Страница 97 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

ХАРАКТЕР ОКСИДА

А) кислотный

Б) амфотерный

В) основной

ФОРМУЛА ОКСИДА

1) $Na_2O$

2) $MgO$

3) $CrO_3$

4) $Al_2O_3$

Решение:

Для того чтобы установить соответствие, необходимо классифицировать каждый из предложенных оксидов по их химическим свойствам (кислотно-основным). Характер оксида зависит от элемента, который его образует, и от степени окисления этого элемента.

- Основные оксиды, как правило, образованы металлами I и II групп главной подгруппы (щелочными и щелочноземельными, кроме Be). Они реагируют с кислотами.
- Кислотные оксиды образованы неметаллами или переходными металлами в высоких степенях окисления (обычно от +5 до +7). Они реагируют с основаниями.
- Амфотерные оксиды образованы металлами в промежуточных степенях окисления (например, +3, +4) или некоторыми элементами, такими как Al, Zn, Be, Sn, Pb. Они способны реагировать как с кислотами, так и с основаниями.

Проанализируем каждый оксид из предложенного списка:

1) $Na_2O$ – оксид натрия. Натрий (Na) – это щелочной металл, находящийся в I группе. Его оксид является типичным основным оксидом.
2) $MgO$ – оксид магния. Магний (Mg) – это щелочноземельный металл из II группы. Его оксид также является основным.
3) $CrO_3$ – оксид хрома(VI). Хром (Cr) – переходный металл. В высшей степени окисления +6 его оксид проявляет ярко выраженные кислотные свойства. Этому оксиду соответствуют сильные кислоты: хромовая ($H_2CrO_4$) и дихромовая ($H_2Cr_2O_7$).
4) $Al_2O_3$ – оксид алюминия. Алюминий (Al) находится в III группе. Его оксид в степени окисления +3 является классическим примером амфотерного оксида, так как реагирует и с кислотами, и со щелочами.

Теперь установим соответствие между характером оксида и его формулой.

А) кислотный

Из перечисленных оксидов кислотным является оксид хрома(VI) $CrO_3$.
Ответ: 3

Б) амфотерный

Амфотерные свойства проявляет оксид алюминия $Al_2O_3$.
Ответ: 4

В) основный

Основными оксидами в списке являются оксид натрия $Na_2O$ и оксид магния $MgO$. Поскольку необходимо выбрать один вариант, выбираем любой из них. Как правило, в подобных заданиях засчитывается любой из верных вариантов. Выберем $Na_2O$ как оксид более активного, щелочного металла.
Ответ: 1

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

В каком виде неон встречается в природе?
Неон ($Ne$) — это инертный (благородный) газ, который относится к 18-й группе периодической таблицы химических элементов. В силу своей химической инертности, обусловленной полностью заполненной внешней электронной оболочкой, он практически не вступает в химические реакции и не образует устойчивых соединений с другими элементами. По этой причине в природе неон встречается исключительно в свободном, атомарном виде, то есть в виде отдельных, не связанных друг с другом атомов.
Основным источником неона на Земле является атмосфера. Он является пятым по распространённости газом в воздухе после азота, кислорода, аргона и углекислого газа. Его объёмная доля в атмосфере очень мала и составляет примерно $0.00182\%$ (или $1.82 \cdot 10^{-3}\%$). В промышленности неон получают как побочный продукт при фракционной перегонке сжиженного воздуха. В незначительных количествах неон также содержится в земной коре.
Во Вселенной неон распространён гораздо шире. Он занимает пятое место по распространённости после водорода, гелия, кислорода и углерода. Неон образуется в недрах массивных звёзд в процессе звёздного нуклеосинтеза.

Ответ: В природе неон встречается в виде свободных, отдельных атомов, главным образом в составе атмосферного воздуха, а также в незначительных количествах в земной коре.

Где неон находит применение?
Благодаря своим физическим свойствам, в частности способности ярко светиться в электрическом разряде, неон нашёл широкое применение в различных областях.
Основными сферами применения неона являются:
1. Светотехника. Наиболее известное применение — это газосветные трубки для рекламных вывесок, которые при пропускании электрического тока излучают характерный, яркий красно-оранжевый свет. Также неон используется в индикаторных лампах (например, в индикаторах напряжения на бытовых приборах), сигнальных лампах и некоторых видах телевизионных трубок. Стоит отметить, что другие цвета в "неоновых" вывесках получают, используя другие инертные газы (например, аргон для синего) или нанося на внутреннюю поверхность трубок люминофорное покрытие.
2. Лазерная техника. Неон является важным компонентом гелий-неоновых лазеров ($He-Ne$ лазеры). Эти лазеры генерируют стабильный луч красного цвета и широко используются в научных исследованиях, для юстировки (выравнивания) оптических систем, в считывателях штрих-кодов, голографии и в образовательных целях.
3. Криогенная техника. Жидкий неон является эффективным и относительно недорогим хладагентом (криоагентом). Его холодильная ёмкость на единицу объёма в 40 раз превышает таковую у жидкого гелия и в 3 раза — у жидкого водорода. Его используют для охлаждения инфракрасных датчиков, высокотемпературных сверхпроводников и в криобиологии.
4. Электроника. В прошлом неон использовался в качестве наполнителя в вакуумных приборах и плазменных панелях телевизоров и дисплеев (вместе с ксеноном).

Ответ: Неон находит применение в светотехнике (рекламные вывески, индикаторные лампы), в лазерной технике (как компонент гелий-неоновых лазеров), в качестве криогенного хладагента, а также в некоторых электронных устройствах.

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

$ZnSO_4 \to Zn(OH)_2 \to K_2ZnO_2 \to ZnCl_2$

Решение

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

1. $ZnSO_4 \rightarrow Zn(OH)_2$

Первое превращение — получение гидроксида цинка из сульфата цинка. Так как гидроксид цинка $Zn(OH)_2$ является нерастворимым основанием, его можно получить реакцией ионного обмена, добавив к раствору соли $ZnSO_4$ раствор щёлочи (растворимого основания), например, гидроксида калия $KOH$. В результате реакции образуется белый осадок гидроксида цинка.

Уравнение реакции:

$ZnSO_4 + 2KOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + K_2SO_4$

Ответ: $ZnSO_4 + 2KOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + K_2SO_4$

2. $Zn(OH)_2 \rightarrow K_2ZnO_2$

Второе превращение — получение цинката калия из гидроксида цинка. Гидроксид цинка является амфотерным соединением, то есть он может реагировать и с кислотами, и с основаниями. При взаимодействии с сильным основанием, таким как гидроксид калия $KOH$, он проявляет кислотные свойства. Для получения цинката калия $K_2ZnO_2$ необходимо сплавить гидроксид цинка с твердой щелочью или подействовать на него концентрированным раствором щелочи при нагревании.

Уравнение реакции (при сплавлении):

$Zn(OH)_2 + 2KOH \xrightarrow{t^\circ} K_2ZnO_2 + 2H_2O$

Ответ: $Zn(OH)_2 + 2KOH \rightarrow K_2ZnO_2 + 2H_2O$

3. $K_2ZnO_2 \rightarrow ZnCl_2$

Третье превращение — получение хлорида цинка из цинката калия. Цинкат калия $K_2ZnO_2$ — это соль, образованная сильным основанием $KOH$ и слабой (амфотерной) кислотой $H_2ZnO_2$. Такие соли реагируют с более сильными кислотами. Для получения хлорида цинка $ZnCl_2$ необходимо подействовать на цинкат калия избытком сильной соляной кислоты $HCl$. В результате реакции образуются две соли (хлорид цинка и хлорид калия) и вода.

Уравнение реакции:

$K_2ZnO_2 + 4HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2KCl + 2H_2O$

Ответ: $K_2ZnO_2 + 4HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2KCl + 2H_2O$

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

1) Na, Rb, Ca, Ba

2) Cu, Be, Ba, K

3) Cs, Mg, Sr, K

4) Li, Sr, Ag, Ca

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определить, какие из предложенных химических элементов относятся к щелочным и щелочноземельным металлам.

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

Щелочноземельные металлы — это элементы главной подгруппы II группы (IIА группы): бериллий ($\text{Be}$), магний ($\text{Mg}$), кальций ($\text{Ca}$), стронций ($\text{Sr}$), барий ($\text{Ba}$), радий ($\text{Ra}$).

Проанализируем каждый предложенный ряд:

1) Na, Rb, Ca, Ba

В этом ряду представлены: натрий ($\text{Na}$) — щелочной металл, рубидий ($\text{Rb}$) — щелочной металл, кальций ($\text{Ca}$) — щелочноземельный металл, барий ($\text{Ba}$) — щелочноземельный металл. Все элементы в данном ряду принадлежат к указанным группам. Этот вариант подходит.

2) Cu, Be, Ba, K

В этом ряду присутствует медь ($\text{Cu}$). Медь является переходным металлом (побочная подгруппа I группы) и не относится ни к щелочным, ни к щелочноземельным металлам. Следовательно, этот ряд не подходит.

3) Cs, Mg, Sr, K

В этом ряду представлены: цезий ($\text{Cs}$) — щелочной металл, магний ($\text{Mg}$) — щелочноземельный металл, стронций ($\text{Sr}$) — щелочноземельный металл, калий ($\text{K}$) — щелочной металл. По современной классификации, все элементы в этом ряду также принадлежат к указанным группам. Однако, в некоторых контекстах магний не относят к щелочноземельным металлам в узком смысле, так как его гидроксид является слабым основанием, в отличие от гидроксидов кальция, стронция и бария. Учитывая, что в тестовых заданиях обычно есть только один правильный ответ, и вариант 1 является верным без каких-либо оговорок, этот вариант, скорее всего, не является искомым.

4) Li, Sr, Ag, Ca

В этом ряду присутствует серебро ($\text{Ag}$). Серебро, как и медь, является переходным металлом (побочная подгруппа I группы). Следовательно, этот ряд не подходит.

Сравнивая варианты 1 и 3, мы видим, что оба содержат только щелочные и щелочноземельные металлы по современному определению. Однако ряд 1 содержит только типичных представителей этих групп, в то время как включение магния ($\text{Mg}$) в ряд 3 может быть спорным в рамках некоторых учебных программ. Поэтому наиболее однозначно правильным является первый вариант.

Ответ: 1) Na, Rb, Ca, Ba

2. С возрастанием относительной атомной массы плотность щелочных металлов

1) возрастает

2) снижается

3) сначала возрастает, затем снижается

4) не изменяется

Щелочные металлы — это элементы I группы главной подгруппы Периодической системы химических элементов: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). Плотность ($ \rho $) — это физическая величина, определяемая как отношение массы тела ($ m $) к его объему ($ V $):

$ \rho = \frac{m}{V} $

При движении вниз по группе щелочных металлов происходит увеличение порядкового номера элемента, что приводит к возрастанию относительной атомной массы. Одновременно с этим увеличивается и атомный радиус, так как добавляется новый электронный слой. Таким образом, и масса, и объем атомов увеличиваются.

Изменение плотности зависит от того, какая из этих величин — масса или объем — растет быстрее. Проанализируем фактические значения плотности щелочных металлов (при нормальных условиях) в зависимости от их относительной атомной массы:

• Литий (Li): атомная масса ≈ 6,94 а.е.м., плотность = 0,534 г/см³
• Натрий (Na): атомная масса ≈ 22,99 а.е.м., плотность = 0,968 г/см³
• Калий (K): атомная масса ≈ 39,10 а.е.м., плотность = 0,862 г/см³
• Рубидий (Rb): атомная масса ≈ 85,47 а.е.м., плотность = 1,532 г/см³
• Цезий (Cs): атомная масса ≈ 132,9 а.е.м., плотность = 1,93 г/см³

Как видно из данных, при переходе от лития к натрию плотность возрастает. Однако при переходе от натрия к калию плотность неожиданно уменьшается. Это связано с аномально большим увеличением атомного радиуса у калия по сравнению с натрием, что "перевешивает" увеличение его массы. Далее, от калия к цезию, плотность снова монотонно возрастает.

Несмотря на аномалию с калием, общая тенденция для щелочных металлов — это увеличение плотности с ростом относительной атомной массы. Из предложенных вариантов ответа наиболее точно общую тенденцию описывает первый вариант.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) возрастает — этот вариант описывает общую тенденцию, игнорируя исключение. В целом, от лития к цезию плотность увеличивается более чем в 3,5 раза.

2) снижается — неверно, так как плотность в основном растет.

3) сначала возрастает, затем снижается — этот вариант описывает только переход Li → Na → K и не отражает дальнейшего значительного роста плотности для Rb и Cs.

4) не изменяется — неверно, так как значения плотности сильно различаются.

Следовательно, в рамках тестового задания, где требуется выбрать наиболее подходящий ответ, описывающий общую закономерность, правильным будет указать на общую тенденцию к возрастанию.

Ответ: 1) возрастает

3. Неверным является следующее утверждение о галогенах:

1) имеют разный цвет

2) состоят из двухатомных молекул

3) взаимодействуют с металлами с образованием солей

4) газообразные вещества

Решение

Для того чтобы определить неверное утверждение, необходимо последовательно проанализировать каждое из предложенных свойств галогенов. Галогены — это химические элементы 17-й группы периодической таблицы (VIIA группа по старой классификации): фтор ($F$), хлор ($Cl$), бром ($Br$), иод ($I$) и астат ($At$).

1) имеют разный цвет
Это утверждение является верным. Простые вещества, образованные галогенами, имеют различную окраску, которая становится интенсивнее с увеличением порядкового номера элемента. При нормальных условиях: фтор ($F_2$) — бледный желто-зеленый газ, хлор ($Cl_2$) — желто-зеленый газ, бром ($Br_2$) — красно-бурая жидкость, иод ($I_2$) — тёмно-серые кристаллы (его пары имеют фиолетовый цвет).

2) состоят из двухатомных молекул
Это утверждение является верным. В свободном состоянии атомы галогенов образуют двухатомные молекулы ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$), в которых они связаны ковалентной неполярной связью.

3) взаимодействуют с металлами с образованием солей
Это утверждение является верным. Галогены — это типичные неметаллы и сильные окислители. Они активно реагируют с большинством металлов, образуя соли, которые называются галогенидами. Само название "галогены" переводится как "рождающие соли". Например, реакция взаимодействия магния и брома: $Mg + Br_2 \rightarrow MgBr_2$.

4) газообразные вещества
Это утверждение является неверным. Агрегатное состояние галогенов при нормальных условиях изменяется с увеличением их атомной массы и, соответственно, усилением межмолекулярного взаимодействия. Фтор и хлор являются газами, бром — жидкостью, а иод и астат — твердыми веществами. Так как не все галогены — газы, это утверждение ложно.

Ответ: 4

4. Температура плавления простых веществ — галогенов с возрастанием относительной атомной массы

1) уменьшается

2) не изменяется

3) увеличивается

4) закономерность отсутствует

Решение

Галогены — это химические элементы 17-й группы периодической таблицы. В виде простых веществ они существуют как двухатомные молекулы (например, $F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$). В твердом состоянии эти вещества образуют молекулярные кристаллические решетки.

Температура плавления веществ с молекулярной кристаллической решеткой определяется силой межмолекулярного взаимодействия. В случае галогенов это силы Ван-дер-Ваальса (лондоновские дисперсионные силы). Для плавления вещества необходимо затратить энергию, чтобы преодолеть эти силы и разрушить кристаллическую решетку.

Сила ван-дер-ваальсовых взаимодействий зависит от количества электронов в молекуле и ее поляризуемости. С ростом относительной атомной массы (при движении по группе сверху вниз) у галогенов увеличивается число электронов в атомах и, соответственно, в молекулах. Большая электронная оболочка легче поляризуется (деформируется), что приводит к возникновению более сильных наведенных диполей и, как следствие, к усилению межмолекулярного притяжения.

Таким образом, в ряду от фтора к иоду:

• Растет относительная атомная и молекулярная масса.
• Увеличивается число электронов в молекуле.
• Усиливаются межмолекулярные силы.
• Требуется больше энергии для плавления.
• Температура плавления возрастает.

Рассмотрим конкретные значения температур плавления:

• Фтор ($F_2$): -219,6 °C
• Хлор ($Cl_2$): -101,5 °C
• Бром ($Br_2$): -7,2 °C
• Иод ($I_2$): 113,7 °C

Данные подтверждают, что с возрастанием относительной атомной массы температура плавления галогенов закономерно увеличивается.

Ответ: 3) увеличивается.