Страница 117 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. Оксид кремния(IV) не взаимодействует

1) с магнием

2) с водой

3) с углеродом

4) с гидроксидом калия

5) с серной кислотой

Оксид кремния(IV), или диоксид кремния ($SiO_2$), представляет собой кислотный оксид с атомной кристаллической решеткой. Эта структура придает ему высокую прочность, тугоплавкость и значительную химическую инертность. Для ответа на вопрос необходимо проанализировать возможность взаимодействия $SiO_2$ с каждым из предложенных веществ.

1) с магнием
Оксид кремния(IV) вступает в реакцию с активными металлами, такими как магний, при сильном нагревании. В этой окислительно-восстановительной реакции магний выступает в качестве восстановителя, вытесняя кремний из его оксида.
Уравнение реакции: $SiO_2 + 2Mg \xrightarrow{t} Si + 2MgO$
Следовательно, оксид кремния(IV) взаимодействует с магнием.

2) с водой
Несмотря на принадлежность к кислотным оксидам, $SiO_2$ не реагирует с водой. Это одно из известных исключений, которое объясняется высокой энергией кристаллической решетки оксида кремния. Энергии, выделяющейся при гидратации, недостаточно для ее разрушения. Поэтому соответствующая ему кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) не может быть получена прямой реакцией.
$SiO_2 + H_2O \not\rightarrow$
Следовательно, оксид кремния(IV) не взаимодействует с водой.

3) с углеродом
При очень высоких температурах, достигаемых в электродуговых печах, оксид кремния(IV) восстанавливается углеродом (коксом). Этот процесс является основным промышленным способом получения технического кремния.
Уравнение реакции: $SiO_2 + 2C \xrightarrow{t \approx 2000^{\circ}C} Si + 2CO\uparrow$
Следовательно, оксид кремния(IV) взаимодействует с углеродом.

4) с гидроксидом калия
Являясь кислотным оксидом, диоксид кремния реагирует с сильными основаниями (щелочами), такими как гидроксид калия ($KOH$), особенно при сплавлении или в концентрированных горячих растворах. В результате реакции образуется соль — силикат калия.
Уравнение реакции: $SiO_2 + 2KOH \xrightarrow{t} K_2SiO_3 + H_2O$
Следовательно, оксид кремния(IV) взаимодействует с гидроксидом калия.

5) с серной кислотой
Кислотные оксиды, как правило, не реагируют с кислотами. Оксид кремния(IV) не является исключением и не взаимодействует с большинством кислот, в том числе и с серной ($H_2SO_4$) любой концентрации. Единственной кислотой, которая способна реагировать с $SiO_2$, является плавиковая (фтороводородная) кислота $HF$.
$SiO_2 + H_2SO_4 \not\rightarrow$
Следовательно, оксид кремния(IV) не взаимодействует с серной кислотой.

Анализ показывает, что оксид кремния(IV) не взаимодействует с двумя веществами из списка: с водой (пункт 2) и с серной кислотой (пункт 5). В рамках тестового задания с единственным выбором такая ситуация указывает на возможную некорректность вопроса, однако с химической точки зрения оба ответа верны.
Ответ: 2, 5

9. Установите соответствие между веществом и его характеристикой.

ВЕЩЕСТВО

А) силикат натрия

Б) кремний

В) оксид кремния($IV$)

ХАРАКТЕРИСТИКА

1) его вязкий концентрированный раствор называют жидким стеклом

2) его другое название — кремнезём

3) фотоэлементы на его основе используют на спутниках, в космических кораблях, микрокалькуляторах

4) образует минерал кварц, разновидности которого известны как поделочные и полудрагоценные камни

А) силикат натрия

Силикат натрия, химическая формула которого может быть записана как $Na_2SiO_3$, представляет собой соль натрия и кремниевой кислоты. Концентрированные водные растворы силиката натрия являются вязкими и известны под техническим названием "жидкое стекло". Они применяются в качестве клея (силикатный клей), для производства огнеупорных материалов и в других областях. Таким образом, характеристика под номером 1 точно описывает данное вещество.
Ответ: 1

Б) кремний

Кремний (химический элемент, символ $Si$) — это полупроводник, что является его важнейшим физическим свойством. Благодаря этому свойству кремний стал основным материалом для всей современной твердотельной электроники. На его основе создают транзисторы, микросхемы и, в частности, фотоэлементы (солнечные батареи). Фотоэлементы преобразуют энергию света в электрический ток и используются в качестве источников питания на космических аппаратах, спутниках и в бытовых приборах, например, в микрокалькуляторах. Это соответствует характеристике 3.
Ответ: 3

В) оксид кремния(IV)

Оксид кремния(IV) — это химическое соединение с формулой $SiO_2$. "Оксид кремния(IV)" является его систематическим названием. В химии и геологии это вещество также широко известно под тривиальным (общеупотребительным) названием кремнезём. Таким образом, характеристика 2 напрямую указывает на другое название этого соединения. Характеристика 4, упоминающая минерал кварц, также относится к оксиду кремния(IV), так как кварц является его основной кристаллической модификацией. Однако соответствие между систематическим и тривиальным названием является более прямой и однозначной химической характеристикой.
Ответ: 2

10. Для производства оконного стекла сплавляют кварцевый песок, соду и известняк. Напишите уравнение химической реакции, происходящей между этими веществами в стеклоплавильной печи.

Решение

Производство оконного стекла, также известного как натрий-кальций-силикатное стекло, основано на реакции сплавления трех основных компонентов при высокой температуре:

1. Кварцевый песок, химическая формула которого — оксид кремния(IV), $SiO_2$. Это основной стеклообразующий компонент.

2. Сода (кальцинированная сода) — карбонат натрия, $Na_2CO_3$. Вводит в состав стекла оксид натрия.

3. Известняк — карбонат кальция, $CaCO_3$. Вводит в состав стекла оксид кальция, который придает ему химическую стойкость и блеск.

В стеклоплавильной печи при нагревании до температуры около 1500°C происходит химическая реакция. Оксид кремния($IV$), являясь кислотным оксидом, вступает в реакцию с карбонатами. Так как кремниевая кислота, соответствующая этому оксиду, является нелетучей, она вытесняет летучий оксид углерода($IV$) (углекислый газ) из его солей (карбонатов). В результате образуется сплав силикатов натрия и кальция, который при последующем контролируемом охлаждении застывает в аморфное твердое тело — стекло.

Суммарное уравнение химической реакции, происходящей в стеклоплавильной печи, можно записать так:

$Na_2CO_3 + CaCO_3 + 6SiO_2 \xrightarrow{\text{t°}} Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 + 2CO_2\uparrow$

Здесь $Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2$ — это условная формула для состава обычного оконного стекла.

Ответ: Уравнение химической реакции: $Na_2CO_3 + CaCO_3 + 6SiO_2 \xrightarrow{\text{t°}} Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 + 2CO_2\uparrow$.

1. Химический элемент с распределением электронов по энергетическим уровням $2e, 8e, 4e$ в Периодической системе находится

1) в четвёртом периоде, IIIA-группе

2) в третьем периоде, IVA-группе

3) в третьем периоде, IVБ-группе

4) в четвёртом периоде, IVA-группе

Решение:

В условии задачи указано распределение электронов по энергетическим уровням: 2e, 8e, 4e. Это означает, что атом данного элемента имеет три занятых электронами энергетических уровня.

Номер периода в Периодической системе химических элементов соответствует количеству энергетических уровней. Поскольку у атома три энергетических уровня, элемент находится в третьем периоде.

Номер группы для элементов главных подгрупп (А-групп) равен числу электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Внешним является третий уровень, на котором находится 4 электрона. Следовательно, элемент принадлежит к IVA-группе.

Чтобы подтвердить наш вывод, определим сам элемент. Общее число электронов равно сумме электронов на всех уровнях: $2 + 8 + 4 = 14$. Для нейтрального атома число электронов равно порядковому номеру элемента. Элемент с порядковым номером 14 — это кремний (Si). Электронная конфигурация кремния $1s^22s^22p^63s^23p^2$, что полностью соответствует распределению по уровням 2, 8, 4. Кремний (Si) расположен в 3-м периоде, IVA-группе.

Таким образом, правильный вариант ответа — 2.

Ответ: 2) в третьем периоде, IVA-группе