Страница 105 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Высшая и низшая степень окисления углерода соответственно равны

1) $ +2 $ и $ -2 $

2) $ +3 $ и $ 0 $

3) $ +4 $ и $ -4 $

4) $ +2 $ и $ -4 $

Степень окисления химического элемента определяется его положением в Периодической системе и количеством валентных электронов. Углерод (C) находится в 14-й группе (старая классификация — IVА группа), 2-м периоде. Электронная конфигурация внешнего слоя атома углерода — $2s^22p^2$, что означает наличие 4 валентных электронов.

Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп обычно равна номеру группы. Для углерода, который находится в IV группе, высшая степень окисления составляет $+4$. Это происходит, когда углерод отдает все свои 4 валентных электрона. Примеры соединений: оксид углерода(IV) $CO_2$, угольная кислота $H_2CO_3$, метан тетрахлорид $CCl_4$.

Низшая степень окисления для неметаллов определяется как разность между номером группы и числом 8 (согласно правилу октета, атому необходимо 8 электронов для завершения внешней оболочки). Для углерода это значение равно $4 - 8 = -4$. Такую степень окисления углерод проявляет, принимая 4 электрона. Примеры соединений: метан $CH_4$, карбид алюминия $Al_4C_3$.

Таким образом, высшая и низшая степени окисления углерода соответственно равны $+4$ и $-4$.

Ответ: 3) +4 и -4

4. Верны ли следующие суждения об аллотропных модификациях углерода?

А. Аллотропные модификации углерода — это алмаз, графит, карбин, фуллерен и карборунд.

Б. Сажа и древесный уголь — аморфные вещества, сходные по строению с графитом, но с хаотическим расположением частиц.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Проанализируем каждое суждение для определения его истинности.

А. В данном суждении перечисляются аллотропные модификации углерода. Аллотропные модификации – это простые вещества, состоящие из атомов одного химического элемента, но имеющие разное строение и, как следствие, разные свойства. Алмаз, графит, карбин, фуллерен являются известными аллотропными модификациями углерода, так как все они состоят только из атомов углерода. Однако в этом списке присутствует карборунд. Карборунд (или карбид кремния) – это химическое соединение кремния и углерода с формулой $SiC$. Поскольку он состоит из атомов разных элементов, он не является простым веществом и, следовательно, не может быть аллотропной модификацией углерода. Таким образом, суждение А является неверным.

Б. В этом суждении рассматриваются сажа и древесный уголь. Эти вещества действительно являются формами аморфного углерода. Аморфные тела не имеют строго упорядоченной кристаллической решетки, характерной для кристаллических веществ. Их структура представляет собой совокупность мелких, неупорядоченных фрагментов, которые по своему локальному строению похожи на структуру графита (слои, состоящие из гексагональных ячеек атомов углерода). Эти графитоподобные фрагменты расположены хаотично, что и определяет аморфное состояние вещества. Таким образом, суждение Б является верным.

Итак, суждение А неверно, а суждение Б верно. Следовательно, из предложенных вариантов правильным является тот, который утверждает, что верно только Б.
Ответ: 2

5. Углерод проявляет окислительные свойства в реакции, уравне-

ние которой

1) $C + O_2 = CO_2$

2) $C + 2S = CS_2$

3) $C + 2CuO = 2Cu + CO_2$

4) $3C + 4Al = Al_4C_3$

Решение

Окислитель — это частица (атом, ион или молекула), которая в ходе окислительно-восстановительной реакции принимает электроны. При этом степень окисления самого окислителя понижается. Чтобы определить, в какой из представленных реакций углерод проявляет окислительные свойства, необходимо проанализировать изменение его степени окисления в каждом случае.

1) $C + O_2 = CO_2$

В этой реакции углерод в виде простого вещества имеет степень окисления 0 ($C^0$). В продукте реакции, диоксиде углерода ($CO_2$), кислород имеет степень окисления -2, следовательно, чтобы молекула была электронейтральной, степень окисления углерода должна быть +4 ($C^{+4}$). Его степень окисления повысилась ($C^0 \rightarrow C^{+4}$), значит, углерод отдал электроны и является восстановителем.

2) $C + 2S = CS_2$

Степень окисления углерода как простого вещества равна 0 ($C^0$). В сероуглероде ($CS_2$) сера является более электроотрицательным элементом, чем углерод, и принимает степень окисления -2. Следовательно, степень окисления углерода равна +4 ($C^{+4}$). Степень окисления углерода повысилась ($C^0 \rightarrow C^{+4}$), поэтому углерод является восстановителем.

3) $C + 2CuO = 2Cu + CO_2$

Начальная степень окисления углерода равна 0 ($C^0$). В продукте реакции, диоксиде углерода ($CO_2$), степень окисления углерода, как мы выяснили ранее, равна +4 ($C^{+4}$). Степень окисления углерода повысилась ($C^0 \rightarrow C^{+4}$), что указывает на его восстановительные свойства. В данной реакции углерод восстанавливает медь из оксида.

4) $3C + 4Al = Al_4C_3$

Начальная степень окисления углерода равна 0 ($C^0$). В продукте реакции, карбиде алюминия ($Al_4C_3$), алюминий является металлом и имеет постоянную степень окисления +3. Углерод, как более электроотрицательный элемент по сравнению с алюминием, будет иметь отрицательную степень окисления. Рассчитаем ее значение ($x$): $4 \cdot (+3) + 3 \cdot x = 0 \implies 12 + 3x = 0 \implies 3x = -12 \implies x = -4$. Степень окисления углерода понизилась с 0 до -4 ($C^0 \rightarrow C^{-4}$). Это означает, что углерод принял электроны и является окислителем.

Ответ: 4.

6. Оксид углерода(II)

1) проявляет кислотные свойства

2) проявляет основные свойства

3) проявляет амфотерные свойства

4) не проявляет ни кислотных, ни основных свойств

Решение

Оксид углерода(II), химическая формула которого $CO$, также известен как угарный газ. Для определения его химических свойств необходимо рассмотреть классификацию оксидов.

Оксиды по их способности реагировать с кислотами и основаниями делятся на кислотные, основные, амфотерные и несолеобразующие (безразличные). Оксид углерода(II) относится к группе несолеобразующих оксидов. Рассмотрим каждый вариант ответа подробно.

1) проявляет кислотные свойства

Это утверждение неверно. Кислотными свойствами обладает оксид углерода(IV), $CO_2$. Он реагирует со щелочами, образуя соли (карбонаты), например: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$. Оксид углерода(II), $CO$, в такие реакции не вступает.

2) проявляет основные свойства

Это утверждение неверно. Основные свойства характерны для оксидов активных металлов (например, $CaO$, $Na_2O$). Они реагируют с кислотами. Оксид $CO$ является оксидом неметалла и с кислотами не взаимодействует.

3) проявляет амфотерные свойства

Это утверждение неверно. Амфотерные оксиды, такие как $Al_2O_3$ или $ZnO$, реагируют и с кислотами, и с основаниями. $CO$ не проявляет такой двойственности.

4) не проявляет ни кислотных, ни основных свойств

Это утверждение верно. Оксид углерода(II) является типичным представителем несолеобразующих (безразличных) оксидов. Он не образует солей при взаимодействии ни с кислотами, ни с основаниями при обычных условиях. К этой же группе относятся, например, оксиды азота $N_2O$ и $NO$.

Ответ: 4) не проявляет ни кислотных, ни основных свойств

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

1) водой и оксидом кальция

2) кислородом и оксидом серы(IV)

3) сульфатом калия и гидроксидом натрия

4) фосфорной кислотой и водородом

Решение

Оксид углерода(IV) ($CO_2$), также известный как углекислый газ, является кислотным оксидом. Для решения задачи необходимо определить, с какой из предложенных пар веществ он будет реагировать. Кислотные оксиды взаимодействуют с водой, основными оксидами и основаниями (щелочами).

1) водой и оксидом кальция

Оксид углерода(IV) обратимо реагирует с водой ($H_2O$) с образованием слабой угольной кислоты ($H_2CO_3$):

$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

Оксид углерода(IV) как кислотный оксид вступает в реакцию с оксидом кальция ($CaO$), который является основным оксидом. В результате реакции образуется соль — карбонат кальция ($CaCO_3$):

$CO_2 + CaO \rightarrow CaCO_3$

Поскольку $CO_2$ реагирует с обоими веществами, этот вариант является правильным.

2) кислородом и оксидом серы(IV)

В оксиде углерода(IV) ($CO_2$) углерод проявляет свою высшую степень окисления +4, поэтому он не может быть дальше окислен кислородом ($O_2$). Реакция не протекает.

Оксид серы(IV) ($SO_2$) также является кислотным оксидом. Кислотные оксиды друг с другом не реагируют. Таким образом, этот вариант неверный.

3) сульфатом калия и гидроксидом натрия

Сульфат калия ($K_2SO_4$) — это соль сильной кислоты ($H_2SO_4$) и сильного основания ($KOH$). Угольная кислота, образующаяся при растворении $CO_2$ в воде, является слабой и не способна вытеснить сильную серную кислоту из её соли. Реакция не идет.

Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание (щелочь). $CO_2$ как кислотный оксид реагирует с ним с образованием соли (карбоната натрия) и воды:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

Так как реакция идет только с одним из двух веществ, этот вариант не подходит.

4) фосфорной кислотой и водородом

Фосфорная кислота ($H_3PO_4$) является кислотой. Кислотный оксид $CO_2$ с кислотами не взаимодействует.

Водород ($H_2$) может восстанавливать оксид углерода(IV), но эта реакция требует специальных условий (высокая температура, давление, катализаторы) и не является типичной для обычных условий. Поскольку с фосфорной кислотой реакция не идет, этот вариант неверен.

Ответ: 1

8. Укажите минерал, не являющийся соединением углерода.

1) известняк 2) доломит 3) кварц 4) мрамор

Решение

Для того чтобы указать минерал, не являющийся соединением углерода, необходимо проанализировать химический состав каждого из предложенных вариантов.

1) известняк

Известняк – это осадочная горная порода, основной компонент которой – карбонат кальция (минерал кальцит). Химическая формула кальцита – $CaCO_3$. В этой формуле присутствует атом углерода (C) в составе карбонат-иона ($CO_3^{2-}$). Следовательно, известняк является соединением углерода.

2) доломит

Доломит – это минерал из класса карбонатов, а также горная порода, состоящая из этого минерала. Его химическая формула – $CaMg(CO_3)_2$. В состав доломита также входит углерод (C) в составе карбонат-ионов. Таким образом, доломит является соединением углерода.

3) кварц

Кварц – это минерал, являющийся одной из кристаллических модификаций диоксида кремния. Его химическая формула – $SiO_2$. Как видно из формулы, кварц состоит только из атомов кремния (Si) и кислорода (O). Углерод в его составе отсутствует. Следовательно, кварц не является соединением углерода.

4) мрамор

Мрамор – это метаморфическая горная порода, которая образуется в результате перекристаллизации известняка или доломита. Поэтому его химический состав в основном представлен карбонатом кальция ($CaCO_3$). Мрамор содержит углерод и является его соединением.

Сравнив все варианты, мы приходим к выводу, что единственным минералом из списка, не содержащим углерод, является кварц.

Ответ: 3) кварц.

9. Обнаружение углекислого газа с помощью горящей лучины ос-новано на том, что этот газ

1) тяжелее воздуха

2) не поддерживает горение

3) легче воздуха

4) поддерживает горение

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо понимать суть процесса горения и знать основные свойства углекислого газа ($CO_2$). Горение — это химическая реакция, для которой необходим окислитель. В случае горящей лучины окислителем выступает кислород ($O_2$) из воздуха.

Тест с горящей лучиной позволяет определить, поддерживает ли исследуемый газ горение. Когда лучину вносят в атмосферу углекислого газа, она гаснет. Это происходит потому, что $CO_2$ не является окислителем и, заполняя пространство, вытесняет кислород, необходимый для поддержания пламени.

Проанализируем предложенные варианты:

1) тяжелее воздуха — Это верное утверждение. Молярная масса углекислого газа ($M(CO_2) \approx 44$ г/моль) больше средней молярной массы воздуха ($M_{возд} \approx 29$ г/моль). Однако это физическое свойство, хотя и является верным, не является основной причиной, по которой гаснет пламя. Главное — химическое свойство газа.

2) не поддерживает горение — Это ключевое химическое свойство, которое лежит в основе данного метода обнаружения. Углекислый газ прекращает доступ кислорода к пламени и сам не участвует в реакции горения как окислитель, что приводит к затуханию лучины. Именно это свойство и демонстрируется в опыте.

3) легче воздуха — Это неверное утверждение, так как углекислый газ тяжелее воздуха.

4) поддерживает горение — Это неверное утверждение. Углекислый газ, наоборот, используется в огнетушителях для прекращения горения.

Таким образом, обнаружение углекислого газа с помощью горящей лучины основано именно на его свойстве не поддерживать горение.

Ответ: 2