Загальна хімія – Йони: катіони й аніони

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати нуклідні символи атомів і простих йонів.

Нуклід – це різновид атомів або йонів з однаковим масовим числом \(A\) (кількість нуклонів) й атомним номером \(Z\) (кількістю протонів).

Нуклідним символом називають символ нукліда елемента, біля якого зазначено атомний номер як лівий підрядковий, а масове число – як лівий надрядковий індекс.

Нуклони – це протони й нейтрони. Кількість нейтронів у ядрі дорівнює різниці між масовим і протонним числами.

Йон – позитивно (катiон) або негативно (анiон) електрично заряджена частинка, заряд якої кратний заряду електрона.

В нукліді \(\mathrm{^{32}_{16}S}\) 16 протонів й електронів. А в йоні \(\mathrm{^{32}_{16}S^{2-}}\) електронів має бути на два більше порівняно з протонами – 18.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку знання складу атома й розуміння причини його електронейтральності, уміння розрізняти атоми і прості йони.

Атом є електрично нейтральною частинкою, що складається з позитивно зарядженого ядра, яке практично визначає його масу (понад 99,9 %), й електронів, що оточують ядро й визначають розміри атома.

Простий аніон – мономерна хімічна частинка, що несе один або кілька негативних елементарних зарядів електрона.

Порядковий номер Брому в періодичній системі хімічних елементів – 35. У ядрі його атома 35 протонів, навколо ядра – стільки само електронів.

Приєднавши електрон, атом Брому перетворюється на простий однозарядний аніон. Тобто в Бромід-аніоні 36 електронів. За умовою завдання потрібно визначити хімічний елемент, в атомі якого на два електрони менше, тобто 34. Оскільки атом – електронейтральна частинка, то протонів у його ядрі також має бути 34. Цій умові відповідає хімічний елемент, порядковий номер якого в періодичній системі – 34, тобто Селен, хімічний символ якого \(\mathrm{Se}\).

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку знання складу атома й розуміння причини його електронейтральності, уміння розрізняти атоми і прості йони.

Атом є електрично нейтральною частинкою, що складається з позитивно зарядженого ядра, яке практично визначає його масу (понад 99,9 %), й електронів, що оточують ядро й визначають розміри атома.

Протони й електрони – частинки, заряди яких однакові за абсолютною величиною і протилежні за знаком, нейтрони – електронейтральні.

Простий катіон – це позитивно заряджений йон, одноатомна частинка, що несе на собі один чи більше зарядів протона. Катіон – частинка, на яку перетворюється атом унаслідок утрати одного чи кількох електронів.

Тому для визначення простого катіона потрібно вибрати в таблиці рядок, у якому описано склад частинки з більшою кількістю протонів порівняно з електронами.

Цю умову задовольняє частинка, склад якої описано в рядку Г.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння визначати ступінь окиснення елементів у речовині.

Зазвичай як ступінь окиснення Натрію, так і Гідрогену в сполуках становить +1, а Оксигену – -2. Ураховуючи, що речовина електронейтральна, складаємо алгебраїчне рівняння і визначаємо ступінь окиснення елемента в сполуці \begin{gather*} \underset{+1}{\overset{+1}{\mathrm{Na}}}\left[\underset{x}{\overset{x}{\mathrm{E}}}\left(\underset{-2}{\overset{-2}{\mathrm{O}}}\underset{+1}{\overset{+1}{\mathrm{H}}}\right)_4\right]. \\ 1+x+(-2+1)\cdot 4=0,\ \ x=+3. \end{gather*} Із запропонованих елементів ступінь окиснення +3 може мати лише Алюміній.

Відповідь: A.

ТЕМА: Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на розуміння понятть нуклідний символ, йон.

В атомі кількість електронів збігається з протонним числом \(\mathrm{Z}\) (порядковим номером), \(\mathrm{\overline{e}}\) – кількість електронів. Йон – це заряджена частинка, аніон – негативний йон.

Для аніона: \(\mathrm{\overline{e} =Z}\) + заряд аніона (за модулем) = 17 + 1 = 18.

Відповідь: B.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атома. Електронна формула.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати будову атомів хімічних елементів.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Якісні реакції на деякі йони. Забарвлення полум’я катіонами деяких металічних елементів.

Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати знання якісних реакцій на катіони й аніони для ідентифікування речовин.

Якісні реакції – це хімічні реакції, за допомогою яких можна визначити, чим одна речовина відрізняється від іншої за елементним складом. Вони відбуваються між аналізованою речовиною і реагентом.

Пірохімічний аналіз (від грец. πυρо́ς – вогонь) – метод виявлення деяких хімічних елементів (наприклад, у мінералах) за різним забарвленням полум’я. Якщо внести розчин леткої солі (хлориду, карбонату, нітрату) у полум’я, воно набуде певного забарвлення (див. рисунок).

Рис. 1. Забарвлення полум’я катіонами лужних елементів

Забарвлення полум’я катіонами в складі досліджуваної солі дає змогу дійти висновку, що це сіль Калію.

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати нуклідні символи атомів і простих йонів.

Йон – позитивно (катiон) або негативно (анiон) електрично заряджена частинка, заряд якої кратний заряду електрона.

Тобто за умовою завдання потрібно визначити частинку, у якій кількість електронів більша за кількість протонів. Цій умові відповідає варіант відповіді A – у цій частинці кількість електронів на два більша за кількість протонів.

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атома.

Завдання перевіряє розуміння поняття нуклід та йон.

Для виконання завдання необхідно розуміти, що означає умовний запис нуклідного символу. Якщо подивитися на запис нуклідного символу, то бачимо: 13 – протонне число (Z – кількість протонів в атомі), окрім цього, порядковий номер елемента показує число електронів в атомі. За умовою в завданні наведено катіон (позитивно заряджена частинка), який утворюється за умови, якщо атом віддає електрони. Заряд +3 означає, що атом віддав три електрони, тому \begin{gather*} \mathrm{\overline{e} = 13 - 3 = 10.} \end{gather*}

Відповідь: A.

ТЕМА: Лужні та лужноземельні елементи. Твердість води.

Завдання перевіряє знання визначення твердості води.

Твердість води зумовлена вмістом у воді катіонів Кальцію \(\mathrm{Ca^{2+}}\) і Магнію \(\mathrm{Mg^{2+}}\). Постійна (некарбонатна) твердість води зумовлена наявністю хлоридів і сульфатів Кальцію і Магнію.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Хімічний зв'язок. Основні типи хімічного зв’язку.

Завдання на розуміння основних типів хімічного зв’язку.

Йонна сполука має йонний зв’язок, який зазвичай виникає між металічними й неметалічними елементами. Для виконання завдання необхідно вміти відрізняти за періодичною системою хімічних елементів Д.І. Менделєєва металічні та неметалічні елементи.

Відповідь: B.

ТЕМА: Загальна хімія. Розчини. Електролітична дисоціація.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічну формулу речовини й складати рівняння електролітичної дисоціації.

Магній нітрат – сіль, дисоціює у водному розчині на катіони Магнію і нітрат-аніони: $$ \mathrm{Mg(NO_3)_2\rightarrow Mg^{2+}+2NO^-_3} $$

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна формула. Йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічну формулу речовини.

Хімічна формула – запис, що показує, якісний (визначають за хімічними символами) і кількісний (визначають за правими підрядковими індексами) склад речовини.

Складниками калій гідрогенкарбонату є однозарядні катіони Калію та Гідрогену, двозарядні карбонат-аніон: $$ \mathrm{K^+H^+CO^{2-}_3}. $$

Згідно з принципом електронейтральності речовини сума зарядів складників дорівнює нулю.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Протонне число. Електронна будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати будову атомів і простих йонів.

В атомі невідомого елемента \(20\) електронів, тобто його протонне число дорівнює \(20\).

Відповідь: 20.

ТЕМА: Загальна хімія. Розчини. Електролітична дисоціація. Реакції йонного обміну між електролітами в розчині.

Завдання скеровано на перевірку вміння використовувати таблицю «Розчинність кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді за температури 20–25 °С» для прогнозування можливості перебігу реакцій йонного обміну між електролітами в розчині.

Реакції обміну між електролітами в розчинах відбуваються за участю йонів. Умови необоротності перебігу реакцій обміну між електролітами в розчині наведено на схемі (рис. 1).

Рис. 1. Умови необоротності реакцій між електролітами у водних розчинах

Одночасно в розчині не можуть перебувати катіони Барію та ортофосфат-аніони, оскільки реагують з утворенням нерозчинного барій ортофосфату:

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Періодичний закон і періодична система хімічних елементів. Будова атома.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати будову атома за місцем хімічного елемента в періодичній системі.

Атом електронейтральний, кількість електронів в атомі збігається з його протонним числом. Бром – типовий неметалічний елемент, в його атомі сім електронів на зовнішньому енергетичному рівні. Для завершення зовнішнього енергетичного рівня атому Брому не вистачає електрона, прийнявши який він перетворюється на однозарядний аніон \(\mathrm{Br^-}\).

Відповідь: B.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атома. Електронні формули

Завдання скеровано на перевірку вміння складати електронні формули атомів і простих йонів.

Катіон \(\mathrm{Fe^{3+}}\) утворюється внаслідок утрати трьох електронів атомом Феруму.

Електронні формули атома й катіона Феруму такі:

Відповідь: Г.

ТЕМА: Якісні реакції на деякі йони. Забарвлення полум’я катіонами деяких металічних елементів. Якісна реакція на карбонат-аніони.

Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати знання якісних реакцій на катіони й аніони для ідентифікування речовин.

Якісні реакції – це хімічні реакції, за допомогою яких можна визначити, чим одна речовина відрізняється від іншої за елементним складом. Вони відбуваються між аналізованою речовиною та реагентом.

Пірохімічний аналіз \(від грец. πυρо́ς - вогонь\) – метод виявлення деяких хімічних елементів (наприклад, у мінералах) за різним забарвленням полум’я. Якщо внести розчин леткої солі (хлориду, карбонату, нітрату) у полум’я, воно набуде певного забарвлення \(рис. 1\).

Рис. 1. Забарвлення полум’я катіонами лужних елементів

Забарвлення полум’я катіонами в складі досліджуваної солі дає змогу дійти висновку, що це сіль Натрію.

Газ виділиться внаслідок дії хлоридної кислоти на натрій гідрогенкарбонат: $$ \mathrm{NaHCO_3+HCl=NaCl+CO_2\uparrow +H_2O.} $$

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати нуклідні символи простих йонів.

Відповідь: A.

ТЕМА: Основні хімічні поняття. Будова атома. Радіус атома. Електронегативність.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати склад атомів і простих йонів, порівнювати електронегативність і радіуси атомів хімічних елементів з огляду на їхнє місце в періодичній системі.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Неорганічна хімія. Неорганічні речовини і їхні властивості. Поняття про твердість (жорсткість) води та способи її усунення.

Завдання скеровано на перевірку знання чинників, що зумовлюють постійну твердість води.

Твердість води – це сукупність її властивостей, зумовлених деякими катіонами металічних елементів у ній. Усі двовалентні катіони тією чи тією мірою впливають на твердість води, оскільки вони взаємодіють із певними аніонами, унаслідок чого утворюються нерозчинні або малорозчинні сполуки, що випадають в осад.

Постійна (некарбонатна) твердість води зумовлена катіонами \(\mathrm{Ca^{2+}}\) i \(\mathrm{Mg^{2+}}\), аніонами \(\mathrm{SO^{2-}_4}\).

Відповідь: A.

ТЕМА: Періодичний закон і періодична система хімічних елементів. Будова атома. Електронні формули атомів, йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння визначати кількість електронів в атомі, йоні.

Порядковий номер Сульфуру в періодичній системі хімічних елементів \(16\). Тож в атомі Сульфуру \(16\) протонів і \(16\) електронів. В аніоні Сульфуру \(\mathrm{S^{2-}}\) на два електрони більше – \(18\).

Відповідь: B.

ТЕМА: Загальна хімія. Атоми і прості йони. Радіус атома.

Завдання скеровано на перевірку вміння порівнювати радіуси атомів і простих йонів.

Радіуси атомів більші за радіуси відповідних простих катіонів. Зі зростанням протонного числа в головних підгрупах радіуси атомів збільшуються, а в періодах – зменшуються.

Радіус атома Рубідію більший за радіус атома Калію. Радіус атома Кальцію менший за радіус атома Калію, а радіус катіона Кальцію менший за радіус його атома.

Радіус частинок зменшується від атома Рубідію до катіона Кальцію в ряду \(\mathrm{\underline{Rb,\ K,\ Ca,\ Ca^{2+}}}\).

Відповідь: 1Б, 2А, 3В, 4Г.

ТЕМА: Хімічний зв’язок. Будова речовини.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічні формули й розпізнавати йонні сполуки.

Йонний зв’язок – зв’язок між йонами. Формули лише йонних сполук наведено в рядку Г. Кожна із цих сполук утворена катіонами металічних й аніонами неметалічних елементів. Утворення йонного зв’язку можливе за значної різниці в електронегативності хімічних елементів, коли електрони від атомів металічних елементів переходять до атомів неметалічних, унаслідок чого утворюються катіони й аніони.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічний зв’язок. Будова речовини.

Завдання скеровано на перевірку вміння розпізнавати речовини йонної будови.

Йонний зв’язок – хімiчний зв’язок електростатичної природи між атомами чи групою атомiв із дуже великою рiзницею в електронегативностях. На відміну від ковалентного зв’язку, валентний електрон при цьому переходить до атома з більшою електронегативністю, а утворені йони притягаються електростатичними силами.

Тобто йонний зв’язок – це зв’язок між йонами.

У речовинах, формули яких наведено у варіантах відповіді Б, В, сполучені атоми неметалічних елементів із порівняно невеликою різницею електронегативностей, у варіанті Г – атоми того самого неметалічного елемента. Натомість у натрій оксиді велика різниця електронегативностей зумовлює утворення йонного зв’язку між катіонами лужного елемента Натрію й аніонами Оксигену.

Відповідь: A.

ТЕМА: Неорганічна хімія. Неорганічні речовини і їхні властивості. Поняття про твердість (жорсткість) води та способи її усунення.

Завдання скеровано на перевірку знання чинників, що зумовлюють постійну твердість води.

Твердість води – це сукупність її властивостей, зумовлених деякими катіонами металічних елементів у ній. Усі двовалентні катіони тією чи тією мірою впливають на твердість води, оскільки вони взаємодіють із певними аніонами, унаслідок чого утворюються нерозчинні або малорозчинні сполуки, що випадають в осад.

Тимчасову (карбонатну) твердість води зумовлено катіонами \(\mathrm{Ca^{2+}}\) і \(\mathrm{Mg^{2+}}\), аніонами \(\mathrm{HCO^-_3}\).

Відповідь: А.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічний зв’язок. Будова речовини.

Завдання скеровано на перевірку вміння розпізнавати речовини йонної будови.

Йонний зв’язок – хімічний зв’язок електростатичної природи між атомами чи групою атомів із дуже великою рiзницею в електронегативності. Валентний електрон при цьому переходить до атома з більшою електронегативністю, а утворені йони притягаються електростатичними силами.

Тобто йонний зв’язок – це зв’язок між йонами.

У варіантах відповіді А, В, Г є формули речовин, утворених атомами неметалічних елементів із порівняно невеликою різницею електронегативності. Тому вони не задовольняють умову завдання. У варіанті відповіді Б наведено формули сполук металічних елементів із неметалічними. У цих елементів значна різниця електронегативності, що зумовлює утворення йонного зв’язку між катіонами лужних елементів – Натрію і Калію – й аніонами Хлору, Оксигену, Сульфуру (рис. 1).

Рис. 1. Відносна електронегативність атомів хімічних елементів

Відповідь: Б.

ТЕМА: Основні хімічні поняття. Йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічні формули.

\begin{gather*} \mathrm { \overset{+2}{Mg}}_x\mathrm{\overset{+3}{Al}_2(\overset{+4}{Si}\overset{-2}{O}_4)_3 }\\[7pt] (+2)x+(+3)\cdot 2+\left((+4)+(-2)\cdot 4\right)\cdot 3=0\\[7pt] x=3\\[7pt] \end{gather*}

Відповідь: В.

ТЕМА: Основні хімічні поняття. Будова атома. Йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати склад атомів і простих йонів.

Електронна формула атома Натрію \(1s^22s^22p^63s^1\).

Катіон \(\mathrm{Na}^+\) утворюється внаслідок утрачання атомом Натрію електрона, його електронна формула \(1s^22s^22p^6\).

Електронна формула атома Флуору \(1s^22s^22p^5\).

Аніон \(\mathrm{F}^-\) утворюється внаслідок приєднання атомом Флуору електрона, його електронна формула \(1s^22s^22p^6\).

Відповідь: Г.

ТЕМА: Основні хімічні поняття. Йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічні формули.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна формула. Йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічну формулу речовини.

Хімічна формула – запис, що показує, якісний (визначають за хімічними символами) і кількісний (визначають за правими підрядковими індексами) склад речовини.

Складниками польового шпату є однозарядні катіони Калію, тризарядні катіони Алюмінію, атоми Силіцію зі ступенем окиснення +4, атоми Оксигену зі ступенем окиснення –2: $$ \mathrm{K^+Al^{3+}\overset{+4}{Si}}_x\mathrm{\overset{-2}{O}_8} $$

Згідно з принципом електронейтральності речовини (сума зарядів складників дорівнює нулю) можна скласти алгебричне рівняння: \begin{gather*} 1+3+4x-2\cdot 8=0\\[7pt] 4x-12=0\\[7pt] x=3 \end{gather*}

Відповідь: A.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку розуміння змісту понять атом, катіон, аніон, протон, електрон, уміння аналізувати склад атомів і простих йонів.

Аніони – негативно заряджені частинки, на які перетворюються атоми внаслідок приєднання електронів. Однозарядний аніон Брому утворюється внаслідок приєднання електрона до атома Брому, кількість протонів в атомі не змінюється: $$ \mathrm{_{35}\overset{0}{Br}}+1\overline{e}\rightarrow \mathrm{_{35}\overset{-1}{Br}}. $$

Катіони – позитивно заряджені частинки, на які перетворюються атоми внаслідок утрачання електронів. Тризарядний катіон Алюмінію утворюється внаслідок утрачання трьох електронів атомом Алюмінію, кількість протонів в атомі не змінюється: $$ \mathrm{_{13}\overset{0}{Al}}-3\overline{e}\rightarrow \mathrm{_{13}\overset{+3}{Al}}. $$

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Атоми і прості йони. Радіус атома.

Завдання скеровано на перевірку вміння порівнювати радіуси атомів і простих йонів.

Радіуси атомів менші за радіуси відповідних простих аніонів. Зі зростанням протонного числа в головних підгрупах радіуси атомів збільшуються, а в періодах – зменшуються.

Радіус атома Оксигену більший за радіус атома Флуору (обидва – хімічні елементи другого періоду). Радіус атома Сульфуру більший за радіус атома Оксигену (обидва – хімічні елементи VІА групи), а радіус аніона Сульфуру більший за радіус атома цього хімічного елемента.

Радіус частинок збільшується від атома Флуору до аніона Сульфуру в ряду \(\mathrm{\underline{F,\ O,\ S,\ S^{2-}}}\).

Відповідь: 1Б, 2А, 3В, 4Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна формула. Йони.

Завдання скеровано на перевірку вміння аналізувати хімічну формулу речовини.

Хімічна формула – запис, що показує, якісний (визначають за хімічними символами) і кількісний (визначають за правими підрядковими індексами) склад речовини.

Складниками фторапатиту є двозарядні катіони Кальцію, тризарядні фосфат-аніони, однозарядні флуорид-аніони: $$ \mathrm{Ca^{2+}_x(PO_4)^{3-}_3F^-} $$

Згідно з принципом електронейтральності речовини (сума зарядів складників дорівнює нулю) можна скласти алгебричне рівняння: \begin{gather*} 2x+3(-3)+(-1)=0\\[7pt] 2x-9-1=0\\[7pt] x=5 \end{gather*}

Відповідь: Г.