Страница 132 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

$Cu + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Определите объём выделившегося газа (н. у.), если в реакцию вступила медь в количестве 0,1 моль.

С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

1. Для составления уравнения реакции методом электронного баланса определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:
$Cu^{0} + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} \rightarrow Cu^{+2}S^{+6}O_4^{-2} + S^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$
2. Видим, что степени окисления изменили медь (Cu) и сера (S). Составим полуреакции окисления и восстановления:
$Cu^{0} - 2e^{-} \rightarrow Cu^{+2}$ (окисление)
$S^{+6} + 2e^{-} \rightarrow S^{+4}$ (восстановление)
3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. В данном случае оно равно 2. Определим коэффициенты, умножив на которые число электронов в полуреакциях станет равным НОК:
$Cu^{0} - 2e^{-} \rightarrow Cu^{+2}$ | 2 | 1
$S^{+6} + 2e^{-} \rightarrow S^{+4}$ | 2 | 1
Коэффициенты перед веществами, содержащими медь и серу (которая изменила степень окисления), равны 1.
$1Cu + H_2SO_4 \rightarrow 1CuSO_4 + 1SO_2 + H_2O$
4. Уравняем остальные атомы. Сначала уравняем серу. В правой части уравнения находится 1 атом S в $CuSO_4$ и 1 атом S в $SO_2$, всего 2 атома серы. Следовательно, в левой части перед $H_2SO_4$ необходимо поставить коэффициент 2.
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$
5. Теперь уравняем водород. В левой части в $2H_2SO_4$ содержится $2 \cdot 2 = 4$ атома водорода. Чтобы уравнять их, в правой части перед $H_2O$ ставим коэффициент 2.
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$
6. Проверим баланс атомов кислорода. В левой части: $2 \cdot 4 = 8$ атомов. В правой части: $4$ (в $CuSO_4$) + $2$ (в $SO_2$) + $2 \cdot 1$ (в $2H_2O$) = $4 + 2 + 2 = 8$ атомов. Баланс соблюден.
Ответ: $Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$.

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Окислитель — это атом, молекула или ион, принимающий электроны. В данной реакции сера в составе серной кислоты ($H_2SO_4$) понижает свою степень окисления с +6 до +4, принимая электроны.
Восстановитель — это атом, молекула или ион, отдающий электроны. В данной реакции медь ($Cu$) повышает свою степень окисления с 0 до +2, отдавая электроны.
Ответ: Окислитель — $H_2SO_4$ (за счёт $S^{+6}$), восстановитель — $Cu$ (медь).

Определите объём выделившегося газа (н. у.), если в реакцию вступила медь в количестве 0,1 моль.

Дано:
$n(\text{Cu}) = 0,1 \text{ моль}$
Условия: н. у. (нормальные условия)

Найти:
$V(\text{SO}_2) - ?$

Решение:
1. Согласно уравнению реакции, единственным газообразным продуктом является диоксид серы ($SO_2$):
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
2. По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между медью и диоксидом серы составляет 1:1.
$\frac{n(\text{Cu})}{1} = \frac{n(\text{SO}_2)}{1}$
Следовательно, количество вещества выделившегося $SO_2$ равно количеству вещества меди, вступившей в реакцию:
$n(\text{SO}_2) = n(\text{Cu}) = 0,1 \text{ моль}$
3. Объем газа при нормальных условиях (н. у.) рассчитывается по формуле:
$V = n \cdot V_m$
где $n$ — количество вещества, а $V_m$ — молярный объем газа при н. у., равный $22,4 \text{ л/моль}$.
Подставляем значения:
$V(\text{SO}_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$
Ответ: $2,24 \text{ л}$.

1. Низшая и высшая степени окисления серы соответственно равны

1) $-2$ и $+4$

2) $-2$ и $+6$

3) $+4$ и $-2$

4) $0$ и $+6$

Чтобы определить низшую и высшую степени окисления химического элемента, необходимо знать его положение в Периодической системе и электронное строение.

Сера (S) находится в 16-й группе (по старой классификации — VIА группа) и 3-м периоде. Электронная конфигурация её внешнего энергетического уровня — $3s^23p^4$. Это означает, что на внешнем уровне у атома серы 6 валентных электронов.

Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп (А-групп) обычно численно равна номеру группы. Для серы, элемента VIА группы, высшая степень окисления равна +6. Она проявляется в соединениях, где сера отдает все свои 6 валентных электронов, например, в оксиде серы(VI) ($SO_3$) или в серной кислоте ($H_2SO_4$).

Низшая степень окисления для неметаллов определяется числом электронов, которые атом должен принять для завершения внешнего электронного слоя до стабильного состояния (обычно до 8 электронов). Её можно рассчитать по формуле: (номер группы) - 8. Для серы: 6 - 8 = -2. Такую степень окисления сера проявляет в соединениях с металлами и водородом, например, в сероводороде ($H_2S$) или сульфиде натрия ($Na_2S$).

Таким образом, низшая степень окисления серы равна -2, а высшая — +6. В вопросе требуется указать их в порядке "низшая и высшая", что соответствует паре (-2 и +6). Этот вариант ответа находится под номером 2.

Ответ: 2

2. Выберите формулу вещества, в котором степень окисления углерода равна -4.

1) $CO$

2) $CO_2$

3) $CH_4$

4) $CH_2O$

Дано:

Формулы веществ: 1) CO, 2) CO₂, 3) CH₄, 4) CH₂O.
Требуемая степень окисления углерода (C) = -4.

Найти:

Формулу вещества, в котором степень окисления углерода равна -4.

Решение:

Для решения задачи необходимо последовательно рассчитать степень окисления (С.О.) углерода в каждом из предложенных веществ. При расчетах будем использовать следующие правила:

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

Обозначим неизвестную степень окисления углерода в каждом соединении как $x$.

1) CO (оксид углерода(II))

Молекула состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода. Составим уравнение для суммы степеней окисления:
$x + (-2) = 0$
Отсюда, $x = +2$.
Степень окисления углерода в CO равна +2.

2) CO₂ (оксид углерода(IV))

Молекула состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Уравнение:
$x + 2 \cdot (-2) = 0$
$x - 4 = 0$
Отсюда, $x = +4$.
Степень окисления углерода в CO₂ равна +4.

3) CH₄ (метан)

Молекула состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Уравнение:
$x + 4 \cdot (+1) = 0$
$x + 4 = 0$
Отсюда, $x = -4$.
Степень окисления углерода в CH₄ равна -4. Этот вариант соответствует условию задачи.

4) CH₂O (формальдегид)

Молекула состоит из одного атома углерода, двух атомов водорода и одного атома кислорода. Уравнение:
$x + 2 \cdot (+1) + (-2) = 0$
$x + 2 - 2 = 0$
Отсюда, $x = 0$.
Степень окисления углерода в CH₂O равна 0.

Таким образом, проанализировав все варианты, мы установили, что вещество, в котором степень окисления углерода равна -4, — это метан.

Ответ: 3.

3. Степень окисления серы в сернистой кислоте равна

1) $-2$

2) $+4$

3) $+6$

4) $0$

Для того чтобы определить степень окисления серы в сернистой кислоте, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Записать химическую формулу сернистой кислоты. Это $H_2SO_3$.

2. Применить правила определения степеней окисления атомов в соединении:

• Суммарная степень окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Молекула сернистой кислоты ($H_2SO_3$) электронейтральна.
• Степень окисления водорода (H) в кислотах всегда равна +1.
• Степень окисления кислорода (O) в кислотах и большинстве других соединений равна -2.

3. Обозначить неизвестную степень окисления серы (S) как x.

4. Составить алгебраическое уравнение. Учитывая, что в молекуле $H_2SO_3$ содержатся 2 атома водорода, 1 атом серы и 3 атома кислорода, сумма их степеней окисления должна быть равна нулю.

$2 \cdot (\text{ст. ок. H}) + 1 \cdot (\text{ст. ок. S}) + 3 \cdot (\text{ст. ок. O}) = 0$

Подставим известные значения степеней окисления водорода и кислорода, а также переменную x для серы:

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

5. Решить полученное уравнение:

$2 + x - 6 = 0$

$x - 4 = 0$

$x = +4$

Следовательно, степень окисления серы в сернистой кислоте равна +4. Этот результат соответствует варианту ответа под номером 2.

Ответ: 2) +4

4. Фосфор в степени окисления $+5$ может быть

1) только восстановителем

2) только окислителем

3) и окислителем, и восстановителем

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

Решение

Чтобы определить, какие окислительно-восстановительные свойства может проявлять элемент в определенной степени окисления, необходимо рассмотреть его положение в периодической системе и диапазон возможных степеней окисления.

Фосфор (P) — элемент 15-й группы (VА группы) периодической таблицы. Его электронная конфигурация внешнего слоя $3s^23p^3$. Это означает, что у него 5 валентных электронов.

Диапазон степеней окисления для фосфора:

• Высшая степень окисления равна номеру группы и составляет $+5$. В этом состоянии атом фосфора отдал все свои валентные электроны.
• Низшая степень окисления равна $N-8$, где $N$ — номер группы, и составляет $5 - 8 = -3$. В этом состоянии атом фосфора принял 3 электрона для завершения внешнего электронного слоя.

Таким образом, фосфор может проявлять степени окисления в интервале от $-3$ до $+5$.

В задаче указано, что фосфор находится в степени окисления $+5$. Это его высшая возможная степень окисления.

• Атом в высшей степени окисления не может больше отдавать электроны, то есть его степень окисления не может повыситься. Следовательно, он не может быть восстановителем.
• Атом в высшей степени окисления может только принимать электроны, понижая свою степень окисления (например, до $+3$, $0$ или $-3$). Следовательно, он может быть только окислителем.

Пример реакции, где фосфор в степени окисления $+5$ является окислителем:
$P_2^{+5}O_5 + 5C \rightarrow 2P^0 + 5CO$
В этой реакции фосфор принимает 5 электронов ($P^{+5} + 5e^- \rightarrow P^0$), то есть выступает в роли окислителя.

Исходя из этого, правильный вариант ответа — 2.

Ответ: 2) только окислителем.

5. Процесс восстановления серы отражает схема

1) $S \rightarrow H_2S$

2) $H_2S \rightarrow S$

3) $SO_2 \rightarrow SO_3$

4) $H_2S \rightarrow SO_2$

Процесс восстановления — это процесс принятия электронов атомом, что приводит к понижению его степени окисления. Чтобы определить, какая из схем отражает процесс восстановления серы, необходимо проанализировать изменение степени окисления атома серы в каждом из предложенных превращений.

1) $S \rightarrow H_2S$ В этом превращении степень окисления серы изменяется. В простом веществе $S$ степень окисления серы равна $0$. В сероводороде $H_2S$ водород имеет степень окисления $+1$, следовательно, для электронейтральности молекулы сера должна иметь степень окисления $-2$. Происходит переход степени окисления $S^0 \rightarrow S^{-2}$. Так как степень окисления понижается, это и есть процесс восстановления.

2) $H_2S \rightarrow S$ В этом превращении степень окисления серы в сероводороде $H_2S$ равна $-2$, а в простом веществе $S$ она равна $0$. Происходит переход $S^{-2} \rightarrow S^0$. Степень окисления повышается, следовательно, это процесс окисления.

3) $SO_2 \rightarrow SO_3$ В диоксиде серы $SO_2$ кислород имеет степень окисления $-2$, поэтому степень окисления серы равна $+4$. В триоксиде серы $SO_3$ у кислорода также степень окисления $-2$, поэтому степень окисления серы равна $+6$. Происходит переход $S^{+4} \rightarrow S^{+6}$. Степень окисления повышается, следовательно, это процесс окисления.

4) $H_2S \rightarrow SO_2$ В сероводороде $H_2S$ степень окисления серы равна $-2$. В диоксиде серы $SO_2$ степень окисления серы равна $+4$. Происходит переход $S^{-2} \rightarrow S^{+4}$. Степень окисления повышается, следовательно, это процесс окисления.

Таким образом, единственная схема, в которой происходит понижение степени окисления серы (процесс восстановления), это схема под номером 1.

Ответ: 1.

6. Верны ли утверждения об окислительно-восстановительных реакциях?

А. Водород во всех реакциях с металлами является окислителем.

Б. Восстановитель всегда повышает свою степень окисления в реакциях.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

А. Водород во всех реакциях с металлами является окислителем.

Для проверки этого утверждения проанализируем роль водорода в различных реакциях с участием металлов. Окислитель — это вещество, которое принимает электроны, понижая свою степень окисления. Водород как простое вещество ($H_2$) имеет степень окисления 0.

В реакциях с активными металлами, например, со щелочными, водород действительно является окислителем. Он образует гидриды, в которых его степень окисления равна -1:

$2Na^0 + H_2^0 \rightarrow 2Na^{+1}H^{-1}$

Здесь степень окисления водорода понизилась с 0 до -1, то есть он принял электроны и выступил в роли окислителя.

Однако, в утверждении используется слово «во всех», что требует его универсальности. Рассмотрим реакцию восстановления оксида металла водородом, например, оксида меди(II):

$Cu^{+2}O + H_2^0 \rightarrow Cu^0 + H_2^{+1}O$

В этой реакции, которая является реакцией с соединением металла, водород изменяет свою степень окисления с 0 до +1. Он отдает электроны ($H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$) и, следовательно, является восстановителем. Так как найден контрпример, утверждение не является верным для всех случаев.

Ответ: утверждение А неверно.

Б. Восстановитель всегда повышает свою степень окисления в реакциях.

Данное утверждение является фундаментальным определением в теории окислительно-восстановительных реакций. Восстановитель — это атом, ион или молекула, которая в ходе реакции отдает электроны. Процесс отдачи электронов называется окислением. Согласно правилам определения степеней окисления, отдача электронов всегда приводит к повышению степени окисления элемента.

Например, в реакции взаимодействия цинка с соляной кислотой:

$Zn^0 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$

Атом цинка ($Zn$) отдает 2 электрона, его степень окисления повышается с 0 до +2 ($Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$). Таким образом, цинк является восстановителем. Это правило является универсальным для всех восстановителей во всех окислительно-восстановительных реакциях.

Ответ: утверждение Б верно.

Итак, утверждение А неверно, а утверждение Б верно. Соответственно, из предложенных вариантов правильным является тот, который гласит "верно только Б".

Ответ: 2