Страница 101 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Углекислый газ относят к оксидам

1) кислотным

2) основным

3) амфотерным

4) несолеобразующим

Решение

Для классификации оксида необходимо определить его химические свойства. Оксиды делят на четыре основные группы: кислотные, основные, амфотерные и несолеобразующие.

Углекислый газ, или диоксид углерода ($CO_2$), является оксидом неметалла углерода ($C$). Чтобы определить его принадлежность к одной из групп, необходимо рассмотреть его химические свойства.

Во-первых, углекислый газ взаимодействует с водой, образуя слабую угольную кислоту ($H_2CO_3$). Реакция является обратимой:
$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Во-вторых, диоксид углерода реагирует с основаниями (например, со щелочами) с образованием соли и воды. Пример реакции с гидроксидом натрия:
$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$
В этой реакции образуется соль — карбонат натрия.

Способность оксида реагировать с водой с образованием кислоты и с основаниями с образованием соли является характерным признаком кислотных оксидов.

Рассмотрим другие варианты:

• Основные оксиды (например, $CaO, Na_2O$) — это оксиды металлов, которые реагируют с кислотами. $CO_2$ сам проявляет кислотные свойства.
• Амфотерные оксиды (например, $Al_2O_3, ZnO$) реагируют и с кислотами, и с основаниями. $CO_2$ с кислотами не реагирует.
• Несолеобразующие оксиды (например, $CO, NO, N_2O$) не вступают в реакции с кислотами или основаниями с образованием солей. $CO_2$ образует соли (карбонаты), поэтому он является солеобразующим.

Таким образом, на основании своих химических свойств углекислый газ ($CO_2$) однозначно относится к кислотным оксидам.

Ответ: 1) кислотным

7. Оксид углерода(II) реагирует с каждым из двух веществ:

1) водой и кислородом

2) кислородом и оксидом натрия

3) оксидом меди(II) и кислородом

4) гидроксидом натрия и водородом

Для решения этой задачи необходимо проанализировать химические свойства оксида углерода(II) ($CO$) и его способность реагировать с каждой парой предложенных веществ. Оксид углерода(II), также известный как угарный газ, является несолеобразующим оксидом, но при этом проявляет сильные восстановительные свойства.

1) водой и кислородом

Оксид углерода(II) реагирует с кислородом ($O_2$) при нагревании (горение), образуя оксид углерода(IV):

$2CO + O_2 \xrightarrow{t} 2CO_2$

Однако с водой ($H_2O$) в обычных условиях оксид углерода(II) практически не реагирует, так как является несолеобразующим оксидом. Реакция возможна только в жестких условиях (высокая температура, давление), что не считается типичным взаимодействием. Следовательно, эта пара веществ не подходит.

2) кислородом и оксидом натрия

Как указано выше, $CO$ реагирует с кислородом ($O_2$).

С оксидом натрия ($Na_2O$), который является основным оксидом, несолеобразующий оксид $CO$ не реагирует. Кроме того, $CO$ не может восстановить натрий из его оксида из-за высокой активности натрия. Таким образом, эта пара не подходит.

3) оксидом меди(II) и кислородом

С кислородом ($O_2$) оксид углерода(II) реагирует, окисляясь до $CO_2$.

С оксидом меди(II) ($CuO$) оксид углерода(II) также вступает в реакцию, проявляя свои восстановительные свойства. Он восстанавливает медь из оксида, а сам окисляется до диоксида углерода. Эта реакция широко используется в металлургии:

$CO + CuO \xrightarrow{t} Cu + CO_2$

Поскольку оксид углерода(II) реагирует с обоими веществами, этот вариант является верным.

4) гидроксидом натрия и водородом

Оксид углерода(II) может реагировать с гидроксидом натрия ($NaOH$), но только при высоком давлении и температуре, с образованием формиата натрия:

$CO + NaOH \xrightarrow{t, P} HCOONa$

С водородом ($H_2$) оксид углерода(II) также реагирует в жестких условиях (высокая температура, давление и наличие катализаторов) с образованием различных органических продуктов, например, метанола (синтез Фишера-Тропша):

$CO + 2H_2 \xrightarrow{kat., t, P} CH_3OH$

Хотя реакции с обоими веществами возможны, они требуют специфических промышленных условий. В то же время реакции из пункта 3 являются фундаментальными и общеизвестными свойствами $CO$. Поэтому в контексте данного вопроса вариант 3 является наиболее корректным.

Вывод: Оксид углерода(II) вступает в реакцию как с оксидом меди(II) (в качестве восстановителя), так и с кислородом (в качестве горючего вещества/восстановителя).

Ответ: 3

8. Неверным является утверждение, что углекислый газ

1) имеет запах

2) содержится в атмосферном воздухе

3) бесцветен

4) тяжелее воздуха

Для того чтобы определить, какое из утверждений является неверным, необходимо рассмотреть каждое из них по отдельности, основываясь на известных физических и химических свойствах углекислого газа ($CO_2$).

1) имеет запах

Углекислый газ в обычных условиях и невысоких концентрациях является газом без запаха. Человеческие рецепторы не способны его улавливать. В очень высоких, опасных для жизни концентрациях (более 5-10%) он может вызывать раздражение слизистых оболочек и создавать ощущение кислого запаха, но это является скорее реакцией организма на удушье и гиперкапнию, а не восприятием запаха в привычном смысле. В стандартном определении свойств углекислый газ считается газом без запаха. Следовательно, это утверждение является неверным.

2) содержится в атмосферном воздухе

Это утверждение верно. Углекислый газ является постоянной составной частью атмосферного воздуха. Его концентрация в настоящее время составляет около 0,042% (или 420 ppm) и играет важнейшую роль в биосфере (участвует в фотосинтезе) и климатической системе Земли (как парниковый газ).

3) бесцветен

Это утверждение верно. Углекислый газ, подобно кислороду и азоту, в газообразном, жидком и твердом (в виде "сухого льда") состояниях не имеет цвета.

4) тяжелее воздуха

Это утверждение верно. Плотность газа зависит от его молярной массы. Молярная масса углекислого газа ($CO_2$) рассчитывается как сумма атомных масс углерода и двух атомов кислорода: $M(CO_2) \approx 12 + 2 \cdot 16 = 44$ г/моль. Средняя молярная масса воздуха, который является смесью газов (в основном азота $N_2$ и кислорода $O_2$), составляет примерно $29$ г/моль. Поскольку молярная масса $CO_2$ больше средней молярной массы воздуха ($44 > 29$), углекислый газ тяжелее воздуха при одинаковых условиях.

Таким образом, единственным неверным утверждением является первое.

Ответ: 1

9. По помутнению известковой воды распознают

1) водород

2) кислород

3) углекислый газ

4) аммиак

Данный вопрос относится к теме качественных химических реакций, которые позволяют определить наличие конкретного вещества в смеси. Помутнение известковой воды является классическим тестом на определённый газ.

Решение

Известковая вода — это насыщенный водный раствор гидроксида кальция, химическая формула которого $Ca(OH)_2$. Изначально это прозрачная бесцветная жидкость.

Помутнение раствора происходит из-за образования нерастворимого вещества (осадка) в результате химической реакции. Необходимо определить, какой из предложенных газов будет реагировать с гидроксидом кальция с образованием осадка.

3) углекислый газ
Углекислый газ ($CO_2$), являясь кислотным оксидом, вступает в реакцию с основанием — гидроксидом кальция. В результате образуется карбонат кальция ($CaCO_3$) — нерастворимая соль белого цвета, которая выпадает в осадок и вызывает помутнение раствора. Уравнение реакции: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$ Именно эта реакция является качественной для обнаружения углекислого газа.

Рассмотрим остальные варианты:

1) водород
Водород ($H_2$) — простое вещество, которое в обычных условиях не реагирует с раствором гидроксида кальция. Помутнения не произойдет.

2) кислород
Кислород ($O_2$) также не вступает в реакцию с известковой водой при нормальных условиях.

4) аммиак
Аммиак ($NH_3$) при растворении в воде образует гидроксид аммония ($NH_4OH$), который является слабым основанием. Основания друг с другом (в данном случае $NH_4OH$ и $Ca(OH)_2$) не реагируют с образованием осадка.

Таким образом, по помутнению известковой воды распознают углекислый газ.

Ответ: 3) углекислый газ

10. Сокращенное ионное уравнение $2H^+ + CO_3^{2-} = H_2O + CO_2\uparrow$ соответствует взаимодействию веществ, формулы которых

1) $H_2SiO_3$ и $K_2CO_3$

2) $HCl$ и $Na_2CO_3$

3) $Ca(OH)_2$ и $MgCO_3$

4) $H_2SO_4$ и $CaCO_3$

Решение:

Сокращенное ионное уравнение $2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} = \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$ описывает реакцию, в которой источником ионов водорода $\text{H}^+$ является сильная растворимая кислота, а источником карбонат-ионов $\text{CO}_3^{2-}$ — растворимая соль-карбонат. Продукт реакции, помимо воды и углекислого газа, должен быть растворимым веществом, чтобы его ионы не вошли в итоговое уравнение (являлись ионами-наблюдателями).

Проанализируем предложенные варианты:

1) $\text{H}_2\text{SiO}_3$ и $\text{K}_2\text{CO}_3$
Кремниевая кислота $\text{H}_2\text{SiO}_3$ является слабой и нерастворимой в воде. В ионных уравнениях нерастворимые и слабые вещества записываются в молекулярной форме, поэтому она не может быть источником ионов $2\text{H}^+$. Этот вариант не подходит.

2) $\text{HCl}$ и $\text{Na}_2\text{CO}_3$
Соляная кислота $\text{HCl}$ — сильная, растворимая кислота, диссоциирует нацело на ионы $\text{H}^+$ и $\text{Cl}^-$.
Карбонат натрия $\text{Na}_2\text{CO}_3$ — растворимая соль, диссоциирует нацело на ионы $2\text{Na}^+$ и $\text{CO}_3^{2-}$.
Запишем уравнение реакции:
Молекулярное уравнение: $2\text{HCl} + \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$.
Полное ионное уравнение: $2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^- + 2\text{Na}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow 2\text{Na}^+ + 2\text{Cl}^- + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$.
Соль $\text{NaCl}$ растворима, поэтому ионы $\text{Na}^+$ и $\text{Cl}^-$ являются ионами-наблюдателями и сокращаются. В результате получаем сокращенное ионное уравнение: $2\text{H}^+ + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$.
Это уравнение совпадает с уравнением в условии задачи. Этот вариант подходит.

3) $\text{Ca(OH)}_2$ и $\text{MgCO}_3$
Гидроксид кальция $\text{Ca(OH)}_2$ — это основание (источник $\text{OH}^-$), а не кислота. Карбонат магния $\text{MgCO}_3$ — нерастворимая соль. Реакция между этими веществами не соответствует данному ионному уравнению. Этот вариант не подходит.

4) $\text{H}_2\text{SO}_4$ и $\text{CaCO}_3$
Серная кислота $\text{H}_2\text{SO}_4$ — сильная кислота, но карбонат кальция $\text{CaCO}_3$ нерастворим в воде. Нерастворимые вещества записываются в ионных уравнениях в молекулярном виде. Кроме того, в результате реакции образуется нерастворимый сульфат кальция $\text{CaSO}_4$.
Молекулярное уравнение: $\text{H}_2\text{SO}_4 + \text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaSO}_4\downarrow + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$.
Полное ионное уравнение: $2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-} + \text{CaCO}_3(s) \rightarrow \text{CaSO}_4(s) + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow$.
Это уравнение не может быть сокращено до вида, указанного в задании. Этот вариант не подходит.

Ответ: 2

11. Карбонат натрия взаимодействует с веществами, формулы которых

1) $Ca(OH)_2$

2) $KNO_3$

3) $NH_4Cl$

4) $H_2SO_4$

5) $CuO$

1) Ca(OH)₂

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) реагирует с гидроксидом кальция ($Ca(OH)_2$) по механизму ионного обмена. При взаимодействии этих двух веществ (карбонат натрия растворим, гидроксид кальция малорастворим, но вступает в реакцию) образуется нерастворимый карбонат кальция ($CaCO_3$), который выпадает в осадок. Наличие осадка является признаком протекания реакции.

Уравнение реакции: $Na_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaOH$

Ответ: взаимодействует.

2) KNO₃

Реакция между карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) и нитратом калия ($KNO_3$) не протекает. Оба вещества являются солями, и в результате их потенциальной реакции ионного обмена образовались бы нитрат натрия ($NaNO_3$) и карбонат калия ($K_2CO_3$). Все четыре соли хорошо растворимы в воде, поэтому нет движущей силы для реакции (не образуется ни осадок, ни газ, ни слабый электролит).

$Na_2CO_3 + 2KNO_3 \nrightarrow 2NaNO_3 + K_2CO_3$

Ответ: не взаимодействует.

3) NH₄Cl

Карбонат натрия вступает в реакцию с хлоридом аммония ($NH_4Cl$). Эта реакция является примером необратимого совместного гидролиза. Ион карбоната ($CO_3^{2-}$) является основанием Брёнстеда, а ион аммония ($NH_4^+$) — кислотой Брёнстеда. При их взаимодействии в растворе образуются аммиак ($NH_3$) и гидрокарбонат-ион ($HCO_3^-$). При нагревании реакция идет до конца с выделением аммиака и углекислого газа, так как образующийся карбонат аммония неустойчив.

Уравнение реакции при нагревании: $Na_2CO_3 + 2NH_4Cl \xrightarrow{t} 2NaCl + 2NH_3 \uparrow + H_2O + CO_2 \uparrow$.

В ионном виде: $CO_3^{2-} + 2NH_4^+ \xrightarrow{t} 2NH_3 \uparrow + H_2O + CO_2 \uparrow$.

Ответ: взаимодействует.

4) H₂SO₄

Карбонат натрия, как соль слабой угольной кислоты, активно реагирует с сильной серной кислотой ($H_2SO_4$). В результате реакции вытесняется слабая угольная кислота ($H_2CO_3$), которая тут же разлагается на воду ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$). Выделение газа является явным признаком реакции.

Уравнение реакции: $Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: взаимодействует.

5) CuO

В водных растворах при обычных условиях карбонат натрия не взаимодействует с оксидом меди(II) ($CuO$). Оксид меди(II) — это нерастворимый в воде основной оксид, который не вступает в реакции ионного обмена с растворами солей. Для реакции необходимо сплавление реагентов при высокой температуре.

Ответ: не взаимодействует.

12. Установите соответствие между названием вещества и формулами реагентов, с которыми это вещество может взаимодействовать.

НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА

ФОРМУЛЫ РЕАГЕНТОВ

А) оксид углерода(IV)

Б) кокс

В) карбонат магния

1) $H_2O + CO_2$

2) $KOH$

3) $H_2$

4) $HCl$

5) $Al$

Решение

А) оксид углерода(IV)

Оксид углерода(IV), или углекислый газ, имеет химическую формулу $CO_2$. Это типичный кислотный оксид, поэтому он вступает в реакции с основными и амфотерными оксидами, а также с основаниями (особенно щелочами). Проанализируем предложенные реагенты:
1) $H_2O + CO_2$: $CO_2$ обратимо реагирует с водой, но не реагирует сам с собой. Вариант не подходит.
2) $KOH$: Гидроксид калия — это щёлочь (сильное основание). Кислотный оксид $CO_2$ реагирует с $KOH$, образуя соль и воду. Это характерное свойство кислотных оксидов.
Уравнение реакции: $CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$ (при избытке щёлочи) или $CO_2 + KOH \rightarrow KHCO_3$ (при избытке кислотного оксида).
3) $H_2$: Водород может восстанавливать оксид углерода(IV) при определённых условиях (высокая температура, давление, катализаторы), но это не самая типичная реакция.
4) $HCl$: Соляная кислота, как и $CO_2$, проявляет кислотные свойства, поэтому они не взаимодействуют.
5) $Al$: Активные металлы, такие как алюминий, могут восстанавливать углерод из $CO_2$ при сильном нагревании.
Из всех вариантов наиболее характерной и однозначной является реакция со щёлочью $KOH$.

Ответ: 2

Б) кокс

Кокс — это практически чистый углерод ($C$), который является сильным восстановителем при высоких температурах. Рассмотрим его взаимодействие с предложенными реагентами:
1) $H_2O + CO_2$: Углерод взаимодействует как с водяным паром (реакция паровой газификации угля), так и с диоксидом углерода (реакция Будуара). Обе реакции являются эндотермическими и протекают при высоких температурах.
Уравнения реакций: $C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$ (получение синтез-газа) и $C + CO_2 \xrightarrow{t} 2CO$. Так как кокс реагирует с обоими веществами, этот вариант подходит.
2) $KOH$: В обычных условиях углерод не реагирует со щелочами.
3) $H_2$: Углерод реагирует с водородом при высокой температуре и давлении в присутствии катализатора с образованием метана.
4) $HCl$: Углерод не реагирует с соляной кислотой.
5) $Al$: Углерод реагирует с алюминием при очень высокой температуре с образованием карбида алюминия ($4Al + 3C \xrightarrow{t} Al_4C_3$).
Вариант 1 наиболее полно описывает химические свойства кокса как промышленного реагента, так как включает две его важнейшие реакции.

Ответ: 1

В) карбонат магния

Карбонат магния ($MgCO_3$) — это соль, образованная металлом средней активности и слабой угольной кислотой. Основное химическое свойство солей слабых кислот — взаимодействие с более сильными кислотами.
1) $H_2O + CO_2$: Нерастворимый карбонат магния может реагировать с угольной кислотой (которая образуется при растворении $CO_2$ в воде) с образованием растворимого гидрокарбоната магния: $MgCO_3 + H_2O + CO_2 \rightleftharpoons Mg(HCO_3)_2$. Эта реакция возможна.
2) $KOH$: Реакция ионного обмена не пойдет, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита.
3) $H_2$: Водород не реагирует с карбонатом магния.
4) $HCl$: Соляная кислота — сильная кислота. Она вытесняет слабую угольную кислоту из её соли. Реакция протекает с выделением углекислого газа. Это классическая качественная реакция на карбонат-ион.
Уравнение реакции: $MgCO_3 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.
5) $Al$: Алюминий не вытесняет магний из его соли в растворе или расплаве.
Реакция с соляной кислотой является наиболее характерной для карбоната магния из всех предложенных вариантов.

Ответ: 4