Страница 127 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Степень окисления азота в нитрате калия равна

1) $-5$

2) $+3$

3) $+5$

4) $-3$

Решение:

Чтобы определить степень окисления азота в нитрате калия, необходимо знать химическую формулу этого соединения и применить правила расчета степеней окисления.

1. Химическая формула нитрата калия — $KNO_3$.
2. Суммарная степень окисления всех атомов в нейтральной молекуле всегда равна нулю.
3. Калий (K) является щелочным металлом (I группа главной подгруппы), поэтому его степень окисления в соединениях постоянна и равна $+1$.
4. Кислород (O) в большинстве соединений, в том числе в нитратах, имеет степень окисления $-2$.

Обозначим искомую степень окисления атома азота (N) через $x$.
Молекула $KNO_3$ состоит из одного атома калия (K), одного атома азота (N) и трех атомов кислорода (O).
Составим уравнение, исходя из правила о равенстве нулю суммы степеней окисления:

$ (+1) \cdot 1 + x \cdot 1 + (-2) \cdot 3 = 0 $

Решим полученное уравнение относительно $x$:
$ 1 + x - 6 = 0 $
$ x - 5 = 0 $
$ x = +5 $

Следовательно, степень окисления азота в нитрате калия равна $+5$. Этот вариант соответствует пункту 3) в предложенных ответах.

Ответ: 3) +5

4. Сера в степени окисления $ +6 $ может быть

1) только восстановителем

2) только окислителем

3) и окислителем, и восстановителем

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

Чтобы определить, какие окислительно-восстановительные свойства может проявлять сера в степени окисления +6, необходимо проанализировать возможные изменения этой степени окисления в ходе химических реакций.

Окислительно-восстановительные свойства вещества определяются его способностью принимать или отдавать электроны:

• Окислитель — это атом, ион или молекула, которые в ходе реакции принимают электроны, при этом понижая свою степень окисления.
• Восстановитель — это атом, ион или молекула, которые в ходе реакции отдают электроны, при этом повышая свою степень окисления.

Сера (S) — это элемент 16-й группы (VIА группы) периодической таблицы. Электронная конфигурация её валентного (внешнего) электронного слоя — $3s^23p^4$. Это означает, что на внешнем энергетическом уровне у атома серы находится 6 валентных электронов.

Возможные степени окисления для серы лежат в диапазоне от -2 до +6:

• Высшая (максимальная) степень окисления обычно равна номеру группы и для серы составляет +6. В этом состоянии атом серы формально отдал все свои 6 валентных электронов (например, в соединениях $SO_3$, $H_2SO_4$, $SF_6$).
• Низшая (минимальная) степень окисления равна "номер группы минус 8" и для серы составляет -2. В этом состоянии атом серы принял 2 электрона для завершения своего внешнего электронного слоя до стабильного октета (например, в $H_2S$).
• Существуют также промежуточные степени окисления, например: 0 (в простом веществе $S$), +2 (в $SCl_2$), +4 (в $SO_2$, $H_2SO_3$).

В данном вопросе рассматривается сера в степени окисления +6. Это её высшая возможная степень окисления. Поскольку атом серы уже отдал максимальное количество валентных электронов, он больше не может их отдавать и, следовательно, не может повышать свою степень окисления. Таким образом, сера в степени окисления +6 не может быть восстановителем.

Однако атом серы в степени окисления +6 может принимать электроны, понижая свою степень окисления (например, до +4, 0 или -2). Процесс принятия электронов и понижения степени окисления характерен для окислителей. Следовательно, сера в степени окисления +6 может выступать только в роли окислителя.

Ярким примером является реакция концентрированной серной кислоты (где сера имеет степень окисления +6) с металлами или неметаллами:
$Cu^0 + 2H_2\overset{+6}{S}O_4 \rightarrow Cu^{+2}SO_4 + \overset{+4}{S}O_2\uparrow + 2H_2O$
В этой реакции сера в составе серной кислоты понижает свою степень окисления с +6 до +4, то есть является окислителем.

Итак, сера, находясь в своей высшей степени окисления +6, может только принимать электроны, то есть быть только окислителем.
Ответ: 2

5. Процесс окисления железа отражает схема

1) $Fe_2O_3 \rightarrow FeO$

2) $FeO \rightarrow Fe$

3) $Fe \rightarrow FeCl_2$

4) $FeCl_3 \rightarrow FeCl_2$

Процесс окисления — это процесс отдачи электронов, который приводит к повышению степени окисления химического элемента. Чтобы определить, какая схема отражает процесс окисления железа, необходимо проанализировать изменение степени окисления ($C.O.$) железа ($Fe$) в каждом из предложенных превращений.

1) $Fe_2O_3 \rightarrow FeO$

В данной схеме степень окисления железа изменяется с +3 в $Fe_2O_3$ до +2 в $FeO$. Так как степень окисления понижается ($Fe^{+3} + 1e^- \rightarrow Fe^{+2}$), этот процесс является восстановлением, а не окислением.

Ответ: Неверно.

2) $FeO \rightarrow Fe$

Здесь степень окисления железа изменяется с +2 в $FeO$ до 0 в простом веществе $Fe$. Степень окисления понижается ($Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0$), что соответствует процессу восстановления.

Ответ: Неверно.

3) $Fe \rightarrow FeCl_2$

В этом превращении степень окисления железа изменяется с 0 в простом веществе $Fe$ до +2 в хлориде железа(II) $FeCl_2$. Так как степень окисления повышается ($Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{+2}$), этот процесс является окислением.

Ответ: Верно.

4) $FeCl_3 \rightarrow FeCl_2$

В этой схеме степень окисления железа изменяется с +3 в $FeCl_3$ до +2 в $FeCl_2$. Степень окисления понижается ($Fe^{+3} + 1e^- \rightarrow Fe^{+2}$), следовательно, это процесс восстановления.

Ответ: Неверно.

6. Верны ли утверждения об окислительно-восстановительных процессах?

А. Процесс принятия электронов называется восстановлением.

Б. Реакции обмена не относятся к окислительно-восстановительным процессам.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Для ответа на данный вопрос необходимо проанализировать каждое утверждение по отдельности.

А. Процесс принятия электронов называется восстановлением.

В химии окислительно-восстановительные процессы определяются через перенос электронов между реагентами. Процесс отдачи электронов атомом, ионом или молекулой называется окислением. В результате окисления степень окисления элемента повышается. Процесс присоединения (принятия) электронов атомом, ионом или молекулой называется восстановлением. В результате восстановления степень окисления элемента понижается. Например, при восстановлении иона меди $Cu^{2+}$ до металлической меди $Cu^0$ происходит принятие двух электронов: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$. Следовательно, данное утверждение является верным.

Ответ: утверждение верно.

Б. Реакции обмена не относятся к окислительно-восстановительным процессам.

Реакции обмена — это реакции, в ходе которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями. Основной характеристикой таких реакций является то, что они протекают без изменения степеней окисления элементов. Рассмотрим пример реакции обмена — взаимодействие хлорида натрия и нитрата серебра: $NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$. Степени окисления элементов: В исходных веществах: $Na^{+1}Cl^{-1}$ и $Ag^{+1}N^{+5}O_3^{-2}$. В продуктах реакции: $Ag^{+1}Cl^{-1}$ и $Na^{+1}N^{+5}O_3^{-2}$. Как видно, степени окисления всех элементов остались прежними. Поскольку окислительно-восстановительные реакции по определению сопровождаются изменением степеней окисления, реакции обмена к ним не относятся. Следовательно, данное утверждение также является верным.

Ответ: утверждение верно.

Так как оба утверждения (А и Б) верны, то правильным выбором будет вариант ответа, утверждающий, что верны оба утверждения.

Ответ: 3

7. Самыми сильными восстановительными свойствами обладает металл

1) железо

2) магний

3) барий

4) алюминий

Восстановительные свойства металлов — это их способность отдавать валентные электроны в химических реакциях. Чем легче атом металла отдает электроны, тем сильнее его восстановительные свойства. Эта способность закономерно изменяется в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

В периодах (горизонтальных рядах) с увеличением порядкового номера элемента, то есть при движении слева направо, восстановительные свойства ослабевают. Это связано с увеличением заряда ядра и уменьшением атомного радиуса, что приводит к более сильному притяжению валентных электронов к ядру.

В группах (вертикальных столбцах), особенно в главных подгруппах, при движении сверху вниз восстановительные свойства усиливаются. Это происходит потому, что с увеличением номера периода растет число электронных слоев, увеличивается радиус атома, и валентные электроны находятся дальше от ядра, слабее с ним связаны и легче отрываются.

Рассмотрим положение предложенных металлов в Периодической системе:

• 1) железо (Fe) — металл 4-го периода, VIII группы, побочной подгруппы.
• 2) магний (Mg) — металл 3-го периода, II группы, главной подгруппы.
• 3) барий (Ba) — металл 6-го периода, II группы, главной подгруппы.
• 4) алюминий (Al) — металл 3-го периода, III группы, главной подгруппы.

Проведем сравнение:

1. Сравним магний (Mg) и алюминий (Al). Оба элемента находятся в 3-м периоде. Магний (группа II) расположен левее алюминия (группа III). Следовательно, магний является более сильным восстановителем, чем алюминий.

2. Сравним магний (Mg) и барий (Ba). Оба элемента находятся во II группе (щелочноземельные металлы). Барий (период 6) расположен значительно ниже магния (период 3). Следовательно, барий является гораздо более сильным восстановителем, чем магний.

3. Сравним полученного лидера (барий) с железом. Железо — переходный металл, который в Периодической системе находится правее щелочноземельных металлов. В целом, металлы главных подгрупп I и II являются самыми сильными восстановителями. Поэтому барий — значительно более сильный восстановитель, чем железо.

Таким образом, из всех предложенных металлов барий (Ba) расположен в Периодической системе левее (вместе с Mg) и ниже всех остальных. Это означает, что его атомы имеют наибольший радиус и наименьшую энергию ионизации, то есть легче всего отдают электроны. Следовательно, барий обладает самыми сильными восстановительными свойствами.

Если расположить металлы в порядке усиления их восстановительных свойств, получится следующий ряд: железо < алюминий < магний < барий.

Ответ: 3

8. В химической реакции, уравнение которой $Fe + CuCl_2 = Cu + FeCI_2$, окислителем является

1) $Cu^0$

2) $Cu^{+2}$

3) $Fe^0$

4) $Fe^{+2}$

Решение

В предложенном уравнении химической реакции $Fe + CuCl_2 = Cu + FeCl_2$ необходимо определить окислитель.

Окислитель — это атом, ион или молекула, принимающие электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. При этом степень окисления окислителя понижается.

Восстановитель — это атом, ион или молекула, отдающие электроны. При этом степень окисления восстановителя повышается.

Для определения окислителя расставим степени окисления для всех элементов в реагентах и продуктах:

$ \overset{0}{Fe} + \overset{+2}{Cu}\overset{-1}{Cl_2} \rightarrow \overset{0}{Cu} + \overset{+2}{Fe}\overset{-1}{Cl_2} $

Проанализируем изменение степеней окисления:

• Железо ($Fe$) изменило свою степень окисления с $0$ на $+2$. Это означает, что атом железа отдал 2 электрона ($Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{+2}$). Произошел процесс окисления, следовательно, железо ($Fe^0$) является восстановителем.
• Медь ($Cu$) изменила свою степень окисления с $+2$ на $0$. Это означает, что ион меди принял 2 электрона ($Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$). Произошел процесс восстановления, следовательно, ион меди ($Cu^{+2}$) является окислителем.
• Хлор ($Cl$) не изменил свою степень окисления ($-1$), поэтому он не является ни окислителем, ни восстановителем в данной реакции.

Таким образом, окислителем в данной реакции является ион меди $Cu^{+2}$.

Ответ: 2

9. Выберите уравнение окислительно-восстановительной реакции.

1) $CaO + CO_2 = CaCO_3$

2) $Cu(OH)_2 = CuO + H_2O$

3) $2H_2 + O_2 = 2H_2O$

4) $NaOH + HCl = NaCl + H_2O$

Окислительно-восстановительной реакцией (ОВР) называется химическая реакция, в процессе которой происходит изменение степеней окисления атомов химических элементов. Чтобы определить, является ли реакция окислительно-восстановительной, необходимо проанализировать степени окисления всех атомов в реагентах (левая часть уравнения) и продуктах (правая часть уравнения). Рассмотрим каждое уравнение по отдельности.

1) CaO + CO₂ = CaCO₃

Определим степени окисления элементов до и после реакции: $ \stackrel{+2}{Ca}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O}_2 = \stackrel{+2}{Ca}\stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O}_3 $. Степень окисления кальция $(Ca)$ осталась $+2$. Степень окисления углерода $(C)$ осталась $+4$. Степень окисления кислорода $(O)$ осталась $-2$. Поскольку ни один элемент не изменил свою степень окисления, эта реакция не является ОВР. Это реакция соединения.

Ответ: не является ОВР.

2) Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Определим степени окисления элементов до и после реакции: $ \stackrel{+2}{Cu}(\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H})_2 = \stackrel{+2}{Cu}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{+1}{H}_2\stackrel{-2}{O} $. Степень окисления меди $(Cu)$ не изменилась и равна $+2$. Степень окисления кислорода $(O)$ не изменилась и равна $-2$. Степень окисления водорода $(H)$ не изменилась и равна $+1$. Так как степени окисления всех элементов остались неизменными, данная реакция не является ОВР. Это реакция разложения.

Ответ: не является ОВР.

3) 2H₂ + O₂ = 2H₂O

Определим степени окисления элементов до и после реакции: $ 2\stackrel{0}{H}_2 + \stackrel{0}{O}_2 = 2\stackrel{+1}{H}_2\stackrel{-2}{O} $. В левой части уравнения водород $(H_2)$ и кислород $(O_2)$ являются простыми веществами, поэтому их степени окисления равны нулю. В правой части, в молекуле воды $(H_2O)$, водород имеет степень окисления $+1$, а кислород $-2$. Водород изменил степень окисления с $0$ на $+1$ (окислился), он является восстановителем. Кислород изменил степень окисления с $0$ на $-2$ (восстановился), он является окислителем. Поскольку произошло изменение степеней окисления, данная реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: является ОВР.

4) NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Определим степени окисления элементов до и после реакции: $ \stackrel{+1}{Na}\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H} + \stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl} = \stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl} + \stackrel{+1}{H}_2\stackrel{-2}{O} $. Степень окисления натрия $(Na)$ осталась $+1$. Степень окисления кислорода $(O)$ осталась $-2$. Степень окисления водорода $(H)$ осталась $+1$. Степень окисления хлора $(Cl)$ осталась $-1$. Так как ни один элемент не изменил степень окисления, эта реакция не является ОВР. Это реакция нейтрализации (разновидность реакции обмена).

Ответ: не является ОВР.

Таким образом, единственной окислительно-восстановительной реакцией из предложенных является реакция под номером 3.

10. Определите коэффициент перед формулой окислителя в уравнении окислительно-восстановительной реакции, схема которой

$C + HNO_3 \rightarrow NO_2 + CO_2 + H_2O$

1) 1

2) 2

3) 4

4) 6

Решение

Для того чтобы определить коэффициент перед формулой окислителя, необходимо уравнять данную окислительно-восстановительную реакцию методом электронного баланса.

1. Запишем схему реакции и определим степени окисления элементов, которые изменяются в ходе реакции:

$ \stackrel{0}{C} + H\stackrel{+1}{\stackrel{+5}{N}}\stackrel{-2}{O_3} \rightarrow \stackrel{+4}{N}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} $

Степень окисления изменяют углерод и азот.

• Углерод ($C$) повышает степень окисления с 0 до +4. Он отдает электроны, следовательно, является восстановителем.
• Азот ($N$) понижает степень окисления с +5 до +4. Он принимает электроны. Вещество, в состав которого входит азот в степени окисления +5, — азотная кислота ($HNO_3$), — является окислителем.

2. Составим схему электронного баланса, чтобы найти коэффициенты.

Процесс окисления (отдача электронов):
$ C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4} \quad | \cdot 1 $

Процесс восстановления (принятие электронов):
$ N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4} \quad | \cdot 4 $

Наименьшее общее кратное для числа отданных (4) и принятых (1) электронов равно 4. Поэтому мы умножаем первую полуреакцию на 1, а вторую на 4. Эти множители являются коэффициентами для веществ, участвующих в окислительно-восстановительном процессе.

3. Расставим полученные коэффициенты в уравнении реакции.

Коэффициент 1 ставится перед формулами $C$ и $CO_2$. Коэффициент 4 ставится перед формулами $HNO_3$ и $NO_2$.

$ 1C + 4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + 1CO_2 + H_2O $

4. Уравняем количество атомов водорода ($H$) и кислорода ($O$).

В левой части уравнения в 4 молекулах $HNO_3$ содержится 4 атома водорода. Чтобы уравнять их количество, в правой части перед формулой воды ($H_2O$) необходимо поставить коэффициент 2.

$ C + 4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + CO_2 + 2H_2O $

5. Проверим правильность расстановки коэффициентов по числу атомов кислорода.

• Слева: в $4HNO_3$ содержится $4 \times 3 = 12$ атомов кислорода.
• Справа: в $4NO_2$ — $4 \times 2 = 8$ атомов, в $CO_2$ — 2 атома, в $2H_2O$ — 2 атома. Суммарно: $8 + 2 + 2 = 12$ атомов кислорода.

Количество всех атомов в левой и правой частях уравнения равно, следовательно, коэффициенты расставлены верно. Итоговое уравнение реакции:

$ C + 4HNO_3 = 4NO_2 + CO_2 + 2H_2O $

Окислителем в данной реакции является азотная кислота ($HNO_3$). Коэффициент перед ее формулой равен 4.

Ответ: 4

11. Выберите верные утверждения об окислительно-восстановительных реакциях:

1) степени окисления атомов химических элементов в этих реакциях не изменяются

2) к ним относятся все реакции с участием простых веществ

3) число отданных и принятых электронов в ходе реакции может быть разным

4) реакции, в которых изменяются степени окисления атомов химических элементов, образующих исходные вещества

5) к ним относятся все реакции между сложными веществами

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это химические реакции, в ходе которых происходит изменение степеней окисления атомов одного или нескольких химических элементов. Проанализируем каждое утверждение, чтобы определить верные.

1) степени окисления атомов химических элементов в этих реакциях не изменяются

Данное утверждение является ложным. Это утверждение описывает реакции, не являющиеся окислительно-восстановительными, например, реакции ионного обмена. Ключевой признак ОВР — это именно изменение степеней окисления атомов, так как происходит перенос электронов от восстановителя к окислителю.

Ответ: утверждение неверно.

2) к ним относятся все реакции с участием простых веществ

Данное утверждение ложно. Большинство реакций с участием простых веществ (в которых степень окисления атомов равна 0) действительно являются ОВР, поскольку при образовании сложного вещества степень окисления элемента меняется. Например: $2Na^0 + Cl_2^0 \rightarrow 2Na^{+1}Cl^{-1}$. Однако существуют исключения, например, аллотропные превращения. Реакция превращения озона в кислород ($2O_3^0 \rightarrow 3O_2^0$) протекает с участием простых веществ, но степени окисления атомов кислорода не меняются (остаются равными нулю), следовательно, это не ОВР.

Ответ: утверждение неверно.

3) число отданных и принятых электронов в ходе реакции может быть разным

Данное утверждение ложно. Согласно закону сохранения заряда, в любой окислительно-восстановительной реакции процесс окисления (отдача электронов) и процесс восстановления (принятие электронов) сбалансированы. Это означает, что общее число электронов, отданных восстановителем, всегда в точности равно общему числу электронов, принятых окислителем. На этом принципе основан метод электронного баланса для уравнивания химических реакций.

Ответ: утверждение неверно.

4) реакции, в которых изменяются степени окисления атомов химических элементов, образующих исходные вещества

Данное утверждение является истинным. Это точное и полное определение окислительно-восстановительной реакции. Процессы окисления (повышение степени окисления) и восстановления (понижение степени окисления) являются неотъемлемой частью таких реакций. Например, в реакции $Zn^0 + 2H^{+1}Cl \rightarrow Zn^{+2}Cl_2 + H_2^0$ цинк повышает степень окисления с 0 до +2, а водород понижает с +1 до 0.

Ответ: утверждение верно.

5) к ним относятся все реакции между сложными веществами

Данное утверждение ложно. Существует множество реакций между сложными веществами, которые не сопровождаются изменением степеней окисления и, следовательно, не являются ОВР. Классическим примером служат реакции ионного обмена: реакции нейтрализации ($KOH + HNO_3 \rightarrow KNO_3 + H_2O$), реакции осаждения ($AgNO_3 + KCl \rightarrow AgCl \downarrow + KNO_3$) и реакции, идущие с выделением газа ($Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$). Во всех этих примерах степени окисления элементов не изменяются.

Ответ: утверждение неверно.