Страница 150 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

$2Ca + O_2 \to 2CaO$

$CaO + H_2O \to Ca(OH)_2$

Решение

В задаче описана последовательность двух химических реакций.

1. Горение кальция в кислороде. Кальций ($Ca$) — это металл второй группы главной подгруппы. При взаимодействии с кислородом ($O_2$) он образует оксид кальция ($CaO$). Уравнение этой реакции горения:

$2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$

2. Растворение продукта реакции в воде. Продуктом первой реакции является оксид кальция ($CaO$). Это основный оксид, который при взаимодействии с водой ($H_2O$) образует соответствующее основание — гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), который является щелочью:

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

Образовавшийся гидроксид кальция диссоциирует в водном растворе на ионы кальция ($Ca^{2+}$) и гидроксид-ионы ($OH^−$). Именно наличие гидроксид-ионов обуславливает щелочную среду раствора. Индикатор фенолфталеин в щелочной среде приобретает малиновую окраску, что и подтверждает протекание второй реакции.

Ответ:

$2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$

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

14. Кислород в лаборатории получают разложением пероксида водорода с использованием катализатора. Какой объём кислорода (н. у.) образуется при разложении 0,2 моль пероксида водорода?

Дано:

Количество вещества пероксида водорода $n(H_2O_2) = 0.2 \text{ моль}$

Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$

Найти:

Объем кислорода $V(O_2) - ?$

Решение:

1. Сначала запишем уравнение химической реакции разложения пероксида водорода. Катализатор (часто $MnO_2$) ускоряет реакцию, но не входит в состав продуктов, поэтому его указывают над стрелкой.

$2H_2O_2 \xrightarrow{кат.} 2H_2O + O_2 \uparrow$

2. Из уравнения реакции следует, что стехиометрическое соотношение между пероксидом водорода и кислородом составляет 2:1. Это означает, что из 2 моль $H_2O_2$ образуется 1 моль $O_2$.

Используя это соотношение, можно найти количество вещества кислорода ($n(O_2)$), которое образуется из 0,2 моль пероксида водорода ($n(H_2O_2)$):

$\frac{n(H_2O_2)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

Выразим и рассчитаем количество вещества кислорода:

$n(O_2) = \frac{n(H_2O_2)}{2} = \frac{0.2 \text{ моль}}{2} = 0.1 \text{ моль}$

3. Теперь, зная количество вещества кислорода, мы можем рассчитать его объем при нормальных условиях (н. у.). Объем газа связан с количеством вещества через молярный объем ($V_m$), который при н. у. равен 22,4 л/моль.

Формула для расчета объема:

$V = n \cdot V_m$

Подставляем наши значения:

$V(O_2) = 0.1 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 2.24 \text{ л}$

Ответ: при разложении 0,2 моль пероксида водорода образуется 2,24 л кислорода.

1. Выберите ряд, в котором представлены формулы веществ четырёх разных классов неорганических соединений.

1) $SO_3$, $K_2CO_3$, $HCl$, $CuO$

2) $Na_3PO_4$, $Li_2O$, $KOH$, $HNO_3$

3) $Ca(OH)_2$, $N_2O$, $CaCl_2$, $Fe_2O_3$

4) $CO_2$, $CaO$, $BaCO_3$, $H_2SO_4$

Решение

Для решения задачи необходимо определить классы неорганических соединений для каждого вещества в предложенных рядах и найти тот, в котором представлены четыре различных класса.

Основные классы неорганических соединений: оксиды, кислоты, основания, соли.

1) $SO_3$, $K_2CO_3$, $HCl$, $CuO$

Проанализируем вещества в этом ряду: $SO_3$ (оксид серы(VI)) — это кислотный оксид; $K_2CO_3$ (карбонат калия) — это соль; $HCl$ (соляная кислота) — это кислота; $CuO$ (оксид меди(II)) — это основный оксид. В данном ряду представлены вещества трёх классов: оксиды, соли и кислоты. Следовательно, этот вариант не подходит.

2) $Na_3PO_4$, $Li_2O$, $KOH$, $HNO_3$

Проанализируем вещества в этом ряду: $Na_3PO_4$ (фосфат натрия) — это соль; $Li_2O$ (оксид лития) — это основный оксид; $KOH$ (гидроксид калия) — это основание (щёлочь); $HNO_3$ (азотная кислота) — это кислота. В данном ряду представлены вещества четырёх разных классов: соли, оксиды, основания и кислоты. Этот вариант удовлетворяет условию задачи.

3) $Ca(OH)_2$, $N_2O$, $CaCl_2$, $Fe_2O_3$

Проанализируем вещества в этом ряду: $Ca(OH)_2$ (гидроксид кальция) — это основание; $N_2O$ (оксид азота(I)) — это несолеобразующий оксид; $CaCl_2$ (хлорид кальция) — это соль; $Fe_2O_3$ (оксид железа(III)) — это амфотерный оксид. В данном ряду представлены вещества трёх классов: основания, оксиды и соли. Следовательно, этот вариант не подходит.

4) $CO_2$, $CaO$, $BaCO_3$, $H_2SO_4$

Проанализируем вещества в этом ряду: $CO_2$ (оксид углерода(IV)) — это кислотный оксид; $CaO$ (оксид кальция) — это основный оксид; $BaCO_3$ (карбонат бария) — это соль; $H_2SO_4$ (серная кислота) — это кислота. В данном ряду представлены вещества трёх классов: оксиды, соли и кислоты. Следовательно, этот вариант не подходит.

Таким образом, единственный ряд, который содержит формулы веществ четырёх разных классов неорганических соединений, это ряд под номером 2.

Ответ: 2

2. Выберите формулы пары веществ, в которой первый оксид — кислотный, а второй — основной.

1) $N_2O_3$, $K_2O$

2) $CuO$, $SO_3$

3) $Fe_2O_3$, $BaO$

4) $CO$, $CaO$

Для того чтобы выбрать правильный вариант, необходимо определить химический характер каждого оксида в предложенных парах. Оксиды классифицируются на кислотные, основные, амфотерные и несолеобразующие.

1) $N_2O_3, K_2O$

Первый оксид – $N_2O_3$ (оксид азота(III)). Азот является неметаллом. Оксиды неметаллов, как правило, являются кислотными. $N_2O_3$ – это типичный кислотный оксид, которому соответствует азотистая кислота ($HNO_2$).
Второй оксид – $K_2O$ (оксид калия). Калий – это щелочной металл. Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов являются основными. $K_2O$ – это типичный основный оксид, которому соответствует основание гидроксид калия ($KOH$).
Эта пара полностью соответствует условию: первый оксид – кислотный, второй – основный.

2) $CuO, SO_3$

Первый оксид – $CuO$ (оксид меди(II)). Медь – переходный металл. Оксид $CuO$ проявляет преимущественно основные свойства.
Второй оксид – $SO_3$ (оксид серы(VI)). Сера – неметалл. $SO_3$ – это типичный кислотный оксид, которому соответствует серная кислота ($H_2SO_4$).
В данной паре порядок обратный (основный оксид, затем кислотный), поэтому она не удовлетворяет условию.

3) $Fe_2O_3, BaO$

Первый оксид – $Fe_2O_3$ (оксид железа(III)). Железо – переходный металл. В степени окисления +3 его оксид является амфотерным, то есть проявляет как кислотные, так и основные свойства. Он не является чисто кислотным оксидом.
Второй оксид – $BaO$ (оксид бария). Барий – щелочноземельный металл. $BaO$ – это основный оксид.
Поскольку первый оксид является амфотерным, а не кислотным, эта пара не подходит.

4) $CO, CaO$

Первый оксид – $CO$ (оксид углерода(II) или угарный газ). Это несолеобразующий (безразличный) оксид. Он не вступает в реакции с кислотами и щелочами с образованием солей.
Второй оксид – $CaO$ (оксид кальция). Кальций – щелочноземельный металл. $CaO$ – это основный оксид.
Так как первый оксид не является кислотным, эта пара не соответствует условию.

Таким образом, единственная пара, в которой первый оксид является кислотным, а второй – основным, это пара под номером 1.

Ответ: 1

3. Выберите формулу вещества, не относящегося к гидроксидам.

1) $K_2CO_3$

2) $H_2CO_3$

3) $H_2SO_4$

4) $KOH$

Решение

Гидроксиды — это широкий класс неорганических соединений, в молекулах которых содержатся одна или несколько гидроксогрупп (–ОН), связанных с атомом другого элемента. К гидроксидам относятся основания (гидроксиды металлов, например, $KOH$), амфотерные гидроксиды (например, $Al(OH)_3$) и кислородсодержащие кислоты (гидроксиды неметаллов, например, $H_2SO_4$). Разберем предложенные варианты.

1) K₂CO₃ — это карбонат калия. Данное вещество является солью, образованной катионом металла калия ($K^+$) и анионом кислотного остатка угольной кислоты ($CO_3^{2-}$). Соли представляют собой отдельный класс соединений и не относятся к гидроксидам.

2) H₂CO₃ — это угольная кислота. Кислородсодержащие кислоты формально являются гидроксидами, в которых гидроксогруппа связана с атомом неметалла. Структуру угольной кислоты можно представить как $CO(OH)_2$. Следовательно, это вещество относится к гидроксидам.

3) H₂SO₄ — это серная кислота. Аналогично угольной кислоте, серная кислота является кислородсодержащей кислотой и, следовательно, гидроксидом (гидроксид серы(VI)). Её структуру можно представить как $SO_2(OH)_2$. Таким образом, это вещество относится к гидроксидам.

4) KOH — это гидроксид калия, который является основанием (щёлочью). Основания — это гидроксиды металлов, состоящие из катиона металла ($K^+$) и гидроксид-аниона ($OH^-$). Это классический пример гидроксида.

Исходя из анализа, единственным веществом в списке, не являющимся гидроксидом, является карбонат калия, так как это соль.

Ответ: 1

4. Выберите формулу гидроксида, разлагающегося при нагревании.

1) $CaCO_3$

2) $Ba(OH)_2$

3) $H_3PO_4$

4) $Fe(OH)_2$

Для выбора гидроксида, разлагающегося при нагревании, необходимо рассмотреть химическую природу и термическую устойчивость каждого из предложенных соединений.

1) $CaCO_3$

Карбонат кальция ($CaCO_3$) является солью, а не гидроксидом. Согласно условию задачи, требуется найти именно гидроксид. Хотя это вещество и разлагается при сильном нагревании ($CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$), оно не принадлежит к искомому классу соединений.
Ответ: Данный вариант не является правильным.

2) $Ba(OH)_2$

Гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) — это гидроксид щелочноземельного металла. Гидроксиды щелочных (например, $NaOH$, $KOH$) и щелочноземельных металлов (начиная с кальция: $Ca(OH)_2$, $Sr(OH)_2$, $Ba(OH)_2$) являются термически устойчивыми соединениями. Они плавятся при высоких температурах, но не разлагаются при умеренном нагревании.
Ответ: Данный вариант не является правильным.

3) $H_3PO_4$

Ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$) — это кислота, а не гидроксид (основание). Несмотря на наличие гидроксогрупп (-OH) в структуре, по классификации она относится к кислородсодержащим кислотам. При нагревании она дегидратируется, но не является искомым веществом.
Ответ: Данный вариант не является правильным.

4) $Fe(OH)_2$

Гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$) является нерастворимым в воде основанием, то есть гидроксидом. Общее правило гласит, что все нерастворимые гидроксиды металлов (а также гидроксиды амфотерных металлов) термически неустойчивы и при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду. Реакция разложения для гидроксида железа(II) выглядит следующим образом:
$Fe(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} FeO + H_2O$
Этот вариант полностью удовлетворяет условиям задачи, так как это гидроксид, и он разлагается при нагревании.
Ответ: Данный вариант является правильным.

5. Оксид кальция взаимодействует с веществом, формула которого

Для того чтобы определить, с каким из предложенных веществ будет взаимодействовать оксид кальция ($CaO$), необходимо проанализировать его химические свойства. Оксид кальция является основным оксидом. Основные оксиды характеризуются следующими типами реакций:

• Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды.
• Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли.
• Взаимодействие с водой (для оксидов щелочных и щелочноземельных металлов) с образованием соответствующего гидроксида (основания).

Основные оксиды, как правило, не реагируют с другими основными оксидами и с основаниями.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) MgO
Оксид магния ($MgO$) также является основным оксидом. Два основных оксида не вступают в реакцию друг с другом.

2) CuSO₄
Сульфат меди(II) ($CuSO_4$) — это соль. Взаимодействие оксида кальция с солью в водном растворе происходит косвенно. Сначала оксид кальция реагирует с водой, образуя гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$), который затем вступает в реакцию обмена с сульфатом меди. Прямая реакция при сплавлении ($CaO + CuSO_4 \rightarrow CaSO_4 + CuO$) возможна, но в рамках типичных химических взаимодействий этот вариант менее вероятен, чем реакция с кислотным оксидом.

3) CO₂
Диоксид углерода ($CO_2$), или углекислый газ, является кислотным оксидом. По своим свойствам, основной оксид ($CaO$) будет реагировать с кислотным оксидом ($CO_2$) по типу реакции соединения с образованием соли — карбоната кальция ($CaCO_3$). Эта реакция является классическим примером химических свойств основных оксидов.
Уравнение реакции выглядит следующим образом:
$CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3$
Этот вариант является правильным.

4) NaOH
Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание (щёлочь). Основный оксид $CaO$ с основаниями не взаимодействует.

Таким образом, из всех предложенных веществ оксид кальция вступает в характерную реакцию с диоксидом углерода.

Ответ: 3

6. Выберите формулу кислоты, которую нельзя получить взаимодействием соответствующего оксида с водой.

1) $H_2SiO_3$

2) $H_2CO_3$

3) $H_2SO_4$

4) $H_3PO_4$

Чтобы определить, какую кислоту нельзя получить взаимодействием соответствующего оксида с водой, необходимо проанализировать химические свойства оксидов, соответствующих каждой из предложенных кислот.

1) $H_2SiO_3$ (кремниевая кислота)

Соответствующий этой кислоте оксид — оксид кремния(IV), или диоксид кремния ($SiO_2$). Это основная составляющая песка и кварца. $SiO_2$ является твёрдым тугоплавким веществом с атомной кристаллической решёткой, он нерастворим в воде и химически не взаимодействует с ней. Реакция $SiO_2 + H_2O$ не протекает. Кремниевую кислоту получают косвенными методами, например, действием кислот на растворы её солей (силикатов): $Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$.

2) $H_2CO_3$ (угольная кислота)

Соответствующий оксид — оксид углерода(IV), или углекислый газ ($CO_2$). Углекислый газ растворяется в воде и обратимо реагирует с ней, образуя слабую угольную кислоту. Этот процесс описывается уравнением: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$. Следовательно, эту кислоту можно получить данным способом.

3) $H_2SO_4$ (серная кислота)

Соответствующий оксид — оксид серы(VI) ($SO_3$). Этот оксид является кислотным и очень активно, с выделением большого количества тепла, реагирует с водой, образуя серную кислоту: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$. Следовательно, эту кислоту можно получить данным способом.

4) $H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота)

Соответствующий оксид — оксид фосфора(V) ($P_2O_5$ или, точнее, его димер $P_4O_{10}$). Этот оксид также является кислотным и энергично взаимодействует с водой, образуя ортофосфорную кислоту: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$. Следовательно, эту кислоту можно получить данным способом.

Таким образом, из всех перечисленных кислот только кремниевую кислоту нельзя получить прямым взаимодействием соответствующего ей оксида с водой из-за инертности и нерастворимости оксида кремния(IV) в воде.

Ответ: 1) $H_2SiO_3$.

7. Реакция обмена возможна между веществами, формулы которых:

1) $NaOH$ и $KCl$

2) $HNO_3$ и $CO_2$

3) $K_2O$ и $H_3PO_4$

4) $Ca(OH)_2$ и $NaCl$

Реакции обмена — это реакции между двумя сложными веществами, при которых они обмениваются своими составными частями. Реакции ионного обмена в растворах идут до конца, если в результате образуется нерастворимое вещество (осадок), газообразное вещество или слабый электролит (например, вода).

Проанализируем каждую предложенную пару веществ:

Гидроксид натрия ($NaOH$) — сильное основание (щёлочь), хлорид калия ($KCl$) — соль. Оба вещества хорошо растворимы в воде. Реакция обмена между ними выглядела бы так: $NaOH + KCl \leftrightarrow NaCl + KOH$. Продукты реакции — хлорид натрия ($NaCl$) и гидроксид калия ($KOH$) — также являются хорошо растворимыми сильными электролитами. Так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита, то реакция практически не протекает.

Азотная кислота ($HNO_3$) — сильная кислота. Оксид углерода(IV) ($CO_2$) — кислотный оксид. Вещества одного химического класса (кислота и кислотный оксид) друг с другом не реагируют. Это взаимодействие не является реакцией обмена.

Оксид калия ($K_2O$) — основный оксид, ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$) — кислота. Между ними протекает реакция, которую можно отнести к реакциям обмена (нейтрализация), так как образуется соль и вода. Уравнение реакции: $3K_2O + 2H_3PO_4 \rightarrow 2K_3PO_4 + 3H_2O$. В результате реакции образуется вода ($H_2O$), которая является слабым электролитом. Наличие слабого электролита в продуктах является достаточным условием для того, чтобы реакция обмена шла до конца. Следовательно, эта реакция возможна.

Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) — сильное основание, хлорид натрия ($NaCl$) — соль. Реакция обмена между ними: $Ca(OH)_2 + 2NaCl \leftrightarrow CaCl_2 + 2NaOH$. Все вещества в этой системе (исходные и продукты) являются сильными электролитами и растворимы в воде (гидроксид кальция считается сильным основанием, несмотря на ограниченную растворимость). Условия для протекания реакции обмена не выполняются.

Таким образом, единственная пара веществ, между которыми возможна реакция обмена, — это оксид калия и ортофосфорная кислота.

Ответ: 3