Страница 95 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Верны ли утверждения об инертных газах?

А. Своё название эти вещества получили из-за малой химической активности.

Б. Как и галогены, инертные газы состоят из двухатомных молекул.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

А. Своё название эти вещества получили из-за малой химической активности.
Это утверждение является верным. Инертные газы (также известные как благородные газы) — это элементы 18-й группы периодической системы. Они обладают завершенной внешней электронной оболочкой, что делает их атомы очень стабильными и, как следствие, химически малоактивными. Само слово «инертный» означает «бездеятельный» или «неактивный», поэтому название группы напрямую отражает их низкую реакционную способность.

Б. Как и галогены, инертные газы состоят из двухатомных молекул.
Это утверждение неверно. Атомы инертных газов уже имеют стабильную электронную конфигурацию, поэтому они не образуют химических связей друг с другом и существуют в виде отдельных, несвязанных атомов (т.е. являются одноатомными газами). Галогены, напротив, для достижения стабильности образуют двухатомные молекулы (например, $F_2, Cl_2$) за счет образования ковалентной связи.

Таким образом, верным является только утверждение А, а утверждение Б — ложно. Следовательно, правильный вариант ответа — 1.

Ответ: 1

8. Выберите верные утверждения о щелочноземельных и щелочных металлах:

1) лёгкие, серебристо-белые

2) устойчивы на воздухе

3) щелочноземельные металлы твёрже, чем щелочные

4) не требуют особых условий для хранения

5) щелочноземельные металлы при взаимодействии с водой образуют оксид металла и водород

Проанализируем каждое утверждение о свойствах щелочных и щелочноземельных металлов.

1) лёгкие, серебристо-белые

Это утверждение является верным. Как щелочные (элементы IA-группы, например, литий, натрий, калий), так и щелочноземельные (элементы IIA-группы, например, кальций, стронций, барий) металлы обладают низкой плотностью, что характеризует их как лёгкие металлы. На свежем срезе они имеют характерный серебристо-белый цвет и металлический блеск.

2) устойчивы на воздухе

Это утверждение неверно. Щелочные и щелочноземельные металлы являются одними из самых химически активных металлов. Они легко и быстро реагируют с компонентами воздуха: кислородом, водяными парами, углекислым газом. В результате они быстро тускнеют, покрываясь слоем продуктов реакции (оксидов, гидроксидов, карбонатов).

3) щелочноземельные металлы твёрже, чем щелочные

Это утверждение верно. Твёрдость металлов определяется прочностью металлической связи. В атомах щелочноземельных металлов на внешнем энергетическом уровне находится два валентных электрона, в то время как у щелочных металлов — только один. Участие большего числа электронов в образовании металлической связи делает её более прочной. Как следствие, щелочноземельные металлы твёрже и имеют более высокие температуры плавления, чем щелочные металлы тех же периодов.

4) не требуют особых условий для хранения

Это утверждение неверно. Ввиду их высокой химической активности (см. пункт 2), хранение этих металлов требует специальных мер предосторожности для изоляции от окружающей среды. Их хранят под слоем инертной жидкости, такой как керосин или минеральное масло, либо в герметичных контейнерах в атмосфере инертного газа (например, аргона).

5) щелочноземельные металлы при взаимодействии с водой образуют оксид металла и водород

Это утверждение неверно. Большинство щелочноземельных металлов (кальций, стронций, барий) активно реагируют с водой с образованием гидроксида и выделением водорода. Общая схема реакции: $Me + 2H_2O \rightarrow Me(OH)_2 + H_2 \uparrow$. Магний реагирует с холодной водой очень медленно, но при реакции с водяным паром действительно образует оксид: $Mg + H_2O_{(пар)} \rightarrow MgO + H_2 \uparrow$. Однако, поскольку в общем случае продуктом реакции с жидкой водой является гидроксид, данное утверждение считается некорректным.

Таким образом, верными являются утверждения под номерами 1 и 3.

Ответ: 1, 3.

9. Установите соответствие между характером оксида и формулой этого оксида.

ХАРАКТЕР ОКСИДА

А) кислотный

Б) амфотерный

В) основной

ФОРМУЛА ОКСИДА

1) $ZnO$

2) $K_2O$

3) $Cr_2O_3$

4) $Cl_2O_7$

А) кислотный

Кислотные оксиды — это оксиды, которые проявляют кислотные свойства. Как правило, это оксиды неметаллов или оксиды металлов в высоких степенях окисления (от +5 и выше). Они реагируют с основаниями или основными оксидами с образованием соли и воды, а многие из них реагируют с водой, образуя кислоты.

Проанализируем предложенные формулы:

• 1) $ZnO$ (оксид цинка) — амфотерный оксид.
• 2) $K_2O$ (оксид калия) — основный оксид.
• 3) $Cr_2O_3$ (оксид хрома(III)) — амфотерный оксид.
• 4) $Cl_2O_7$ (оксид хлора(VII)) — кислотный оксид. Хлор является неметаллом, его степень окисления в этом оксиде максимальна (+7). Данный оксид является ангидридом хлорной кислоты ($HClO_4$), одной из сильнейших неорганических кислот. Он реагирует с водой, образуя кислоту: $Cl_2O_7 + H_2O \rightarrow 2HClO_4$.

Следовательно, формулой кислотного оксида является $Cl_2O_7$.

Ответ: 4

Б) амфотерный

Амфотерные оксиды — это оксиды, которые в зависимости от условий проявляют как основные, так и кислотные свойства. Они способны реагировать и с кислотами, и со щелочами. К ним относятся оксиды таких металлов, как цинк, алюминий, бериллий, а также оксиды некоторых переходных металлов в промежуточных степенях окисления (например, +3, +4).

Рассмотрим оксиды из списка:

• 1) $ZnO$ (оксид цинка) — является классическим примером амфотерного оксида. Он реагирует с кислотами ($ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$) и со щелочами ($ZnO + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$).
• 3) $Cr_2O_3$ (оксид хрома(III)) — также является амфотерным оксидом, так как хром находится в степени окисления +3. Он реагирует как с кислотами, так и с основаниями.

В задании на одну категорию "амфотерный" приходится два подходящих варианта. В таких случаях, если не указано иное, следует выбрать наиболее типичный или первый по списку подходящий вариант. Оксид цинка является хрестоматийным примером амфотерности.

Ответ: 1

В) основный

Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания. Они реагируют с кислотами или кислотными оксидами с образованием соли. Основные свойства характерны для оксидов металлов в низких степенях окисления (+1, +2), особенно для оксидов щелочных и щелочноземельных металлов.

Проанализируем предложенные формулы:

• 1) $ZnO$ — амфотерный оксид.
• 2) $K_2O$ (оксид калия) — типичный основный оксид. Калий (K) — щелочной металл, его оксид реагирует с водой с образованием сильного основания (щелочи) — гидроксида калия: $K_2O + H_2O \rightarrow 2KOH$.
• 3) $Cr_2O_3$ — амфотерный оксид.
• 4) $Cl_2O_7$ — кислотный оксид.

Таким образом, формулой основного оксида является $K_2O$.

Ответ: 2

10. В каком виде гелий встречается в природе? Где гелий находит применение?

В каком виде гелий встречается в природе?

Гелий — это инертный (благородный) газ, поэтому в природе он встречается в свободном состоянии в виде отдельных атомов, а не в составе химических соединений. Поскольку он химически неактивен, его атомы не объединяются в молекулы.

Основные места, где можно найти гелий:

• Вселенная: Гелий — второй по распространённости элемент во Вселенной после водорода. Он составляет около 24% массы всех элементов и является одним из основных компонентов звёзд, где образуется в результате реакций термоядерного синтеза.
• Земная кора и природный газ: Основной промышленный источник гелия на Земле — это месторождения природного газа, обогащённые гелием (содержание может достигать 7–10%). Гелий в земной коре образуется в результате альфа-распада тяжёлых радиоактивных элементов, таких как уран и торий. Альфа-частицы представляют собой ядра гелия ($^4_2\text{He}$), которые, захватывая электроны из окружающей среды, превращаются в нейтральные атомы гелия. Этот газ скапливается в породах вместе с природным газом.
• Земная атмосфера: В атмосфере Земли гелий присутствует в очень малых количествах (около 0,00052% по объёму). Из-за своей чрезвычайно низкой плотности он не удерживается гравитационным полем Земли и постепенно улетучивается в космос.
• Радиоактивные минералы: В небольших количествах гелий также содержится в некоторых минералах, содержащих радиоактивные элементы (например, клевеит, монацит, торианит).

Ответ: В природе гелий встречается в свободном, одноатомном виде, так как является инертным газом. Он широко распространён во Вселенной (в звёздах), в малых концентрациях присутствует в атмосфере, а его основной промышленный источник на Земле — месторождения природного газа, где он накапливается как продукт радиоактивного распада урана и тория.

Где гелий находит применение?

Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам (очень низкая плотность, химическая инертность, самая низкая температура кипения среди всех веществ, высокая теплопроводность) гелий нашёл широкое применение в различных областях науки и техники:

• Криогенная техника: Жидкий гелий является незаменимым хладагентом для получения сверхнизких температур (около $-269$ °C). Его используют для охлаждения сверхпроводящих магнитов в аппаратах МРТ (магнитно-резонансная томография), спектрометрах ЯМР, ускорителях частиц (например, в Большом адронном коллайдере) и в различных научных исследованиях.
• Воздухоплавание: Благодаря своей лёгкости (он в 7 раз легче воздуха) и полной негорючести (в отличие от взрывоопасного водорода), гелием наполняют воздушные шары, дирижабли и метеорологические зонды.
• Сварочное производство: Гелий используется в качестве защитной инертной среды при дуговой сварке химически активных металлов и сплавов (например, алюминия, магния, титана) для предотвращения их окисления расплавленного металла кислородом воздуха.
• Поиск утечек (течеискание): Атомы гелия очень малы и подвижны, поэтому они способны проникать через мельчайшие поры и трещины. Это свойство используется в высокочувствительных течеискателях для проверки герметичности вакуумных систем, топливных систем ракет и другого сложного оборудования.
• Дыхательные смеси для глубоководного плавания: Смеси гелия с кислородом («гелиокс») используются для дыхания при глубоководных погружениях. Замена азота в дыхательной смеси на гелий предотвращает развитие «азотного наркоза» и значительно снижает риск кессонной болезни при всплытии.
• Электронная и полупроводниковая промышленность: Применяется для создания инертной атмосферы при выращивании кристаллов кремния и германия, а также при производстве оптоволокна.
• Ракетно-космическая техника: Газообразный гелий используется для наддува топливных баков ракет-носителей с целью вытеснения криогенных компонентов топлива (жидкого водорода и кислорода) в двигатели.
• Газовая хроматография: Используется в качестве газа-носителя благодаря своей инертности и высокой теплопроводности.

Ответ: Гелий применяется в криогенной технике (например, в аппаратах МРТ), для наполнения воздушных шаров и дирижаблей, в качестве защитной среды при сварке, для поиска утечек в системах, в составе дыхательных смесей для дайверов, а также в электронной и ракетно-космической промышленности.

11. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

$Al_2O_3 \rightarrow AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3 \rightarrow Na_3AlO_3$

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо последовательно провести три химические реакции.

1. $Al_2O_3 \rightarrow AlCl_3$

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) является амфотерным оксидом. Для получения из него соли, хлорида алюминия ($AlCl_3$), необходимо провести реакцию с сильной кислотой, например, с соляной ($HCl$). В результате реакции образуется соль и вода.

Уравнение реакции:

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

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

2. $AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3$

Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) — нерастворимое в воде основание, которое можно получить по реакции обмена между растворимой солью алюминия ($AlCl_3$) и щелочью, например, гидроксидом натрия ($NaOH$). Гидроксид алюминия выпадает в виде белого студенистого осадка. Важно не добавлять избыток сильной щелочи, так как амфотерный гидроксид алюминия может раствориться с образованием комплексной соли.

Уравнение реакции:

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

Ответ: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

3. $Al(OH)_3 \rightarrow Na_3AlO_3$

Амфотерный гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) реагирует с сильными основаниями. Для получения ортоалюмината натрия ($Na_3AlO_3$) необходимо провести реакцию сплавления гидроксида алюминия с твердым гидроксидом натрия ($NaOH$) при высокой температуре. В этой реакции гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства (его можно рассматривать как алюмониевую кислоту $H_3AlO_3$).

Уравнение реакции:

$Al(OH)_3 + 3NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_3AlO_3 + 3H_2O$

Ответ: $Al(OH)_3 + 3NaOH \xrightarrow{t^\circ} Na_3AlO_3 + 3H_2O$

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

1) $Sr$, $Mg$, $Ca$, $Na$

2) $K$, $Cs$, $Ca$, $Ba$

3) $Ca$, $Ba$, $Na$, $Be$

4) $Cs$, $Sr$, $Li$, $Zn$

Решение

Чтобы выбрать правильный ряд, необходимо вспомнить, какие химические элементы относятся к щелочным и щелочноземельным металлам.

Щелочные металлы — это химические элементы 1-й группы (IA) Периодической системы, к ним относятся: литий ($Li$), натрий ($Na$), калий ($K$), рубидий ($Rb$), цезий ($Cs$) и франций ($Fr$).

Щелочноземельные металлы — это химические элементы 2-й группы (IIA) Периодической системы. В строгом смысле к ним относят кальций ($Ca$), стронций ($Sr$), барий ($Ba$) и радий ($Ra$), так как их гидроксиды являются сильными основаниями (щелочами). Бериллий ($Be$) и магний ($Mg$), также находящиеся во 2-й группе, обычно не включают в это семейство, поскольку бериллий амфотерен, а гидроксид магния — слабое, малорастворимое основание.

Теперь проанализируем каждый из предложенных рядов:

1) $Sr, Mg, Ca, Na$. В этом ряду есть магний ($Mg$), который, как указано выше, не всегда относят к щелочноземельным металлам.

2) $K, Cs, Ca, Ba$. В этом ряду все элементы полностью соответствуют своим группам: калий ($K$) и цезий ($Cs$) — щелочные металлы, а кальций ($Ca$) и барий ($Ba$) — щелочноземельные металлы.

3) $Ca, Ba, Na, Be$. В этом ряду есть бериллий ($Be$), который не является щелочноземельным металлом из-за своих амфотерных свойств.

4) $Cs, Sr, Li, Zn$. В этом ряду есть цинк ($Zn$), который является переходным металлом (элементом побочной подгруппы) и не относится ни к щелочным, ни к щелочноземельным металлам.

Следовательно, единственный ряд, в котором представлены символы только щелочных и (в строгом определении) щелочноземельных металлов, это ряд под номером 2.

Ответ: 2