Страница 146 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Навеску лития сожгли в кислороде. Продукт реакции растворили в воде. Полученный раствор окрасил фенолфталеин в малиновый цвет. Напишите соответствующие эксперименту уравнения реакций.

$4Li + O_2 \to 2Li_2O$

$Li_2O + H_2O \to 2LiOH$

Решение

В данном эксперименте последовательно протекают две химические реакции.

1. Сначала металл литий ($Li$) сжигают в кислороде ($O_2$). Литий является щелочным металлом и при горении в кислороде образует оксид лития ($Li_2O$). Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

$4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$

2. Затем продукт реакции, оксид лития ($Li_2O$), растворяют в воде ($H_2O$). Оксид лития — это основной оксид, который при взаимодействии с водой образует сильное основание (щелочь) — гидроксид лития ($LiOH$):

$Li_2O + H_2O \rightarrow 2LiOH$

Тот факт, что полученный раствор окрасил фенолфталеин в малиновый цвет, подтверждает образование щелочи. Гидроксид лития в водном растворе диссоциирует на ионы $Li^+$ и гидроксид-ионы $OH^-$, которые и создают щелочную среду, изменяющую цвет индикатора.

Ответ:

Соответствующие эксперименту уравнения реакций:

$4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$

$Li_2O + H_2O \rightarrow 2LiOH$

14. Аммиак $NH_3$ — сырьё для производства удобрений, азотной кислоты, взрывчатых веществ, синтетических волокон — получают взаимодействием азота и водорода. Определите объём аммиака (н. у.), который можно получить из 10 моль азота.

Дано:

Количество вещества азота $v(\text{N}_2) = 10 \text{ моль}$

Условия: нормальные (н. у.)

Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

Объем аммиака $V(\text{NH}_3)$ - ?

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции получения аммиака из азота и водорода. Это обратимый процесс, известный как процесс Габера-Боша:

$\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$

Из этого уравнения видно стехиометрическое соотношение между реагентами и продуктами. На 1 моль азота ($\text{N}_2$) приходится 3 моль водорода ($\text{H}_2$) и образуется 2 моль аммиака ($\text{NH}_3$).

2. По уравнению реакции определим количество вещества аммиака, которое может быть получено из 10 моль азота. Соотношение количеств веществ азота и аммиака составляет:

$\frac{v(\text{N}_2)}{1} = \frac{v(\text{NH}_3)}{2}$

Отсюда выражаем количество вещества аммиака:

$v(\text{NH}_3) = 2 \times v(\text{N}_2)$

Подставляем данное значение количества вещества азота:

$v(\text{NH}_3) = 2 \times 10 \text{ моль} = 20 \text{ моль}$

3. Теперь, зная количество вещества аммиака, мы можем найти его объем при нормальных условиях (н. у.). Согласно закону Авогадро, 1 моль любого газа при н. у. занимает объем 22,4 литра. Этот объем называется молярным объемом ($V_m$). Объем газа рассчитывается по формуле:

$V = v \times V_m$

Рассчитаем объем аммиака:

$V(\text{NH}_3) = v(\text{NH}_3) \times V_m = 20 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 448 \text{ л}$

Ответ: из 10 моль азота можно получить 448 л аммиака (при н. у.).

1. Неверным является следующее утверждение:

1) в воздухе присутствуют водяные пары

2) объёмная доля кислорода в воздухе 21 %

3) воздух — это смесь, состоящая только из кислорода и азота

4) в воздухе содержится углекислый газ

Решение

Для того чтобы найти неверное утверждение, необходимо последовательно проанализировать каждое из предложенных вариантов.

1) в воздухе присутствуют водяные пары

Это утверждение является верным. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество воды в газообразном состоянии, то есть в виде водяного пара. Количество этого пара характеризует влажность воздуха. Он попадает в атмосферу в результате испарения с поверхности водоемов, почвы и в процессе дыхания живых организмов.

2) объёмная доля кислорода в воздухе 21 %

Это утверждение является верным. Воздух — это сложная смесь газов. Объёмная доля кислорода ($O_2$) в сухом воздухе у поверхности Земли составляет примерно 20,95 %, что для практических расчетов и в большинстве справочных материалов округляется до 21 %. Это второй по объему компонент воздуха после азота.

3) воздух — это смесь, состоящая только из кислорода и азота

Это утверждение является неверным. Хотя азот ($N_2$, около 78 %) и кислород ($O_2$, около 21 %) являются основными компонентами воздуха и в сумме составляют 99 % его объёма, он не состоит только из них. В состав воздуха также входят и другие газы, такие как аргон ($Ar$, около 0,93 %), углекислый газ ($CO_2$, около 0,04 %), а также незначительные количества неона, гелия, криптона, ксенона и других газов. Использование слова «только» делает данное утверждение ложным.

4) в воздухе содержится углекислый газ

Это утверждение является верным. Углекислый газ ($CO_2$) является постоянной составной частью атмосферы. Несмотря на его относительно низкую концентрацию (около 0,04 %), он играет критически важную роль в жизненных циклах на планете (фотосинтез) и в регуляции климата (парниковый эффект).

Таким образом, после анализа всех вариантов мы приходим к выводу, что единственным ложным утверждением является третье.

Ответ: 3

2. Водород, в отличие от кислорода

1) сложное вещество

2) легче воздуха

3) газ без цвета и запаха

4) имеет вкус

Для определения правильного варианта ответа необходимо проанализировать физические и химические свойства водорода и кислорода, указанные в каждом пункте.

Дано:

Найти:

Отличительное свойство водорода от кислорода из предложенного списка.

Решение:

Проведём поочерёдный анализ каждого утверждения, чтобы найти свойство, которым обладает водород, но не обладает кислород.

1) сложное вещество

Это утверждение неверно. И водород (молекула $H_2$), и кислород (молекула $O_2$) являются простыми веществами, так как состоят из атомов одного химического элемента. Сложные вещества, например вода ($H_2O$), состоят из атомов разных элементов. Таким образом, это не является отличительной чертой.

2) легче воздуха

Чтобы проверить это утверждение, сравним молярные массы газов со средней молярной массой воздуха.

Молярная масса водорода: $M(H_2) = 2 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 1 = 2 \text{ г/моль}$.

Молярная масса кислорода: $M(O_2) = 2 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$.

Так как $M(H_2) < M_{возд}$ ($2 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$), водород действительно легче воздуха.

В то же время, $M(O_2) > M_{возд}$ ($32 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$), что означает, что кислород тяжелее воздуха.

Следовательно, это свойство является отличительным для водорода по сравнению с кислородом. Утверждение верно.

3) газ без цвета и запаха

И водород, и кислород при нормальных условиях являются газами без цвета и запаха. Это их общее свойство, а не отличие.

4) имеет вкус

Ни водород, ни кислород не имеют вкуса. Утверждение неверно для обоих веществ.

Таким образом, единственное свойство из списка, которое присуще водороду в отличие от кислорода, — это то, что он легче воздуха.

Ответ: 2

3. «Лишним» является оксид, формула которого

1) $Cu_2O$

2) $K_2O$

3) $FeO$

4) $NO$

Чтобы определить, какой оксид является «лишним» в предложенном списке, необходимо классифицировать каждый из них по их химическим свойствам. Оксиды делятся на основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие (нейтральные).

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) $Cu_2O$ — оксид меди(I). Это оксид, образованный металлом (медью) в низкой степени окисления (+1). Такие оксиды, как правило, проявляют основные свойства. $Cu_2O$ реагирует с кислотами, образуя соль и воду, что подтверждает его основный характер.

2) $K_2O$ — оксид калия. Калий — это щелочной металл. Его оксид является ярко выраженным основным оксидом. Он активно реагирует с водой с образованием щёлочи ($KOH$) и с кислотами.

3) $FeO$ — оксид железа(II). Это оксид, образованный металлом (железом) в степени окисления +2. Он также относится к классу основных оксидов, так как взаимодействует с кислотами с образованием солей железа(II).

4) $NO$ — оксид азота(II). Азот — это неметалл. Оксид азота(II) является несолеобразующим (или нейтральным) оксидом. Это означает, что он не вступает в реакции с кислотами или основаниями с образованием соли.

Таким образом, три оксида из списка ($Cu_2O$, $K_2O$, $FeO$) являются основными оксидами, в то время как оксид $NO$ является несолеобразующим. По этому признаку $NO$ и является «лишним» в данном ряду.

Ответ: 4) $NO$.

4. Наибольшая массовая доля кислорода в оксиде, формула которого

1) $MgO$

2) $CO$

3) $CaO$

4) $NO$

Чтобы найти оксид с наибольшей массовой долей кислорода, необходимо рассчитать эту долю для каждого из предложенных соединений. Массовая доля элемента в соединении вычисляется по формуле:

$ \omega(\text{Э}) = \frac{n \cdot A_r(\text{Э})}{M_r(\text{соединения})} \cdot 100\% $

где $ \omega(\text{Э}) $ – массовая доля элемента, $ n $ – число атомов этого элемента в формуле, $ A_r(\text{Э}) $ – относительная атомная масса элемента, а $ M_r(\text{соединения}) $ – относительная молекулярная масса всего соединения.

Для решения задачи нам понадобятся относительные атомные массы элементов (округлённые до целых чисел):

• $ A_r(\text{Mg}) = 24 $
• $ A_r(\text{C}) = 12 $
• $ A_r(\text{Ca}) = 40 $
• $ A_r(\text{N}) = 14 $
• $ A_r(\text{O}) = 16 $

Проведем расчеты для каждого оксида.

1) MgO

Относительная молекулярная масса оксида магния:

$ M_r(\text{MgO}) = A_r(\text{Mg}) + A_r(\text{O}) = 24 + 16 = 40 $

Массовая доля кислорода в MgO:

$ \omega(\text{O}) = \frac{A_r(\text{O})}{M_r(\text{MgO})} = \frac{16}{40} = 0.4 $ или $ 40\% $

Ответ: 40%

2) CO

Относительная молекулярная масса оксида углерода(II):

$ M_r(\text{CO}) = A_r(\text{C}) + A_r(\text{O}) = 12 + 16 = 28 $

Массовая доля кислорода в CO:

$ \omega(\text{O}) = \frac{A_r(\text{O})}{M_r(\text{CO})} = \frac{16}{28} \approx 0.571 $ или $ 57.1\% $

Ответ: 57.1%

3) CaO

Относительная молекулярная масса оксида кальция:

$ M_r(\text{CaO}) = A_r(\text{Ca}) + A_r(\text{O}) = 40 + 16 = 56 $

Массовая доля кислорода в CaO:

$ \omega(\text{O}) = \frac{A_r(\text{O})}{M_r(\text{CaO})} = \frac{16}{56} \approx 0.286 $ или $ 28.6\% $

Ответ: 28.6%

4) NO

Относительная молекулярная масса оксида азота(II):

$ M_r(\text{NO}) = A_r(\text{N}) + A_r(\text{O}) = 14 + 16 = 30 $

Массовая доля кислорода в NO:

$ \omega(\text{O}) = \frac{A_r(\text{O})}{M_r(\text{NO})} = \frac{16}{30} \approx 0.533 $ или $ 53.3\% $

Ответ: 53.3%

Сравнивая полученные результаты:

• $ \omega(\text{O}) $ в MgO = 40%
• $ \omega(\text{O}) $ в CO = 57.1%
• $ \omega(\text{O}) $ в CaO = 28.6%
• $ \omega(\text{O}) $ в NO = 53.3%

Наибольшая массовая доля кислорода наблюдается в оксиде углерода(II) (CO).

Примечание: можно было решить задачу без подробных расчетов. Во всех формулах (MgO, CO, CaO, NO) на один атом кислорода приходится один атом другого элемента. Массовая доля кислорода $ \omega(\text{O}) = \frac{A_r(\text{O})}{M_r(\text{оксида})} $. Поскольку числитель ($ A_r(\text{O}) = 16 $) одинаков для всех вариантов, наибольшая доля будет в том соединении, у которого наименьший знаменатель, то есть наименьшая молекулярная масса. Это достигается, когда атомная масса второго элемента минимальна. Сравнивая атомные массы Mg (24), C (12), Ca (40) и N (14), видим, что наименьшая масса у углерода (C). Следовательно, оксид CO будет иметь наибольшую массовую долю кислорода.

Ответ: 2) CO

5. Щелочами являются оба вещества, формулы которых:

1) $Ca(OH)_2$, $CsOH$

2) $H_2SO_4$, $LiOH$

3) $BaO$, $NaOH$

4) $KOH$, $Fe(OH)_3$

Решение

Щелочами называют растворимые в воде основания. К ним относятся гидроксиды щелочных металлов (элементы IA-группы, например, $Li, Na, K, Cs$) и щёлочноземельных металлов (элементы IIA-группы, начиная с кальция: $Ca, Sr, Ba$). Проанализируем предложенные варианты:

Следовательно, единственная пара, в которой оба вещества являются щелочами, это $Ca(OH)_2$ и $CsOH$.

Ответ: 1