Страница 94 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Выберите ряд, в котором представлены химические символы только щелочных и щелочноземельных металлов.

1) $Li$, $Sr$, $Mg$, $Ca$

2) $K$, $Cu$, $Be$, $Ba$

3) $Na$, $Rb$, $Ca$, $Ba$

4) $K$, $Cs$, $Al$, $Sr$

Решение

Для выбора правильного ряда необходимо определить, к каким группам химических элементов относятся металлы в каждом из предложенных вариантов.

Щелочные металлы — это элементы главной подгруппы I группы (IА группы) Периодической системы: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr).

Щелочноземельные металлы — это элементы главной подгруппы II группы (IIА группы): бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra). Важно отметить, что в более строгом смысле к щелочноземельным металлам относят только Ca, Sr, Ba и Ra, так как их гидроксиды являются сильными основаниями (щелочами), в отличие от гидроксида магния (слабое основание) и гидроксида бериллия (амфотерный).

Проанализируем каждый предложенный ряд:

1) Li, Sr, Mg, Ca
Li (литий) — щелочной металл. Sr (стронций), Mg (магний) и Ca (кальций) — металлы IIА группы. Этот ряд содержит только щелочные и щелочноземельные металлы.

2) K, Cu, Be, Ba
В этом ряду присутствует Cu (медь). Медь является переходным металлом и не относится ни к щелочным, ни к щелочноземельным металлам. Следовательно, этот ряд не подходит.

3) Na, Rb, Ca, Ba
Na (натрий) и Rb (рубидий) — щелочные металлы. Ca (кальций) и Ba (барий) — типичные щелочноземельные металлы. Все элементы в этом ряду полностью соответствуют требуемым группам.

4) K, Cs, Al, Sr
В этом ряду присутствует Al (алюминий). Алюминий — металл главной подгруппы III группы и не относится ни к щелочным, ни к щелочноземельным металлам. Следовательно, этот ряд не подходит.

Сравнивая варианты 1 и 3, которые оба содержат металлы из нужных групп, следует выбрать наиболее точный ответ. Ряд 3 включает только классических представителей щелочных (Na, Rb) и щелочноземельных (Ca, Ba) металлов. Ряд 1 содержит магний (Mg), который, как упоминалось выше, по свойствам отличается от типичных щелочноземельных металлов. Поэтому ряд 3 является наиболее корректным и предпочтительным ответом.

Ответ: 3

2. Температура плавления щелочных металлов от лития к цезию

1) возрастает

2) снижается

3) сначала возрастает, затем снижается

4) не изменяется

Решение:

Щелочные металлы — это химические элементы I группы главной подгруппы Периодической системы: литий ($Li$), натрий ($Na$), калий ($K$), рубидий ($Rb$), цезий ($Cs$) и франций ($Fr$). В твердом агрегатном состоянии их атомы удерживаются в кристаллической решетке за счет металлической связи.

Температура плавления металлов напрямую зависит от прочности металлической связи: чем прочнее связь, тем больше энергии (и выше температура) требуется для разрушения кристаллической решетки и перехода вещества в жидкое состояние.

Прочность металлической связи у щелочных металлов определяется в основном радиусом их атомов. При движении по группе сверху вниз, от лития к цезию, с увеличением порядкового номера элемента увеличивается количество электронных оболочек. Это приводит к увеличению атомного радиуса ($r_{Li} < r_{Na} < r_{K} < r_{Rb} < r_{Cs}$).

С ростом радиуса атома валентные электроны, образующие "электронный газ", оказываются дальше от положительно заряженного ядра. Сила электростатического притяжения между ядрами и обобществленными электронами ослабевает, что ведет к уменьшению прочности металлической связи.

Поскольку прочность связи уменьшается, для плавления металла требуется все меньше энергии. Следовательно, температура плавления щелочных металлов закономерно снижается в ряду от лития к цезию.

Это подтверждается справочными данными о температурах плавления: Литий ($Li$) — $180.5 \: °C$; Натрий ($Na$) — $97.8 \: °C$; Калий ($K$) — $63.5 \: °C$; Рубидий ($Rb$) — $39.3 \: °C$; Цезий ($Cs$) — $28.4 \: °C$.

Ответ: 2) снижается.

3. Неверным является следующее утверждение о галогенах:

1) не различаются температурой кипения

2) не взаимодействуют с металлами

3) относятся к семейству активных неметаллов

4) имеют разный цвет

Для того чтобы определить, какое из утверждений о галогенах является неверным, необходимо проанализировать каждое из них с точки зрения химических и физических свойств элементов 17-й группы (VIIA группы) Периодической системы.

1) не различаются температурой кипения

Это утверждение является неверным. Физические свойства галогенов закономерно изменяются при движении по группе сверху вниз. В ряду фтор ($F_2$) – хлор ($Cl_2$) – бром ($Br_2$) – йод ($I_2$) увеличивается число электронов в молекулах, что приводит к усилению межмолекулярных сил (дисперсионных сил Лондона). Вследствие этого температуры кипения галогенов не только различаются, но и последовательно возрастают: фтор (−188,1 °C), хлор (−34,04 °C), бром (58,8 °C), йод (184,3 °C). Таким образом, их температуры кипения существенно различаются.

2) не взаимодействуют с металлами

Это утверждение также является неверным. Галогены — очень активные неметаллы, и одной из их наиболее характерных химических особенностей является способность реагировать почти со всеми металлами с образованием солей (галогенидов), что и дало название группе («солероды»). Например, реакция натрия с хлором: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$. Утверждать, что они не взаимодействуют с металлами, в корне неверно.

3) относятся к семейству активных неметаллов

Это утверждение верно. Галогены обладают самой высокой электроотрицательностью в своих периодах и являются типичными окислителями. Их высокая химическая активность как неметаллов — одно из их фундаментальных свойств. Фтор является самым активным из всех неметаллов.

4) имеют разный цвет

Это утверждение верно. Простые вещества галогены имеют характерную и различную для каждого элемента окраску, интенсивность которой углубляется при переходе от фтора к йоду: фтор — бледно-жёлтый газ, хлор — жёлто-зелёный газ, бром — красно-бурая жидкость, йод — тёмно-серые кристаллы, образующие фиолетовые пары.

Решение

Анализ предложенных вариантов показывает, что утверждения 1 и 2 являются неверными, а утверждения 3 и 4 — верными. В тестовом задании обычно предполагается только один правильный ответ, что указывает на возможную ошибку в формулировке вопроса. Оба неверных утверждения (1 и 2) противоречат фундаментальным свойствам галогенов. Однако, отрицание взаимодействия с металлами (пункт 2) затрагивает ключевое химическое свойство, давшее название всей группе элементов. Часто в таких неоднозначных вопросах следует выбирать утверждение, которое является наиболее грубой ошибкой с точки зрения основополагающих химических концепций. Взаимодействие галогенов с металлами — это их визитная карточка. Поэтому утверждение "не взаимодействуют с металлами" можно считать искомым неверным утверждением.

Ответ: 2) не взаимодействуют с металлами

4. Плотность простых веществ — галогенов с возрастанием относительной атомной массы

1) уменьшается

2) не изменяется

3) увеличивается

4) закономерность отсутствует

Решение

Вопрос касается изменения плотности простых веществ, образованных элементами-галогенами, при движении по группе сверху вниз в периодической таблице. Галогены — это элементы 17-й группы: фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), иод (I), астат (At).

С увеличением порядкового номера (движение вниз по группе) относительная атомная масса галогенов закономерно возрастает:

$Ar(F) < Ar(Cl) < Ar(Br) < Ar(I)$

Простые вещества галогены состоят из двухатомных молекул ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$). Рассмотрим, как изменяются их свойства, влияющие на плотность ($ \rho = \frac{m}{V} $).

1. Агрегатное состояние. С ростом атомной массы усиливаются межмолекулярные силы (силы Ван-дер-Ваальса), что приводит к изменению агрегатного состояния при стандартных условиях:
   • Фтор ($F_2$) и хлор ($Cl_2$) — газы.
   • Бром ($Br_2$) — жидкость.
   • Иод ($I_2$) — твердое вещество.
   Переход от газа к жидкости и затем к твердому телу сопровождается значительным уменьшением объема, занимаемого одним и тем же количеством вещества, так как молекулы упаковываются все плотнее. Это является основной причиной резкого роста плотности.
2. Масса и объем. Плотность — это отношение массы к объему. При переходе от фтора к иоду молярная масса простых веществ значительно увеличивается (от 38 г/моль у $F_2$ до 254 г/моль у $I_2$). Хотя атомный (и молекулярный) радиус тоже растет, увеличение массы происходит гораздо существеннее, чем увеличение объема, который занимает одна молекула в конденсированном состоянии.

Приведем конкретные значения плотности:

• Плотность $F_2$ (газ, н.у.): $1,7 \text{ г/л}$
• Плотность $Cl_2$ (газ, н.у.): $3,2 \text{ г/л}$
• Плотность $Br_2$ (жидкость, 20°C): $3,12 \text{ г/см}^3 = 3120 \text{ г/л}$
• Плотность $I_2$ (твердое тело, 20°C): $4,93 \text{ г/см}^3 = 4930 \text{ г/л}$

Данные наглядно показывают, что плотность простых веществ галогенов с возрастанием их относительной атомной массы увеличивается.

Ответ: 3

5. Гидроксид хрома(III) взаимодействует с каждым из двух веществ, формулы которых:

1) $LiOH$, $KNO_3$

2) $Mg(OH)_2$, $HNO_3$

3) $HCl$, $H_2O$

4) $H_2SO_4$, $NaOH$

Гидроксид хрома(III), формула которого $Cr(OH)_3$, является амфотерным гидроксидом. Это означает, что он может вступать в реакции как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами), проявляя соответственно основные и кислотные свойства. Проанализируем каждую пару веществ.

1) LiOH, KNO₃
Гидроксид хрома(III) реагирует с гидроксидом лития ($LiOH$), так как это щелочь.
$Cr(OH)_3 + LiOH \rightarrow Li[Cr(OH)_4]$
Однако, $Cr(OH)_3$ не взаимодействует с нитратом калия ($KNO_3$), так как это средняя соль, образованная сильными электролитами. Следовательно, эта пара не подходит.

2) Mg(OH)₂, HNO₃
Гидроксид хрома(III) реагирует с азотной кислотой ($HNO_3$), так как это сильная кислота.
$Cr(OH)_3 + 3HNO_3 \rightarrow Cr(NO_3)_3 + 3H_2O$
Однако, $Cr(OH)_3$ не реагирует с гидроксидом магния ($Mg(OH)_2$), так как оба вещества являются основаниями, причём $Mg(OH)_2$ нерастворимо и не является щелочью. Следовательно, эта пара не подходит.

3) HCl, H₂O
Гидроксид хрома(III) реагирует с соляной кислотой ($HCl$).
$Cr(OH)_3 + 3HCl \rightarrow CrCl_3 + 3H_2O$
Однако, гидроксид хрома(III) нерастворим в воде ($H_2O$) и не вступает с ней в химическую реакцию. Следовательно, эта пара не подходит.

4) H₂SO₄, NaOH
Гидроксид хрома(III) реагирует с серной кислотой ($H_2SO_4$), проявляя свои основные свойства.
$2Cr(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + 6H_2O$
Гидроксид хрома(III) также реагирует с гидроксидом натрия ($NaOH$), который является щелочью, проявляя свои кислотные свойства.
$Cr(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Cr(OH)_4]$ (в водном растворе)
Поскольку гидроксид хрома(III) взаимодействует с обоими веществами, эта пара является правильным выбором.
Ответ: 4

6. В отличие от оксида кальция, оксид алюминия может взаимодействовать с веществом, формула которого

1) $H_2SO_4$

2) $KOH$

3) $H_2O$

4) $HCl$

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать и сравнить химические свойства оксида кальция ($CaO$) и оксида алюминия ($Al_2O_3$).

Оксид кальция ($CaO$) является основным оксидом. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами. С основаниями они не реагируют. Оксид кальция также реагирует с водой.

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) является амфотерным оксидом. Это означает, что он проявляет как кислотные, так и основные свойства. Амфотерные оксиды реагируют и с сильными кислотами, и с сильными основаниями (щелочами). С водой оксид алюминия не взаимодействует.

Задача состоит в том, чтобы найти вещество, с которым реагирует оксид алюминия ($Al_2O_3$), но не реагирует оксид кальция ($CaO$). Рассмотрим предложенные варианты.

1) $H_2SO_4$ (серная кислота)

И оксид кальция (как основный), и оксид алюминия (как амфотерный) будут реагировать с серной кислотой:

$CaO + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O$

$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

Этот вариант не подходит, так как с серной кислотой реагируют оба оксида.

2) $KOH$ (гидроксид калия)

Гидроксид калия — это сильное основание (щелочь). Оксид кальция ($CaO$) является основным оксидом и, следовательно, не будет реагировать с другим основанием.

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) является амфотерным, поэтому он будет реагировать со щелочью. Реакция может протекать как при сплавлении, так и в растворе:

При сплавлении: $Al_2O_3 + 2KOH \xrightarrow{t} 2KAlO_2 + H_2O$

В водном растворе: $Al_2O_3 + 2KOH + 3H_2O \rightarrow 2K[Al(OH)_4]$

Таким образом, с гидроксидом калия реагирует только оксид алюминия, но не оксид кальция. Этот вариант соответствует условию задачи.

3) $H_2O$ (вода)

Оксид кальция (оксид активного металла) реагирует с водой:

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

Оксид алюминия с водой не реагирует. Этот вариант не подходит, так как здесь с водой реагирует оксид кальция, а не оксид алюминия.

4) $HCl$ (соляная кислота)

Как и в случае с серной кислотой, оба оксида будут реагировать с соляной кислотой, так как она является сильной кислотой:

$CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$

$Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$

Этот вариант не подходит, так как с соляной кислотой реагируют оба оксида.

Вывод: единственное вещество из списка, с которым реагирует амфотерный оксид алюминия и не реагирует основный оксид кальция, — это гидроксид калия ($KOH$).

Ответ: 2