Страница 136 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. Наименьшая массовая доля кислорода в веществе, формула которого

Формулы оксидов: Al₂O₃, Fe₂O₃, B₂O₃, N₂O₃.

Вещество с наименьшей массовой долей кислорода.

Массовая доля элемента в веществе, обозначаемая ω(Э), вычисляется по формуле:

$ \omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\% $

где $ n $ – это число атомов элемента в формуле, $ Ar(Э) $ – относительная атомная масса элемента, а $ Mr(вещества) $ – относительная молекулярная масса вещества.

Все представленные соединения имеют общую формулу Э₂О₃. Массовая доля кислорода в них определяется выражением:

$ \omega(O) = \frac{3 \cdot Ar(O)}{2 \cdot Ar(Э) + 3 \cdot Ar(O)} $

Из этой формулы видно, что массовая доля кислорода $ \omega(O) $ будет наименьшей, когда знаменатель дроби, то есть молекулярная масса $ Mr(Э₂O₃) $, будет наибольшим. Поскольку масса кислорода ($ 3 \cdot Ar(O) $) во всех соединениях одинакова, знаменатель будет максимальным для того элемента Э, у которого наибольшая относительная атомная масса $ Ar(Э) $.

Сравним относительные атомные массы элементов (округляя до целых чисел):

• $ Ar(B) \approx 11 $
• $ Ar(N) \approx 14 $
• $ Ar(Al) \approx 27 $
• $ Ar(Fe) \approx 56 $

Наибольшая атомная масса у железа (Fe). Следовательно, оксид железа(III) Fe₂O₃ будет иметь наибольшую молекулярную массу и, как следствие, наименьшую массовую долю кислорода.

Для подтверждения этого вывода проведем точные расчеты для каждого варианта. Будем использовать $ Ar(O) \approx 16 $.

1) Al₂O₃

Относительная молекулярная масса: $ Mr(Al_2O_3) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102 $.

Массовая доля кислорода: $ \omega(O) = \frac{3 \cdot 16}{102} = \frac{48}{102} \approx 0,471 $ или $ 47,1\% $.

2) Fe₂O₃

Относительная молекулярная масса: $ Mr(Fe_2O_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 112 + 48 = 160 $.

Массовая доля кислорода: $ \omega(O) = \frac{3 \cdot 16}{160} = \frac{48}{160} = 0,3 $ или $ 30,0\% $.

3) B₂O₃

Относительная молекулярная масса: $ Mr(B_2O_3) = 2 \cdot 11 + 3 \cdot 16 = 22 + 48 = 70 $.

Массовая доля кислорода: $ \omega(O) = \frac{3 \cdot 16}{70} = \frac{48}{70} \approx 0,686 $ или $ 68,6\% $.

4) N₂O₃

Относительная молекулярная масса: $ Mr(N_2O_3) = 2 \cdot 14 + 3 \cdot 16 = 28 + 48 = 76 $.

Массовая доля кислорода: $ \omega(O) = \frac{3 \cdot 16}{76} = \frac{48}{76} \approx 0,632 $ или $ 63,2\% $.

Сравнивая вычисленные значения ($ 47,1\%; 30,0\%; 68,6\%; 63,2\% $), мы подтверждаем, что наименьшая массовая доля кислорода в оксиде железа(III).

Ответ: 2) Fe₂O₃

9. Верны ли утверждения?

А. Продуктами реакций обмена не могут быть простые вещества.

Б. Большинство химических реакций в живых организмах протекает с участием ферментов (органические катализаторы).

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Для выбора правильного варианта ответа необходимо последовательно проанализировать каждое из предложенных утверждений.

А. Продуктами реакций обмена не могут быть простые вещества.

Реакции обмена — это химические реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются своими составными частями. Общая схема такой реакции выглядит следующим образом: $AB + CD \rightarrow AD + CB$. Важнейшей характеристикой реакций обмена является то, что степени окисления элементов в их ходе не изменяются.

Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, и степень окисления этих атомов равна нулю (например, $O_2$, $Fe$, $Cl_2$). В сложных веществах, вступающих в реакцию обмена, элементы имеют ненулевые степени окисления. Чтобы в результате реакции образовалось простое вещество, необходимо, чтобы один из элементов изменил свою степень окисления на ноль. Реакции, в которых происходит изменение степеней окисления, относятся к классу окислительно-восстановительных, а не к реакциям обмена.

Таким образом, исходя из определения, продукты реакций обмена не могут быть простыми веществами. Утверждение А является верным.

Б. Большинство химических реакций в живых организмах протекает с участием ферментов (органические катализаторы).

Ферменты (энзимы) — это биологические катализаторы, как правило, белковой природы, которые многократно ускоряют химические реакции в живых системах. Совокупность всех химических реакций в организме, называемая метаболизмом, является основой его жизнедеятельности.

В мягких условиях живой клетки (относительно низкая температура, нормальное давление, нейтральная среда) большинство биохимических реакций протекало бы чрезвычайно медленно, если бы не участие ферментов. Они обеспечивают необходимую для поддержания жизни скорость и специфичность процессов, таких как пищеварение, дыхание, синтез белков и нуклеиновых кислот. Практически каждая стадия метаболических путей катализируется своим специфическим ферментом. Следовательно, утверждение Б также является верным.

Поскольку оба утверждения, А и Б, являются верными, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

10. Выберите схему, в которой не нужно расставлять коэффициенты при написании уравнения реакции.

1) $SO_2 + O_2 \rightarrow SO_3 \uparrow$

2) $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2 \uparrow$

3) $Cl_2 + NaBr \rightarrow Br_2 + NaCl$

4) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

Чтобы выбрать схему, в которой не нужно расставлять коэффициенты, необходимо для каждой из них проверить закон сохранения массы. Согласно этому закону, количество атомов каждого элемента до реакции (в левой части уравнения) должно быть равно количеству атомов после реакции (в правой части).

1) $SO_2 + O_2 \rightarrow SO_3$

Подсчитаем атомы в левой и правой частях:
Слева: 1 атом серы (S), 2 + 2 = 4 атома кислорода (O).
Справа: 1 атом серы (S), 3 атома кислорода (O).
Число атомов кислорода не сбалансировано (4 ≠ 3), поэтому требуется расстановка коэффициентов. Правильное уравнение: $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$.

Ответ: Требуется расстановка коэффициентов.

2) $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2$

Подсчитаем атомы в левой и правой частях:
Слева: 1 атом калия (K), 1 атом азота (N), 3 атома кислорода (O).
Справа: 1 атом калия (K), 1 атом азота (N), 2 + 2 = 4 атома кислорода (O).
Число атомов кислорода не сбалансировано (3 ≠ 4), поэтому требуется расстановка коэффициентов. Правильное уравнение: $2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2$.

Ответ: Требуется расстановка коэффициентов.

3) $Cl_2 + NaBr \rightarrow Br_2 + NaCl$

Подсчитаем атомы в левой и правой частях:
Слева: 2 атома хлора (Cl), 1 атом натрия (Na), 1 атом брома (Br).
Справа: 2 атома брома (Br), 1 атом натрия (Na), 1 атом хлора (Cl).
Число атомов хлора (2 ≠ 1) и брома (1 ≠ 2) не сбалансировано, поэтому требуется расстановка коэффициентов. Правильное уравнение: $Cl_2 + 2NaBr \rightarrow Br_2 + 2NaCl$.

Ответ: Требуется расстановка коэффициентов.

4) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

Подсчитаем атомы в левой и правой частях:
Слева: 1 атом кальция (Ca), 1 + 1 = 2 атома кислорода (O), 2 атома водорода (H).
Справа: 1 атом кальция (Ca), 2 атома кислорода (O), 2 атома водорода (H).
Число атомов для всех элементов в левой и правой частях совпадает. Коэффициенты расставлять не нужно.

Ответ: Не требуется расстановка коэффициентов.

11. Определите тип химической реакции, схема которой

$Na + H_2O \to H_2 \uparrow + NaOH$

1) реакция обмена

2) реакция разложения

3) реакция замещения

4) эндотермическая реакция

5) экзотермическая реакция

Проанализируем химическую реакцию, схема которой дана в задании, по различным классификационным признакам. Для начала сбалансируем уравнение реакции, расставив стехиометрические коэффициенты:

$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$

Теперь рассмотрим каждый предложенный тип реакции.

1) реакция обмена

Реакция обмена — это химическая реакция, в которую вступают два сложных вещества, обменивающиеся своими составными частями. В рассматриваемой реакции одним из реагентов является простое вещество — натрий ($Na$). Следовательно, эта реакция не является реакцией обмена.

2) реакция разложения

Реакция разложения — это химическая реакция, в ходе которой из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ (простых или сложных). В данном случае в реакцию вступают два исходных вещества ($Na$ и $H_2O$), а не одно. Следовательно, это не реакция разложения.

3) реакция замещения

Реакция замещения — это химическая реакция между простым и сложным веществами, при которой атомы простого вещества замещают атомы одного из химических элементов в сложном веществе. В данной реакции атомы простого вещества натрия ($Na$) замещают один из атомов водорода в сложном веществе воде ($H_2O$). В результате образуются новое сложное вещество (гидроксид натрия, $NaOH$) и новое простое вещество (водород, $H_2$). Таким образом, данная реакция является реакцией замещения.

4) эндотермическая реакция

Эндотермическая реакция — это реакция, которая протекает с поглощением теплоты из окружающей среды. Реакция натрия с водой, напротив, является бурной и сопровождается выделением значительного количества тепла. Следовательно, она не является эндотермической.

5) экзотермическая реакция

Экзотермическая реакция — это реакция, которая протекает с выделением теплоты в окружающую среду. Взаимодействие щелочных металлов, к которым относится натрий, с водой всегда является экзотермическим процессом, который можно записать с указанием теплового эффекта: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow + Q$. Тепла выделяется так много, что образующийся водород может самовоспламениться. Следовательно, данная реакция является экзотермической.

Таким образом, химическая реакция взаимодействия натрия с водой классифицируется как реакция замещения (по составу реагентов и продуктов) и как экзотермическая реакция (по тепловому эффекту). Правильными являются утверждения под номерами 3 и 5.

Ответ: 3, 5

12. Установите соответствие между химической реакцией и её характерным признаком.

ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ

ХАРАКТЕРНЫЙ ПРИЗНАК

А) образование налёта (патины)

1) выделение тепла и света

Б) гашение соды на медном

2) изменение цвета

изделии уксусом

3) появление запаха

В) горение бытового газа

4) выделение газа

А) образование налёта (патины)

Патина представляет собой плёнку, которая образуется на поверхности меди и её сплавов в результате химических реакций с компонентами окружающей среды. Сама медь имеет красновато-золотистый цвет, в то время как патина, состоящая из различных соединений меди, таких как основной карбонат меди ($ (CuOH)_2CO_3 $), обычно имеет зелёный или голубовато-зелёный цвет. Следовательно, ключевым признаком образования патины является изменение цвета металлической поверхности.

Ответ: 2

Б) гашение соды на медном изделии уксусом

Процесс, называемый "гашение соды уксусом", представляет собой химическую реакцию между гидрокарбонатом натрия ($ NaHCO_3 $, пищевая сода) и уксусной кислотой ($ CH_3COOH $). В результате этой реакции происходит образование ацетата натрия, воды и углекислого газа ($ CO_2 $). Уравнение реакции выглядит следующим образом: $ NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O + CO_2 \uparrow $. Визуально эта реакция проявляется в виде бурного шипения и образования пены, что является следствием интенсивного выделения углекислого газа.

Ответ: 4

В) горение бытового газа

Горение — это процесс окисления, протекающий с высокой скоростью и сопровождающийся выделением большого количества энергии в форме тепла и света. Бытовой газ, который в основном состоит из метана ($ CH_4 $), реагирует с кислородом воздуха. Реакция горения метана: $ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O $. Главным и наиболее заметным признаком горения является наличие пламени, то есть одновременное выделение тепла и света.

Ответ: 1

13. Многие сельскохозяйственные культуры выращивают в теплицах. Для их обогрева сжигают природный газ, основным компонентом которого является метан $CH_4$.

Напишите уравнение реакции горения метана с образованием углекислого газа и воды. Можно ли охарактеризовать эту реакцию по двум признакам:

а) составу и числу реагентов и продуктов реакции;

б) тепловому эффекту? Поясните ответ.

Сначала напишем уравнение реакции горения метана. Метан ($CH_4$) реагирует с кислородом ($O_2$) с образованием углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$).

Сбалансированное уравнение реакции:

$$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$$

Далее охарактеризуем эту реакцию по двум предложенным признакам.

а) составу и числу реагентов и продуктов реакции

В данной реакции участвуют два исходных вещества (реагента): метан ($CH_4$) и кислород ($O_2$). По составу метан является сложным веществом (состоит из атомов углерода и водорода), а кислород — простым веществом (состоит только из атомов кислорода). В результате реакции образуются два продукта: углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Оба продукта являются сложными веществами. Таким образом, эта реакция не относится к реакциям соединения (где из нескольких веществ образуется одно), разложения (где из одного вещества образуется несколько) или обмена. Это окислительно-восстановительная реакция, в которой из двух веществ (одного простого и одного сложного) образуются два новых сложных вещества.

Ответ: В реакцию вступают два вещества (одно сложное и одно простое), в результате чего образуются два новых сложных вещества.

б) тепловому эффекту

По тепловому эффекту химические реакции делятся на экзотермические (протекающие с выделением теплоты) и эндотермические (протекающие с поглощением теплоты). Реакция горения — это процесс, который всегда сопровождается выделением значительного количества энергии в виде тепла и света. В условии задачи прямо сказано, что метан сжигают для "обогрева", что непосредственно указывает на выделение теплоты. Следовательно, реакция горения метана является экзотермической. В термохимических уравнениях это показывают, добавляя тепловой эффект $Q$ в правую часть уравнения со знаком плюс.

$$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + Q$$

Ответ: Реакция является экзотермической, так как протекает с выделением теплоты.