Страница 133 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Самыми сильными окислительными свойствами обладает неметалл

1) хлор

2) углерод

3) бор

4) кремний

Решение

Окислительные свойства неметаллов характеризуют их способность принимать электроны. В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева эта способность, как и электроотрицательность, усиливается в периодах слева направо и ослабевает в главных подгруппах сверху вниз. Самыми сильными окислителями являются неметаллы, расположенные в правом верхнем углу таблицы (за исключением благородных газов).

Рассмотрим положение предложенных элементов в периодической таблице:

• Хлор ($Cl$) находится в 3-м периоде, VIIA группе.
• Углерод ($C$) находится во 2-м периоде, IVA группе.
• Бор ($B$) находится во 2-м периоде, IIIA группе.
• Кремний ($Si$) находится в 3-м периоде, IVA группе.

Сравним окислительные свойства этих элементов, основываясь на закономерностях их изменения в периодической системе:

1. Среди элементов 2-го периода (бор и углерод) окислительные свойства сильнее у углерода ($C$), так как он расположен правее бора ($B$).
2. Среди элементов IVA группы (углерод и кремний) окислительные свойства сильнее у углерода ($C$), так как он расположен выше кремния ($Si$).
3. Таким образом, из тройки бор-углерод-кремний самым сильным окислителем является углерод.
4. Сравним углерод ($C$) и хлор ($Cl$). Хлор находится в VIIA группе, то есть значительно правее углерода (IVA группа). Несмотря на то что хлор находится в 3-м периоде, а углерод во 2-м, решающее значение имеет положение в периоде. Смещение вправо по периоду приводит к более существенному увеличению электроотрицательности и окислительных свойств, чем их уменьшение при переходе на один период вниз.

Таким образом, из всех перечисленных неметаллов хлор является самым электроотрицательным элементом и, следовательно, обладает самыми сильными окислительными свойствами.

Ответ: 1) хлор.

8. В химической реакции, схема которой $C + H_2SO_4 \rightarrow SO_2 + CO_2 + H_2O$, восстановителем является

1) $S^{+4}$

2) $S^{+6}$

3) $C^{0}$

4) $C^{+4}$

Дано:

Схема химической реакции: $ \text{C} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{SO}_2 + \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} $

Найти:

Восстановитель в данной реакции.

Решение:

Восстановитель — это химическое вещество, атомы которого отдают электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. При этом восстановитель окисляется, то есть его степень окисления повышается. Чтобы найти восстановитель, необходимо определить степени окисления элементов в реагентах и продуктах.

Расставим степени окисления для элементов, которые их изменяют:

$ \stackrel{0}{\text{C}} + \text{H}_2\stackrel{+6}{\text{S}}\text{O}_4 \rightarrow \stackrel{+4}{\text{S}}\text{O}_2 + \stackrel{+4}{\text{C}}\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} $

1. Углерод (C) в левой части уравнения является простым веществом, его степень окисления равна 0. В правой части, в составе оксида углерода (IV) ($ \text{CO}_2 $), степень окисления углерода равна +4.
Изменение степени окисления: $ \stackrel{0}{\text{C}} \rightarrow \stackrel{+4}{\text{C}} $.
Степень окисления углерода увеличилась с 0 до +4. Это означает, что атом углерода отдал 4 электрона. Процесс отдачи электронов называется окислением. Вещество, которое окисляется, является восстановителем.

2. Сера (S) в левой части уравнения находится в составе серной кислоты ($ \text{H}_2\text{SO}_4 $), где её степень окисления равна +6. В правой части, в составе оксида серы (IV) ($ \text{SO}_2 $), степень окисления серы равна +4.
Изменение степени окисления: $ \stackrel{+6}{\text{S}} \rightarrow \stackrel{+4}{\text{S}} $.
Степень окисления серы уменьшилась с +6 до +4. Это означает, что атом серы принял 2 электрона. Процесс принятия электронов называется восстановлением. Вещество, которое восстанавливается, является окислителем.

Таким образом, восстановителем в данной реакции является углерод ($ \text{C} $) со степенью окисления 0. В вариантах ответа это $ \stackrel{0}{\text{C}} $, что соответствует варианту 3.

Ответ: 3

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

1) $2H_2S + SO_2 = 3S + 2H_2O$

2) $CaCO_3 = CaO + CO_2\uparrow$

3) $2NaNO_3 = 2NaNO_2 + O_2\uparrow$

4) $SO_2 + NO_2 + H_2O = H_2SO_4 + NO\uparrow$

Окислительно-восстановительной реакцией (ОВР) называется реакция, в результате которой изменяются степени окисления у атомов одного или нескольких элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Чтобы найти уравнение, которое не является ОВР, проанализируем степени окисления элементов в каждом из предложенных вариантов.

1) $2H_2S + SO_2 = 3S + 2H_2O$

Расставим степени окисления: $2\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{S} + \overset{+4}{S}\overset{-2}{O_2} = 3\overset{0}{S} + 2\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$. Сера в сероводороде ($H_2S$) имеет степень окисления $-2$ и окисляется до $0$ ($S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0$). Сера в диоксиде серы ($SO_2$) имеет степень окисления $+4$ и восстанавливается до $0$ ($S^{+4} + 4e^- \rightarrow S^0$). Поскольку степени окисления изменяются, это ОВР.

2) $CaCO_3 = CaO + CO_2\uparrow$

Расставим степени окисления: $\overset{+2}{Ca}\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_3} = \overset{+2}{Ca}\overset{-2}{O} + \overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2}\uparrow$. В этой реакции степени окисления всех элементов остаются неизменными: кальций (Ca) $+2$, углерод (C) $+4$, и кислород (O) $-2$. Так как ни один элемент не изменил свою степень окисления, эта реакция не является окислительно-восстановительной.

3) $2NaNO_3 = 2NaNO_2 + O_2\uparrow$

Расставим степени окисления: $2\overset{+1}{Na}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O_3} = 2\overset{+1}{Na}\overset{+3}{N}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{O_2}\uparrow$. Азот (N) изменяет степень окисления с $+5$ до $+3$ (восстанавливается: $N^{+5} + 2e^- \rightarrow N^{+3}$), а кислород (O) изменяет степень окисления с $-2$ до $0$ (окисляется: $2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$). Поскольку степени окисления изменяются, это ОВР.

4) $SO_2 + NO_2 + H_2O = H_2SO_4 + NO\uparrow$

Расставим степени окисления: $\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_2} + \overset{+4}{N}\overset{-2}{O_2} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} = \overset{+1}{H_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} + \overset{+2}{N}\overset{-2}{O}\uparrow$. Сера (S) изменяет степень окисления с $+4$ до $+6$ (окисляется: $S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6}$), а азот (N) изменяет степень окисления с $+4$ до $+2$ (восстанавливается: $N^{+4} + 2e^- \rightarrow N^{+2}$). Поскольку степени окисления изменяются, это ОВР.

Таким образом, единственная реакция, которая не является окислительно-восстановительной, — это реакция разложения карбоната кальция, представленная под номером 2.

Ответ: 2

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

$P + KClO_3 \rightarrow KCl + P_2O_5$

1) 52) 63) 104) 11

Решение

Чтобы определить коэффициент перед формулой окислителя в окислительно-восстановительной реакции, необходимо уравнять данную схему реакции методом электронного баланса.

Исходная схема реакции:

$P + KClO_3 \rightarrow KCl + P_2O_5$

1. Определяем степени окисления элементов в каждом веществе, чтобы найти, какие из них изменяют свою степень окисления в ходе реакции.

• $P^0$ — фосфор как простое вещество имеет степень окисления 0.
• $K^{+1}Cl^{+5}O_3^{-2}$ — в хлорате калия у калия +1, у кислорода -2, следовательно, у хлора +5.
• $K^{+1}Cl^{-1}$ — в хлориде калия у калия +1, у хлора -1.
• $P_2^{+5}O_5^{-2}$ — в оксиде фосфора(V) у кислорода -2, следовательно, у фосфора +5.

2. Выявляем процессы окисления и восстановления.

• Фосфор изменяет степень окисления с 0 до +5: $P^0 \rightarrow P^{+5}$. Степень окисления повышается, значит, фосфор отдает электроны и является восстановителем.
• Хлор изменяет степень окисления с +5 до -1: $Cl^{+5} \rightarrow Cl^{-1}$. Степень окисления понижается, значит, хлор принимает электроны. Вещество, содержащее хлор в степени окисления +5, то есть $KClO_3$, является окислителем.

3. Составляем электронный баланс. Учитываем, что в молекуле $P_2O_5$ два атома фосфора, поэтому в полуреакции окисления будем рассматривать два атома $P$.

$2P^0 - 10e^- \rightarrow P_2^{+5}$ (окисление)
$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ (восстановление)

4. Находим наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных (10) и принятых (6) электронов. НОК(10, 6) = 30. Чтобы уравнять число электронов, домножаем первую полуреакцию на 3, а вторую на 5.

$2P^0 - 10e^- \rightarrow P_2^{+5}$ $| \times 3$
$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ $| \times 5$

Полученные числа 3 и 5 являются коэффициентами в уравнении реакции. Коэффициент 3 относится к веществам, содержащим фосфор, а 5 — к веществам, содержащим хлор.

5. Расставляем коэффициенты в уравнении реакции:

Перед $P$ ставим $2 \times 3 = 6$.
Перед $P_2O_5$ ставим 3.
Перед $KClO_3$ ставим 5.
Перед $KCl$ ставим 5.

Получаем итоговое уравнение:

$6P + 5KClO_3 \rightarrow 5KCl + 3P_2O_5$

Проверяем баланс атомов:

• P: слева 6, справа $3 \times 2 = 6$.
• K: слева 5, справа 5.
• Cl: слева 5, справа 5.
• O: слева $5 \times 3 = 15$, справа $3 \times 5 = 15$.

Уравнение сбалансировано верно. Окислителем в данной реакции является $KClO_3$. Коэффициент перед формулой окислителя равен 5.

Ответ: 5.

11. Выберите верные утверждения об окислительно-восстановительных реакциях:

1) к ним не относятся реакции замещения

2) в них не соблюдается закон сохранения зарядов

3) к этому типу реакций относятся все реакции горения

4) к этому типу реакций относятся все реакции разложения

5) к ним относятся все реакции с участием простых веществ

1) к ним не относятся реакции замещения

Это утверждение неверно. Реакции замещения, в которых простое вещество взаимодействует со сложным, всегда являются окислительно-восстановительными. В ходе такой реакции атомы простого вещества (имеющие степень окисления 0) замещают атомы одного из элементов в сложном веществе, образуя новое соединение. При этом их степень окисления изменяется. Например, в реакции цинка с сульфатом меди: $Zn^0 + Cu^{+2}SO_4 \rightarrow Zn^{+2}SO_4 + Cu^0$. Здесь цинк повышает свою степень окисления с 0 до +2 (окисляется), а медь понижает с +2 до 0 (восстанавливается). Таким образом, реакции замещения относятся к окислительно-восстановительным.

Ответ: неверно.

2) в них не соблюдается закон сохранения зарядов

Это утверждение неверно. Закон сохранения заряда — это фундаментальный закон, который соблюдается во всех химических процессах. В окислительно-восстановительных реакциях происходит передача электронов от восстановителя к окислителю. При составлении уравнений таких реакций с помощью метода электронного баланса или метода полуреакций мы всегда следим за тем, чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых окислителем. Это и есть проявление закона сохранения заряда на микроуровне, что обеспечивает электронейтральность системы в целом.

Ответ: неверно.

3) к этому типу реакций относятся все реакции горения

Это утверждение верно. Горение представляет собой процесс взаимодействия вещества с окислителем (чаще всего с кислородом воздуха $O_2$), сопровождающийся выделением тепла и света. Кислород как простое вещество имеет степень окисления 0. В продуктах горения (оксидах, воде) он приобретает отрицательную степень окисления (обычно -2). Элементы, входящие в состав горючего вещества, наоборот, повышают свою степень окисления. Например, при горении метана ($CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$) углерод изменяет степень окисления с -4 до +4, а кислород — с 0 до -2. Так как всегда происходит изменение степеней окисления, все реакции горения являются окислительно-восстановительными.

Ответ: верно.

4) к этому типу реакций относятся все реакции разложения

Это утверждение неверно. Реакции разложения могут протекать как с изменением степеней окисления, так и без него. Например, разложение дихромата аммония — это ОВР: $(NH_4)_2Cr_2O_7 \rightarrow N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O$. Здесь азот меняет степень окисления с -3 до 0, а хром — с +6 до +3. Однако разложение гидроксида меди(II) при нагревании ($Cu(OH)_2 \rightarrow CuO + H_2O$) не является окислительно-восстановительной реакцией, так как степени окисления меди (+2), кислорода (-2) и водорода (+1) не изменяются.

Ответ: неверно.

5) к ним относятся все реакции с участием простых веществ

Это утверждение верно. Простое вещество состоит из атомов одного элемента и имеет нулевую степень окисления. Если простое вещество вступает в реакцию, образуя сложное вещество, его атомы обязательно меняют свою степень окисления на ненулевую. Если же простое вещество образуется из сложного, то степень окисления его атомов изменяется до нуля. В любом случае происходит изменение степени окисления хотя бы у одного элемента, что и характеризует реакцию как окислительно-восстановительную. Например, синтез хлороводорода ($H_2^0 + Cl_2^0 \rightarrow 2H^{+1}Cl^{-1}$) или разложение воды ($2H_2^{+1}O^{-2} \rightarrow 2H_2^0 + O_2^0$).

Ответ: верно.

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

ФОРМУЛА ЧАСТИЦЫФУНКЦИЯ В ОВР

А) $Cl^0$ 1) только окислитель

Б) $Fe^{+3}$ 2) только восстановитель

В) $Al^0$ 3) и окислитель, и восстановитель

Г) $Cl^{+7}$

Чтобы определить функцию частицы в окислительно-восстановительной реакции (ОВР), необходимо проанализировать степень окисления (С.О.) элемента в этой частице. Общие правила таковы:

• Если элемент находится в своей низшей возможной степени окисления, он может только отдавать электроны (окисляться) и, следовательно, выступать только в роли восстановителя.
• Если элемент находится в своей высшей возможной степени окисления, он может только принимать электроны (восстанавливаться) и, следовательно, выступать только в роли окислителя.
• Если элемент находится в промежуточной степени окисления, он может как отдавать электроны (окисляться), так и принимать их (восстанавливаться). Такая частица может быть и окислителем, и восстановителем.

А) $Cl^0$

Хлор ($Cl$) — элемент 17-й группы (VIIA), его возможные степени окисления находятся в диапазоне от -1 (низшая) до +7 (высшая). Степень окисления 0 является промежуточной. Это означает, что атом хлора может как понижать свою степень окисления (принимать электроны), так и повышать ее (отдавать электроны). Например, в реакции диспропорционирования хлора в щелочи: $Cl_2^0 + 2NaOH \rightarrow Na\overset{-1}{Cl} + Na\overset{+1}{Cl}O + H_2O$. Здесь хлор одновременно и восстанавливается до С.О. -1, и окисляется до С.О. +1. Таким образом, частица $Cl^0$ может быть и окислителем, и восстановителем.

Ответ: 3

Б) $Fe^{+3}$

Железо ($Fe$) — переходный металл, который может проявлять несколько степеней окисления, наиболее распространенные из которых 0, +2, +3, +6. Степень окисления +3 является промежуточной. Ион $Fe^{+3}$ может быть окислителем, принимая электроны и восстанавливаясь до $Fe^{+2}$ или $Fe^0$. Пример: $2\overset{+3}{Fe}Cl_3 + 2KI \rightarrow 2\overset{+2}{Fe}Cl_2 + I_2 + 2KCl$. Также $Fe^{+3}$ может быть восстановителем, окисляясь до более высокой степени окисления, например, +6 (в составе ферратов) под действием сильных окислителей в щелочной среде: $2\overset{+3}{Fe}(OH)_3 + 3Br_2 + 10KOH \rightarrow 2K_2\overset{+6}{Fe}O_4 + 6KBr + 8H_2O$. Следовательно, частица $Fe^{+3}$ может выполнять роль и окислителя, и восстановителя.

Ответ: 3

В) $Al^0$

Алюминий ($Al$) — металл 13-й группы (IIIA). В виде простого вещества имеет степень окисления 0, что является для него низшей степенью окисления. В соединениях алюминий проявляет постоянную степень окисления +3. Поскольку атом алюминия находится в низшей степени окисления, он может только отдавать электроны, то есть окисляться: $Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$. Поэтому $Al^0$ в окислительно-восстановительных реакциях всегда является восстановителем.

Ответ: 2

Г) $Cl^{+7}$

Атом хлора в степени окисления +7 находится в своей высшей возможной степени окисления (диапазон от -1 до +7). Находясь в высшей степени окисления, атом уже не может отдавать электроны, а может их только принимать, то есть восстанавливаться. Например, перхлорат-ион ($ClO_4^-$), где хлор имеет С.О. +7, является сильным окислителем. Следовательно, частица $Cl^{+7}$ может быть только окислителем.

Ответ: 1