Страница 116 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Число валентных электронов в атоме кремния равно

1) 2

2) 4

3) 8

4) 14

Чтобы определить число валентных электронов в атоме кремния (Si), необходимо рассмотреть его положение в Периодической системе химических элементов или его электронную конфигурацию.

Способ 1: Использование Периодической таблицы.

Кремний (Si) находится в 14-й группе (или IV группе главной подгруппы) Периодической системы. Для элементов главных подгрупп номер группы указывает на количество электронов на внешнем энергетическом уровне, которые и являются валентными. Таким образом, у кремния 4 валентных электрона.

Способ 2: Анализ электронной конфигурации.

Порядковый номер кремния — 14. Это означает, что нейтральный атом кремния имеет 14 электронов. Их распределение по орбиталям (электронная конфигурация) выглядит следующим образом:

$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^2$

Внешним энергетическим уровнем для кремния является третий уровень (главное квантовое число n=3). На этом уровне находятся электроны подуровней $3s$ и $3p$. Количество электронов на этом уровне составляет $2 + 2 = 4$. Эти 4 электрона являются валентными.

Следовательно, правильный вариант ответа — 4.

Ответ: 2) 4

2. Электроотрицательность атомов химических элементов в ряду $Si - C - N - O$

1) возрастает

2) не изменяется

3) убывает

4) изменяется незакономерно

Решение

Электроотрицательность – это мера способности атома в химическом соединении притягивать к себе электроны. Чтобы определить, как изменяется электроотрицательность в ряду Si — C — N — O, нужно проанализировать положение этих элементов в Периодической системе и общие закономерности изменения этого свойства.

В Периодической системе Д.И. Менделеева существуют две основные закономерности изменения электроотрицательности:
1. В периоде (при движении слева направо) электроотрицательность атомов возрастает. Это происходит из-за увеличения заряда ядра при том же количестве электронных слоев, что усиливает притяжение валентных электронов.
2. В группе (при движении сверху вниз) электроотрицательность атомов уменьшается. Это связано с увеличением числа электронных слоев и атомного радиуса, что ослабляет притяжение валентных электронов к ядру.

Рассмотрим положение элементов из заданного ряда в Периодической системе:
• Si (кремний) находится в 3-м периоде, 14-й группе.
• C (углерод) находится во 2-м периоде, 14-й группе.
• N (азот) находится во 2-м периоде, 15-й группе.
• O (кислород) находится во 2-м периоде, 16-й группе.

Теперь проанализируем изменение электроотрицательности пошагово:
• Переход от Si к C: Углерод и кремний находятся в одной группе (14-й). Углерод расположен во 2-м периоде, а кремний — в 3-м. При движении вверх по группе электроотрицательность возрастает. Следовательно, электроотрицательность углерода (C) больше, чем у кремния (Si). На этом отрезке ряда свойство возрастает.
• Переход от C к N и к O: Углерод, азот и кислород находятся в одном периоде (2-м). При движении слева направо по периоду электроотрицательность возрастает. Таким образом, в ряду C — N — O она последовательно возрастает.

Объединяя оба наблюдения, мы приходим к выводу, что во всем ряду Si — C — N — O электроотрицательность монотонно возрастает.

Этот вывод подтверждается значениями электроотрицательности по шкале Полинга:
ЭО(Si) ≈ 1,90
ЭО(C) ≈ 2,55
ЭО(N) ≈ 3,04
ЭО(O) ≈ 3,44

Так как $1,90 < 2,55 < 3,04 < 3,44$, электроотрицательность в данном ряду возрастает.

Следовательно, верный вариант ответа — 1.

Ответ: 1

3. Укажите вещество с молекулярной кристаллической решёткой.

1) кремний

2) алмаз

3) оксид кремния(IV)

4) оксид углерода(IV)

Молекулярная кристаллическая решётка характерна для веществ, в узлах которых находятся отдельные молекулы. Эти молекулы связаны между собой слабыми межмолекулярными силами (например, силами Ван-дер-Ваальса). Вещества с таким типом решётки обычно имеют низкие температуры плавления, летучи и не проводят электрический ток. Вещества с атомной кристаллической решёткой, напротив, состоят из атомов, соединённых прочными ковалентными связями в единый гигантский каркас, что обуславливает их высокую твёрдость и тугоплавкость. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) кремний
Кремний ($Si$) в твёрдом состоянии является простым веществом с атомной кристаллической решёткой. Его структура подобна структуре алмаза, где каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя соседними атомами. Это придаёт кремнию высокую температуру плавления (1414 °C) и твёрдость.

2) алмаз
Алмаз является аллотропной модификацией углерода ($C$). Это классический пример вещества с атомной кристаллической решёткой. Каждый атом углерода в алмазе прочно связан с четырьмя другими атомами углерода, образуя чрезвычайно прочную трёхмерную структуру. Алмаз — самое твёрдое из известных природных веществ и имеет очень высокую температуру плавления.

3) оксид кремния(IV)
Оксид кремния(IV) ($SiO_2$), известный как кварц или кремнезём, также имеет атомную кристаллическую решётку. В его кристалле каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода — с двумя атомами кремния. В результате образуется единая непрерывная сетка из прочных ковалентных связей, а не отдельные молекулы $SiO_2$. Это объясняет его высокую твёрдость и температуру плавления (1723 °C).

4) оксид углерода(IV)
Оксид углерода(IV) ($CO_2$), или углекислый газ, в твёрдом состоянии ("сухой лёд") состоит из отдельных молекул $CO_2$. Внутри каждой молекулы атомы связаны прочными двойными ковалентными связями (O=C=O). Однако в кристалле эти молекулы удерживаются вместе лишь слабыми межмолекулярными силами. Поэтому твёрдый оксид углерода(IV) имеет молекулярную кристаллическую решётку. Это свойство объясняет его низкую температуру сублимации (перехода из твёрдого состояния в газообразное) при −78.5 °C.

Таким образом, из всех перечисленных веществ только оксид углерода(IV) в твёрдом состоянии имеет молекулярную кристаллическую решётку.

Ответ: 4.

4. Кремний проявляет окислительные свойства в реакции, уравнение которой

1) $ \text{Si} + 4\text{HF} = \text{SiF}_4 + 2\text{H}_2 $

2) $ \text{Si} + 2\text{NaOH} + \text{H}_2\text{O} = \text{Na}_2\text{SiO}_3 + 2\text{H}_2 $

3) $ \text{Si} + 2\text{Ca} = \text{Ca}_2\text{Si} $

4) $ \text{Si} + 2\text{Br}_2 = \text{SiBr}_4 $

Решение

Окислитель в ходе химической реакции принимает электроны, при этом его степень окисления понижается. Кремний, как простое вещество, имеет степень окисления 0 ($Si^0$). Следовательно, чтобы кремний проявил окислительные свойства, его степень окисления в продукте реакции должна стать отрицательной.

Проанализируем изменение степени окисления кремния в каждой из предложенных реакций:

1) $Si + 4HF = SiF_4 + 2H_2$

В этой реакции кремний взаимодействует с фтором, который является самым электроотрицательным элементом. Степень окисления кремния в фториде кремния($IV$) ($SiF_4$) равна +4. Происходит процесс окисления кремния: $Si^0 - 4e^- \rightarrow Si^{+4}$. Кремний является восстановителем.

2) $Si + 2NaOH + H_2O = Na_2SiO_3 + 2H_2$

В продукте реакции, силикате натрия ($Na_2SiO_3$), кислород имеет степень окисления -2, а натрий +1. Степень окисления кремния равна +4. Происходит процесс окисления кремния: $Si^0 - 4e^- \rightarrow Si^{+4}$. Кремний является восстановителем.

3) $Si + 2Ca = Ca_2Si$

В данной реакции кремний взаимодействует с кальцием, который является металлом и обладает меньшей электроотрицательностью. В силициде кальция ($Ca_2Si$) кальций имеет степень окисления +2, следовательно, степень окисления кремния равна -4. Происходит процесс восстановления кремния: $Si^0 + 4e^- \rightarrow Si^{-4}$. Кремний принимает электроны, следовательно, является окислителем.

4) $Si + 2Br_2 = SiBr_4$

В этой реакции кремний взаимодействует с бромом, который является более электроотрицательным элементом. Степень окисления кремния в бромиде кремния($IV$) ($SiBr_4$) равна +4. Происходит процесс окисления кремния: $Si^0 - 4e^- \rightarrow Si^{+4}$. Кремний является восстановителем.

Таким образом, кремний проявляет окислительные свойства только в реакции с кальцием.

Ответ: 3

5. Силикат-ион можно обнаружить с помощью реагента

1) $KOH$

2) $HCl$

3) $NaCl$

4) $CaCO_3$

Решение

Для определения реагента, способного обнаружить силикат-ион ($SiO_3^{2-}$), необходимо вспомнить качественные реакции на этот ион. Силикат-ион является анионом кремниевой кислоты ($H_2SiO_3$), которая является очень слабой и нерастворимой в воде. Качественная реакция на силикат-ион основана на том, что более сильные кислоты вытесняют кремниевую кислоту из растворов её солей (например, силиката натрия или калия). Выпадающая в осадок кремниевая кислота имеет вид бесцветного гелеобразного (студенистого) вещества.

Проанализируем предложенные реагенты:

1) KOH – гидроксид калия. Это сильное основание (щёлочь). Добавление щёлочи к раствору силиката (который и так имеет щелочную среду из-за гидролиза по аниону) не приведёт к видимым изменениям, позволяющим обнаружить силикат-ион.

2) HCl – соляная кислота. Это сильная кислота. Она сильнее кремниевой кислоты и будет вытеснять её из солей. В результате реакции образуется нерастворимая кремниевая кислота, которая выпадает в осадок. Это и есть качественная реакция на силикат-ион. Уравнение реакции для силиката натрия: $Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow + 2NaCl$ В ионном виде: $SiO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow$ Следовательно, соляная кислота является подходящим реагентом.

3) NaCl – хлорид натрия. Это нейтральная соль. При смешивании раствора хлорида натрия с раствором, например, силиката калия ($K_2SiO_3$), реакция ионного обмена не произойдёт, так как все возможные продукты (силикат натрия и хлорид калия) растворимы. Видимых признаков реакции не будет.

4) CaCO₃ – карбонат кальция. Это нерастворимая в воде соль. Она не может вступать в реакцию с растворимыми силикатами в водном растворе и служить реагентом для обнаружения силикат-иона.

Таким образом, единственным подходящим реагентом из списка для обнаружения силикат-иона является соляная кислота.

Ответ: 2

6. Химическая реакция не происходит между веществами, формулы которых

1) Si и Mg

2) Si и $H_2$

3) $H_2SiO_3$ и $NaOH$

4) $K_2SiO_3$ и $CaCl_2$

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать возможность протекания химической реакции для каждой из предложенных пар веществ.

1) Si и Mg

Кремний ($\text{Si}$) — неметалл, магний ($\text{Mg}$) — активный металл. При нагревании металлы реагируют с кремнием, образуя соединения, называемые силицидами. В данном случае образуется силицид магния. Следовательно, реакция возможна.

Уравнение реакции: $$2\text{Mg} + \text{Si} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{Mg}_2\text{Si}$$

Ответ: реакция происходит.

2) Si и H₂

Кремний ($\text{Si}$) — химически малоактивный неметалл. Он не реагирует с водородом ($\text{H}_2$) при обычных условиях. Для синтеза простейшего соединения кремния с водородом — силана ($\text{SiH}_4$) — требуются очень жесткие условия (высокая температура, высокое давление, катализаторы), поэтому в рамках школьной и общей химии принято считать, что прямое взаимодействие кремния и водорода не происходит.

Ответ: реакция не происходит.

3) H₂SiO₃ и NaOH

Кремниевая кислота ($\text{H}_2\text{SiO}_3$) является слабой нерастворимой кислотой, а гидроксид натрия ($\text{NaOH}$) — сильным основанием (щелочью). Между ними протекает реакция нейтрализации, в результате которой образуются соль (силикат натрия) и вода. Реакция идет, несмотря на нерастворимость кислоты.

Уравнение реакции: $$\text{H}_2\text{SiO}_3 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SiO}_3 + 2\text{H}_2\text{O}$$

Ответ: реакция происходит.

4) K₂SiO₃ и CaCl₂

Силикат калия ($\text{K}_2\text{SiO}_3$) и хлорид кальция ($\text{CaCl}_2$) — это растворимые соли. При смешивании их растворов происходит реакция ионного обмена. Согласно таблице растворимости, силикат кальция ($\text{CaSiO}_3$) является нерастворимым веществом, поэтому он выпадает в осадок. Это является признаком протекания реакции.

Уравнение реакции: $$\text{K}_2\text{SiO}_3 + \text{CaCl}_2 \rightarrow \text{CaSiO}_3\downarrow + 2\text{KCl}$$

Ответ: реакция происходит.

7. Верны ли следующие суждения о продукции силикатной про- мышленности?

А. Стекло относится к кристаллическим веществам.

Б. Цемент получают спеканием известняка и глины.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для выбора правильного варианта необходимо проанализировать истинность каждого из предложенных суждений.

А. Стекло относится к кристаллическим веществам.

Это суждение неверно. Стекло является классическим примером аморфного вещества. Аморфные вещества, в отличие от кристаллических, не имеют строгой кристаллической решётки, то есть в расположении их атомов отсутствует дальний порядок. Из-за этого у стекла нет определённой температуры плавления; вместо этого оно постепенно размягчается при нагревании в некотором температурном интервале. Кристаллические же вещества имеют строго упорядоченную структуру и чёткую температуру плавления.

Б. Цемент получают спеканием известняка и глины.

Это суждение верно. Основной процесс получения портландцемента (самого распространённого вида цемента) заключается в совместном обжиге до спекания сырьевой смеси, состоящей преимущественно из известняка (около 75%) и глины (около 25%). Известняк является источником карбоната кальция ($CaCO_3$), а глина — источником оксидов кремния ($SiO_2$), алюминия ($Al_2O_3$) и железа ($Fe_2O_3$). Процесс спекания происходит во вращающихся печах при температуре около 1450 °C. В результате образуется цементный клинкер, который затем измельчают.

Таким образом, верным является только суждение Б.

Ответ: 2