Страница 104 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Сокращённое ионное уравнение $ \text{CO}_2 + 2\text{OH}^- = \text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} $ соответствует взаимодействию веществ, формулы которых

1) $ \text{H}_2\text{CO}_3 $ и $ \text{KOH} $

2) $ \text{CO}_2 $ и $ \text{NaOH} $

3) $ \text{CO}_2 $ и $ \text{Cu}(\text{OH})_2 $

4) $ \text{K}_2\text{CO}_3 $ и $ \text{Ca}(\text{OH})_2 $

Решение

Заданное сокращённое ионное уравнение $CO_2 + 2OH^- = CO_3^{2-} + H_2O$ описывает реакцию, в которой должны выполняться следующие условия:

• Одним из исходных веществ должен быть оксид углерода(IV) ($CO_2$), который в ионных уравнениях записывается в молекулярном виде, так как является газом и образует слабую кислоту при растворении в воде.
• Вторым исходным веществом должно быть сильное растворимое основание (щёлочь), которое диссоциирует в растворе с образованием гидроксид-ионов ($OH^-$).
• Продуктом реакции должна быть растворимая соль, которая в растворе диссоциирует на ионы, в том числе карбонат-ион ($CO_3^{2-}$). Катион, оставшийся от щёлочи, будет ионом-наблюдателем и сократится.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов взаимодействия веществ.

1) H₂CO₃ и KOH
Это реакция между слабой угольной кислотой и сильным основанием, гидроксидом калия. Молекулярное уравнение: $H_2CO_3 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + 2H_2O$.
Поскольку угольная кислота является слабой, она не диссоциирует полностью и записывается в молекулярном виде. Полное ионное уравнение: $H_2CO_3 + 2K^+ + 2OH^- \rightarrow 2K^+ + CO_3^{2-} + 2H_2O$.
Сокращённое ионное уравнение: $H_2CO_3 + 2OH^- \rightarrow CO_3^{2-} + 2H_2O$. Это уравнение не совпадает с заданным.

2) CO₂ и NaOH
Это реакция между кислотным оксидом и сильным основанием, гидроксидом натрия. Молекулярное уравнение: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.
$CO_2$ записывается в молекулярном виде. $NaOH$ — щёлочь, $Na_2CO_3$ — растворимая соль. Полное ионное уравнение: $CO_2 + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-} + H_2O$.
Сокращаем ионы-наблюдатели ($Na^+$) и получаем сокращённое ионное уравнение: $CO_2 + 2OH^- \rightarrow CO_3^{2-} + H_2O$. Это уравнение полностью совпадает с заданным.

3) CO₂ и Cu(OH)₂
Это реакция между кислотным оксидом и нерастворимым основанием, гидроксидом меди(II). Молекулярное уравнение: $CO_2 + Cu(OH)_2 \rightarrow CuCO_3\downarrow + H_2O$.
Гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$ и образующийся карбонат меди(II) $CuCO_3$ являются нерастворимыми веществами, поэтому они записываются в молекулярной форме. В этой реакции нет диссоциирующих на ионы веществ (кроме воды), поэтому молекулярное уравнение является одновременно и сокращённым ионным. Это уравнение не совпадает с заданным.

4) K₂CO₃ и Ca(OH)₂
Это реакция ионного обмена между растворимой солью карбонатом калия и растворимым основанием гидроксидом кальция. Молекулярное уравнение: $K_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2KOH$.
В результате реакции образуется нерастворимый карбонат кальция. Полное ионное уравнение: $2K^+ + CO_3^{2-} + Ca^{2+} + 2OH^- \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2K^+ + 2OH^-$.
Сокращённое ионное уравнение: $Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow$. Это уравнение не совпадает с заданным.

Ответ: 2

11. Кокс не взаимодействует с веществами, формулы которых

1) $O_2$

2) $KCl$

3) $H_2SO_4$(конц.)

4) $CuO$

5) $Ca(OH)_2$

Кокс, основной составляющей которого является углерод (C), представляет собой твёрдое топливо и сильный восстановитель при высоких температурах. Для ответа на вопрос проанализируем его взаимодействие с каждым из предложенных веществ.

1) O₂
Углерод активно реагирует с кислородом в реакции горения. Это одна из ключевых химических свойств углерода, лежащая в основе его применения в качестве топлива. В зависимости от условий (количества кислорода) продуктами могут быть оксид углерода(IV) или оксид углерода(II).
Реакция полного сгорания: $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$
Реакция неполного сгорания: $2C + O_2 \xrightarrow{t} 2CO$
Следовательно, кокс взаимодействует с кислородом.

2) KCl
Хлорид калия (KCl) — это соль, образованная очень активным щелочным металлом (калием) и сильной кислотой (соляной). Углерод не способен вытеснить калий из его соли. Подобные реакции замещения для углерода не характерны, особенно с солями таких активных металлов.
$C + KCl \nrightarrow$ (реакция не идёт)
Следовательно, кокс не взаимодействует с хлоридом калия.

3) H₂SO₄(конц.)
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, а углерод — восстановителем. При нагревании между ними протекает окислительно-восстановительная реакция.
Уравнение реакции: $C + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$
Следовательно, кокс взаимодействует с концентрированной серной кислотой.

4) CuO
Углерод — классический восстановитель, используемый в металлургии для получения металлов из их оксидов (процесс карботермии). При высокой температуре кокс восстанавливает медь из оксида меди(II).
Уравнение реакции: $2CuO + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO_2\uparrow$
Следовательно, кокс взаимодействует с оксидом меди(II).

5) Ca(OH)₂
Гидроксид кальция (гашёная известь) является основанием. Углерод, как простое вещество, не реагирует с основаниями в стандартных условиях. Прямое взаимодействие между ними не происходит. Стоит отметить, что при очень высоких температурах (порядка 2000 °C) кокс может реагировать с оксидом кальция (CaO), который образуется при термическом разложении гидроксида кальция. Однако это не является прямой реакцией с $Ca(OH)_2$.
В рамках общей химии считается, что кокс не взаимодействует с гидроксидом кальция.

Таким образом, кокс не вступает в реакцию с хлоридом калия (пункт 2) и гидроксидом кальция (пункт 5).
Ответ: 2, 5.

12. Установите соответствие между названием вещества и формулой реагента, с которым это вещество может взаимодействовать.

НАЗВАНИЕ ВЕЩЕСТВА

А) карбонат калия

Б) гидрокарбонат калия

В) оксид углерода(II)

ФОРМУЛА РЕАГЕНТА

1) $CO_2$

2) $HBr$

3) $NaCl$

4) $K_2O$

5) $CuO$

Решение

Для установления соответствия проанализируем химические свойства каждого вещества из левого столбца и его возможные реакции с реагентами из правого столбца.

А) карбонат калия
Карбонат калия ($K_2CO_3$) — это средняя соль, образованная сильным основанием (гидроксидом калия, $KOH$) и слабой кислотой (угольной кислотой, $H_2CO_3$).
1) С оксидом углерода(IV) ($CO_2$): В водном растворе карбонат калия реагирует с избытком углекислого газа, образуя кислую соль — гидрокарбонат калия. Это качественная реакция на карбонат-ион.
$K_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow 2KHCO_3$
2) С бромоводородной кислотой ($HBr$): Карбонат калия реагирует с сильными кислотами, так как более сильная кислота вытесняет более слабую (угольную) из её соли. Угольная кислота неустойчива и разлагается на воду и углекислый газ.
$K_2CO_3 + 2HBr \rightarrow 2KBr + H_2O + CO_2 \uparrow$
3) С хлоридом натрия ($NaCl$): Реакция ионного обмена не протекает, так как все исходные вещества и возможные продукты растворимы в воде, и не образуется газ или слабый электролит.
4) С оксидом калия ($K_2O$): Реакция не протекает, так как $K_2O$ — основный оксид, а $K_2CO_3$ — соль сильного основания.
5) С оксидом меди(II) ($CuO$): Реакция не протекает в обычных условиях.
Таким образом, карбонат калия может реагировать с $CO_2$ (1) и $HBr$ (2).
Ответ: 1

Б) гидрокарбонат калия
Гидрокарбонат калия ($KHCO_3$) — это кислая соль, которая проявляет амфотерные свойства: может реагировать как с кислотами, так и с основаниями.
1) С оксидом углерода(IV) ($CO_2$): Реакция не протекает, так как гидрокарбонат уже является продуктом взаимодействия карбоната с избытком $CO_2$.
2) С бромоводородной кислотой ($HBr$): Как и карбонат, гидрокарбонат реагирует с сильной кислотой с выделением углекислого газа.
$KHCO_3 + HBr \rightarrow KBr + H_2O + CO_2 \uparrow$
3) С хлоридом натрия ($NaCl$): Реакция ионного обмена не идет.
4) С оксидом калия ($K_2O$): $K_2O$ — основный оксид, который в присутствии воды образует сильное основание $KOH$. Кислая соль $KHCO_3$ реагирует с основанием, превращаясь в среднюю соль $K_2CO_3$.
$2KHCO_3 + K_2O \rightarrow 2K_2CO_3 + H_2O$
5) С оксидом меди(II) ($CuO$): Реакция не протекает.
Таким образом, гидрокарбонат калия может реагировать с $HBr$ (2) и $K_2O$ (4).
Ответ: 4

В) оксид углерода(II)
Оксид углерода(II) ($CO$), или угарный газ, — это несолеобразующий оксид, который является сильным восстановителем при высоких температурах.
1) С оксидом углерода(IV) ($CO_2$): Реакция не идет.
2) С бромоводородной кислотой ($HBr$): Реакция не идет.
3) С хлоридом натрия ($NaCl$): Реакция не идет.
4) С оксидом калия ($K_2O$): Реакция не идет.
5) С оксидом меди(II) ($CuO$): При нагревании оксид углерода(II) восстанавливает металлы из их оксидов. Это одна из характерных реакций для $CO$.
$CO + CuO \xrightarrow{t} Cu + CO_2$
Единственный подходящий реагент — это $CuO$ (5).
Ответ: 5

Итоговое сопоставление:
Для оксида углерода(II) (В) единственно возможный вариант — 5 ($CuO$).
Для карбоната калия (А) и гидрокарбоната калия (Б) возможным реагентом является $HBr$ (2). Чтобы установить однозначное соответствие, нужно выбрать реагенты, которые реагируют только с одним из этих веществ.
- $CO_2$ (1) реагирует с $K_2CO_3$ (А), но не реагирует с $KHCO_3$ (Б).
- $K_2O$ (4) реагирует с $KHCO_3$ (Б), но не реагирует с $K_2CO_3$ (А).
Следовательно, для А выбираем 1, а для Б — 4.

13. Определите объем углекислого газа (н. у.), полученного при взаимодействии 200 г известняка, содержащего 20 % примесей, с соляной кислотой.

Дано:

$m_{\text{известняка}} = 200 \text{ г}$

$\omega_{\text{примесей}} = 20 \% = 0.2$

Найти:

$V(CO_2) (\text{н. у.}) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия известняка (основной компонент - карбонат кальция, $CaCO_3$) с соляной кислотой ($HCl$). Примеси, содержащиеся в известняке, в реакции не участвуют.

$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Найдем массу чистого карбоната кальция ($CaCO_3$) в образце известняка. Сначала определим массовую долю $CaCO_3$:

$\omega(CaCO_3) = 100\% - \omega_{\text{примесей}} = 100\% - 20\% = 80\% = 0.8$

Теперь рассчитаем массу чистого $CaCO_3$:

$m(CaCO_3) = m_{\text{известняка}} \times \omega(CaCO_3) = 200 \text{ г} \times 0.8 = 160 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярную массу карбоната кальция ($CaCO_3$):

$M(CaCO_3) = M(Ca) + M(C) + 3 \times M(O) = 40 + 12 + 3 \times 16 = 100 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) карбоната кальция, вступившего в реакцию:

$n(CaCO_3) = \frac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)} = \frac{160 \text{ г}}{100 \text{ г/моль}} = 1.6 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции видно, что из 1 моль $CaCO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Следовательно, количество вещества углекислого газа равно количеству вещества карбоната кальция:

$n(CO_2) = n(CaCO_3) = 1.6 \text{ моль}$

6. Найдем объем выделившегося углекислого газа при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем газа при н. у. ($V_m$) равен 22.4 л/моль.

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 1.6 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 35.84 \text{ л}$

Ответ: объём углекислого газа (н. у.), полученного при взаимодействии, составляет 35.84 л.

14. Предложите способы очистки:

1) углекислого газа от угарного газа;

2) угарного газа от углекислого газа.

Напишите уравнения соответствующих реакций.

1) очистки углекислого газа от угарного газа

Для очистки углекислого газа ($CO_2$) от примеси угарного газа ($CO$) можно использовать окислительно-восстановительную реакцию. Угарный газ является восстановителем, в то время как углекислый газ уже находится в высшей степени окисления для углерода и не вступает в подобные реакции в данных условиях. Метод заключается в пропускании газовой смеси над нагретым оксидом металла, например, оксидом меди(II) ($CuO$). При высокой температуре угарный газ окисляется до углекислого газа, тем самым примесь превращается в основной продукт.

Уравнение реакции:

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

В результате этой реакции угарный газ удаляется из смеси, а на выходе получается очищенный углекислый газ.

Ответ: Пропустить газовую смесь над нагретым оксидом меди(II). Уравнение реакции: $CO + CuO \xrightarrow{t} Cu + CO_2$.

2) угарного газа от углекислого газа

Очистку угарного газа ($CO$) от углекислого газа ($CO_2$) проводят, основываясь на различии их кислотно-основных свойств. Углекислый газ ($CO_2$) является кислотным оксидом и активно реагирует со щелочами, в то время как угарный газ ($CO$) — несолеобразующий оксид и со щелочами в обычных условиях не взаимодействует. Для этого газовую смесь пропускают через раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$) или через известковую воду (раствор гидроксида кальция $Ca(OH)_2$). Углекислый газ поглощается раствором, образуя соль (карбонат), а угарный газ проходит через раствор без изменений.

Уравнения соответствующих реакций:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

или

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Альтернативным способом, применяемым в промышленности, является пропускание горячей газовой смеси через раскаленный кокс (углерод). При этом углекислый газ восстанавливается до угарного газа:

$CO_2 + C \xrightarrow{t>800^{\circ}C} 2CO$

Ответ: Пропустить газовую смесь через раствор щелочи (например, гидроксида натрия или кальция). Уравнение реакции: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.

1. Число валентных электронов в атоме углерода равно

1) 2

2) 4

3) 6

4) 3

Решение

Валентные электроны — это электроны, находящиеся на самой внешней электронной оболочке атома. Они определяют химические свойства элемента и его способность вступать в химические связи. Чтобы определить их число для углерода, необходимо рассмотреть его положение в Периодической системе и его электронное строение.

Углерод (C) — химический элемент с порядковым номером 6. Это означает, что в ядре его атома содержится 6 протонов, а вокруг ядра движутся 6 электронов. Эти электроны распределяются по энергетическим уровням и подуровням.

Электронная конфигурация атома углерода в основном состоянии записывается как $1s^2 2s^2 2p^2$.

Внешним электронным уровнем является тот, у которого главное квантовое число ($n$) наибольшее. Для углерода это второй уровень ($n=2$). На этом внешнем уровне находятся электроны $2s^2$ и $2p^2$.

Сложим количество электронов на подуровнях внешнего уровня: 2 электрона на $2s$-подуровне и 2 электрона на $2p$-подуровне.
Общее число валентных электронов = $2 + 2 = 4$.

Также для элементов главных подгрупп (А-групп) число валентных электронов совпадает с номером группы. Углерод находится в IVА группе (или 14-й группе по современной классификации), что также указывает на наличие 4 валентных электронов.

Следовательно, число валентных электронов в атоме углерода равно 4. Этот вариант ответа находится под номером 2.

Ответ: 2

2. Атомы углерода и кремния имеют

1) одинаковый заряд ядра

2) разную электроотрицательность

3) равное число электронных слоёв

4) разное число электронов на внешнем электронном слое

Решение

Для того чтобы определить, какое из утверждений является верным, необходимо проанализировать положение углерода (C) и кремния (Si) в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева и сравнить их свойства.

Углерод (C) — химический элемент с порядковым номером 6, расположенный во 2-м периоде, 14-й (IVA) группе. Следовательно, заряд ядра атома углерода равен $Z = +6$. Атом имеет 2 электронных слоя, а на внешнем слое, согласно номеру группы, находится 4 электрона.

Кремний (Si) — химический элемент с порядковым номером 14, расположенный в 3-м периоде, 14-й (IVA) группе. Следовательно, заряд ядра атома кремния равен $Z = +14$. Атом имеет 3 электронных слоя, а на внешнем слое также находится 4 электрона.

Теперь проанализируем каждое утверждение:

1) одинаковый заряд ядра

Заряд ядра атома углерода +6, а атома кремния +14. Так как $6 \ne 14$, заряды их ядер различны. Следовательно, данное утверждение неверно.

2) разную электроотрицательность

Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны. В пределах одной группы Периодической системы электроотрицательность уменьшается сверху вниз по мере увеличения радиуса атома. Поскольку углерод и кремний находятся в одной группе, но углерод расположен выше, его электроотрицательность больше, чем у кремния. Следовательно, они имеют разную электроотрицательность. Данное утверждение верно.

3) равное число электронных слоёв

Число электронных слоёв в атоме определяется номером периода, в котором находится элемент. Углерод находится во 2-м периоде (2 электронных слоя), а кремний — в 3-м периоде (3 электронных слоя). Число слоёв у них разное. Следовательно, данное утверждение неверно.

4) разное число электронов на внешнем электронном слое

Для элементов главных подгрупп (к которым относятся углерод и кремний) число электронов на внешнем слое равно номеру группы. Оба элемента находятся в 14-й (IVA) группе, поэтому у обоих на внешнем слое по 4 электрона. Число электронов на внешнем слое у них одинаковое. Следовательно, данное утверждение неверно.

Ответ: 2