Контрольная работа №1 11 кл
Вариант 1.
Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей:
.
способов.
Рис.1 Рис.2 Рис.3
1) муки от попавших в неё железных опилок;
2) воды от растворённых в ней неорганических солей?
смеси. (
Мука и попавшие в неёжелезные опилки
Вода с растворёнными в ней неорганическими солями
элемента .
этот химический элемент.
Ответы запишите в таблицу
Символхимического
элемента
№ периода
№ группы
Металл/неметалл
3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – богатое хранилище
о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера
химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов
следующие элементы: C, Si, Al, N.
последовательности.
4.
состояние;
кипения и плавления;
неэлектропроводные;
хрупкие;
тугоплавкие;
нелетучие;
электрический ток
Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества азот N 2
и поваренная соль NaCl. (дайте развернутый ответ).
2
изделий и сладостей.
путём
CO 2
углекислого газа в воздухе.
содержит вещества (например, кислоты
упоминалась в тексте .
6.
.
9. Хотя растения и животные нуждаются в соединениях фосфора как элемента, входящего в состав жизненно важных веществ, загрязнение природных вод фосфатами крайне негативно сказывается на состоянии водоемов. Сброс фосфатов со сточными водами вызывает бурное развитие сине-зеленых водорослей, а жизнедеятельность всех прочих организмов угнетается. Определите количество катионов и анионов, образующихся при диссоциации 25 моль ортофосфата натрия.
10. Дайте объяснение: Иногда в сельской местности женщины совмещают окраску волос хной с мытьем в русской бане. Почему при этом окраска получается более интенсивной?
11.
H 2 S + Fe 2 O 3 → FeS + S + H 2 O .
12. Пропан сгорает с низким уровнем выброса токсичных веществ в атмосферу, поэтому его используют в качестве источника энергии во многих областях, например, в газовых
Какой объём углекислого газа (н.у.) образуется при полном сгорании 4, 4 г пропана?
13. Физиологическим раствором в медицине называют 0,9%-ный раствор хлорида натрия в воде. Рассчитайте массу хлорида натрия и массу воды, которые необходимы для приготовления 500 г физиологического раствора.
Запишите подробное решение задачи .
Контрольная работа №1 11 кл
Вариант 2.
1.Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей:
отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка), действие магнитом, выпаривание, кристаллизация .
На рисунках 1–3 представлены примеры использования некоторых из перечисленных
способов.
Рис.1 Рис.2 Рис.3
Какие из названных способов разделения смесей можно применить для очищения:
1) серы от попавших в неё железных опилок;
2) воды от частичек глины и песка?
Запишите в таблицу номер рисунка и название соответствующего способа разделения
смеси. ( таблицу перечертите в тетрадь)
2.На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического
элемента .
На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:
1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;
2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических
элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;
3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует
этот химический элемент.
Ответы запишите в таблицу (таблицу перечертите в тетрадь)
Символхимического
элемента
№ периода
№ группы
Металл/неметалл
3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – богатое хранилище
информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений,
о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также
о нахождении их в природе. Так, например, известно, что у химического элемента в периодах электроотрицательность увеличивается, а в группах уменьшается.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения электроотрицательности
следующие элементы: F, Na, N, Mg. Запишите обозначения элементов в нужной
последовательности.
4. В приведённой ниже таблице перечислены характерные свойства веществ, которые имеют молекулярное и ионное строение.
при обычных условиях имеют жидкое,газообразное и твёрдое агрегатное
состояние;
имеют низкие значения температур
кипения и плавления;
неэлектропроводные;
имеют низкую теплопроводность
твёрдые при обычных условиях;
хрупкие;
тугоплавкие;
нелетучие;
в расплавах и растворах проводят
электрический ток
Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества кислород О 2
и сода Na 2 CО 3 . (дайте развернутый ответ).
В пищевой промышленности используется пищевая добавка Е526, которая
представляет собой гидроксид кальция Ca(OH) 2 . Она находит применение при производстве:
фруктовых соков, детского питания, маринованных огурцов, пищевой соли, кондитерских
изделий и сладостей.
Получение гидроксида кальция в промышленном масштабе возможно путём
смешивания оксида кальция с водой , этот процесс называется гашение.
Широкое применение гидроксид кальция получил в производстве таких строительных
материалов, как белила, штукатурка и гипсовые растворы. Это связано с его способностью
взаимодействовать с углекислым газом CO 2 , содержащимся в воздухе. Это же свойство
раствора гидроксида кальция применяется для измерения количественного содержания
углекислого газа в воздухе.
Полезным свойством гидроксида кальция является его способность выступать в роли
флокулянта, очищающего сточные воды от взвешенных и коллоидных частиц (в том числе
солей железа). Он также используется для повышения рН воды, так как природная вода
содержит вещества (например, кислоты ), вызывающие коррозию в сантехнических трубах.
5. Составьте молекулярное уравнение реакции получения гидроксида кальция, которая
упоминалась в тексте .
6. Объясните, почему этот процесс называют гашением.
7. Составьте молекулярное уравнение реакции между гидроксидом кальция и углекислым
газом, которая упоминалась в тексте. Объясните, какие особенности этой реакции позволяют использовать её для обнаружения углекислого газа в воздухе.
8. Составьте сокращённое ионное уравнение упомянутой в тексте реакции между
гидроксидом кальция и соляной кислотой .
9. Хотя растения и животные нуждаются в соединениях фосфора как элемента, входящего в состав жизненно важных веществ, загрязнение природных вод фосфатами крайне негативно сказывается на состоянии водоемов. Сброс фосфатов со сточными водами вызывает бурное развитие сине-зеленых водорослей, а жизнедеятельность всех прочих организмов угнетается. Определите количество катионов и анионов, образующихся при диссоциации 15 моль ортофосфата калия.
10. Дайте объяснение: Почему все виды укладки волос обычно выполняют с помощью нагревания?
11. Дана схема окислительно-восстановительной реакции
Расставьте коэффициенты. Запишите электронный баланс.
Укажите окислитель и восстановитель.
12. Пропан сгорает с низким уровнем выброса токсичных веществ в атмосферу, поэтому его используют в качестве источника энергии во многих областях, например, в газовых
зажигалках и при отоплении загородных домов.
Какой объём углекислого газа (н.у.) образуется при полном сгорании 5г пропана?
Запишите подробное решение задачи.
13. Фармацевту необходимо приготовить 5%-ный раствор иода, который используют для обработки ран.
Какой объем раствора может приготовить фармацевт из 10 г кристаллического иода, если плотность раствора должна быть 0,950г/мл?
Всероссийская Проверочная Работа ВПР Химия 11 класс 27 апреля 2017 Вариант 1 – Всероссийская Проверочная Работа
1. Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей:
отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка), действие магнитом, выпаривание, кристаллизация.
На рис. 1 и 2 представлены два из перечисленных способов.
Из предложенных смесей выберите те, которые можно разделить с помощью способов, изображённых на рисунках.
а) речной песок и древесные опилки
б) вода и спирт
в) сахарный песок и крахмал
г) поваренная соль и вода
Запишите в соответствующие графы таблицы названия выбранных смесей, номер соответствующего рисунка и название способа разделения смеси.
2. На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.
На основании предложенной модели выполните следующие задания:
1) запишите порядковый номер химического элемента, которому соответствует данная модель атома;
2) запишите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;
3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот элемент.
Ответы запишите в таблицу.
3. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента радиусы атомов в периодах уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиуса атомов следующие элементы: Li, Be, Na, Mg. Запишите символы элементов в нужной последовательности.
Ответ:
4. В приведённой ниже таблице представлены примеры формул веществ с ковалентной и ионной химической связью.
Проанализируйте данные таблицы: каков качественный состав веществ, имеющих определённый вид химической связи.
Определите вид химической связи: 1) в молекуле брома (Br 2); 2) в оксиде лития (Li 2 O).
1) В молекуле брома
2) В оксиде лития
5. Сложные неорганические вещества условно можно распределять, то есть классифицировать, по четырём классам, как показано на схеме. В эту схему впишите недостающие названия двух классов и две формулы веществ, являющихся представителями соответствующих классов.
Для выполнения заданий 6–8 используйте информацию, содержащуюся в данном тексте.
Алюминий – третий по распространённости элемент земной коры. На основе алюминия производят относительно дешёвые сплавы, которые обладают высокой прочностью. Из этих сплавов изготавливают кастрюли, сковороды, противни, половники и прочую домашнюю утварь. Алюминиевая посуда отлично проводит тепло, очень быстро нагревается, при этом легко чистится. На алюминиевой фольге запекают мясо в духовке и выпекают пироги; в алюминиевую фольгу упакованы масла и маргарины, сыры, шоколад и конфеты. Металлический алюминий устойчив к коррозии, так как при взаимодействии с кислородом воздуха на его поверхности образуется тонкий слой оксида алюминия (Al 2 O 3), который имеет большую прочность.
Наиболее распространённые природные соединения алюминия – его оксид и гидроксид. Эти соединения обладают амфотерными свойствами, то есть могут проявлять как оснόвные, так и кислотные свойства в зависимости от характера вещества, которое с ними вступает в реакцию. Благодаря способности нейтрализовать кислоту гидроксид алюминия (Al(OH) 3) используется в медицине при изготовлении лекарств
от язвы желудка и изжоги. В лаборатории гидроксид алюминия можно получить при действии щелочей (без избытка) на растворы солей алюминия.
6. 1) Составьте уравнение реакции образования оксида алюминия.
Ответ:
2) Назовите три свойства алюминия, которые обусловили его применение для
изготовления бытовой посуды.
Ответ:
7. 1) Составьте молекулярное уравнение реакции между гидроксидом алюминия и соляной
кислотой (HCl).
Ответ:
2) Укажите, какие свойства (оснόвные или кислотные) проявляет гидроксид алюминия
в данной реакции.
Ответ:
8. 1) Составьте сокращённое ионное уравнение реакции между растворами сульфата алюминия Al 2 (SO 4) 3 и гидроксида натрия (без избытка).
Ответ:
2) Объясните, почему для получения гидроксида алюминия в этой реакции не должно быть избытка щёлочи.
Ответ:
9. Дана схема окислительно-восстановительной реакции.
NH 3 + CuO → N 2 + Cu + H 2 O
1. Составьте электронный баланс этой реакции.
Ответ:
2. Укажите окислитель и восстановитель.
Ответ:
3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.
Ответ:
10. Дана схема превращений:
Zn → ZnSO 4 → ZnCl 2 → Zn(OH) 2
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.
1)
2)
3)
11. Установите соответствие между формулой органического вещества и классом/группой, к которому(-ой) это вещество принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| А | Б | В |
12. В предложенные схемы химических реакций вставьте формулы пропущенных веществ и расставьте коэффициенты там, где это необходимо.
13. Нитрат натрия (натриевую селитру) используют в качестве минерального удобрения, которое способствует росту зелёной массы растений.
Вычислите массу нитрата натрия, полученную при взаимодействии 200 г гидроксида натрия с избытком раствора азотной кислоты. Запишите уравнение протекающей реакции и подробное решение задачи.
Ответ:
14. Пропилен получают в процессе термического крекинга углеводородов нефти и используют при производстве полимеров, спиртов, ацетона, каучуков, моющих средств.
В соответствии с приведённой ниже схемой составьте уравнения реакций, характерных для пропилена. При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ.
Ответ:
1)
2)
3)
15. В автомобильных свинцово-кислотных аккумуляторах в качестве электролита применяется 35%-ный раствор серной кислоты в дистиллированной воде. Рассчитайте массы безводной серной кислоты и дистиллированной воды, которые необходимы для приготовления 800 г такого раствора. Запишите подробное решение задачи.
Ответ:
Критерии оценивания заданий с развёрнутым ответом
3. Записан ряд химических элементов:
Be → Li → Mg → Na (или Be; Li; Mg; Na)
4. Элементы ответа:
1) В молекуле брома ковалентная связь.
2) В оксиде лития ионная связь
5. Элементы ответа:
1) Записаны названия двух недостающих классов веществ: основания (гидроксиды) и соли.
2) Записаны формулы двух недостающих веществ
6. Элементы ответа:
1) 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
2) Использование алюминия для изготовления бытовой посуды обусловлено следующими тремя свойствами: 1) образует прочные сплавы; 2) отлично проводит тепло; 3) устойчив к коррозии
7. Элементы ответа:
1) Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O
2) Гидроксид алюминия в этой реакции проявляет оснόвные свойства (или свойства основания)
8. Элементы ответа:
1) Al 3+ + 3OH – = Al(OH) 3
2) Так как образующийся гидроксид алюминия является амфотерным гидроксидом и наряду с кислотами способен реагировать со щелочами, то при добавлении избытка щёлочи будет в ней растворяться
9. Элементы ответа:
1) Составлен электронный баланс:
2) Указано, что азот в степени окисления –3 (или NH 3) является
восстановителем, а медь в степени окисления +2 (или CuO) – окислителем.
3) Составлено уравнение реакции:
2NH 3 + 3CuO = N 2 + 3Cu + 3H 2 O
10. Элементы ответа:
Написаны уравнения реакций, соответствующие схеме превращений:
1) Zn + H2SO 4 = ZnSO 4 + H 2
2) ZnSO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + ZnCl 2
3) ZnCl 2 + 2NaOH = Zn(OH) 2 + 2NaCl
11. Записан ряд чисел, соответствующих верному ответу: 432
12. Элементы ответа:
13. Элементы ответа:
1) Составлено уравнение реакции:
NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O
2) Рассчитано количество искомого вещества:
n(NaOH) = 200 / 40 = 5 моль
n(NaNO 3) = n(NaOH) = 5 моль
3) Рассчитана масса искомого вещества:
m(NaNO 3) = 5 · 85 = 425 г
14. Элементы ответа:
Написаны уравнения реакций, соответствующие схеме:
15. Элементы ответа:
1) Рассчитана масса растворённого вещества:
m(серной кислоты) = 800 · 0,35 = 280 г
2) Рассчитана масса воды в растворе:
m(воды) = 800 – 280 = 520 г
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах электроотрицательность атомов увеличивается, а в группах - уменьшается.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения электроотрицательности следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
Пояснение.
Электроотрицательность увеличивается с увеличением номера группы и уменьшением номера порядка в периодической таблице Менделеева, поэтому правильный ответ Ge, Si, C, N.
Ответ: Ge&Si&C&N
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах электроотрицательность атомов увеличивается, а в группах - уменьшается.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке уменьшения электроотрицательности следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Электроотрицательность уменьшается с уменьшением номера группы и увеличением номера порядка в периодической таблице Менделеева, поэтому правильный ответ N, C, B, Al.
Ответ: N&C&B&Al
Источник: Медведев Ю. Н. Химия ВПР 11 класс, типовые задания, 2017 год.
На основании предложенной схемы выполните следующие задания:
1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;
2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;
3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.
Ответы запишите в таблицу.
Пояснение.
1) Номер химического элемента соответствует заряду ядра. На рисунке изображен элемент под номером 18 - аргон.
2) Количество электронных слоев соответствует номеру периода, в котором находится элемент, а количество электронов на последнем уровне - номеру группы. Таким образом, аргон находится в 3 периоде в 8 группе.
3) Аргон - это неметалл.
Ответ: Ar$3$8$неметалл
Источник: Демонстрационная версия ВПР по химии 11 класс 2018 год.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Атомный радиус увеличивается вниз по группе и влево по периоду. Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет азот, так как он относится ко второму периоду пятой группы. Далее идет углерод, он относится ко второму периоду четвертой группы, потом кремний - третий период четвертой группы и алюминий - третий период третьей группы.
Ответ: N&C&Si&Al
Источник: Демонстрационная версия ВПР по химии 11 класс 2017 год.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет кислород, так как он относится ко второму периоду шестой группы. Далее идет сера, он относится к третьему периоду шестой группы, потом фосфор третий период пятой группы и галлий - четвертый период третьей группы.
Ответ: O, S, P, Ga.
Ответ: O&S&P&Ga
Источник: РЕШУ ВПР
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет гелий, так как он относится первому периоду восьмой группы. Далее идет фтор, он относится ко второму периоду седьмой группы, потом сера третий период шестой группы и кремний - третий период четвертой группы.
Ответ: He, F, S, Si.
Ответ: He&F&S&Si
Источник: РЕШУ ВПР
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет углерод, так как он относится ко второму периоду четвертой группы. Далее идет бор, он относится ко второму периоду третьей группы, потом алюминий третий период третьей группы и кальций - четвертый период второй группы.
Ответ: C, B, Al, Ca.
Ответ: C&B&Al&Ca
Источник: РЕШУ ВПР
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет азот, так как он относится ко второму периоду пятой группы. Далее идет магний, он относится к третьему периоду второй группы, потом натрий третий период первой группы и калий - четвертый период первой группы.
Ответ: N, Mg, Na, K.
Ответ: N&Mg&Na&K
Источник: РЕШУ ВПР
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет хлор, так как он относится к третьему периоду седьмой группы. Далее идет фосфор, он относится к третьему периоду пятой группы, потом алюминий третий период третьей группы и барий - шестой период второй группы.
Ответ: Cl, P, Al, Ba.
Ответ: Cl&P&Al&Ba
Источник: РЕШУ ВПР
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
Пояснение.
Самый наименьший атомный радиус из представленных химических элементов имеет литий, так как он относится ко второму периоду первой группы. Далее идет бром, он относится к четвертому периоду седьмой группы, потом германий четвертый период четвертой группы и цезий - шестой период первой группы.
Ответ: Li, Br, Ge, Cs.
Ответ: Li&Br&Ge&Cs
Источник: РЕШУ ВПР
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Так, например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах радиусы атомов уменьшаются, а в группах увеличиваются.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы: Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
Многие ученые пытались выявить физические основы периодического закона. Одну из первых попыток в этом отношении предпринял шведский ученый И. Ридберг, который заметил (1885), что связь между химическими свойствами элементов и их атомной массой не всегда однозначна. Почему? Не все элементы в периодической системе расположены в порядке возрастания атомных масс (вспомним хотя бы пары Со - Ni; Те - I). Чем же в таком случае определяется положение элемента в периодической системе? Ответить на этот вопрос помогли такие события в науке, как открытие рентгеновских лучей (1895), радиоактивности (1896), электрона и т.д., а также разработка атомных моделей Э. Резерфордом и Н. Бором-выдающимися физиками нашего века.
В 1911 г. Эрнст Резерфорд предложил свою модель строения атома, получившую название планетарной, так как она напоминала строение Солнечной системы в миниатюре. В центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него по неким траекториям-орбитам движутся электроны. Через два года планетарная модель была усовершенствована Нильсом Бором. Он предположил, что электроны вращаются не по любым орбитам, а только по определенным, которые можно сгруппировать в отдельные оболочки (электронные оболочки). Бор обозначил их (начиная от ядра) латинскими буквами К, L, M, N, О, Р, Q. На этих оболочках должно находиться определенное число электронов, которое равно 2n , где и--номер оболочки. Например, для первой оболочки К (n = 1) 2n 2 = 2; для L (n = 2) 2n 2 = 8; для М (n = 3) 2n 2 = 18 и т.д. Оболочки в свою очередь могут состоять из подоболочек, на которых также находится определенное число электронов (Бор не знал еще, сколько именно).
В том же 1913 г. голландский физик А. Ван ден Брук предположил, что число положительных зарядов в атоме равно порядковому номеру элемента в периодической системе. Но как это доказать?
Ждать пришлось недолго: уже в следующем году доказательство было представлено учеником Резерфорда Генри Мозли. К этому времени было известно, что при бомбардировке электронами различных элементов образуются два вида рентгеновских лучей. У одного вида излучения длины волн зависят от скорости бомбардирующих электронов, у второго - только от природы элемента-мишени. Последнее излучение было названо характеристическим. Исследовать эти лучи Резерфорд поручил Мозли. В 1913 г., используя в качестве антикатода элементы ряда кальций-никель, молодой ученый установил, что чем больше атомная масса элемента, тем меньше длина волны характеристических рентгеновских лучей, а сами длины волн укладываются в ряд последовательных чисел. Другими словами, длины волн закономерно изменяются при переходе от одного элемента к другому. В следующем году Мозли продолжил свои исследования для элементов от алюминия до серебра. В результате этих работ был установлен следующий закон (закон Мозли):
квадратные корни из обратных значений длин волн
находятся в линейной зависимости от порядкового
номера элементов.
Мозли определил заряды ядер и порядковые номера для всех известных тогда элементов и установил, что численные значения порядкового номера и заряда ядра совпадают. Он также показал, что элементы с порядковыми номерами 43, 61, 72, 85, 87 и 91 еще предстоит открыть.
Таким образом было установлено, что свойства элементов можно рассматривать как функцию порядкового номера, или, что то же самое, заряда ядра. При этом если размещать элементы в порядке увеличения заряда ядра, то никаких исключений не будет! Так, у кобальта заряд ядра + 27, а у никеля + 28; у теллура он равен + 52, а у иода + 53. Тем самым Мозли подтвердил правильность расположения элементов в периодической системе Д. И. Менделеева.
Учитывая все эти открытия, Ни лье Бор в 1921 г. установил связь между периодичностью свойств элементов и периодичностью заполнения электронных оболочек. С увеличением порядкового номера элемента периодически повторяется заполнение электронами внешних электронных оболочек. Но, как мы помним, каждая оболочка состоит из подоболочек, число которых равно номеру оболочки; у первой-одна подоболочка, у второй-две, у третьей-три и т.д. Они обозначаются строчными латинскими буквами: s, р, d, f. Каждая подоболочка вмещает не более определенного числа электронов: s-не более двух, р-не более шести, d-не более десяти, f-не более четырнадцати.
Боровская модель электронного строения атома позволяет объяснить химические свойства элементов. Так, у всех щелочных металлов на внешней оболочке один s-электрон, который легко отщепляется, и атомы щелочных металлов превращаются в ионы, имеющие весьма устойчивую электронную структуру атома ближайшего инертного газа. А редкоземельные элементы? У них идет заполнение глубоколежащей 4f-подоболочки, которая практически не участвует в образовании химических связей. Следовательно, химические свойства этих элементов зависят от трех наружных электронов-двух 6s-элек-тронов и одного 5d-электрона (впервые появившегося у лантана). Вот почему все редкоземельные элементы обычно трехвалентны и очень похожи друг на друга.
Бор предсказал, что неоткрытый элемент № 72 не может быть редкоземельным элементом, а должен являться аналогом циркония, поэтому и искать его надо в минералах циркония. Этому совету последовали голландский физик Дирк Костер и венгерский химик Дьердь Хевеши. В январе 1923 г. они сообщили о новом элементе, обнаруженном в циркониевых минералах; они назвали его гафнием (Гафниа-древнее имя Копенгагена).
Через два года был открыт элемент № 75-рений. Оставались неизвестными еще четыре элемента: № 43, № 61, № 85 и № 87, и тогда вся периодическая система будет заполнена. Почему же они так долго не были открыты? Многие ученые считали, что эти элементы не образуют своих минералов, а входят в виде примесей в состав минералов других элементов. Их там и искали, но безрезультатно. А может быть, они радиоактивны? Если это так, то как долго живут их изотопы? Где их можно обнаружить? Конец такого рода размышлениям положили итальянские ученые-физик Э. Сегре и химик К. Перрье.
Сегре знал, что при работе циклотрона молибденовая деталь, направляющая поток заряженных ускоренных частиц на мишень, поглощала часть таких частиц. Ясно, что при этом проходили ядерные реакции. Молибден-сосед элемента № 43, и, следовательно, при поглощении дейтронов (ядер дейтерия) могли образоваться изотопы циркония, ниобия, молибдена и его неоткрытого соседа. Проведя химические исследования молибденовой пластинки, облученной дейтронами, ученые установили, что наблюдаемая радиоактивность может быть связана только с изотопом элемента № 43. Это произошло в 1937 г. Новый элемент назвали технецием (от технетос-искусственный), желая показать тем самым способ его открытия. Синтез технеция оказался первой ласточкой в целой серии подобных синтезов элементов.
Через два года был получен франций (элемент № 87), а еще через год астат (элемент № 85), названный так за свою неустойчивость-самый долгоживущий его изотоп имел период полураспада 8,3 часа. В периодической системе элементов оставалась одна пустая клеточка под № 61. Элемент, для которого она была предназначена, получили только в 1945 г. американские ученые Д. Марийский, Л. Гленденин и Ч. Кориэлл. Он был назван прометием.
Если синтезировали элемент № 87, то почему нельзя синтезировать элемент № 93 или 97? Собственно, 93-й элемент был получен... за пять лет до прометия. Долгое время считалось, что элементы, расположенные за ураном (трансурановые), когда-то существовали в природе, но, будучи неустойчивыми, распались и превратились в обычные нерадиоактивные элементы.
В 1932 г. английский ученый Дж. Чедвик открыл нейтрон. По массе он был близок к протону, но не имел заряда и поэтому обладал способностью легко проникать в ядра атомов и вызывать их превращения. Им-то и стали бомбардировать различные элементы, в том числе и уран. Возглавлявший группу исследователей итальянский физик Энрико Ферми, облучив уран нейтронами, обнаружил новый вид радиоактивности. Видимо, уран-238, захватив нейтрон, превращался в изотоп урана-239, который из-за избытка нейтронов испытывал (3-распад и превращался в изотоп... элемента 93! Это было в 1934 г. Исследовав по возможности полученный изотоп, Ферми пришел к выводу, что он является аналогом рения.
В том же 1934 г. И. Ноддак высказала мысль, что при бомбардировке урана нейтронами должны образовываться ядра более легких элементов, не трансурановых, так как ядра урана раскалываются. Это и было подтверждено опытами через четыре года. А как же работы Ферми? Он был прав, но доказать это в то время было невозможно. Его мишень состояла из смеси изотопов урана-238 и урана-235. Первый, претерпевая изменения, превращался в изотоп элемента 93, а второй давал изотопы элементов, находящихся в середине периодической системы, что и осложняло всю картину. Как же тогда разделить смесь образующихся ядер? Может быть, по массе-легкие ядра будут отлетать от мишени дальше, а тяжелые (93-го элемента) ближе. Этим и занялся американский физик Е. Макмиллан. Он выделил тяжелую фракцию и обнаружил в ней источник радиоактивности с периодом полураспада 2,3 дня. Но новый ли это элемент? Химик П. Абельсон, приехавший на каникулы к Макмиллану, помог решить задачу. Существование 93-го элемента было доказано. Однако... он не был аналогом рения! Он стал первым трансурановым элементом. Вот реакция его получения:
Авторы работы назвали его нептунием по имени планеты Нептун, которая следует за Ураном. Через два года был синтезирован самый долгоживущий изотоп 237Np с периодом полураспада 2,2-10 6 лет (сейчас известно 15 изотопов этого элемента). Еще через два года были получены "осязаемые" количества элемента - несколько микрограммов. Нептуний-металл серебристого цвета, плавящийся при 637 °С; его плотность 20,45 г/см 3 . В химическом отношении он менее активен, чем уран, но тем не менее легко вступает в реакции с неметаллами, хорошо растворяется в кислотах и т.д. В соединениях нептуний проявляет переменную валентность от + 3 до +7, т. е. действительно напоминает рений, хотя по электронному строению и не является его аналогом.
Весной 1941 г. американский ученый Глеи Сиборг с сотрудниками получили изотоп следующего трансуранового элемента - плутония 239 Ри, который, как оказалось, под действием медленных нейтронов делится более
интенсивно, чем уран-235. В США из плутония была изготовлена бомба, сброшенная 9 августа 1945 г. на японский городок Нагасаки. Ее взрыв унес десятки тысяч человеческих жизней...
В 1944 г. был синтезирован кюрий, через год-америций, через четыре года- берклий, еще через год-калифорний, а в конце 1952-начале 1953 г. в продуктах распада" после ядерного взрыва были обнаружены элементы № 99 и № 100-эйнштейний и фермий.
Вначале 1955 г. в Радиационной лаборатории Калифорнийского университета в Беркли (США) царила суматоха. Пять американских химиков и физиков-Г. Сиборг, А. Гиорсо, Б. Гарвей, Г. Чоппин и С. Томсон-были заняты получением элемента № 101. Исходным материалом служили атомы трансуранового элемента эйнштейния их нужно было подвергнуть бомбардировке ядрами гелия:
Все казалось просто, кроме одного: чем больше порядковый номер элемента, тем он более неустойчив и тем меньше период его полураспада. Для элемента № 101 он должен был равняться примерно получасу. Как успеть за это время идентифицировать элемент? Ученые буквально вынуждены были заниматься "химией на бегу"... Новому элементу было дано имя великого русского химика Д. И. Менделеева - менделевий, Md.
Для обоснования положения трансурановых элементов в периодической системе Г. Сиборг предложил (1944-1945) актиноидную теорию. Согласно этой теории в атомах следующих за актинием элементов идет заполнение 5f-подоболочки, т.е. так же, как у лантаноидов это происходит с 4f-подоболочкой. Образуется новое семейство актиноидов. Оно похоже на семейство лантаноидов, так как и в том и в другом случае проявляется одинаковая степень окисления (+ 3). Но... оказалось, что некоторые актиноиды проявляют иную степень окисления: у менделевия она может быть + 1, у эйнштейния, фермия, менделевия устойчивая степень окисления + 2, а у нептуния, плутония и америция она может быть + 7. Словом, актиноиды обладают своеобразными свойствами. Это обусловлено тем, что энергии связи подоболочек 5fи 6d близки и их электроны могут участвовать в образовании химических связей. Кроме того, с увеличением заряда ядра усложняется характер взаимодействия электронов в атомах. Таким образом, сравнение актиноидов и лантаноидов носит несколько формальный характер. Но вернемся к синтезу элементов.
Менделевием закончился первый этап получения подобных элементов путем бомбардирования легкими частицами. Но чем выше порядковый номер актиноида, тем реже происходит захват частиц (нейтронов или ядер гелия) - для этого нужны месяцы и годы, а сами элементы живут часы. Нужен был принципиально новый путь синтеза. Его предложили советские ученые, работающие в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований (ЛЯР ОИЯИ), в подмосковном городке Дубне. Руководит этой лабораторией Герой Социалистического труда, лауреат Ленинской и Государственной премий академик Георгий Николаевич Флёров. Вот как он пишет об этом:
"После долгих дискуссий, детальных обсуждений с И. В. Курчатовым выбор пал на проблему синтеза новых далеких трансурановых элементов". И далее: "У американских физиков уже был накоплен теоретический и экспериментальный задел по созданию линейных ускоряющих систем. Поэтому решено было идти своим путем: конструировать циклотрон для ускорения тяжелых ионов с параметрами лучшими, чем у линейных ускорителей". В 1960 г. циклотрон уже работал на полную мощность.
Пять лет (с 1957 по 1962 г.) дубненские ученые вели наступление на 102-й элемент, окончившееся победой - при обстреле плутониевой мишени ионами кислорода был получен изотоп нового трансуранида:
Он был назван жолиотием (в честь Ф. Жолио-Кюри), однако американские исследователи, также работавшие над синтезом 102-го элемента, дали ему имя нобелий.
Через два года в Дубне осуществили синтез 104-го элемента, который должен был быть аналогом гафния. Для опыта выбрали реакцию
Тонкий слой плутония-242 был нанесен на алюминиевую фольгу, и эту мишень бомбардировали ускоренными ионами неона. Образовавшиеся ядра вылетали из мишени и попадали па никелевую ленту-транспортер, которая выносила их из области облучения. Лента двигалась вдоль стеклянных детекторов, и при спонтанном делении осколки ядер оставляли след на стекле, который после специальной обработки становился видимым в микроскоп. За 1000 часов облучения было получено около 150 ядер нового элемента с периодом полураспада 0,3 с.
Для химической идентификации 104-го элемента была использована разница в свойствах высших хлоридов элементов III группы (в которую входят актиноиды), IV группы (к которой должен принадлежать 104-й элемент) и V групп периодической системы. В отличие от высших хлоридов IV и V групп хлориды элементов III группы нелетучи. В отличие от хлоридов IV группы хлориды элементов V группы взаимодействуют с хлоридами щелочных металлов, образуя комплексные соединения типа К[ТаСl 6 ].
Работа, проведенная под руководством молодого чехословацкого химика Иво Звары, однозначно показала, что 104-й элемент принадлежит к IV группе и является аналогом гафния.
1 июня 1966 г. на Международном ученом совете Объединенного института ядерных исследований было заслушано сообщение об открытии нового элемента и предложено название курчатовий (Кu)-в честь выдающегося советского физика Игоря Васильевича Курчатова.
С 1968 г. в Дубне под руководством Г. Н. Флёрова начались работы по синтезу 105-го элемента. В основу была положена реакция:
В 1970 г. ученые определили основные свойства этого элемента-он оказался аналогом тантала. Его назвали нилъсборий (Ns). Затем последовал синтез 106-го, 107-го элементов... А сейчас, когда впервые в мире в Объединенном институте ядерных исследований получены ускоренные пучки ионов кальция-48, стала реальной мечта ученых синтезировать элемент № 114, который должен быть наиболее стабильным из всех ранее полученных. Почему?
С середины 30-х гг. в науке возникло представление о ядерной (нуклонной) периодичности. Как электроны в атоме, так и нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре образуют оболочки, которые также постепенно заполняются. Наиболее стабильны те ядра, у которых 2, 8, 20, 50, 82, 126 нейтронов или протонов, а также те, у которых 114 протонов или 184 нейтрона. Эти числа получили название магических. Устойчивость таких ядер еще не получила полного объяснения.
Для синтеза первого, сравнительно стабильного изотопа 114-го элемента и предполагают использовать реакцию
Синтез трансурановых элементов продолжается... А есть ли предел ему? И вообще, где границы периодической системы?
Прежде всего несколько слов о нижней границе. Казалось бы, что тут особенного, она проходит по водороду. А вот где его поместить: в первой ли группе или в седьмой? До сих пор нет единого мнения. Его помещают то там, то здесь. И вот почему.
Менделеев определил водороду место в первом периоде и первой группе, так как рассматривал его как легкий аналог щелочных металлов. И современная наука подтверждает это. Как и щелочные металлы, водород имеет один валентный электрон, превращается в одновалентный катион, вытесняет ряд металлов из оксидов и солей. В химическом отношении водород обнаруживает некоторое сходство с щелочными металлами. Но, с другой стороны, водород может превращаться в анион Н - (этой способностью не обладают щелочные металлы, но обладают галогены); до завершения устойчивой оболочки ему недостает одного электрона (как у галогенов); он неметалл, образует двухатомные молекулы (как галогены).
Двойственность свойств водорода определяется особенностью строения его атома-один протон и один электрон. Потеряй водород электрон, и останется протон-частица, а не атом. Но где бы он ни находился-в группе I или VII, нижняя граница периодической системы "проходит" по этому элементу.
А где же верхняя граница системы? Как далеко ее можно сдвигать? Сколько всего элементов? 115? 120? Должен ли быть конец?
Различают верхнюю естественную и верхнюю искусственную границы. Первая проходит по самому тяжелому элементу, найденному в природе. Это уран. Искусственная же граница определяется последним синтезированным на сегодняшний день трансурановым элементом. Здесь все сложнее.
Прежде всего нужно учитывать трудность эксперимента и то, что с увеличением порядкового номера трансуранового элемента период жизни его наиболее стабильного изотопа резко сокращается. Однако вспомним: мы уже говорили о возможной относительной стабильности изотопов 114-го и 126-го элементов-этих своеобразных островов устойчивости. Проделанные расчеты показывают, что элементы с порядковыми номерами (числом протонов) 164 и 184 и с числом нейтронов 196 будут также довольно устойчивы. Будущее покажет, насколько верны такие прогнозы, а пока верхняя граница периодической системы имеет неопределенные очертания.
Теперь обратимся к элементам, которые сравнительно хорошо изучены.
