Вариант 1, страница 102 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

Контрольная работа по теме «Водород. Галогены»

Вариант 1

1. Вычислите массу 75%-ного раствора серной кислоты ($H_2SO_4$), при взаимодействии которого с хлоридом натрия ($NaCl$) образовался сульфат натрия ($Na_2SO_4$) и хлороводород ($HCl$), объем которого составил 2,24 л (н.у.).

2. Даны вещества: иодид калия ($KI$), хлор ($Cl_2$), магний ($Mg$), водород ($H_2$). Напишите уравнения возможных реакций между этими веществами, выбирая их попарно. Укажите условия осуществления реакций, составьте схемы электронного баланса.

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

Хлор ($Cl_2$) → Хлороводород ($HCl$) → Хлор ($Cl_2$) → Хлорид железа(III) ($FeCl_3$) → Хлорид серебра ($AgCl$).

Укажите типы реакций, в уравнениях окислительно-восстановительных реакций обозначьте степени окисления и переход электронов.

4. В трех колбах без этикеток находятся растворы хлорида натрия ($NaCl$), бромида натрия ($NaBr$) и соляная кислота ($HCl$). Как можно идентифицировать эти вещества? Ответ мотивируйте.

1. Дано:
$\omega(H_2SO_4) = 75\% = 0.75$
$V(HCl) = 2,24 \text{ л}$ (н.у.)

Найти:

$m_{р-ра}(H_2SO_4) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия концентрированной серной кислоты с хлоридом натрия (при нагревании):
$H_2SO_4 + 2NaCl \rightarrow Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$
2. Найдем количество вещества (моль) выделившегося хлороводорода. Так как объем дан при нормальных условиях (н.у.), используем молярный объем газов $V_m = 22,4$ л/моль:
$n(HCl) = \frac{V(HCl)}{V_m} = \frac{2,24 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,1 \text{ моль}$
3. По уравнению реакции найдем количество вещества серной кислоты, вступившей в реакцию. Соотношение количеств веществ $H_2SO_4$ и $HCl$ равно 1:2.
$n(H_2SO_4) = \frac{1}{2} n(HCl) = \frac{1}{2} \times 0,1 \text{ моль} = 0,05 \text{ моль}$
4. Вычислим массу чистой серной кислоты. Молярная масса $H_2SO_4$ равна:
$M(H_2SO_4) = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98$ г/моль
$m(H_2SO_4) = n(H_2SO_4) \times M(H_2SO_4) = 0,05 \text{ моль} \times 98 \text{ г/моль} = 4,9 \text{ г}$
5. Найдем массу 75%-го раствора серной кислоты, содержащего 4,9 г чистого вещества:
$m_{р-ра}(H_2SO_4) = \frac{m(H_2SO_4)}{\omega(H_2SO_4)} = \frac{4,9 \text{ г}}{0,75} \approx 6,53 \text{ г}$

Ответ: масса 75%-го раствора серной кислоты составляет 6,53 г.

2. Даны вещества: иодид калия ($KI$), хлор ($Cl_2$), магний ($Mg$), водород ($H_2$).

1. Взаимодействие хлора с иодидом калия. Хлор как более активный галоген вытесняет иод из его соли. Реакция протекает в водном растворе при комнатной температуре.
$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$
Схема электронного баланса:
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 (окислитель, восстановление)
$2I^- - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 (восстановитель, окисление)

2. Взаимодействие магния с хлором. Активный металл реагирует с активным неметаллом с образованием соли. Реакция протекает при небольшом нагревании.
$Mg + Cl_2 \xrightarrow{t} MgCl_2$
Схема электронного баланса:
$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ | 1 (восстановитель, окисление)
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 (окислитель, восстановление)

3. Взаимодействие водорода с хлором. Реакция протекает при облучении ультрафиолетовым светом (со взрывом) или при нагревании.
$H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$
Схема электронного баланса:
$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^+$ | 1 (восстановитель, окисление)
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$ | 1 (окислитель, восстановление)

4. Взаимодействие магния с водородом. Активные металлы реагируют с водородом при высокой температуре и давлении с образованием гидридов.
$Mg + H_2 \xrightarrow{t, p} MgH_2$
Схема электронного баланса:
$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ | 1 (восстановитель, окисление)
$H_2^0 + 2e^- \rightarrow 2H^-$ | 1 (окислитель, восстановление)

Другие пары веществ (KI и Mg, KI и H_2) не реагируют друг с другом в обычных условиях.

Ответ:
$Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2$
$Mg + Cl_2 \rightarrow MgCl_2$
$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$
$Mg + H_2 \rightarrow MgH_2$

3. Цепочка превращений: Хлор $\rightarrow$ Хлороводород $\rightarrow$ Хлор $\rightarrow$ Хлорид железа(III) $\rightarrow$ Хлорид серебра.

1. $Cl_2 \rightarrow HCl$
$H_2 + \overset{0}{Cl_2} \xrightarrow{h\nu} 2H\overset{-1}{Cl}$
Тип реакции: соединение, окислительно-восстановительная.
$\overset{0}{H_2} - 2e^- \rightarrow 2\overset{+1}{H}$ (окисление)
$\overset{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Cl}$ (восстановление)

2. $HCl \rightarrow Cl_2$
$4H\overset{-1}{Cl} + \overset{+4}{Mn}O_2 \xrightarrow{t} \overset{+2}{Mn}Cl_2 + \overset{0}{Cl_2}\uparrow + 2H_2O$
Тип реакции: замещение, окислительно-восстановительная.
$2\overset{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{Cl_2}$ (окисление)
$\overset{+4}{Mn} + 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Mn}$ (восстановление)

3. $Cl_2 \rightarrow FeCl_3$
$2\overset{0}{Fe} + 3\overset{0}{Cl_2} \xrightarrow{t} 2\overset{+3}{Fe}\overset{-1}{Cl_3}$
Тип реакции: соединение, окислительно-восстановительная.
$\overset{0}{Fe} - 3e^- \rightarrow \overset{+3}{Fe}$ | 2 (окисление)
$\overset{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Cl}$ | 3 (восстановление)

4. $FeCl_3 \rightarrow AgCl$
$FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgCl\downarrow + Fe(NO_3)_3$
Тип реакции: обмен (ионный обмен). Реакция не является окислительно-восстановительной.

Ответ:
1. $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$
2. $4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$
3. $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$
4. $FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgCl\downarrow + Fe(NO_3)_3$

4. В трех колбах находятся растворы: хлорид натрия ($NaCl$), бромид натрия ($NaBr$) и соляная кислота ($HCl$). Для их идентификации можно провести следующие действия:

1. Определение соляной кислоты.
Соляная кислота, в отличие от растворов солей, имеет кислую среду из-за наличия ионов водорода $H^+$. Это можно доказать несколькими способами:
а) С помощью индикатора. Например, лакмус или метиловый оранжевый. В колбу с соляной кислотой добавляем каплю индикатора, он изменит свой цвет (лакмус станет красным, метилоранж – розовым). В двух других колбах с солями цвет индикатора не изменится (среда нейтральная).
б) С помощью реакции с активным металлом, например, цинком ($Zn$) или магнием ($Mg$). В пробирку с соляной кислотой добавим гранулу цинка, начнется выделение пузырьков газа (водорода).
$2HCl + Zn \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$
В растворах солей $NaCl$ и $NaBr$ реакции не будет.
Таким образом, колба, в которой наблюдается указанная реакция, содержит соляную кислоту.

2. Различение хлорида натрия и бромида натрия.
В две оставшиеся колбы необходимо добавить раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Это качественный реагент на галогенид-ионы ($Cl^-, Br^-, I^-$). В результате реакций образуются нерастворимые осадки, различающиеся по цвету:
а) В колбе с хлоридом натрия выпадет белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$):
$NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$
б) В колбе с бромидом натрия выпадет бледно-желтый (кремовый) осадок бромида серебра ($AgBr$):
$NaBr + AgNO_3 \rightarrow AgBr\downarrow + NaNO_3$
По цвету выпавшего осадка можно однозначно определить, в какой колбе какое вещество находилось.

Ответ: Сначала с помощью индикатора или активного металла определяется соляная кислота (изменение цвета индикатора или выделение водорода). Затем в оставшиеся два раствора добавляется нитрат серебра: с хлоридом натрия он дает белый осадок, с бромидом натрия - бледно-желтый.