Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС §44

Характеристика металлов

Стр. 167

Вопросы

1. Какие физические свойства характерны для металлов?

Металлы обладают блеском, хорошо проводят электрический ток и тепло, обладают пластичностью, ковкостью, имеют высокую плотность и различную твёрдость и температуру плавления.

2. Как называют положительно заряженные ионы?

Положительно заряженные ионы называются катионами.

3. Что такое кристаллическая решётка?

Кристаллическая решётка — это упорядоченное пространственное расположение частиц (атомов, ионов или молекул) в твёрдом веществе, повторяющееся во всех направлениях.

4. Какие типы кристаллических решёток вам известны?

Существуют четыре типа кристаллических решёток: ионная, атомная, молекулярная и металлическая.

5. Какие вещества называют восстановителями?

Восстановителями называют вещества, которые отдают электроны и понижают степень окисления других веществ в химических реакциях.

Стр. 169

Лабораторный опыт

1. Изучение образцов металлов

1) Рассмотрите выданные образцы металлов. Найдите в справочнике их температуры плавления и твёрдость.

2) При помощи щипцов поместите в пламя одинаковые кусочки свинца и олова и наблюдайте, как происходит плавление этих металлов. Для сравнения теплопроводности, например, железа и меди возьмите две одинаковые пластинки этих металлов. На одном конце каждой пластинки поместите по кусочку парафина. Затем противоположные концы этих пластинок одновременно поместите в пламя горелки при помощи щипцов.

— Назовите выданные вам образцы металлов.

— Расположите проверенные вами металлы по возрастанию твёрдости, температуры плавления и теплопроводности.

Допустим, в опыте были выданы следующие металлы: свинец (Pb), олово (Sn), железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al).

Температуры плавления (в °C):

– Свинец — 327

– Олово — 232

– Алюминий — 660

– Медь — 1083

– Железо — 1539

Твёрдость (по Моосу):

– Свинец — 1,5

– Олово — 1,8

– Алюминий — 2,75

– Медь — 3

– Железо — 4

Теплопроводность (Вт/(м·К)):

– Свинец — 35

– Олово — 66

– Железо — 80

– Алюминий — 237

– Медь — 401

Расположение по возрастанию:

Твёрдость:

Свинец < Олово < Алюминий < Медь < Железо

Температура плавления:

Олово < Свинец < Алюминий < Медь < Железо

Теплопроводность:

Свинец < Олово < Железо < Алюминий < Медь

Такой опыт позволяет сделать вывод, что медь обладает наибольшей теплопроводностью, а железо — самой высокой твёрдостью и температурой плавления среди представленных образцов.

Стр. 170

Подумай, ответь, выполни

1. Как расположены металлы в периодической таблице Д. И. Менделеева? Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов?

Металлы в периодической системе Д. И. Менделеева располагаются преимущественно в левой и нижней частях таблицы — это элементы I, II, III групп. Их намного больше, чем неметаллов. Большинство атомов металлов на внешнем энергетическом уровне содержат от одного до трёх электронов, которые они легко отдают, превращаясь в положительно заряженные ионы. Атомы неметаллов имеют на внешнем уровне большее количество электронов (5–7), и они склонны принимать электроны. Таким образом, атомы металлов отличаются большим радиусом и малой электроотрицательностью, что и определяет их химические свойства.

2. Чем по строению и свойствам кристаллические решётки металлов отличаются от ионных и атомных кристаллических решёток?

Кристаллические решётки металлов называются металлическими. В их узлах находятся положительно заряженные ионы, между которыми свободно перемещаются электроны. Это создаёт металлическую связь, отличающуюся от ионной (где в узлах располагаются катионы и анионы, соединённые электростатическим притяжением) и от атомной (где атомы связаны прочными ковалентными связями). Металлические решётки обеспечивают такие свойства, как электропроводность, теплопроводность, пластичность и металлический блеск, которые не характерны для ионных и атомных решёток.

3. Перечислите общие физические свойства металлов. Объясните эти свойства, основываясь на представлениях о металлической связи.

К общим физическим свойствам металлов относятся: металлический блеск, хорошая электропроводность и теплопроводность, пластичность, ковкость, высокая плотность (у большинства металлов), разная температура плавления. Эти свойства объясняются наличием в металлических решётках свободных электронов, которые могут передавать электрический ток и тепловую энергию. Свободные электроны также позволяют атомам скользить друг относительно друга, сохраняя структуру — это делает металлы пластичными и ковкими. Металлический блеск возникает из-за способности отражать свет за счёт свободных электронов.

4. Почему некоторые металлы пластичные (например, медь), а другие — хрупкие (например, сурьма)?

Пластичность металлов зависит от количества свободных электронов и структуры кристаллической решётки. У таких металлов, как медь, большое количество свободных электронов и прочная металлическая решётка позволяют атомным слоям легко скользить друг относительно друга без разрушения решётки. Это делает металл пластичным. У сурьмы и других хрупких металлов меньше свободных электронов, что затрудняет это скольжение и приводит к разрушению решётки при механическом воздействии. Поэтому такие металлы при ударе не гнутся, а ломаются.

5. При растворении в соляной кислоте 12,9 г сплава, состоящего из меди и цинка, получили 2,24 л водорода (н. у.). Вычислите массовые доли (в процентах) цинка и меди в этом сплаве.

Запишем уравнение реакции цинка с соляной кислотой:

(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑)

Из условия: объём водорода V = 2,24 л (н. у.)

По условию нормальных условий: 1 моль газа = 22,4 л

n(H₂) = 2,24 / 22,4 = 0,1 моль

По уравнению видно, что 1 моль Zn даёт 1 моль H₂, значит, m(Zn) = 0,1 моль × 65 г/моль = 6,5 г

Тогда масса меди: 12,9 г − 6,5 г = 6,4 г

Найдём массовые доли:

w(Zn) = (6,5 / 12,9) × 100% ≈ 50,4%

w(Cu) = (6,4 / 12,9) × 100% ≈ 49,6%

Ответ: массовая доля цинка ≈ 50,4%, меди ≈ 49,6%.

6. Медно-алюминиевый сплав обработали 60 г соляной кислоты (массовая доля HCl = 10%). Вычислите массу и объём выделившегося газа (н. у.).

Найдём массу HCl: m(HCl) = 60 г × 0,10 = 6 г

Молярная масса HCl = 36,5 г/моль → n(HCl) = 6 / 36,5 ≈ 0,164 моль

Уравнение реакции с алюминием:

(2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑)

По уравнению: из 6 моль HCl → 3 моль H₂,

т.е. из 1 моль HCl → 0,5 моль H₂

n(H₂) = 0,5 × 0,164 = 0,082 моль

m(H₂) = 0,082 × 2 = 0,164 г

V(H₂) = 0,082 × 22,4 ≈ 1,84 л

Ответ: масса водорода ≈ 0,164 г, объём ≈ 1,84 л.

Стр. 170

Тестовые задания

1. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки:

1. 2e¹, 1s²

2. 2e², 1s²

3. 2e⁸, 3e¹

4. 2e⁸, 3e²

Ответ: 3) 2e⁸, 3e¹

Пояснение: Это строение характерно для атома натрия (Na). У него один электрон на внешнем уровне, который он легко отдаёт, проявляя ярко выраженные металлические свойства.

2. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки:

1. 2e⁸, 2e⁸

2. 2e, 8e

3. 2e⁸, 8e²

4. 2e⁸, 18e⁸, 2e¹

Ответ: 4) 2e⁸, 18e⁸, 2e¹

Пояснение: Это строение атома калия (K) — у него один электрон на четвёртом энергетическом уровне, он легко отдаётся. Калий — щелочной металл, обладающий самыми ярко выраженными металлическими свойствами.

3. Хорошо проводит электрический ток твёрдое вещество, имеющее кристаллическую решётку:

1. молекулярную

2. атомную

3. металлическую

4. ионную

Ответ: 3) металлическую

Пояснение: Только вещества с металлической кристаллической решёткой содержат свободные электроны, которые могут перемещаться и проводить электрический ток в твёрдом состоянии.