Химия 9 класс. 1. Характеристика химического элемента на основании его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева

Химия и не только подпишись) Поставь лайк и сохрани в закладки чтобы не потерять!

Конспект: «Характеристика химического элемента на основании его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева»

В этом разделе рассматривается, как характеристики химического элемента зависят от его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева. Для того, чтобы охарактеризовать химический элемент, нужно выполнить следующие шаги:

План для характеристики химического элемента:

1. Положение элемента в Периодической системе и строение его атомов.

2. Характер простого вещества (металл, неметалл).

3. Сравнение свойств простого вещества с свойствами веществ, образованных соседними элементами в той же подгруппе.

4. Сравнение свойств простого вещества с свойствами веществ, образованных соседними элементами в том же периоде.

5. Состав высшего оксида и его характер (основный, кислотный, амфотерный).

6. Состав высшего гидроксида и его характер (кислородсодержащая кислота, основание, амфотерный гидроксид).

7. Состав летучего водородного соединения (для неметаллов).

Пример характеристики металла на примере магния:

Атомное строение магния:

Порядковый номер (Z) = 12, массовое число (A) = 24, заряд ядра = +12.

Строение электронной оболочки: 12Mg → 2 электрона на первом уровне, 8 на втором и 2 на третьем.

В химических реакциях магний отдаёт два внешних электрона, образуя ион Mg²+ с окислительным состоянием +2.

Простое вещество магний (металл):

Характеризуется металлической решёткой и металлической химической связью, что даёт типичные для металлов свойства.

Металлические свойства:

У магния они выражены сильнее, чем у бериллия, но слабее, чем у кальция.

Оксид магния (MgO):

Основной оксид, проявляет все типичные свойства основных оксидов.

Гидроксид магния (Mg(OH)₂):

Основание, проявляет все характерные свойства оснований.

Летучие водородные соединения:

Магний не образует таких соединений.

Пример характеристики неметалла на примере серы:

Атомное строение серы:

Порядковый номер (Z) = 16, массовое число (A) = 32, заряд ядра = +16.

Строение электронной оболочки: 16S → 2 электрона на первом уровне, 8 на втором и 6 на третьем.

Атомы серы проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Простое вещество серы (неметалл):

Сера имеет явление аллотропии (разные формы — ромбическая и пластическая сера), что придает различие в её свойствах.

Неметаллические свойства:

У серы они выражены слабее, чем у кислорода, но сильнее, чем у селена.

Оксид серы (SO₃):

Кислотный оксид, проявляет типичные свойства кислотных оксидов.

Гидроксид серы (H₂SO₄):

Кислота, проявляет типичные свойства кислот.

Летучие водородные соединения:

Сера образует сероводород (H₂S).

Генетические ряды:

Для металлов: Металл (простое вещество) → Основной оксид → Основание → Соль.

Для неметаллов: Неметалл (простое вещество) → Кислотный оксид → Кислота → Соль.

Презентация: «Характеристика химического элемента на основании его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева»

Ключевые моменты

1. Дайте характеристику элементов: а) фосфора; б) калия.

А. Фосфор

1. Положение в Периодической системе и строение атома:

Положение: Фосфор (Р) находится в V группе (главная подгруппа) и 3‑м периоде, имеет порядковый номер 15.

Атомные числа:

Массовое число (A) = 31

Число протонов (Р) = 15

Число нейтронов (N) = A – Р = 31 – 15 = 16

Число электронов = 15

Электронная конфигурация:

15Р: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

Комментарий: Конфигурация показывает, что на внешнем уровне находятся 5 электронов, что позволяет элементу проявлять как окислительные (принимает 3 электрона для завершения оболочки, получая степень окисления –3), так и восстановительные свойства (отдача 3 или 5 электронов, получая степени +3 и +5).

2. Характер простого вещества:

Фосфор – это неметалл, который в природе встречается в виде простого вещества. Он проявляет аллотропию, то есть существует в нескольких модификациях. Основные аллотропные формы – белый фосфор (образует молекулу Р₄) и красный фосфор.

Комментарий: Белый фосфор, как правило, очень реакционноспособен и используется, например, для покрытия боковых сторон спичечных коробков, а красный фосфор – более стабильная форма.

3. Сравнение с соседями по подгруппе:

Неметаллические свойства фосфора изменяются в группе от более выраженных (у азота) к менее выраженным (у мышьяка). Фосфор находится между ними, поэтому его окислительные свойства слабее, чем у азота, но сильнее, чем у мышьяка.

Комментарий: Это связано с увеличением атомных радиусов и изменением электронной плотности, что влияет на способность атома притягивать или отдавать электроны.

4. Сравнение с соседями по периоду:

В пределах 3‑го периода наблюдается усиление неметаллических свойств от кремния до серы. Фосфор занимает промежуточное положение, демонстрируя свойства, которые усиливаются с движением вправо по периоду.

Комментарий: Это отражает влияние эффективного заряда ядра и заполнения электронной оболочки.

5. Высший оксид и его характер:

Формула высшего оксида фосфора: P₂O5.

Он является кислотным оксидом, что подтверждается его реакциями с водой (образование фосфорной кислоты H₃PO₄) и с основными оксидами (образование солей).

Примеры реакций:

Комментарий: Кислотность оксида обуславливается высокой степенью окисления фосфора в нем.

5. Высший гидроксид и его характер:

Высшим гидроксидом фосфора считается фосфорная кислота H₃PO₄, раствор которой демонстрирует все типичные свойства кислот – реагирует с основаниями, образуя соли.

Примеры реакций:

H₃PO₄ + 3 NaOH → Na₃PO₄ + 3 H₂O

2 H₃PO₄ + 3 CaO → Ca₃(PO₄)₂ + 3 H₂O

Комментарий: Гидролиз высшего оксида приводит к образованию сильной кислоты, что подтверждает кислотный характер вещества.

7. Летучее водородное соединение:

Фосфор образует летучее водородное соединение – фосфин (H₃P).

Комментарий: Фосфин представляет собой слабую кислоту и отличается летучестью, что характерно для водородсодержащих соединений неметаллов.

Б. Калий

1. Положение в Периодической системе и строение атома:

Положение: Калий (K) находится в I группе (главная подгруппа) и 4‑м периоде, имеет порядковый номер 19.

Атомные числа:

Массовое число (A) = 39

Число протонов (Р) = 19

Число нейтронов (N) = 39 – 19 = 20

Число электронов = 19

Электронная конфигурация:

19K: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Комментарий: Наличие одного электрона на внешнем энергетическом уровне определяет сильные восстановительные свойства – калий легко отдаёт этот электрон, переходя в состояние с окислительным числом +1.

2. Характер простого вещества:

Калий – металл. Простое вещество калия характеризуется металлической кристаллической решёткой и металлической связью, что обеспечивает типичные для металлов свойства: блеск, пластичность, высокая электропроводность.

Комментарий: Эти свойства обуславливаются наличием «облака» свободных электронов, которые легко перемещаются по кристаллической решётке.

3. Сравнение свойств с соседями по подгруппе:

В группе металлические свойства усиливаются от натрия к рубидию. Калий демонстрирует более выраженные восстановительные свойства, чем натрий, но уступает рубидию.

Комментарий: Увеличение атомного радиуса приводит к меньшей силе притяжения внешнего электрона к ядру, что облегчает его отдачу.

4. Сравнение свойств с соседями по периоду:

В 4‑м периоде металлические свойства калия уступают кальцию. То есть, с переходом к элементам следующей группы наблюдается некоторое ослабление металлических свойств.

Комментарий: Это связано с особенностями строения электронной оболочки и распределением электронной плотности в атоме.

5. Высший оксид и его характер:

Формула оксида калия: K₂O.

Он является основным оксидом, что подтверждается реакциями с кислотами и кислотными оксидами.

Примеры реакций:

K₂O + 2 HCl → 2 KCl + H₂O

K₂O + SO₃ → K₂SO₃

Комментарий: Основной характер оксида обусловлен наличием свободного электрона, который легко отдаётся.

6. Высший гидроксид:

Калий образует гидроксид – KOH, который демонстрирует свойства основания, активно реагируя с кислотами.

Примеры реакций:

KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O

2 KOH + N₂O5 → 2 KNO₃ + H₂O

Комментарий: Свойства KOH соответствуют типичным свойствам щелочных гидроксидов.

7. Летучее водородное соединение:

Калий не образует летучих водородных соединений; вместо этого с ним часто наблюдается образование гидрида калия (KH) при определённых условиях.

Комментарий: Это связано с тем, что в металлах, как правило, отсутствует тенденция к образованию водородосодержащих летучих соединений, характерных для неметаллов.

2. Запишите уравнения химических реакций, характеризующие свойства: a) MgO и SO3; б) Mg(OH)2 и H2SO4. Уравнения реакций с участием электролитов запишите также в ионной форме.

a) MgO и SO₃

Химическая природа:

MgO – основной оксид.

SO₃ – кислотный оксид.

Реакция между MgO и SO₃:

В простейшем виде:

MgO + SO₃ → MgSO₄

Комментарий: Здесь основной оксид реагирует с кислотным оксидом с образованием соли.

Реакция с участием кислот (пример с HNO₃):

MgO + 2 HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + H₂O

Комментарий: Реакция с кислотой также подтверждает основной характер оксида.

Ионное уравнение (для реакции с HNO₃):

Комментарий: Здесь видно, что оксид поглощает протоны, что типично для основных оксидов.

Другой пример (реакция с гидроксидом, если рассматривать гидроксидную форму):

Например, реакция SO₃ с гидроксид-ионом:

б) Mg(OH)2 и H2SO4.

Mg(OH)2 — основной гидроксид,

H2SO4 — кислотный гидроксид.

1) Mg(OH)2+ H2SO4 → MgSO4+ 2H2O

OH + H+ →H2O

2) Mg(OH)2 + SO3 → MgSO4 + H2O

SO3 + 2OH → H2O + SO42-

3) H2SO4 + Na2O → Na2SO4 + H2O

Na2O + 2H+ → 2Na+ + H2O

3. Дайте характеристику магния — простого вещества. Какой тип связи наблюдается в нём? Какие физические свойства имеет металл магний? Запишите уравнения реакций магния со следующими веществами: а) кислородом; б) хлором Сl2; в) серой; г) азотом N2; д) соляной кислотой. Рассмотрите их с позиций процессов окисления-восстановления.

Характеристика:

Природа вещества: Магний – металл, который в чистом виде представляет собой простое вещество.

Кристаллическая решётка: Металлическая кристаллическая решётка, где атомы расположены в упорядоченной структуре, связаны металлической связью.

Тип связи: Металлическая связь характеризуется «облаком» свободных электронов, что обеспечивает такие свойства, как высокая электропроводность, пластичность и металлический блеск.

Физические свойства:

Блеск: Металлический блеск.

Пластичность: Способность к деформации без разрушения.

Электропроводность: Высокая способность проводить электрический ток.

Плотность и легкость: Магний имеет относительно малую плотность по сравнению с другими металлами, что делает его востребованным в легких конструкционных сплавах.

Реакции магния:

a) С кислородом (окисление): 2Mg + O2 → 2MgO

Комментарий: Здесь происходит процесс окисления, при котором магний отдает электроны кислороду, образуя оксид магния.

б) С хлором (хлорирование): Mg + Cl2 → MgCl2

Комментарий: Магний отдает электроны, а хлор принимает их, что приводит к образованию хлорида магния.

в) С серой: Mg + S → MgS

Комментарий: Реакция также сопровождается процессом окислительно-восстановительного обмена, где магний переходит в состояние Mg²+, а сера – в S²-.

г) С азотом (образование нитрида): 3Mg + N2 → Mg3N2

Комментарий: Азот в реакции принимает электроны от магния, образуя нитрид магния.

д) С соляной кислотой: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑

В процессе реакции магний отдает два электрона, что сопровождается выделением водорода – типичный пример реакции металла с кислотой (нейтрализация).

Общий комментарий: Все реакции магния демонстрируют его ярко выраженные восстановительные свойства: атом магния легко отдает свои внешние электроны, переходя в состояние иона Mg²+.

4. Что такое аллотропия? Какой тип химической связи реализуется в молекулах состава: a) S8; б) H2S? Какие физические свойства имеет наиболее устойчивая модификация серы — ромбическая сера? Запишите уравнения реакций серы со следующими веществами: а) натрием; б) кальцием;в) алюминием; г) кислородом; д) водородом; е) фтором F2. Рассмотрите их с позиций процессов окисления-восстановления.

Определение аллотропии:

Аллотропия – явление, при котором один и тот же химический элемент существует в нескольких простых формах, различающихся по строению и физическим свойствам.

Комментарий: Например, сера имеет несколько аллотропных форм (ромбическая, моноклинная, пластическая).

Типы химической связи в молекулах:

a) Молекула S8:

В молекуле S8 атомы связаны ковалентными неполярными связями.

Комментарий: Неполярность обусловлена равномерным распределением электронной плотности между атомами серы, что приводит к симметричной структуре.

b) Молекула H₂S:

Связи в H₂S – ковалентные, но полярные, поскольку электронная пара смещается в сторону атома серы, который обладает большей электроотрицательностью, чем водород.

Комментарий: Это смещение приводит к возникновению диполя в молекуле.

Физические свойства наиболее устойчивой модификации серы – ромбической сера (S8):

Желтый цвет.

Твёрдая форма, склонная к дроблению в пыль при механическом воздействии.

Плотность около 2,07 г/см³.

Температура плавления ~112,8°С, температура кипения ~444,6°С.

При нагревании до 95,4°С может переходить в моноклинную форму.

Не растворяется в воде, но растворяется в органических растворителях (сероуглерод, скипидар, бензол, фенол).

Реакции серы с различными веществами (окислительно-восстановительные процессы):

а) Реакция с натрием: 2Na + S → Na2S

Комментарий: Натрий – сильный восстановитель, отдает электроны сере, которая, в свою очередь, принимает их, образуя сульфид натрия.

б) Реакция с кальцием: Са + S → CaS

Комментарий: подобным образом кальций отдает электроны, образуя сульфид кальция.

в) Реакция с алюминием: 2Al + 3S → Al2S3

Комментарий: Алюминий окисляется, отдавая электроны, в то время как сера восстанавливается до сульфид-ионов.

г) Реакция с кислородом: S + O2 → SO2↑

Комментарий: При сгорании серы кислород окисляет её до диоксида серы (SO₂), процесс сопровождается выделением газа.

д) Реакция с водородом: S + H2 → H2S↑

Комментарий: Образуется сероводород, где сера восстанавливается до степени –2.

е) f) Реакция с фтором: S + 3F2 → SF6

Комментарий: Фтор, как самый электроотрицательный элемент, окисляет серу до степени +6, образуя SF6 – высокостабильное соединение.

5. Сравните свойства простого вещества кремния со свойствами простых веществ, образованных химическими элементами — соседями кремния по периоду.

Неметаллические свойства кремния выражены слабее, чем у фосфора, но сильнее, чем у алюминия.

Комментарий: В пределах одного периода наблюдается постепенное усиление или ослабление неметаллических свойств. Кремний занимает промежуточное положение: его способность к образованию ковалентных связей выше, чем у металлов (например, алюминия), но менее выражена, чем у ярко выраженных неметаллов (фосфора). Это отражается и в типичных физических свойствах – кремний характеризуется хрупкостью и полупроводниковыми свойствами, что не характерно для чистых металлов и более выраженных неметаллов.

6. У высшего оксида какого химического элемента наиболее выражены кислотные свойства: а) азота или фосфора; б) фосфора или серы?

a) Азот vs. Фосфор:

Высший оксид азота (например, N₂O5) обладает более выраженными кислотными свойствами по сравнению с оксидом фосфора (P₂O5).

Обоснование: При движении сверху вниз в группе окислительные (кислотные) свойства обычно ослабевают, а основные – усиливаются. Азот, находясь выше, формирует оксиды с более высокой кислотностью.

b) Фосфор vs. Сера:

Высший оксид серы (SO₃) имеет более выраженные кислотные свойства, чем оксид фосфора (P₂O5).

Обоснование: В периодах при движении слева направо наблюдается усиление кислотных свойств. Сера, находясь правее фосфора, образует оксид с более выраженной кислотностью, что подтверждается реакцией гидролиза: SO₃ → H₂SO₄, в то время как P₂O5 гидролизуется до H₃PO₄, кислота которой слабее.

7. Вычислите объём воздуха (примите объёмную долю кислорода в нём равной 0,2), который потребуется для сжигания 120 мг образца магния, содержащего 2% негорючих примесей.

Второй способ решения.

8. Вычислите объём оксида серы (IV) (н.у.), который может быть получен при сжигании 1,6 кг серы, если выход продукта составляет 80% от теоретически возможного. Указание. Сначала по уравнению реакции рассчитайте объём оксида серы (IV) — это теоретический объём Vтеор, затем найдите практический объём Vпракт, исходя из известного выхода продукта W:

Второй способ решения.

9. Можно ли утверждать, что высшему оксиду серы SO3 соответствует сернистая кислота H2SO3? Почему?

Ответ: Нет, нельзя.

Обоснование:

В оксиде SO₃ сера имеет степень окисления +6, а при образовании серной кислоты получается H₂SO₄, где сера остаётся в степени +6.

Сернистая кислота H₂SO₃ соответствует оксиду SO₂, в котором сера имеет степень окисления +4.

Гидролиз оксидов показывает, что SO₃ гидролизуется до H₂SO₄, а не до H₂SO₃.

10. Используя метод электронного баланса, определите коэффициенты в схемах химических реакций:

а) Mg + СO2→ MgO + С;

б) S + КСlO3→ КСl + SO2.

Решение:

а) 2Mg + CO2 → MgO + C

б) 3S + 2КСlO3→ 2КСl + 3SO2

a) Реакция: Mg + CO₂ → MgO + C

Анализ:

Магний окисляется, а углерод в CO₂ восстанавливается до элементарного углерода.

Равновесие по атомам и заряду:

Рассмотрим изменение степеней окисления:

Mg: 0 → +2

C (в CO₂): +4 → 0

Чтобы сохранить баланс электронов, подбираем коэффициенты.

Результат (по предложенному решению):

2 Mg + CO₂ → MgO + C

Однако такое уравнение выглядит не вполне сбалансированным по кислороду:

Левая сторона: 2 Mg, 1 CO₂ (2 атома O)

Правая сторона: 1 MgO (1 O) и C (0 O)

Более корректное решение:

При использовании метода электронного баланса корректное уравнение:

2 Mg + CO₂ → 2 MgO + C

Проверим по атомам:

Mg: 2 слева, 2 справа

C: 1 слева, 1 справа

O: 2 слева, 2×1 = 2 справа

Комментарий: Здесь каждый атом участвует в обмене электронов, Mg отдаёт по 2 электрона, а углерод принимает 4 электрона (от двух Mg).

b) Реакция: S + KClO₃ → KCl + SO₂

Анализ:

Сера окисляется (0 → +4 в SO₂), а хлор в KClO₃ восстанавливается (Cl +5 → +1 в KCl).

Подбираем коэффициенты с сохранением баланса по атомам и электронам.

Результат (по приведённому решению):

3 S + 2 KClO₃ → 2 KCl + 3 SO₂

Проверка:

S: 3 слева, 3 в 3 SO₂

K: 2 слева, 2 в 2 KCl

Cl: 2 слева, 2 в 2 KCl

O: 2×3 = 6 слева, 3×2 = 6 справа

Комментарий: Электронный баланс и число атомов удовлетворительно соблюдены, что подтверждает правильность уравнения.

Использованные источники:

1. Химия 9 класс. О.С. Габриелян

2. Использование chatdeepseek, chatGPT