H₂) × M(H₂) = 0,5 моль × 2 г/моль = 1 г
Общая масса воды:
m(воды) = 360 г + 1 г = 361 г
Определяем объём воды: V(H₂O) = m(H₂O) / ρ(H₂O) = 361 г / 1 г/мл = 361 мл
Ответ: 24 г гидрида натрия, 361 мл воды.
При восстановлении водородом 4,975 г оксида металла (II) было получено 3,91 г металла. Какой оксид участвовал в реакции? Какой объём водорода (в. у.) был израсходован?
m(оксид металла) = 4,975 г m(металл) = 3,91 г
Необходимо найти:
Какой оксид участвовал в реакции? Объём водорода (в нормальных условиях). 1. Определение оксида Обозначим металл через X (неизвестный металл).
Реакция восстановления оксида металла водородом: FeO + H₂ → Fe + H₂O
Найдём массу кислорода в оксиде:
m(O) = m(оксид) - m(металл) = 4,975 г - 3,91 г = 1,065 г
Определим количество кислорода в оксиде:
n(O) = m(O) / M(O) = 1,065 г / 16 г/моль = 0,06656 моль ≈ 0,07 моль
По уравнению реакции видно, что количество вещества металла равно количеству вещества кислорода:
n(металл) = n(O) = 0,07 моль
Теперь определим молекулярную массу металла:
M(металл) = m(металл) / n(металл) = 3,91 г / 0,07 моль = 55,86 г/моль
Согласно таблице Менделеева, молекулярная масса 55,86 г/моль соответствует железу (Fe). Следовательно, оксид металла — FeO (оксид железа(II)).
2. Определение объёма водорода Уравнение реакции: FeO + H₂ → Fe + H₂O
Используем молекулярные массы FeO = 72 г/моль.
Количество вещества FeO:
n(FeO) = m(FeO) / M(FeO) = 4,975 г / 72 г/моль = 0,0691 моль
По уравнению реакции видно, что на 1 моль FeO приходится 1 моль H₂. Значит, количество вещества водорода равно количеству вещества FeO:
n(H₂) = n(FeO) = 0,0691 моль
Объём водорода при нормальных условиях (Vm = 22,4 л/моль):
V(H₂) = n(H₂) × Vm = 0,0691 моль × 22,4 л/моль = 1,55 л
Ответ: Оксид металла — FeO, объём водорода — 1,55 л.
Резиновый шарик, наполненный водородом, со временем сдувается, даже если он плотно завязан. Как это можно объяснить? Рассчитайте, сколько теплоты выделится при поджигании 100,8 л (н. у.) стехиометрической смеси водорода с кислородом, если теплота образования жидкой воды равна 286 кДж/моль.
Молекулы водорода очень маленькие и обладают высокой подвижностью, поэтому они легко проходят через микроскопические поры в структуре резины. Это объясняет, почему резиновый шарик с водородом со временем сдувается, даже если он плотно завязан.
Уравнение реакции сгорания водорода: 2H₂ + O₂ → 2H₂O
Для расчета теплоты необходимо узнать количество водорода и кислорода в смеси. Дано: объем смеси = 100,8 л. Стехиометрическое соотношение между водородом и кислородом — 2:1.
Объем водорода: Объем водорода = (2/3) * 100,8 л = 67,2 л
Объем кислорода: Объем кислорода = (1/3) * 100,8 л = 33,6 л
Количество вещества водорода: Количество вещества водорода = 67,2 л / 22,4 л/моль = 3 моль
Количество вещества кислорода: Количество вещества кислорода = 33,6 л / 22,4 л/моль = 1,5 моль
По уравнению реакции на 2 моль водорода приходится 1 моль кислорода, поэтому 3 моль водорода полностью сгорят с 1,5 моль кислорода. При этом образуется 3 моль воды.
Теплота образования воды (жидкая вода) = 286 кДж/моль. Тогда теплота выделения: Q = 3 моль * 286 кДж/моль = 858 кДж
Ответ: при сгорании выделится 858 кДж теплоты.