Страница 114 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме химического элемента третьего периода, IVA-группы Периодической системы следующее:

1) $2e$, $4e$

2) $2e$, $8e$, $8e$, $2e$

3) $2e$, $8e$, $4e$

4) $2e$, $8e$, $2e$

Решение

Для определения распределения электронов по энергетическим уровням в атоме химического элемента необходимо использовать его положение в Периодической системе Д.И. Менделеева.

1. Элемент находится в третьем периоде. Номер периода указывает на число заполняемых электронных оболочек (энергетических уровней) в атоме. Следовательно, у данного элемента есть три энергетических уровня.

2. Элемент принадлежит IVA-группе (четвертой группе, главной подгруппе). Для элементов главных подгрупп номер группы равен числу электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Это означает, что на внешнем (третьем) уровне находится четыре электрона.

3. Теперь определим заполненность внутренних уровней:

• Первый энергетический уровень ($n=1$) является внутренним и полностью заполнен. Его максимальная емкость составляет 2 электрона. Таким образом, на первом уровне находится $2e^{-}$.
• Второй энергетический уровень ($n=2$) также является внутренним и полностью заполнен. Его максимальная емкость составляет 8 электронов. Таким образом, на втором уровне находится $8e^{-}$.
• Третий энергетический уровень ($n=3$) является внешним, и, как мы определили, на нем находятся 4 электрона ($4e^{-}$).

Следовательно, итоговое распределение электронов по энергетическим уровням для атома этого элемента выглядит так: 2, 8, 4.

Общее число электронов в атоме равно $2 + 8 + 4 = 14$. Элемент с порядковым номером 14 — это кремний (Si), который действительно расположен в 3-м периоде и IVA-группе.

Среди предложенных вариантов правильным является вариант под номером 3.

Ответ: 3) 2e, 8e, 4e

2. В ряду химических элементов C — Si — Ge

1) усиливаются неметаллические свойства

2) уменьшаются радиусы атомов

3) увеличивается электроотрицательность

4) не изменяется число электронов на внешнем электронном слое

Решение

Рассмотрим положение химических элементов углерода (C), кремния (Si) и германия (Ge) в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Все три элемента находятся в 14-й группе (или IVА группе по старой классификации). Углерод находится во 2-м периоде, кремний — в 3-м, а германий — в 4-м. Таким образом, в ряду C — Si — Ge мы движемся сверху вниз по одной и той же главной подгруппе.

Проанализируем, как изменяются свойства элементов и их атомов в этом направлении, чтобы выбрать верное утверждение.

1) усиливаются неметаллические свойства

При движении сверху вниз по группе увеличивается радиус атома, что облегчает отдачу валентных электронов. Способность отдавать электроны — это ключевое металлическое свойство. Следовательно, в группе сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические, наоборот, ослабевают. Углерод является типичным неметаллом, кремний — металлоидом, а германий проявляет более выраженные металлические свойства, чем кремний. Таким образом, данное утверждение неверно.

2) уменьшаются радиусы атомов

При переходе от одного элемента к другому вниз по группе увеличивается количество электронных оболочек (энергетических уровней). У атома углерода 2 электронных слоя, у кремния — 3, у германия — 4. Увеличение числа электронных слоев ведет к закономерному увеличению радиуса атома. Таким образом, в ряду C — Si — Ge радиусы атомов увеличиваются. Данное утверждение неверно.

3) увеличивается электроотрицательность

Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе электроны. При движении вниз по группе радиус атома увеличивается, и валентные электроны находятся дальше от ядра, испытывая большее экранирование внутренними электронами. Это ослабляет притяжение валентных электронов к ядру, и, как следствие, электроотрицательность уменьшается. В ряду C — Si — Ge электроотрицательность уменьшается. Данное утверждение неверно.

4) не изменяется число электронов на внешнем электронном слое

Число электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов) для элементов главных подгрупп определяется номером группы. Углерод, кремний и германий находятся в 14-й (IVА) группе, поэтому у каждого из них на внешнем слое находится по 4 электрона.

Электронная конфигурация внешнего слоя углерода (C, 2-й период): $2s^22p^2$.

Электронная конфигурация внешнего слоя кремния (Si, 3-й период): $3s^23p^2$.

Электронная конфигурация внешнего слоя германия (Ge, 4-й период): $4s^24p^2$.

Во всех случаях на внешнем слое 4 электрона. Таким образом, данное утверждение верно.

Ответ: 4

3. Укажите вещество с атомной кристаллической решёткой.

1) метан

2) углекислый газ

3) кремний

4) силикат натрия

Атомная кристаллическая решётка — это тип кристаллической решётки, в узлах которой находятся отдельные атомы, связанные между собой прочными ковалентными связями. Вещества с такой решёткой обычно обладают высокой твёрдостью и очень высокой температурой плавления. Проанализируем каждое вещество из списка.

1) Метан ($CH_4$) — это вещество, состоящее из отдельных молекул. В твёрдом состоянии кристалл метана имеет молекулярную решётку, в узлах которой находятся молекулы $CH_4$, связанные слабыми межмолекулярными силами.

2) Углекислый газ ($CO_2$) — аналогично метану, это вещество молекулярного строения. В твёрдой фазе ("сухой лёд") он образует молекулярную кристаллическую решётку.

3) Кремний ($Si$) — это простое вещество. Его атомы соединены между собой прочными ковалентными связями, образуя гигантскую трёхмерную структуру, подобную алмазу. Таким образом, кремний имеет атомную кристаллическую решётку.

4) Силикат натрия ($Na_2SiO_3$) — это ионное соединение (соль). Его кристаллическая решётка состоит из ионов натрия ($Na^+$) и силикат-ионов ($SiO_3^{2-}$), связанных электростатическими силами. Такая решётка называется ионной.

Следовательно, из предложенных вариантов только кремний имеет атомную кристаллическую решётку.

Ответ: 3

4. Кремний проявляет окислительные свойства в реакции

1) $Si + O_2 = SiO_2$

2) $Si + 2Mg = Mg_2Si$

3) $Si + 2Cl_2 = SiCl_4$

4) $Si + 4HNO_3 = SiO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$

Решение

Окислитель — это химическое соединение, атом или ион, который принимает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. В процессе реакции окислитель восстанавливается, а его степень окисления понижается.

В данном задании необходимо определить, в какой из реакций кремний (Si) выступает в роли окислителя. В виде простого вещества кремний имеет степень окисления 0. Чтобы кремний проявил окислительные свойства, он должен принять электроны, и его степень окисления должна стать отрицательной. Проанализируем каждую реакцию.

1) $Si + O_2 = SiO_2$

В этой реакции кремний взаимодействует с кислородом. Степень окисления кремния в простом веществе ($Si$) равна 0. В продукте реакции, оксиде кремния(IV) ($SiO_2$), кислород имеет степень окисления -2. Пусть степень окисления кремния равна $x$. Тогда $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$.Степень окисления кремния изменилась с $Si^0$ до $Si^{+4}$. Так как степень окисления повысилась, кремний отдал электроны и является восстановителем.

2) $Si + 2Mg = Mg_2Si$

В этой реакции кремний взаимодействует с магнием. Степень окисления кремния в простом веществе ($Si$) равна 0. Магний — щелочноземельный металл и в соединениях всегда проявляет степень окисления +2. В продукте реакции, силициде магния ($Mg_2Si$), пусть степень окисления кремния равна $y$. Тогда $2 \cdot (+2) + y = 0$, откуда $y = -4$.Степень окисления кремния изменилась с $Si^0$ до $Si^{-4}$. Так как степень окисления понизилась, кремний принял электроны и является окислителем.

3) $Si + 2Cl_2 = SiCl_4$

В этой реакции кремний взаимодействует с хлором. Степень окисления кремния ($Si$) равна 0. Хлор является более электроотрицательным элементом, чем кремний, поэтому в тетрахлориде кремния ($SiCl_4$) его степень окисления равна -1. Пусть степень окисления кремния равна $z$. Тогда $z + 4 \cdot (-1) = 0$, откуда $z = +4$.Степень окисления кремния изменилась с $Si^0$ до $Si^{+4}$. Так как степень окисления повысилась, кремний отдал электроны и является восстановителем.

4) $Si + 4HNO_3 = SiO_2 + 4NO_2 + 2H_2O$

В этой реакции кремний взаимодействует с концентрированной азотной кислотой. Степень окисления кремния ($Si$) равна 0. В продукте реакции, оксиде кремния(IV) ($SiO_2$), как мы уже определили в пункте 1, степень окисления кремния равна +4.Степень окисления кремния изменилась с $Si^0$ до $Si^{+4}$. Так как степень окисления повысилась, кремний отдал электроны и является восстановителем.

Таким образом, кремний проявляет окислительные свойства, то есть понижает свою степень окисления, только в реакции с магнием.

Ответ: 2

5. Химическая реакция не происходит между веществами, формулы которых

1) $ \text{SiO}_2 $ и $ \text{NaOH} $

2) $ \text{SiO}_2 $ и $ \text{CaO} $

3) $ \text{SiO}_2 $ и $ \text{K}_2\text{CO}_3 $

4) $ \text{SiO}_2 $ и $ \text{H}_2\text{O} $

Решение

Для того чтобы определить, между какими веществами не происходит химическая реакция, необходимо проанализировать химические свойства диоксида кремния ($SiO₂$) и предложенных реагентов. Диоксид кремния является кислотным оксидом, которому соответствует кремниевая кислота ($H₂SiO₃$). Особенностью $SiO₂$ является его нерастворимость в воде и тугоплавкость, обусловленные его атомной кристаллической решеткой.

1) SiO₂ и NaOH

Диоксид кремния ($SiO₂$), как кислотный оксид, реагирует со щелочами (сильными основаниями), такими как гидроксид натрия ($NaOH$). Реакция протекает при сплавлении или в концентрированном растворе щелочи с образованием силиката натрия и воды.
Уравнение реакции: $SiO₂ + 2NaOH \xrightarrow{t} Na₂SiO₃ + H₂O$.
Следовательно, реакция происходит.

2) SiO₂ и CaO

Диоксид кремния ($SiO₂$) реагирует с основными оксидами, таким как оксид кальция ($CaO$), при нагревании (сплавлении). В результате реакции образуется соль — силикат кальция.
Уравнение реакции: $SiO₂ + CaO \xrightarrow{t} CaSiO₃$.
Следовательно, реакция происходит.

3) SiO₂ и K₂CO₃

Диоксид кремния ($SiO₂$) является нелетучим кислотным оксидом. При высоких температурах он способен вытеснять летучие кислотные оксиды (в данном случае $CO₂$) из их солей. При сплавлении $SiO₂$ с карбонатом калия ($K₂CO₃$) происходит реакция с образованием силиката калия и выделением углекислого газа.
Уравнение реакции: $SiO₂ + K₂CO₃ \xrightarrow{t} K₂SiO₃ + CO₂↑$.
Следовательно, реакция происходит.

4) SiO₂ и H₂O

В отличие от большинства кислотных оксидов, диоксид кремния ($SiO₂$) не реагирует с водой ($H₂O$). Это связано с его очень прочной атомной кристаллической решеткой, которая делает его химически инертным и нерастворимым в воде. Кремниевая кислота ($H₂SiO₃$), соответствующая этому оксиду, получается косвенными методами (например, действием сильных кислот на растворы силикатов).
$SiO₂ + H₂O \nrightarrow$
Следовательно, реакция не происходит.

Таким образом, химическая реакция не протекает между диоксидом кремния и водой.

Ответ: 4

6. Сокращённое ионное уравнение $2\text{H}^+ + \text{SiO}_3^{2-} = \text{H}_2\text{SiO}_3$ соответствует взаимодействию

1) серной кислоты с оксидом кремния(IV)

2) серной кислоты с силикатом натрия

3) соляной кислоты с силикатом кальция

4) угольной кислоты с силикатом серебра

Решение

Сокращённое ионное уравнение $2H^{+} + SiO_{3}^{2-} = H_{2}SiO_{3}$ описывает реакцию, в которой ионы водорода ($H^{+}$) из сильной кислоты взаимодействуют с силикат-ионами ($SiO_{3}^{2-}$) из растворимой соли с образованием нерастворимой кремниевой кислоты ($H_{2}SiO_{3}$). Проанализируем каждый из предложенных вариантов, чтобы найти соответствующую реакцию.

1) серной кислоты с оксидом кремния(IV)
Серная кислота ($H_{2}SO_{4}$) не реагирует с оксидом кремния(IV) ($SiO_{2}$), так как $SiO_{2}$ — это кислотный оксид, который не вступает в реакцию с большинством кислот. Кроме того, оксид кремния(IV) является твёрдым нерастворимым веществом и не диссоциирует в воде на ионы $SiO_{3}^{2-}$. Следовательно, этот вариант не подходит.

2) серной кислоты с силикатом натрия
Серная кислота ($H_{2}SO_{4}$) — сильная кислота, которая в водном растворе полностью диссоциирует, являясь источником ионов $H^{+}$. Силикат натрия ($Na_{2}SiO_{3}$) — это растворимая в воде соль, которая диссоциирует на ионы $Na^{+}$ и $SiO_{3}^{2-}$.
Молекулярное уравнение реакции: $H_{2}SO_{4} + Na_{2}SiO_{3} = H_{2}SiO_{3} \downarrow + Na_{2}SO_{4}$
Запишем полное ионное уравнение, учитывая, что $H_{2}SO_{4}$, $Na_{2}SiO_{3}$ и $Na_{2}SO_{4}$ — сильные электролиты, а $H_{2}SiO_{3}$ — нерастворимый осадок: $2H^{+} + SO_{4}^{2-} + 2Na^{+} + SiO_{3}^{2-} = H_{2}SiO_{3} \downarrow + 2Na^{+} + SO_{4}^{2-}$
Сократив одинаковые ионы ($Na^{+}$ и $SO_{4}^{2-}$) в левой и правой частях, получим сокращённое ионное уравнение: $2H^{+} + SiO_{3}^{2-} = H_{2}SiO_{3}$
Это уравнение полностью совпадает с уравнением, приведённым в условии задачи.

3) соляной кислоты с силикатом кальция
Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота и источник ионов $H^{+}$. Однако силикат кальция ($CaSiO_{3}$) является нерастворимой солью. В ионных уравнениях нерастворимые вещества записываются в молекулярной форме, поэтому он не может быть источником свободных ионов $SiO_{3}^{2-}$ в растворе.
Молекулярное уравнение: $2HCl + CaSiO_{3} = H_{2}SiO_{3} \downarrow + CaCl_{2}$
Сокращённое ионное уравнение для этой реакции: $2H^{+} + CaSiO_{3} = H_{2}SiO_{3} \downarrow + Ca^{2+}$
Это уравнение не соответствует заданному.

4) угольной кислоты с силикатом серебра
Угольная кислота ($H_{2}CO_{3}$) — слабая кислота. Силикат серебра ($Ag_{2}SiO_{3}$) — нерастворимая соль. Поскольку оба реагента либо являются слабыми электролитами, либо нерастворимы, они записываются в ионных уравнениях в молекулярной форме. Следовательно, в левой части уравнения не будет свободных ионов $H^{+}$ и $SiO_{3}^{2-}$. Этот вариант не подходит.

Ответ: 2

7. Верны ли следующие суждения о силикатных материалах?

А. Керамика — это материалы и изделия из обожжённой глины.

Б. Фарфор в России начали производить благодаря русскому учёному Д. И. Виноградову.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Для того чтобы определить правильный вариант ответа, необходимо проанализировать каждое из предложенных суждений.

А. Керамика — это материалы и изделия из обожжённой глины.

Данное суждение является верным. Керамика (от древнегреческого κέραμος — глина) представляет собой широкий класс материалов и изделий, получаемых путём спекания глин или их смесей с минеральными добавками. Обжиг при высоких температурах придаёт глиняной заготовке твёрдость, прочность и водонепроницаемость. Таким образом, определение керамики как материалов из обожжённой глины является корректным.

Б. Фарфор в России начали производить благодаря русскому учёному Д. И. Виноградову.

Данное суждение также является верным. Русский учёный Дмитрий Иванович Виноградов (1720–1758) считается создателем русского фарфора. В середине XVIII века, работая на Императорской порцелиновой мануфактуре в Санкт-Петербурге, он разработал технологию и рецептуру твёрдого фарфора на основе отечественного сырья (гжельских глин и кварца). Его открытия позволили наладить первое в России производство высококачественного фарфора, не уступающего саксонскому.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильным является вариант ответа, утверждающий, что верны оба суждения.

Ответ: 3