Страница 35 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Жжёную магнезию наносят на ладони гимнасты, чтобы предотвратить падение с гимнастического снаряда при выполнении упражнений. Что такое жжёная магнезия и где ещё она находит применение?

Что такое жжёная магнезия

Жжёная магнезия — это техническое название оксида магния, химического соединения с формулой $MgO$. Это белый кристаллический порошок, практически нерастворимый в воде. Название «жжёная» связано со способом её получения — прокаливанием (обжигом) при высоких температурах природных минералов, содержащих магний, в основном магнезита (карбоната магния, $MgCO_3$) или брусита (гидроксида магния, $Mg(OH)_2$).

Процесс получения из магнезита можно описать уравнением химической реакции:
$MgCO_3 \xrightarrow{t^{\circ}} MgO + CO_2\uparrow$

В гимнастике, как и в других видах спорта, жжёную магнезию (или чаще её смесь с карбонатом магния, который также называют спортивной магнезией) используют из-за её выдающегося свойства — гигроскопичности. Порошок активно поглощает влагу (пот) и кожный жир с поверхности ладоней. Это резко увеличивает коэффициент трения между руками спортсмена и поверхностью снаряда (перекладины, брусьев), обеспечивая надёжный и крепкий хват и предотвращая опасное соскальзывание.

Ответ: Жжёная магнезия — это оксид магния ($MgO$), белый порошок, получаемый обжигом природных соединений магния. Гимнасты используют его для подсушивания ладоней, так как он хорошо впитывает пот, что увеличивает силу трения и обеспечивает надёжный хват снаряда.

Где ещё она находит применение

Оксид магния, благодаря своим уникальным свойствам (тугоплавкость, химическая стойкость, диэлектрические свойства), имеет широкое применение в различных областях.

Промышленность: Основное применение — производство огнеупорных материалов (кирпичей, тиглей, цементов) для футеровки металлургических и цементных печей, так как $MgO$ имеет очень высокую температуру плавления (около 2800 °C). Также он используется как наполнитель в производстве резины и пластмасс и в качестве высокотемпературного электрического изолятора в трубчатых электронагревателях (ТЭНах).

Медицина и фармакология: Применяется как антацидное средство для нейтрализации избыточной кислоты в желудке при лечении изжоги и гастрита. Также используется как пищевая добавка — источник магния для организма.

Пищевая промышленность: Зарегистрирована как пищевая добавка E530. Используется в качестве эмульгатора и агента, предотвращающего слёживание и комкование сыпучих продуктов (например, сухого молока, сахара).

Сельское хозяйство: Используется в качестве компонента удобрений для обогащения почвы магнием, который необходим для роста растений (в частности, для процесса фотосинтеза).

Другие виды спорта: Помимо спортивной гимнастики, вещества для улучшения хвата на основе магнезии применяют в тяжёлой атлетике, скалолазании, пауэрлифтинге, акробатике на пилоне и других дисциплинах, где требуется надёжный контакт рук со снарядом или поверхностью.

Ответ: Жжёная магнезия (оксид магния) широко применяется в промышленности для производства огнеупоров, в медицине как антацид, в пищевой промышленности как добавка E530, в сельском хозяйстве как удобрение, а также в других видах спорта (тяжёлая атлетика, скалолазание) для улучшения сцепления рук со снарядом.

1. Укажите неверное утверждение.

1) воздух — это смесь кислорода, азота, углекислого газа и инертных газов

2) объёмная доля кислорода в воздухе составляет 21 %

3) в воздухе содержится 0,03 % углекислого газа

4) воздух — это чистое вещество

Решение

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

1) воздух — это смесь кислорода, азота, углекислого газа и инертных газов

Это утверждение является верным. Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь газов. Его основными компонентами являются азот (~78%), кислород (~21%), аргон (~0,9%), углекислый газ (~0,04%), а также малые количества других инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон).

2) объёмная доля кислорода в воздухе составляет 21 %

Это утверждение является верным. Объемная доля кислорода ($O_2$) в сухом атмосферном воздухе составляет приблизительно 20,95 %, что в большинстве случаев округляется до 21 %.

3) в воздухе содержится 0,03 % углекислого газа

Это утверждение считается условно верным в рамках многих учебных программ, так как это значение было актуальным в прошлом. Современные данные показывают концентрацию углекислого газа ($CO_2$) около 0,04%, но для общих задач это значение часто принимается как верное. По сравнению с четвертым утверждением, это не является грубой фактической ошибкой.

4) воздух — это чистое вещество

Это утверждение является неверным. Чистое вещество состоит из частиц одного вида (атомов одного элемента или молекул одного вещества) и имеет постоянный состав и физические свойства. Воздух является гомогенной смесью различных газов, его состав непостоянен и может варьироваться. Следовательно, воздух — это смесь, а не чистое вещество.

Исходя из анализа, единственным неверным утверждением является четвертое.

Ответ: 4

2. Для получения 63 $m^3$ кислорода потребуется

1) 100 $m^3$ воздуха

2) 200 $m^3$ воздуха

3) 300 $m^3$ воздуха

4) 400 $m^3$ воздуха

Дано:

Объем кислорода, который необходимо получить: $V_{O_2} = 63 \text{ м}^3$.

Данные представлены в системе СИ.

Найти:

Объем воздуха, $V_{воздуха}$ — ?

Решение:

Для решения этой задачи необходимо знать состав воздуха. Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, в которой объемная доля (концентрация) кислорода ($O_2$) составляет приблизительно 21%.

Это означает, что объем кислорода ($V_{O_2}$) составляет 0,21 от общего объема воздуха ($V_{воздуха}$). Математически это можно записать в виде формулы:

$V_{O_2} = \phi(O_2) \cdot V_{воздуха}$

где $\phi(O_2)$ — объемная доля кислорода, равная 21% или 0,21.

Чтобы найти объем воздуха, необходимый для получения заданного объема кислорода, выразим $V_{воздуха}$ из этой формулы:

$V_{воздуха} = \frac{V_{O_2}}{\phi(O_2)}$

Подставим известные значения в формулу:

$V_{O_2} = 63 \text{ м}^3$

$\phi(O_2) = 0.21$

Выполним расчет:

$V_{воздуха} = \frac{63}{0.21} = \frac{6300}{21} = 300 \text{ м}^3$

Таким образом, для получения 63 м³ кислорода потребуется 300 м³ воздуха. Этот результат соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3) 300 м³ воздуха.

3. Смешали 20 мл азота и 80 мл аргона. Объемная доля (%) каждого газа в смеси равна соответственно

1) $10$ и $40$

2) $20$ и $80$

3) $25$ и $75$

4) $70$ и $30$

Дано:
Объем азота ($V(N_2)$) = 20 мл
Объем аргона ($V(Ar)$) = 80 мл

$V(N_2) = 20 \text{ мл} = 20 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 2 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$
$V(Ar) = 80 \text{ мл} = 80 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 8 \cdot 10^{-5} \text{ м}^3$

Найти:
Объёмную долю азота $\phi(N_2)$, %
Объёмную долю аргона $\phi(Ar)$, %

Решение:

Объёмная доля компонента в смеси ($\phi$) — это отношение объёма, занимаемого этим компонентом ($V_{комп}$), к общему объёму всей смеси ($V_{смеси}$). Для выражения в процентах результат умножается на 100%.

Формула для расчёта объёмной доли:

$\phi(комп) = \frac{V_{комп}}{V_{смеси}} \cdot 100\%$

1. Первым шагом определим общий объём полученной газовой смеси. В соответствии с законом Амага, при смешивании идеальных газов (для азота и аргона это допущение справедливо) при постоянных давлении и температуре общий объём смеси равен сумме объёмов её компонентов.

$V_{смеси} = V(N_2) + V(Ar)$

Подставим числовые значения:

$V_{смеси} = 20 \text{ мл} + 80 \text{ мл} = 100 \text{ мл}$

2. Далее рассчитаем объёмную долю для каждого газа.

Объёмная доля азота ($N_2$):

$\phi(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{20 \text{ мл}}{100 \text{ мл}} \cdot 100\% = 0.2 \cdot 100\% = 20\%$

Объёмная доля аргона ($Ar$):

$\phi(Ar) = \frac{V(Ar)}{V_{смеси}} \cdot 100\% = \frac{80 \text{ мл}}{100 \text{ мл}} \cdot 100\% = 0.8 \cdot 100\% = 80\%$

Таким образом, объёмные доли азота и аргона в смеси составляют 20% и 80% соответственно. Эта пара значений соответствует варианту ответа под номером 2.

Ответ: 20 и 80.

4. Укажите неверное утверждение.

1) кислород — это бесцветный газ

2) кислород поддерживает горение

3) кислород тяжелее воздуха

4) кислород нерастворим в воде

Решение

Для того чтобы указать неверное утверждение, необходимо проанализировать каждое из предложенных свойств кислорода.

1) кислород — это бесцветный газ

Это утверждение верно. При нормальных условиях (температура 0°C и давление 1 атм) кислород ($O_2$) является газом, не имеющим цвета, вкуса и запаха. В жидком состоянии он приобретает светло-голубой оттенок, но в газообразном он бесцветен.

2) кислород поддерживает горение

Это утверждение верно. Кислород — это сильный окислитель, который активно поддерживает горение. Без доступа кислорода большинство процессов горения прекращается. Это свойство используется для качественного определения кислорода: тлеющая лучинка в сосуде с кислородом ярко вспыхивает.

3) кислород тяжелее воздуха

Чтобы проверить это утверждение, нужно сравнить молярные массы кислорода и воздуха. Газ с большей молярной массой будет тяжелее (плотнее) при одинаковых условиях. Молярная масса кислорода ($O_2$) вычисляется как $M(O_2) = 2 \times A_r(O) = 2 \times 16 = 32 \text{ г/моль}$. Воздух — это смесь газов, преимущественно азота ($N_2$, около 78%) и кислорода ($O_2$, около 21%). Его средняя молярная масса составляет приблизительно $M(\text{воздуха}) \approx 29 \text{ г/моль}$. Поскольку молярная масса кислорода ($32 \text{ г/моль}$) больше средней молярной массы воздуха ($29 \text{ г/моль}$), утверждение о том, что кислород тяжелее воздуха, является верным.

4) кислород нерастворим в воде

Это утверждение неверно. Кислород растворяется в воде, но его растворимость невелика, поэтому его относят к малорастворимым газам. При 20°C в 100 объёмах воды растворяется около 3 объёмов кислорода. Именно благодаря этому растворенному кислороду возможно дыхание рыб и других водных организмов. Утверждение "нерастворим" означает полное отсутствие растворимости, что в данном случае является фактической ошибкой.

Таким образом, проанализировав все варианты, мы заключаем, что неверным является четвертое утверждение.

Ответ: 4

5. В промышленности кислород получают

1) разложением перманганата калия

2) перегонкой жидкого воздуха

3) разложением пероксида водорода

4) разложением воды

Для определения промышленного способа получения кислорода необходимо рассмотреть каждый из предложенных вариантов с точки зрения экономической эффективности и возможности крупномасштабного производства.

1) разложением перманганата калия
Термическое разложение перманганата калия ($2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$) — это классический лабораторный способ получения кислорода. Он не применяется в промышленности из-за высокой стоимости исходного реагента (перманганата калия) и относительно небольшого выхода продукта. Этот метод подходит для демонстрационных экспериментов или получения небольших количеств кислорода в лаборатории.
Ответ: данный способ является лабораторным и не используется в промышленности.

2) перегонкой жидкого воздуха
Этот метод, называемый также фракционной дистилляцией жидкого воздуха, является основным промышленным способом получения кислорода. Воздух, состоящий преимущественно из азота (около 78%) и кислорода (около 21%), сжижают путем охлаждения и сжатия. Затем жидкий воздух подвергают постепенному нагреванию (перегонке). Так как температура кипения жидкого азота ($-195.8^{\circ}C$) ниже температуры кипения жидкого кислорода ($-183.0^{\circ}C$), азот испаряется первым. Оставшаяся жидкость обогащается кислородом. Этот процесс позволяет получать кислород в огромных количествах, что делает его экономически наиболее выгодным для промышленности.
Ответ: данный способ является основным промышленным методом получения кислорода.

3) разложением пероксида водорода
Каталитическое разложение пероксида водорода ($2H_2O_2 \xrightarrow{кат.} 2H_2O + O_2\uparrow$) также является распространенным лабораторным методом. Он используется в некоторых специфических установках (например, на подводных лодках) для регенерации воздуха, но для крупномасштабного промышленного производства он слишком дорог по сравнению с перегонкой воздуха.
Ответ: данный способ является лабораторным или применяется в узкоспециализированных областях, но не является основным в промышленности.

4) разложением воды
Разложение воды с помощью электрического тока (электролиз), описываемое уравнением $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$, позволяет получать очень чистый кислород (и водород). Однако этот процесс чрезвычайно энергозатратен, что делает его стоимость высокой. Электролиз воды применяют в тех случаях, когда требуется кислород особой чистоты, но он не является основным методом в многотоннажном промышленном производстве.
Ответ: данный способ используется для получения кислорода высокой чистоты, но он очень энергозатратен и не является основным в промышленности.

6. Изображённый на рисунке способ собирания кислорода основан на том, что кислород

1) легче воздуха

2) тяжелее воздуха

3) имеет низкую температуру кипения

4) бесцветный

В вопросе, хотя и отсутствует рисунок, речь идет о способе собирания кислорода. В лабораторной практике используют два основных способа собирания газов: метод вытеснения воздуха и метод вытеснения воды. Выбор метода зависит от физических свойств газа. Рассмотрим свойства кислорода в контексте предложенных вариантов ответа.

1) и 2) Сравнение плотности кислорода и воздуха.

Чтобы определить, легче или тяжелее кислород воздуха, нужно сравнить их молярные массы.

Молярная масса кислорода, химическая формула которого $O_2$, равна: $M(O_2) = 2 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$.

Воздух является смесью газов, в основном азота ($N_2$, около 78%) и кислорода ($O_2$, около 21%). Его средняя молярная масса составляет приблизительно 29 г/моль.

Так как молярная масса кислорода ($32 \text{ г/моль}$) больше средней молярной массы воздуха ($29 \text{ г/моль}$), кислород тяжелее воздуха. Это свойство позволяет собирать кислород методом вытеснения воздуха, располагая сосуд-приемник отверстием вверх. Кислород, как более тяжелый газ, будет опускаться на дно сосуда, вытесняя из него более легкий воздух. Следовательно, вариант (2) является верным основанием для одного из методов собирания кислорода. Вариант (1) является неверным.

3) Имеет низкую температуру кипения.

Кислород действительно имеет низкую температуру кипения ($-183^\circ \text{C}$), но это свойство используется для его получения в промышленности методом фракционной перегонки сжиженного воздуха, а не для его собирания в лабораторных условиях после химической реакции.

4) Бесцветный.

То, что кислород является бесцветным газом, — это его физическое свойство, но оно не лежит в основе какого-либо метода его собирания. Воздух, который он вытесняет, также бесцветен.

Таким образом, единственный вариант, описывающий свойство, на котором основан распространенный лабораторный метод собирания кислорода (метод вытеснения воздуха), — это то, что кислород тяжелее воздуха. Можно сделать вывод, что на рисунке был изображен именно этот метод.

Ответ: 2