Страница 129 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

5. Процесс восстановления азота отражает схема

1) $N_2 \to NO$

2) $H_3N \to NO$

3) $NO \to NO_2$

4) $N_2 \to H_3N$

Решение

Процесс восстановления — это химический процесс, в ходе которого атом понижает свою степень окисления, принимая электроны. Чтобы определить, какая из схем отражает процесс восстановления азота, необходимо проанализировать изменение степени окисления атома азота в каждом из предложенных превращений.

1) $N_2 \rightarrow NO$

В этом превращении степень окисления азота изменяется от $0$ в простом веществе $N_2$ до $+2$ в оксиде азота(II) $NO$ (степень окисления кислорода $-2$). Поскольку степень окисления повышается ($N^0 \rightarrow N^{+2}$), это процесс окисления, а не восстановления.

Ответ: неверно.

2) $H_3N \rightarrow NO$

В данном случае имеется в виду превращение аммиака ($NH_3$). Степень окисления азота в аммиаке равна $-3$ (степень окисления водорода $+1$), а в оксиде азота(II) $NO$ она равна $+2$. Степень окисления повышается ($N^{-3} \rightarrow N^{+2}$), следовательно, это процесс окисления.

Ответ: неверно.

3) $NO \rightarrow NO_2$

Здесь степень окисления азота изменяется от $+2$ в $NO$ до $+4$ в диоксиде азота $NO_2$ (степень окисления кислорода $-2$). Степень окисления повышается ($N^{+2} \rightarrow N^{+4}$), что также является процессом окисления.

Ответ: неверно.

4) $N_2 \rightarrow H_3N$

В этом превращении, где имеется в виду образование аммиака ($NH_3$), степень окисления азота изменяется от $0$ в молекулярном азоте $N_2$ до $-3$ в аммиаке $NH_3$. Поскольку степень окисления понижается ($N^0 \rightarrow N^{-3}$), это и есть процесс восстановления.

Ответ: верно.

6. Верны ли утверждения об окислительно-восстановительных реакциях?

А. Окислитель всегда понижает свою степень окисления в этих реакциях.

Б. Сера во всех реакциях с металлами является окислителем.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Рассмотрим каждое утверждение по отдельности.

А. Окислитель всегда понижает свою степень окисления в этих реакциях.

По определению, окислитель – это атом, ион или молекула, принимающая электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. Электроны несут отрицательный заряд. Присоединение электронов к атому или иону приводит к уменьшению его степени окисления (она становится более отрицательной или менее положительной). Этот процесс называется восстановлением. Следовательно, окислитель в ходе реакции восстанавливается, понижая свою степень окисления. Например, в реакции взаимодействия меди с концентрированной азотной кислотой:

$Cu^0 + 4HN^{+5}O_3 \rightarrow Cu^{+2}(NO_3)_2 + 2N^{+4}O_2 \uparrow + 2H_2O$

Азот в составе азотной кислоты является окислителем, так как он принимает электроны и его степень окисления понижается с $+5$ до $+4$. Утверждение А является верным.

Б. Сера во всех реакциях с металлами является окислителем.

Металлы в химических реакциях проявляют восстановительные свойства, то есть они склонны отдавать электроны. Сера является неметаллом и обладает значительно более высокой электроотрицательностью по сравнению с металлами. При взаимодействии с металлами сера всегда будет принимать электроны, выступая в роли окислителя. В результате таких реакций образуются соли – сульфиды, где сера имеет, как правило, степень окисления $-2$. Например:

$2Al^0 + 3S^0 \rightarrow Al_2^{+3}S_3^{-2}$

В этой реакции алюминий (металл) отдает электроны, а сера (неметалл) их принимает, понижая свою степень окисления с $0$ до $-2$. Следовательно, утверждение Б также является верным.

Поскольку оба утверждения верны, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

7. Самыми слабыми окислительными свойствами обладает неметалл

1) кислород

2) фосфор

3) бром

4) мышьяк

Решение

Окислительные свойства неметаллов — это их способность принимать электроны. Эта способность определяется электроотрицательностью элемента. В Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева окислительные свойства (и электроотрицательность) усиливаются в периоде слева направо и ослабевают в главной подгруппе сверху вниз.

Рассмотрим положение каждого из предложенных элементов в Периодической системе:

• 1) кислород (O) находится во 2-м периоде, 16-й (VI A) группе. Кислород — один из самых сильных окислителей после фтора.
• 2) фосфор (P) находится в 3-м периоде, 15-й (V A) группе. Он расположен ниже и левее кислорода, поэтому его окислительные свойства значительно слабее.
• 3) бром (Br) находится в 4-м периоде, 17-й (VII A) группе. Как и все галогены, бром является сильным окислителем, хотя и уступает в этом хлору и кислороду.
• 4) мышьяк (As) находится в 4-м периоде, 15-й (V A) группе. Он расположен в одной группе с фосфором, но на один период ниже. Движение вниз по группе ослабляет неметаллические и окислительные свойства. В 4-м периоде мышьяк находится левее брома, что также говорит о его более слабых окислительных свойствах.

Сравнивая все четыре элемента, можно выстроить их в ряд по убыванию окислительной способности: кислород > бром > фосфор > мышьяк. Таким образом, мышьяк обладает самыми слабыми окислительными свойствами среди перечисленных неметаллов.

Ответ: 4) мышьяк.

8. В химической реакции, схема которой $S + HNO_3 \rightarrow NO_2 + SO_2 + H_2O$, восстановителем является

1) $S^{+4}$

2) $N^{+4}$

3) $N^{+5}$

4) $S^0$

Для того чтобы определить восстановитель в окислительно-восстановительной реакции, необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов. Восстановитель — это вещество (атом, ион или молекула), которое отдает электроны, в результате чего его степень окисления повышается.

Рассмотрим данную химическую реакцию: $S + HNO_3 \rightarrow NO_2 + SO_2 + H_2O$.

Определим степени окисления элементов до и после реакции:
- В реагентах: сера ($S$) как простое вещество имеет степень окисления 0 ($S^0$). В азотной кислоте ($HNO_3$) степень окисления азота $N$ равна +5 ($N^{+5}$), водорода $H$ +1, кислорода $O$ -2.
- В продуктах: в $SO_2$ степень окисления серы $S$ стала +4 ($S^{+4}$). В $NO_2$ степень окисления азота $N$ стала +4 ($N^{+4}$). В воде ($H_2O$) степени окисления не изменились.

Проанализируем изменения степеней окисления:
1. Сера: $S^0 \rightarrow S^{+4}$. Степень окисления увеличилась с 0 до +4. Это процесс окисления. Атом серы отдал 4 электрона ($S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$).
2. Азот: $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$. Степень окисления уменьшилась с +5 до +4. Это процесс восстановления. Атом азота принял 1 электрон ($N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$).

Вещество, которое окисляется (отдает электроны), является восстановителем. В данной реакции окисляется сера ($S$). Следовательно, сера является восстановителем. Вещество, которое восстанавливается (принимает электроны), является окислителем. В данном случае это азотная кислота ($HNO_3$).

Восстановителем является исходное вещество, то есть сера со степенью окисления 0.

Ответ: 4) $S^0$

9. Выберите уравнение реакции, которая не является окислительно-восстановительной.

1) $H_2 + CuO = Cu + H_2O$

2) $CH_4 + 2O_2 = CO_2\uparrow + 2H_2O$

3) $SO_3 + H_2O = H_2SO_4$

4) $2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2\uparrow$

Решение

Окислительно-восстановительной реакцией (ОВР) называется химическая реакция, в ходе которой изменяются степени окисления атомов одного или нескольких элементов. Чтобы найти уравнение реакции, которая не является ОВР, проанализируем степени окисления элементов в каждом случае.

1) $H_2 + CuO = Cu + H_2O$

Определим степени окисления (с.о.) элементов до и после реакции:
В реагентах: водород в простом веществе $H_2$ имеет с.о. 0; в оксиде меди(II) $CuO$ кислород имеет с.о. -2, а медь, соответственно, +2. Формулы с указанием с.о.: $H_2^0$, $Cu^{+2}O^{-2}$.
В продуктах: медь в простом веществе $Cu$ имеет с.о. 0; в воде $H_2O$ водород имеет с.о. +1, а кислород -2. Формулы с указанием с.о.: $Cu^0$, $H_2^{+1}O^{-2}$.
Сравнивая с.о., видим, что водород изменил с.о. с 0 на +1 ($H^0 - 1e^- \rightarrow H^{+1}$, окисление), а медь — с +2 на 0 ($Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$, восстановление). Так как степени окисления изменились, это ОВР.

2) $CH_4 + 2O_2 = CO_2↑ + 2H_2O$

Определим степени окисления элементов:
В реагентах: в метане $CH_4$ водород имеет с.о. +1, тогда углерод -4; кислород в простом веществе $O_2$ имеет с.о. 0. Формулы с указанием с.о.: $C^{-4}H_4^{+1}$, $O_2^0$.
В продуктах: в диоксиде углерода $CO_2$ кислород имеет с.о. -2, тогда углерод +4; в воде $H_2O$ водород +1, кислород -2. Формулы с указанием с.о.: $C^{+4}O_2^{-2}$, $H_2^{+1}O^{-2}$.
Углерод изменил с.о. с -4 на +4 (окисление), а кислород — с 0 на -2 (восстановление). Следовательно, это ОВР.

3) $SO_3 + H_2O = H_2SO_4$

Определим степени окисления элементов:
В реагентах: в оксиде серы(VI) $SO_3$ кислород имеет с.о. -2, тогда сера +6; в воде $H_2O$ водород +1, кислород -2. Формулы с указанием с.о.: $S^{+6}O_3^{-2}$, $H_2^{+1}O^{-2}$.
В продуктах: в серной кислоте $H_2SO_4$ водород имеет с.о. +1, кислород -2, тогда для серы: $2 \cdot (+1) + S + 4 \cdot (-2) = 0$, откуда с.о. серы равна +6. Формула с указанием с.о.: $H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2}$.
Степени окисления всех элементов (H, S, O) остались неизменными. Следовательно, эта реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция соединения.

4) $2Na + 2H_2O = 2NaOH + H_2↑$

Определим степени окисления элементов:
В реагентах: натрий в простом веществе $Na$ имеет с.о. 0; в воде $H_2O$ водород +1, кислород -2. Формулы с указанием с.о.: $Na^0$, $H_2^{+1}O^{-2}$.
В продуктах: в гидроксиде натрия $NaOH$ натрий имеет с.о. +1, кислород -2, водород +1; водород в простом веществе $H_2$ имеет с.о. 0. Формулы с указанием с.о.: $Na^{+1}O^{-2}H^{+1}$, $H_2^0$.
Натрий изменил с.о. с 0 на +1 (окисление), а часть атомов водорода — с +1 на 0 (восстановление). Следовательно, это ОВР.

Таким образом, единственная реакция из предложенных, которая не является окислительно-восстановительной, — это реакция под номером 3.

Ответ: 3

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

$$MnO_2 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$$

1) 1

2) 2

3) 4

4) 6

Решение

Чтобы определить коэффициент перед формулой окислителя, необходимо сначала уравнять данную окислительно-восстановительную реакцию, используя метод электронного баланса.

Схема реакции:

$MnO_2 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

1. Определим степени окисления элементов в каждом соединении:

$ \overset{+4}{Mn} \overset{-2}{O_2} + \overset{+1}{H} \overset{-1}{Cl} \rightarrow \overset{+2}{Mn} \overset{-1}{Cl_2} + \overset{0}{Cl_2} + \overset{+1}{H_2} \overset{-2}{O} $

2. Выявим элементы, изменившие свою степень окисления, и определим окислитель и восстановитель.

• Марганец ($Mn$) понизил свою степень окисления с $+4$ до $+2$. Это означает, что он принял электроны. Вещество, в состав которого входит элемент, принимающий электроны, является окислителем. Следовательно, $MnO_2$ — окислитель.
• Хлор ($Cl$) повысил свою степень окисления с $-1$ до $0$. Это означает, что он отдал электроны. Вещество, в состав которого входит элемент, отдающий электроны, является восстановителем. Следовательно, $HCl$ — восстановитель.

3. Составим полуреакции окисления и восстановления и найдем коэффициенты с помощью электронного баланса.

$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ $| 1 |$ процесс восстановления
$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ $| 1 |$ процесс окисления

Число отданных и принятых электронов равно 2, поэтому дополнительные множители равны 1. Это означает, что на 1 атом марганца, участвующий в реакции, приходится 2 атома хлора, которые окисляются.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции. Коэффициент 1 (обычно не пишется) ставим перед $MnO_2$, $MnCl_2$ и $Cl_2$.

$1 \cdot MnO_2 + HCl \rightarrow 1 \cdot MnCl_2 + 1 \cdot Cl_2 + H_2O$

5. Уравняем количество атомов хлора. В правой части уравнения $2$ атома хлора в $MnCl_2$ и $2$ атома в $Cl_2$, всего $2 + 2 = 4$ атома. Следовательно, в левой части перед $HCl$ нужно поставить коэффициент 4.

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

6. Уравняем количество атомов водорода и кислорода. В левой части 4 атома водорода в $4HCl$. Чтобы получить 4 атома водорода в правой части, нужно поставить коэффициент 2 перед $H_2O$.

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Проверим кислород: слева 2 атома в $MnO_2$, справа 2 атома в $2H_2O$. Уравнение сбалансировано.

Итоговое уравнение реакции:

$MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Окислителем является диоксид марганца ($MnO_2$). Коэффициент перед его формулой в уравнении реакции равен 1.

Ответ: 1.

11. Выберите верные утверждения об окислительно-восстановительных реакциях:

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

2) к ним не относятся реакции обмена

3) в них соблюдается закон сохранения зарядов

4) процесс принятия электронов называется окислением

5) к ним относятся все реакции соединения

1) степени окисления атомов химических элементов в этих реакциях не изменяются
Это утверждение неверно. Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) по определению являются реакциями, в ходе которых происходит изменение степеней окисления атомов одного или нескольких химических элементов. Если степени окисления не меняются, реакция не является окислительно-восстановительной. Например, в реакции $2\overset{0}{Mg} + \overset{0}{O}_2 \rightarrow 2\overset{+2}{Mg}\overset{-2}{O}$ степени окисления магния и кислорода изменяются, и это ОВР.
Ответ: неверно.

2) к ним не относятся реакции обмена
Это утверждение верно. Реакции обмена — это реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями. В подавляющем большинстве случаев реакции обмена протекают без изменения степеней окисления. Например, реакция нейтрализации $\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl} + \overset{+1}{Na}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H} \rightarrow \overset{+1}{Na}\overset{-1}{Cl} + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O}$. Степени окисления всех элементов остаются прежними. Поэтому реакции обмена, как правило, не являются окислительно-восстановительными.
Ответ: верно.

3) в них соблюдается закон сохранения зарядов
Это утверждение верно. Закон сохранения заряда является фундаментальным законом природы и соблюдается во всех химических реакциях, включая окислительно-восстановительные. В ОВР общее число электронов, отданных восстановителем, всегда равно общему числу электронов, принятых окислителем. Это обеспечивает равенство суммарного заряда реагентов и продуктов. Например, в реакции $\overset{0}{Zn} + \overset{+2}{Cu}SO_4 \rightarrow \overset{+2}{Zn}SO_4 + \overset{0}{Cu}$ цинк отдает 2 электрона ($Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$), а ион меди принимает 2 электрона ($Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$). Баланс зарядов соблюдается.
Ответ: верно.

4) процесс принятия электронов называется окислением
Это утверждение неверно. Процесс принятия (присоединения) электронов атомом, ионом или молекулой называется восстановлением. При этом степень окисления элемента понижается. Процесс отдачи электронов называется окислением, и при нем степень окисления элемента повышается.
Ответ: неверно.

5) к ним относятся все реакции соединения
Это утверждение неверно. Реакции соединения — это реакции, в результате которых из двух или нескольких простых или сложных веществ образуется одно новое сложное вещество. Многие реакции соединения являются ОВР, особенно если один из реагентов — простое вещество (например, $\overset{0}{S} + \overset{0}{O}_2 \rightarrow \overset{+4}{S}\overset{-2}{O}_2$). Однако существуют реакции соединения, протекающие без изменения степеней окисления. Например, реакция оксида кальция с водой: $\overset{+2}{Ca}\overset{-2}{O} + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{+2}{Ca}(\overset{-2}{O}\overset{+1}{H})_2$. Эта реакция не является окислительно-восстановительной. Следовательно, не все реакции соединения являются ОВР.
Ответ: неверно.

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

ФОРМУЛА ЧАСТИЦЫ

A) $N^{+3}$

Б) $C^0$

В) $S^{+6}$

Г) $Br^{-1}$

ФУНКЦИЯ В ОВР

1) только окислитель

2) только восстановитель

3) и окислитель, и восстановитель

Для того чтобы определить, какую функцию (окислителя или восстановителя) выполняет частица в окислительно-восстановительной реакции (ОВР), необходимо проанализировать ее степень окисления.

• Если элемент в частице находится в своей высшей возможной степени окисления, он может только принимать электроны, то есть понижать свою степень окисления. Такая частица будет являться только окислителем.
• Если элемент в частице находится в своей низшей возможной степени окисления, он может только отдавать электроны, то есть повышать свою степень окисления. Такая частица будет являться только восстановителем.
• Если элемент в частице находится в промежуточной степени окисления (между низшей и высшей), он может как принимать, так и отдавать электроны. Такая частица может быть и окислителем, и восстановителем.

А) $N^{+3}$

Азот (N) — элемент 15-й группы. Его низшая степень окисления равна $-3$ (например, в $NH_3$), а высшая — $+5$ (например, в $HNO_3$). Степень окисления $+3$ является промежуточной. Это означает, что атом азота может как отдавать электроны, повышая степень окисления (до $+4, +5$), так и принимать электроны, понижая ее (до $+2, +1, 0, -3$). Следовательно, частица $N^{+3}$ может проявлять свойства и окислителя, и восстановителя.

Например:

• Как восстановитель (повышает с.о.): $5H\overset{+3}{N}O_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5H\overset{+5}{N}O_3 + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 3H_2O$
• Как окислитель (понижает с.о.): $2H\overset{+3}{N}O_2 + 2HI \rightarrow 2\overset{+2}{N}O + I_2 + 2H_2O$

Ответ: 3

Б) $C^{0}$

Углерод (C) — элемент 14-й группы. Его низшая степень окисления равна $-4$ (например, в $CH_4$), а высшая — $+4$ (например, в $CO_2$). Степень окисления $0$, которую углерод имеет в простом веществе, является промежуточной. Следовательно, углерод может быть и окислителем, и восстановителем.

Например:

• Как восстановитель (повышает с.о.): $\overset{0}{C} + O_2 \rightarrow \overset{+4}{C}O_2$
• Как окислитель (понижает с.о.): $\overset{0}{C} + 2H_2 \xrightarrow{t, p, kat} \overset{-4}{C}H_4$

Ответ: 3

В) $S^{+6}$

Сера (S) — элемент 16-й группы. Ее низшая степень окисления равна $-2$ (например, в $H_2S$), а высшая — $+6$ (например, в $H_2SO_4$). В данном случае сера находится в своей высшей степени окисления $+6$. Это означает, что она больше не может отдавать электроны и повышать степень окисления. Она может только принимать электроны, понижая свою степень окисления (например, до $+4, 0, -2$).

Например: $Cu + 2H_2\overset{+6}{S}O_4 (конц.) \rightarrow CuSO_4 + \overset{+4}{S}O_2\uparrow + 2H_2O$

Следовательно, частица $S^{+6}$ может быть только окислителем.

Ответ: 1

Г) $Br^{-1}$

Бром (Br) — элемент 17-й группы (галоген). Его низшая степень окисления равна $-1$ (в бромидах), а высшая — $+7$. В данном случае бром находится в своей низшей степени окисления $-1$. Это означает, что он больше не может принимать электроны и понижать степень окисления. Он может только отдавать электроны, повышая ее (до $0, +1, +3, +5, +7$).

Например: $2K\overset{-1}{Br} + Cl_2 \rightarrow 2KCl + \overset{0}{Br_2}$

Следовательно, частица $Br^{-1}$ может быть только восстановителем.

Ответ: 2