Тест по химии: Структура растворов (9 класс)
Тест по химии «Структура растворов» для 9 класса — это интерактивная проверочная работа, раскрывающая невидимую организацию жидкостей. Вопросы теста помогут понять, как взаимодействуют частицы в растворе, что такое водородная связь и почему вода является уникальным растворителем с собственной сложной структурой.
Другое по теме:
1
Чем структура жидкости принципиально отличается от структуры кристаллического твердого тела?
Правильный ответ:
Структура жидкости менее упорядочена, и частицы в ней подвижныПояснение:
В кристаллических твердых телах частицы (атомы, ионы, молекулы) занимают строго определенные положения в пространстве, образуя кристаллическую решетку. В жидкостях же отсутствует дальний порядок, но сохраняется ближний порядок — каждая частица окружена соседями примерно так же, как в кристалле. Однако частицы жидкости не закреплены жестко и могут перемещаться друг относительно друга, что и обуславливает ее текучесть. Таким образом, структура жидкости является промежуточной по упорядоченности между газами и твердыми телами.2
Какой тип межмолекулярного взаимодействия играет ключевую роль в формировании структуры жидкой воды?
Правильный ответ:
Водородная связьПояснение:
Водородная связь — это особый тип сильного межмолекулярного взаимодействия. Она возникает между положительно поляризованным атомом водорода одной молекулы и сильноэлектроотрицательным атомом (кислородом, азотом, фтором) другой молекулы. В воде именно водородные связи соединяют молекулы H₂O друг с другом, заставляя их образовывать динамичные, постоянно меняющиеся пространственные структуры (ассоциаты). Эта связь обуславливает уникальные свойства воды: высокую температуру кипения, теплоемкость и ее роль как растворителя.3
Что такое гидратированный ион?
Правильный ответ:
Ион, окруженный прочно связанной с ним оболочкой из молекул водыПояснение:
В водном растворе ионы не существуют изолированно. Молекулы воды, будучи диполями, ориентируются вокруг ионов: своим отрицательным полюсом (атомом кислорода) к катионам и положительным полюсом (атомами водорода) к анионам. В результате образуется гидратная оболочка — слой молекул воды, прочно связанных с ионом силами электростатического притяжения. Такой ион вместе со своей водной “шубой” и называется гидратированным ионом. Процесс образования такой оболочки называется гидратацией.4
Как соотносятся по прочности (энергии) ковалентная связь O-H внутри молекулы воды и водородная связь O···H между молекулами?
Правильный ответ:
Водородная связь значительно слабее ковалентнойПояснение:
Существует огромное различие в прочности этих связей. Ковалентная связь О-Н является внутримолекулярной, она удерживает атомы водорода и кислорода вместе в молекуле H₂O, и ее энергия составляет около 466 кДж/моль. Водородная связь является межмолекулярной, она связывает разные молекулы воды друг с другом. Ее энергия составляет всего около 21 кДж/моль, то есть она более чем в 20 раз слабее ковалентной. Именно поэтому при кипении воды рвутся слабые водородные связи, а не прочные ковалентные.5
Что такое ассоциаты в контексте структуры воды?
Правильный ответ:
Группы из нескольких молекул воды, объединенных водородными связямиПояснение:
Из-за способности образовывать водородные связи отдельные молекулы воды в жидком состоянии объединяются в динамичные, нестабильные группировки, которые называются ассоциатами. Эти структуры постоянно разрушаются и образуются вновь. В состав ассоциата может входить от нескольких до десятков молекул воды, связанных в цепочки или пространственные каркасы. Наличие таких ассоциатов объясняет многие аномальные свойства воды, отличающие ее от других жидкостей с похожей молекулярной массой.6
Из каких основных структурных элементов состоит водный раствор хлорида натрия (NaCl)?
Правильный ответ:
Из гидратированных ионов Na⁺, Cl⁻ и ассоциатов молекул водыПояснение:
При растворении хлорида натрия его ионная решетка разрушается, и ионы Na⁺ и Cl⁻ переходят в раствор. Там они немедленно гидратируются, образуя гидратные оболочки. Сам растворитель — вода — также имеет свою структуру, состоящую из отдельных молекул и их ассоциатов, связанных водородными связями. Таким образом, раствор представляет собой сложную систему, в которой присутствуют как частицы растворенного вещества (гидратированные ионы), так и структурированный растворитель (ассоциаты воды).7
Как изменится степень упорядоченности структуры жидкого раствора при его охлаждении?
Правильный ответ:
Упорядоченность увеличится, структура станет более организованнойПояснение:
При понижении температуры кинетическая энергия частиц (молекул, ионов) уменьшается, их движение становится менее интенсивным. Это позволяет межмолекулярным силам, таким как водородные связи или диполь-дипольные взаимодействия, действовать более эффективно. В результате частицы располагаются друг относительно друга более упорядоченно, а время жизни временных структурных образований (ассоциатов) увеличивается. При температуре замерзания эта упорядоченность достигает максимума, и жидкость переходит в кристаллическое состояние.8
Какими двумя основными типами взаимодействий определяется структура раствора?
Правильный ответ:
Взаимодействием “растворитель-растворитель” и “растворитель-растворенное вещество”Пояснение:
Структура раствора — это результат сложного баланса сил. С одной стороны, молекулы самого растворителя взаимодействуют друг с другом (например, молекулы воды образуют водородные связи), создавая собственную структуру. С другой стороны, частицы растворенного вещества (ионы или молекулы) взаимодействуют с молекулами растворителя (например, ионы гидратируются). Соотношение этих двух типов взаимодействий определяет конечную структуру и свойства всего раствора.9
Какое свойство молекулы воды является причиной возникновения водородной связи?
Правильный ответ:
Ее дипольный характер и наличие сильноэлектроотрицательного атома кислородаПояснение:
Водородная связь возникает при выполнении двух условий. Во-первых, в молекуле должен быть атом водорода, связанный с сильноэлектроотрицательным элементом (O, N, F). Из-за этого связь становится сильнополярной, и на атоме водорода возникает большой частичный положительный заряд (δ+). Во-вторых, у соседней молекулы должен быть атом с высокой электроотрицательностью и неподеленной электронной парой. В воде атом кислорода притягивает к себе “положительный” водород соседней молекулы, образуя водородную связь.10
В какой из приведенных жидкостей водородные связи между молекулами наиболее сильные?
Правильный ответ:
В жидком фтороводороде (HF)Пояснение:
Водородные связи образуются, когда атом водорода связан с одним из трех самых электроотрицательных элементов: фтором, кислородом или азотом. Фтор является абсолютным лидером по электроотрицательности. Поэтому связь H-F максимально полярна, частичный положительный заряд на водороде и отрицательный на фторе — наибольшие. Это приводит к тому, что водородные связи в жидком HF являются самыми прочными по сравнению с H₂O и NH₃. В CH₄ и O₂ водородные связи отсутствуют, а в HCl они очень слабые.11
Что такое «ближний порядок» в структуре жидкости?
Правильный ответ:
Упорядоченное расположение ближайших соседних частиц вокруг каждой данной частицыПояснение:
В отличие от кристаллов, где есть и ближний, и дальний порядок (повторение структуры на больших расстояниях), в жидкостях существует только ближний порядок. Это означает, что каждая молекула окружена определенным числом “соседей”, расположенных на характерных расстояниях и под определенными углами, подобно тому, как это происходит в кристалле. Однако эта упорядоченность быстро исчезает уже на расстоянии нескольких диаметров молекул, то есть дальний порядок отсутствует.
12
Какое свойство жидкости непосредственно обусловлено подвижностью ее частиц и отсутствием дальнего порядка в структуре?
Правильный ответ:
ТекучестьПояснение:
Текучесть — это способность жидкости принимать форму сосуда, в который она налита. Это свойство является прямым следствием ее структурных особенностей. В отличие от твердого тела, где частицы жестко зафиксированы в узлах кристаллической решетки, в жидкости частицы могут легко перемещаться друг относительно друга, “перескакивая” из одного временного положения в другое. Отсутствие жесткого каркаса (дальнего порядка) и позволяет жидкости течь под действием даже незначительных сил.13
В каком из этих веществ при растворении в воде происходит образование гидратных оболочек вокруг ионов?
Правильный ответ:
В сульфате меди(II) (CuSO₄)Пояснение:
Гидратные оболочки образуются вокруг ионов. Из перечисленных веществ только сульфат меди(II) является ионным соединением (солью). При растворении в воде он диссоциирует на катионы Cu²⁺ и анионы SO₄²⁻. Именно эти ионы и взаимодействуют с диполями воды, образуя гидратные оболочки. Сахар и бензол — молекулярные соединения, они не распадаются на ионы. Кислород также существует в виде неполярных молекул. Их взаимодействие с водой носит иной, более слабый характер.14
Чем обусловлена относительно высокая температура кипения воды (100°C) по сравнению с сероводородом H₂S (-60°C), имеющим большую молекулярную массу?
Правильный ответ:
Наличием прочных межмолекулярных водородных связей в водеПояснение:
Кипение — это процесс, при котором жидкость переходит в газ. Для этого необходимо преодолеть силы межмолекулярного притяжения. В сероводороде H₂S молекулы связаны лишь слабыми ван-дер-ваальсовыми силами. В воде же, помимо этих сил, существуют гораздо более прочные водородные связи, объединяющие молекулы в ассоциаты. Чтобы “оторвать” молекулы друг от друга и перевести их в газообразное состояние, нужно затратить дополнительную энергию на разрыв этих водородных связей, что и приводит к аномально высокой температуре кипения.15
В структуре какого раствора будут присутствовать только гидратированные молекулы, но не ионы?
Правильный ответ:
Раствора сахара (C₁₂H₂₂O₁₁)Пояснение:
Сахар (сахароза) является неэлектролитом. Его молекулы содержат множество полярных гидроксогрупп (-OH), которые способны образовывать водородные связи с молекулами воды. При растворении молекулы сахара равномерно распределяются в воде и гидратируются (окружаются молекулами воды), но не распадаются на ионы. В отличие от него, соль, щелочь и кислота являются электролитами, и их растворы содержат в основном гидратированные ионы.16
Какой из факторов НЕ является определяющим для формирования структуры раствора?
Правильный ответ:
Цвет растворенного веществаПояснение:
Структура раствора — это пространственное расположение и взаимодействие его частиц на микроуровне. Она определяется такими фундаментальными свойствами, как полярность молекул (влияет на взаимодействие “подобное в подобном”), тип связи в веществе (ионные соединения диссоциируют, молекулярные — нет), способность образовывать водородные связи. Цвет вещества — это макроскопическое свойство, связанное со способностью поглощать свет определенной длины волны, и он не определяет характер межмолекулярных взаимодействий и структуру раствора.17
В какой последовательности убывает степень упорядоченности расположения частиц?
Правильный ответ:
Кристалл → жидкость → газПояснение:
Наибольшая степень упорядоченности наблюдается в кристаллических твердых телах, где частицы образуют жесткую, правильную решетку (дальний и ближний порядок). В жидкостях эта упорядоченность частично нарушается: сохраняется ближний порядок, но отсутствует дальний. Частицы становятся подвижными. В газах же частицы движутся хаотично и находятся на больших расстояниях друг от друга, у них отсутствует как дальний, так и ближний порядок. Таким образом, упорядоченность максимальна в кристалле и минимальна в газе.18
Почему водородная связь не образуется в жидком метане (CH₄)?
Правильный ответ:
Потому что связь C-H практически неполярнаПояснение:
Для образования водородной связи необходимо, чтобы атом водорода был связан с очень электроотрицательным атомом (F, O, N). Электроотрицательности углерода и водорода очень близки, поэтому связь C-H является слабополярной. На атоме водорода в молекуле CH₄ не возникает достаточно большого частичного положительного заряда, который необходим для сильного притяжения к атому углерода соседней молекулы. Поэтому в жидком метане действуют только очень слабые межмолекулярные силы.19
Структура раствора — это …
Правильный ответ:
Относительно устойчивая упорядоченность в расположении взаимодействующих частицПояснение:
Структура раствора — это не жесткая и статичная решетка, а динамическая система. Она представляет собой определенную упорядоченность в среднем взаимном расположении частиц (молекул растворителя, ионов или молекул растворенного вещества), которая существует в течение некоторого времени. Эта упорядоченность обусловлена межмолекулярными силами и постоянно меняется из-за теплового движения частиц. То есть это не полный хаос, а “подвижный порядок”.
20
Что происходит со структурой воды при внесении в нее ионов соли?