Страница 128 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между формулой вещества и функцией этого вещества в окислительно-восстановительной реакции (ОВР).

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА

A) $S$

Б) $HNO_3$

В) $SO_2$

Г) $NH_3$

ФУНКЦИЯ В ОВР

1) только окислитель

2) только восстановитель

3) и окислитель, и восстановитель

Решение

Чтобы установить соответствие между веществом и его функцией в окислительно-восстановительной реакции (ОВР), необходимо определить степень окисления ключевого элемента в соединении и сравнить её с его минимально и максимально возможными степенями окисления.

• Если элемент находится в своей высшей возможной степени окисления, он может только принимать электроны (понижать свою степень окисления) и, следовательно, вещество является только окислителем.
• Если элемент находится в своей низшей возможной степени окисления, он может только отдавать электроны (повышать свою степень окисления) и, следовательно, вещество является только восстановителем.
• Если элемент находится в промежуточной степени окисления, он может как отдавать, так и принимать электроны, и, следовательно, вещество может быть и окислителем, и восстановителем.

А) S

Сера (S) — это простое вещество, поэтому степень окисления атомов серы в нём равна $0$. Для серы, как элемента 16-й группы, характерны степени окисления в диапазоне от $-2$ (низшая, например, в $H_2S$) до $+6$ (высшая, например, в $H_2SO_4$). Степень окисления $0$ является промежуточной. Это означает, что сера может как повышать степень окисления (выступая восстановителем), так и понижать её (выступая окислителем).
Пример, где S — восстановитель: $S^0 + O_2 \rightarrow S^{+4}O_2$.
Пример, где S — окислитель: $S^0 + H_2 \rightarrow H_2S^{-2}$.
Таким образом, сера может быть и окислителем, и восстановителем.

Ответ: 3

Б) HNO₃

В молекуле азотной кислоты ($HNO_3$) степень окисления водорода H равна $+1$, кислорода O — $-2$. Рассчитаем степень окисления азота N (обозначим её как $x$): $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +5$. Азот является элементом 15-й группы, его возможные степени окисления лежат в диапазоне от $-3$ (низшая, в $NH_3$) до $+5$ (высшая). В $HNO_3$ азот находится в своей высшей степени окисления $+5$, поэтому он может только принимать электроны (восстанавливаться), проявляя исключительно окислительные свойства.
Пример: $Cu + 4HN^{+5}O_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2N^{+4}O_2 + 2H_2O$.
Следовательно, азотная кислота является только окислителем.

Ответ: 1

В) SO₂

В молекуле оксида серы(IV) ($SO_2$) степень окисления кислорода O равна $-2$. Рассчитаем степень окисления серы S (обозначим её как $y$): $y + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $y = +4$. Как было указано ранее, степени окисления серы варьируются от $-2$ до $+6$. Степень окисления $+4$ является промежуточной. Это значит, что $SO_2$ может как отдавать электроны (окисляться до $+6$, проявляя свойства восстановителя), так и принимать электроны (восстанавливаться до $0$ или $-2$, проявляя свойства окислителя).
Пример, где $SO_2$ — восстановитель: $2S^{+4}O_2 + O_2 \rightleftharpoons 2S^{+6}O_3$.
Пример, где $SO_2$ — окислитель: $S^{+4}O_2 + 2H_2S \rightarrow 3S^0 + 2H_2O$.
Таким образом, оксид серы(IV) может быть и окислителем, и восстановителем.

Ответ: 3

Г) NH₃

В молекуле аммиака ($NH_3$) степень окисления водорода H равна $+1$. Рассчитаем степень окисления азота N (обозначим её как $z$): $z + 3 \cdot (+1) = 0$, откуда $z = -3$. Как было сказано ранее, степени окисления азота варьируются от $-3$ до $+5$. В аммиаке азот находится в своей низшей степени окисления $-3$, поэтому он может только отдавать электроны (окисляться), проявляя исключительно восстановительные свойства.
Пример: $4N^{-3}H_3 + 3O_2 \rightarrow 2N^0_2 + 6H_2O$.
Следовательно, аммиак является только восстановителем.

Ответ: 2

13. С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой

$Al + CuO \rightarrow Al_2O_3 + Cu$

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Определите массу полученного оксида алюминия, если в реакцию вступил оксид меди(II) массой 48 г.

С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой Al + CuO → Al₂O₃ + Cu

1. Сначала определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:

$ \overset{0}{Al} + \overset{+2}{Cu}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{+3}{Al}_2\overset{-2}{O}_3 + \overset{0}{Cu} $

2. Видно, что степени окисления изменили алюминий и медь. Составим электронный баланс, чтобы найти коэффициенты.

Алюминий отдает 3 электрона, его степень окисления повышается. Это процесс окисления. Алюминий является восстановителем.

$ Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} $

Медь принимает 2 электрона, ее степень окисления понижается. Это процесс восстановления. Медь в составе оксида меди(II) является окислителем.

$ Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 $

3. Найдем наименьшее общее кратное для числа отданных (3) и принятых (2) электронов. Оно равно 6. Чтобы уравнять число электронов, домножим первую полуреакцию на 2, а вторую на 3.

$ Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} $ | 2

$ Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 $ | 3

4. Полученные множители (2 и 3) являются коэффициентами в уравнении реакции. Коэффициент 2 ставим перед алюминием, а коэффициент 3 — перед веществами, содержащими медь ($CuO$ и $Cu$).

$ 2Al + 3CuO \rightarrow Al_2O_3 + 3Cu $

Проверяем количество атомов кислорода: слева 3, справа 3. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $ 2Al + 3CuO \rightarrow Al_2O_3 + 3Cu $.

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе

В ходе реакции алюминий ($Al$) отдает электроны, повышая свою степень окисления с 0 до +3. Вещество, отдающее электроны, является восстановителем.

Медь ($Cu$) в составе оксида меди(II) ($CuO$) принимает электроны, понижая свою степень окисления с +2 до 0. Вещество, принимающее электроны, является окислителем.

Ответ: Восстановитель — $Al$ (алюминий), окислитель — $CuO$ (оксид меди(II)).

Определите массу полученного оксида алюминия, если в реакцию вступил оксид меди(II) массой 48 г.

$m(CuO) = 48 \text{ г}$

$m(Al_2O_3) - ?$

1. Используем сбалансированное уравнение реакции:

$ 2Al + 3CuO \rightarrow Al_2O_3 + 3Cu $

2. Найдем молярные массы оксида меди(II) и оксида алюминия.

Молярная масса оксида меди(II) ($CuO$):

$ M(CuO) = M(Cu) + M(O) \approx 64 + 16 = 80 \text{ г/моль} $

Молярная масса оксида алюминия ($Al_2O_3$):

$ M(Al_2O_3) = 2 \cdot M(Al) + 3 \cdot M(O) \approx 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102 \text{ г/моль} $

3. Вычислим количество вещества (число моль) оксида меди(II) массой 48 г:

$ n(CuO) = \frac{m(CuO)}{M(CuO)} = \frac{48 \text{ г}}{80 \text{ г/моль}} = 0.6 \text{ моль} $

4. По уравнению реакции, из 3 моль $CuO$ образуется 1 моль $Al_2O_3$. Составим пропорцию для нахождения количества вещества $Al_2O_3$:

$ \frac{n(CuO)}{3} = \frac{n(Al_2O_3)}{1} $

Отсюда количество вещества оксида алюминия:

$ n(Al_2O_3) = \frac{n(CuO)}{3} = \frac{0.6 \text{ моль}}{3} = 0.2 \text{ моль} $

5. Теперь найдем массу 0.2 моль оксида алюминия:

$ m(Al_2O_3) = n(Al_2O_3) \cdot M(Al_2O_3) = 0.2 \text{ моль} \cdot 102 \text{ г/моль} = 20.4 \text{ г} $

Ответ: масса полученного оксида алюминия равна 20,4 г.

1. Низшая и высшая степени окисления азота соответственно равны

1) $ +5 $ и $ -3 $

2) $ +3 $ и $ -3 $

3) $ -3 $ и $ +5 $

4) $ 0 $ и $ +5 $

Для определения низшей и высшей степеней окисления химического элемента необходимо рассмотреть его положение в Периодической системе Д.И. Менделеева и его электронное строение.

Азот (N) — химический элемент 15-й группы (или VA группы), 2-го периода. Его электронная конфигурация $1s^2 2s^2 2p^3$. На внешнем (валентном) электронном слое у атома азота находится 5 электронов.

Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, численно равна номеру группы. Для азота, находящегося в V группе, высшая положительная степень окисления равна +5. Она достигается, когда атом азота отдает все свои 5 валентных электронов. Примерами соединений, в которых азот проявляет степень окисления +5, являются азотная кислота ($HNO_3$) и оксид азота(V) ($N_2O_5$).

Низшая степень окисления для неметаллов определяется количеством электронов, которое необходимо атому для завершения внешнего электронного слоя до 8 (правило октета). Низшая степень окисления рассчитывается по формуле: Номер группы - 8. Для азота это составляет $5 - 8 = -3$. Эта степень окисления проявляется, когда атом азота принимает 3 электрона. Примером может служить аммиак ($NH_3$) или нитриды металлов (например, нитрид магния $Mg_3N_2$).

В вопросе требуется указать низшую и высшую степени окисления соответственно, то есть в порядке: сначала низшая, потом высшая.
Таким образом, искомая пара значений: –3 и +5.

Среди предложенных вариантов ответа:
1) +5 и -3
2) +3 и -3
3) -3 и +5
4) 0 и +5

Правильным является вариант под номером 3.
Ответ: 3) -3 и +5

2. Выберите формулу вещества, в котором сера проявляет степень окисления +4.

1) $H_2S$ 2) $SO_3$ 3) $H_2SO_3$ 4) $H_2SO_4$

Чтобы найти вещество, в котором сера проявляет степень окисления +4, необходимо рассчитать степень окисления серы в каждом из предложенных соединений. При расчете будем исходить из следующих правил:

• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.
• Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами равна +1.
• Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений (кроме пероксидов, надпероксидов и фторидов кислорода) равна -2.

Обозначим неизвестную степень окисления серы (S) как $x$.

1) H₂S
В молекуле сероводорода H₂S два атома водорода со степенью окисления +1 и один атом серы. Составим уравнение, исходя из электронейтральности молекулы: $2 \cdot (+1) + x = 0$ $2 + x = 0$ $x = -2$ Степень окисления серы в H₂S равна -2.

2) SO₃
В молекуле оксида серы(VI) SO₃ один атом серы и три атома кислорода со степенью окисления -2. $x + 3 \cdot (-2) = 0$ $x - 6 = 0$ $x = +6$ Степень окисления серы в SO₃ равна +6.

3) H₂SO₃
В молекуле сернистой кислоты H₂SO₃ два атома водорода (+1), один атом серы и три атома кислорода (-2). $2 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$ $2 + x - 6 = 0$ $x - 4 = 0$ $x = +4$ Степень окисления серы в H₂SO₃ равна +4. Этот вариант соответствует условию задачи.

4) H₂SO₄
В молекуле серной кислоты H₂SO₄ два атома водорода (+1), один атом серы и четыре атома кислорода (-2). $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$ $2 + x - 8 = 0$ $x - 6 = 0$ $x = +6$ Степень окисления серы в H₂SO₄ равна +6.

Ответ: 3) H₂SO₃

3. Степень окисления углерода в карбонате кальция равна

1) $+4$

2) $+2$

3) $-4$

4) $-2$

Решение

Химическая формула карбоната кальция — $CaCO_3$.

Чтобы найти степень окисления углерода (C), воспользуемся правилом, согласно которому сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Для этого нам нужно знать степени окисления остальных элементов в соединении.

Степень окисления кальция (Ca), который является щелочноземельным металлом (IIА группа), в соединениях постоянна и равна $+2$.

Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений, включая соли кислородсодержащих кислот (карбонаты), равна $-2$.

Пусть искомая степень окисления углерода (C) будет $x$.

В молекуле $CaCO_3$ содержится один атом кальция (Ca), один атом углерода (C) и три атома кислорода (O). Составим уравнение, исходя из электронейтральности молекулы:

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

Теперь решим это уравнение относительно $x$:

$2 + x - 6 = 0$

$x - 4 = 0$

$x = +4$

Таким образом, степень окисления углерода в карбонате кальция равна $+4$.

Ответ: 1) $+4$

4. Фосфор в степени окисления 0 может быть

1) только восстановителем

2) только окислителем

3) и окислителем, и восстановителем

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

Решение

Окислительно-восстановительные свойства элемента зависят от его степени окисления. Степень окисления — это условный заряд атома в соединении.

Фосфор (P) находится в 15-й группе (VА группе) периодической системы. Его возможные степени окисления варьируются от низшей до высшей.

• Низшая степень окисления фосфора равна $-3$ (например, в фосфине $PH_3$). В этой степени окисления фосфор может только отдавать электроны, то есть быть только восстановителем.
• Высшая степень окисления фосфора равна $+5$ (например, в оксиде фосфора(V) $P_2O_5$ или фосфорной кислоте $H_3PO_4$). В этой степени окисления фосфор может только принимать электроны, то есть быть только окислителем.

В данном вопросе рассматривается фосфор в степени окисления $0$, то есть простое вещество фосфор ($P$). Эта степень окисления является промежуточной между низшей ($-3$) и высшей ($+5$).

Элементы в промежуточной степени окисления могут проявлять двойственные окислительно-восстановительные свойства: они могут как повышать свою степень окисления (выступая в роли восстановителя), так и понижать ее (выступая в роли окислителя).

Примеры реакций:

1. Фосфор как восстановитель (отдает электроны, степень окисления повышается):
   Реакция с сильным окислителем, например, с кислородом:
   $4\stackrel{0}{P} + 5O_2 \rightarrow 2\stackrel{+5}{P}_2O_5$
   В этой реакции фосфор отдает электроны, его степень окисления меняется с $0$ на $+5$.
2. Фосфор как окислитель (принимает электроны, степень окисления понижается):
   Реакция с активным металлом (сильным восстановителем), например, с кальцием:
   $2\stackrel{0}{P} + 3Ca \rightarrow Ca_3\stackrel{-3}{P}_2$
   В этой реакции фосфор принимает электроны, его степень окисления меняется с $0$ на $-3$.

Таким образом, фосфор в степени окисления $0$ может быть и окислителем, и восстановителем.

Ответ: 3