Страница 31 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Вы не раз видели ржавчину $Fe_3O_4$ — коричнево-рыжий продукт взаимодействия железа с кислородом воздуха. Напишите уравнение этой реакции и объясните, почему при ржавлении масса железного предмета увеличивается.

Напишите уравнение этой реакции

Взаимодействие железа с кислородом воздуха с образованием оксида железа(II,III) ($Fe_3O_4$), также известного как железная окалина, описывается следующим уравнением химической реакции. Стоит отметить, что в условии задачи указан именно $Fe_3O_4$, хотя обычная бытовая ржавчина имеет более сложный состав.

Уравнение реакции:

$3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$

В этой реакции три атома железа ($Fe$) соединяются с двумя молекулами кислорода ($O_2$) с образованием одной формульной единицы оксида железа(II,III).

Ответ: $3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4$.

Объясните, почему при ржавлении масса железного предмета увеличивается

Увеличение массы железного предмета при ржавлении является прямым следствием закона сохранения массы. Этот закон гласит, что масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции.

В процессе ржавления происходит химическая реакция между твердым веществом — железом ($Fe$), и газообразным веществом — кислородом ($O_2$), который является составной частью воздуха. Продукт реакции — ржавчина ($Fe_3O_4$) — является твердым веществом и остается на поверхности железного предмета.

Таким образом, масса конечного продукта (ржавчины) складывается из массы исходного железа и массы кислорода, который присоединился к железу из воздуха. Поскольку к первоначальной массе железа добавилась масса кислорода, общая масса твердого предмета (железо + ржавчина) становится больше, чем масса чистого железного предмета до реакции.

Ответ: Масса железного предмета увеличивается, потому что в процессе ржавления железо вступает в химическую реакцию с кислородом из воздуха. Масса образовавшейся ржавчины равна сумме масс исходного железа и присоединившегося к нему кислорода, поэтому она оказывается больше первоначальной массы железного предмета.

1. Верны ли утверждения?

А. При протекании химических реакций действует закон сохранения массы веществ.

Б. Некоторые химические реакции протекают при действии электрического тока.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Проанализируем каждое утверждение по отдельности.

А. При протекании химических реакций действует закон сохранения массы веществ.

Это утверждение верно. Закон сохранения массы веществ является одним из фундаментальных законов химии. Он гласит, что масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. В ходе химических реакций атомы не исчезают и не возникают из ниоткуда, а лишь перегруппировываются, образуя новые молекулы. Следовательно, общая масса системы до и после реакции в замкнутой системе остается неизменной.

Б. Некоторые химические реакции протекают при действии электрического тока.

Это утверждение также верно. Существуют реакции, которые протекают только при подводе энергии извне в виде электрического тока. Этот процесс называется электролизом. Примером может служить разложение воды на водород и кислород при пропускании через неё постоянного электрического тока: $2H_2O \xrightarrow{электрический \ ток} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$. Также электролиз широко используется в промышленности для получения активных металлов (например, алюминия) и неметаллов (например, хлора).

Таким образом, оба утверждения (А и Б) верны.

Ответ: 3

2. Сумма коэффициентов в уравнении реакции, схема которой

$C + FeO \to CO_2\uparrow + Fe$

равна

1) 7

2) 6

3) 5

4) 4

Дано:

Схема химической реакции: $C + FeO \rightarrow CO_2\uparrow + Fe$

Найти:

Сумму коэффициентов в уравнении реакции.

Решение:

Чтобы найти сумму коэффициентов, необходимо сначала сбалансировать (уравнять) данную схему реакции. Это можно сделать методом подбора или методом электронного баланса. Воспользуемся вторым методом, так как это окислительно-восстановительная реакция.

1. Определим степени окисления каждого элемента в реагентах и продуктах:

$C^0 + Fe^{+2}O^{-2} \rightarrow C^{+4}O_2^{-2} + Fe^0$

2. Выпишем элементы, которые изменили свою степень окисления, и составим полуреакции окисления и восстановления:

• Углерод (C) повысил степень окисления с 0 до +4, он является восстановителем (окисляется): $C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$
• Железо (Fe) понизило степень окисления с +2 до 0, оно является окислителем (восстанавливается): $Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0$

3. Составим электронный баланс. Число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем.

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 4 | 1 (восстановитель)

$Fe^{+2} + 2e^- \rightarrow Fe^0$ | 2 | 2 (окислитель)

Находим наименьшее общее кратное для чисел электронов (4 и 2), оно равно 4. Делим его на число электронов в каждой полуреакции, чтобы найти коэффициенты.

Перед веществами, содержащими углерод (C и $CO_2$), ставим коэффициент 1 ($4 \div 4 = 1$).

Перед веществами, содержащими железо (FeO и Fe), ставим коэффициент 2 ($4 \div 2 = 2$).

4. Подставляем коэффициенты в уравнение реакции:

$1C + 2FeO \rightarrow 1CO_2 + 2Fe$

Коэффициент 1 принято не писать, поэтому итоговое уравнение выглядит так:

$C + 2FeO \rightarrow CO_2 + 2Fe$

5. Проверяем баланс атомов, особенно кислорода, который не участвовал в балансе электронов. Слева 2 атома кислорода (в $2FeO$), справа 2 атома кислорода (в $CO_2$). Уравнение сбалансировано верно.

6. Находим сумму коэффициентов:

Сумма = $1 \text{ (при C)} + 2 \text{ (при FeO)} + 1 \text{ (при } CO_2 \text{)} + 2 \text{ (при Fe)} = 6$

Ответ: 6.

3. Неправильно расставлены коэффициенты в уравнении реакции

1) $HCl + AgNO_3 = AgCl \downarrow + HNO_3$

2) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2 \uparrow$

3) $2Na + O_2 = Na_2O_2$

4) $Al(OH)_3 + HCl = AlCl_3 + 2H_2O$

Для того чтобы определить, в каком уравнении реакции коэффициенты расставлены неправильно, необходимо проверить соблюдение закона сохранения массы для каждого из предложенных уравнений. Согласно этому закону, количество атомов каждого химического элемента в левой части уравнения (реагенты) должно быть равно количеству атомов этого же элемента в правой части (продукты).

1) $HCl + AgNO_3 = AgCl↓ + HNO_3$

Проанализируем количество атомов каждого элемента:

• В левой части: 1 атом водорода (H), 1 атом хлора (Cl), 1 атом серебра (Ag), 1 атом азота (N), 3 атома кислорода (O).
• В правой части: 1 атом серебра (Ag), 1 атом хлора (Cl), 1 атом водорода (H), 1 атом азота (N), 3 атома кислорода (O).

Количество атомов всех элементов в обеих частях уравнения одинаково. Следовательно, уравнение сбалансировано и коэффициенты расставлены верно.

2) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2↑$

Проанализируем количество атомов каждого элемента:

• В левой части: 1 атом магния (Mg), 2 атома водорода (H), 1 атом серы (S), 4 атома кислорода (O).
• В правой части: 1 атом магния (Mg), 1 атом серы (S), 4 атома кислорода (O), 2 атома водорода (H).

Количество атомов всех элементов в обеих частях уравнения одинаково. Следовательно, уравнение сбалансировано и коэффициенты расставлены верно.

3) $2Na + O_2 = Na_2O_2$

Проанализируем количество атомов каждого элемента:

• В левой части: 2 атома натрия (Na), 2 атома кислорода (O).
• В правой части: 2 атома натрия (Na), 2 атома кислорода (O).

Количество атомов всех элементов в обеих частях уравнения одинаково. Следовательно, уравнение сбалансировано и коэффициенты расставлены верно.

4) $Al(OH)_3 + HCl = AlCl_3 + 2H_2O$

Проанализируем количество атомов каждого элемента:

• В левой части: 1 атом алюминия (Al), 3 атома кислорода (O), 3 + 1 = 4 атома водорода (H), 1 атом хлора (Cl).
• В правой части: 1 атом алюминия (Al), 3 атома хлора (Cl), 2 × 2 = 4 атома водорода (H), 2 × 1 = 2 атома кислорода (O).

Сравнивая количество атомов, видим несоответствие:

• Хлор (Cl): слева 1 атом, справа 3 атома. Баланс не соблюден.
• Кислород (O): слева 3 атома, справа 2 атома. Баланс не соблюден.

Поскольку баланс атомов хлора и кислорода не соблюдается, коэффициенты в данном уравнении расставлены неправильно. Правильно сбалансированное уравнение имеет вид: $Al(OH)_3 + 3HCl = AlCl_3 + 3H_2O$.

Ответ: Неправильно расставлены коэффициенты в уравнении реакции под номером 4.

4. Выберите схему реакции, в которой вместо стрелки можно по-ставить знак равенства.

1) $Mg + SiO_2 \rightarrow Si + MgO$

2) $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$

3) $Fe + AgNO_3 \rightarrow Ag + Fe(NO_3)_2$

4) $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2 \uparrow$

Знак равенства (=) можно поставить вместо стрелки (→) в химической реакции, если она является уравнением, то есть сбалансирована по количеству атомов каждого элемента в левой и правой частях. Это следует из закона сохранения массы. Проверим каждую из предложенных схем.

1) $Mg + SiO_2 \rightarrow Si + MgO$

Проанализируем количество атомов элементов:

• Слева (реагенты): 1 атом магния ($Mg$), 1 атом кремния ($Si$), 2 атома кислорода ($O$).
• Справа (продукты): 1 атом кремния ($Si$), 1 атом магния ($Mg$), 1 атом кислорода ($O$).

Число атомов кислорода не совпадает (2 слева и 1 справа). Следовательно, данная схема не сбалансирована и не является уравнением. Для нее требуется расстановка коэффициентов: $2Mg + SiO_2 = Si + 2MgO$.

Ответ: в данной схеме нельзя поставить знак равенства.

2) $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$

Проанализируем количество атомов элементов:

• Слева (реагенты): 2 атома водорода ($H$), 2 атома кислорода ($O$).
• Справа (продукты): 2 атома водорода ($H$), 1 атом кислорода ($O$).

Число атомов кислорода не сбалансировано (2 слева и 1 справа). Схема требует уравнивания: $2H_2 + O_2 = 2H_2O$.

Ответ: в данной схеме нельзя поставить знак равенства.

3) $Fe + AgNO_3 \rightarrow Ag + Fe(NO_3)_2$

Проанализируем количество атомов элементов:

• Слева (реагенты): 1 атом железа ($Fe$), 1 атом серебра ($Ag$), 1 атом азота ($N$), 3 атома кислорода ($O$).
• Справа (продукты): 1 атом серебра ($Ag$), 1 атом железа ($Fe$), 2 атома азота ($N$), 6 атомов кислорода ($O$).

Число атомов азота и кислорода не совпадает. Схема не сбалансирована. Уравнение реакции: $Fe + 2AgNO_3 = 2Ag + Fe(NO_3)_2$.

Ответ: в данной схеме нельзя поставить знак равенства.

4) $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$

Проанализируем количество атомов элементов:

• Слева (реагенты): 1 атом кальция ($Ca$), 1 атом углерода ($C$), 3 атома кислорода ($O$).
• Справа (продукты): 1 атом кальция ($Ca$), 1 атом углерода ($C$), и $1 + 2 = 3$ атома кислорода ($O$).

Количество атомов каждого элемента в левой и правой частях совпадает. Это означает, что данная схема является сбалансированным химическим уравнением. Стехиометрические коэффициенты всех веществ равны 1.

Ответ: в данной схеме можно поставить знак равенства.

5. Простое вещество не может образоваться ни в одной из двух реакций:

1) разложения, соединения

2) соединения, обмена

3) обмена, замещения

4) замещения, разложения

Решение

Для того чтобы определить, в каких типах реакций не может образоваться простое вещество, проанализируем каждый из четырех основных типов химических реакций.

Реакции соединения
Это реакции, в результате которых из двух или нескольких веществ образуется одно более сложное вещество. Общая схема: $A + B \rightarrow AB$. Продуктом всегда является одно вещество, которое по определению является сложным (соединением). Следовательно, простое вещество в качестве продукта образоваться не может.
Пример: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.

Реакции разложения
Это реакции, в результате которых из одного сложного вещества образуется несколько новых (простых или сложных) веществ. Общая схема: $AB \rightarrow A + B$. В таких реакциях могут образовываться простые вещества.
Пример: $2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$. Образуется простое вещество кислород ($O_2$).

Реакции замещения
Это реакции между простым и сложным веществами, в ходе которых атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Общая схема: $A + BC \rightarrow AC + B$. В результате такой реакции всегда образуется новое простое вещество ($B$).
Пример: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$. Образуется простое вещество медь ($Cu$).

Реакции обмена
Это реакции, в которые вступают два сложных вещества и обмениваются своими составными частями. Общая схема: $AB + CD \rightarrow AD + CB$. В ходе классических реакций обмена степени окисления элементов не изменяются. Поскольку простые вещества имеют степень окисления 0, их образование в таких реакциях невозможно. Продуктами всегда являются новые сложные вещества.
Пример: $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$.

Таким образом, простое вещество не может образоваться в реакциях соединения и обмена. Из предложенных вариантов ответов этому условию соответствует пара под номером 2.

Ответ: 2

6. Образование двух новых веществ при нагревании гидроксида железа(II) — это реакция

1) эндотермическая

2) соединения

3) обмена

4) экзотермическая

В задании описана химическая реакция, происходящая при нагревании гидроксида железа(II). Химическая формула этого вещества — $Fe(OH)_2$.

Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

$Fe(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ C} FeO + H_2O$

Эта реакция относится к реакциям разложения, так как из одного сложного вещества ($Fe(OH)_2$) образуются два новых, более простых вещества (оксид железа(II) $FeO$ и вода $H_2O$).

Проанализируем предложенные варианты для классификации этой реакции:

1) эндотермическая
Эндотермическими называют реакции, которые протекают с поглощением теплоты. В условии указано, что реакция происходит «при нагревании». Это означает, что для разрыва химических связей в исходном веществе требуется подвод энергии извне. Большинство реакций разложения являются эндотермическими. Следовательно, эта характеристика верна.

2) соединения
Реакция соединения — это процесс, в ходе которого из двух или нескольких веществ образуется одно, более сложное. В нашем случае, наоборот, из одного вещества образуется два. Следовательно, данный вариант не подходит.

3) обмена
Реакция обмена протекает между двумя сложными веществами, которые обмениваются своими составными частями. В рассматриваемой реакции участвует только одно исходное вещество, поэтому она не может быть реакцией обмена. Этот вариант также не подходит.

4) экзотермическая
Экзотермические реакции протекают с выделением теплоты. Так как данная реакция требует нагревания, она поглощает тепло, а не выделяет его. Следовательно, этот вариант неверен.

Таким образом, единственная правильная характеристика данной реакции из предложенных — эндотермическая.

Ответ: 1