Страница 118 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. В ряду химических элементов $Si$ — $P$ — $S$

1) уменьшается число электронов на внешнем слое

2) увеличиваются радиусы атомов

3) увеличивается электроотрицательность

4) уменьшаются неметаллические свойства

Решение

Рассмотрим предложенный ряд химических элементов: кремний (Si), фосфор (P) и сера (S). Чтобы определить, какое из утверждений является верным, необходимо проанализировать положение этих элементов в периодической системе и закономерности изменения их свойств.

Все три элемента — Si, P, S — находятся в 3-м периоде периодической системы. Их порядковые номера: Si — 14, P — 15, S — 16. Таким образом, в этом ряду мы движемся по периоду слева направо.

1) уменьшается число электронов на внешнем слое

Число электронов на внешнем (валентном) слое у элементов главных подгрупп равно номеру группы.

• Кремний (Si) находится в 14-й (IVA) группе, у него 4 валентных электрона.
• Фосфор (P) находится в 15-й (VA) группе, у него 5 валентных электронов.
• Сера (S) находится в 16-й (VIA) группе, у нее 6 валентных электронов.

2) увеличиваются радиусы атомов

В периоде при движении слева направо увеличивается заряд ядра атома, в то время как число электронных слоев остается неизменным. Усиление притяжения электронов к ядру приводит к сжатию электронной оболочки, поэтому атомный радиус уменьшается. Таким образом, в ряду Si → P → S радиусы атомов уменьшаются. Данное утверждение неверно.

3) увеличивается электроотрицательность

Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны. В периоде слева направо с ростом заряда ядра и уменьшением атомного радиуса способность атома притягивать электроны возрастает. Следовательно, электроотрицательность в ряду Si → P → S увеличивается. Данное утверждение верно.

4) уменьшаются неметаллические свойства

Неметаллические свойства (способность атома принимать электроны) напрямую связаны с электроотрицательностью. Поскольку электроотрицательность в ряду Si → P → S увеличивается, то и неметаллические свойства усиливаются (увеличиваются). Si — металлоид, P и S — неметаллы, причём неметаллические свойства у серы выражены сильнее, чем у фосфора. Данное утверждение неверно.

Ответ: 3

3. Укажите вещество с атомной кристаллической решёткой.

1) оксид кремния(IV)

2) оксид углерода(II)

3) оксид углерода(IV)

4) оксид натрия

Найти:

Вещество с атомной кристаллической решёткой.

Решение:

Чтобы найти вещество с атомной кристаллической решёткой, необходимо определить тип кристаллической решётки для каждого из предложенных вариантов.

Атомная кристаллическая решётка характеризуется наличием в узлах атомов, которые соединены между собой прочными ковалентными связями, образуя единый трёхмерный каркас. Вещества с такой структурой, как правило, очень твёрдые, тугоплавкие и нерастворимые.

Проанализируем каждое вещество:

1) оксид кремния(IV)
Химическая формула — $SiO_2$. В этом соединении атомы кремния и кислорода связаны прочными ковалентными полярными связями. В кристаллическом состоянии (например, в виде кварца) каждый атом кремния тетраэдрически соединён с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода — с двумя атомами кремния. Это образует единую гигантскую атомную структуру, что является признаком атомной кристаллической решётки.

2) оксид углерода(II)
Химическая формула — $CO$. Оксид углерода(II) — это вещество, состоящее из отдельных молекул $CO$. В твёрдом состоянии эти молекулы связаны друг с другом слабыми межмолекулярными силами. Следовательно, это вещество имеет молекулярную кристаллическую решётку.

3) оксид углерода(IV)
Химическая формула — $CO_2$. Оксид углерода(IV), как и оксид углерода(II), имеет молекулярное строение. В твёрдом состоянии («сухой лёд») в узлах решётки находятся молекулы $CO_2$, что характерно для молекулярной кристаллической решётки.

4) оксид натрия
Химическая формула — $Na_2O$. Это соединение образовано типичным металлом (Na) и неметаллом (O). Связь между ними ионная. Кристаллическая решётка состоит из ионов $Na^+$ и $O^{2-}$, следовательно, она является ионной.

Таким образом, единственное вещество из списка с атомной кристаллической решёткой — это оксид кремния(IV).

Ответ: 1.

4. Кремний проявляет окислительные свойства в реакции, уравнение которой

1) $Si + 2S = SiS_2$

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

3) $Si + 2F_2 = SiF_4$

4) $Si + 2Ca = Ca_2Si$

Окислитель — это химическое вещество, которое в ходе окислительно-восстановительной реакции принимает электроны. В процессе этого сам окислитель восстанавливается, что означает понижение его степени окисления. В представленных реакциях кремний ($Si$) изначально находится в виде простого вещества, поэтому его степень окисления равна 0. Для того чтобы кремний проявил окислительные свойства, его степень окисления в продуктах реакции должна стать отрицательной.

Проанализируем изменение степени окисления кремния в каждой из предложенных реакций.

В этой реакции кремний ($Si^0$) взаимодействует с серой ($S^0$). Электроотрицательность серы выше, чем у кремния. В продукте реакции, дисульфиде кремния ($SiS_2$), сера имеет степень окисления -2. Следовательно, для сохранения электронейтральности молекулы степень окисления кремния становится +4.
Изменение степени окисления кремния: $Si^0 \rightarrow Si^{+4}$.
Поскольку степень окисления кремния повышается, он отдает электроны и выступает в роли восстановителя.

В данной реакции кремний ($Si^0$) взаимодействует с азотной кислотой, которая является сильным окислителем. В результате образуется оксид кремния(IV) ($SiO_2$). В этом соединении кислород имеет степень окисления -2, а кремний — +4.
Изменение степени окисления кремния: $Si^0 \rightarrow Si^{+4}$.
Степень окисления кремния повышается, значит, он отдает электроны и является восстановителем.

Кремний ($Si^0$) реагирует с фтором ($F_2^0$). Фтор — самый электроотрицательный элемент, и в соединениях его степень окисления всегда равна -1. В тетрафториде кремния ($SiF_4$) степень окисления кремния, соответственно, равна +4.
Изменение степени окисления кремния: $Si^0 \rightarrow Si^{+4}$.
Степень окисления кремния повышается, он является восстановителем.

В этой реакции кремний ($Si^0$) взаимодействует с кальцием ($Ca^0$). Кальций — это щелочноземельный металл, его электроотрицательность значительно ниже, чем у кремния. В соединениях-силицидах металлы проявляют положительную степень окисления. Кальций имеет постоянную степень окисления +2. В силициде кальция ($Ca_2Si$) суммарный заряд двух атомов кальция равен +4. Следовательно, чтобы молекула была электронейтральной, кремний должен иметь степень окисления -4.
Изменение степени окисления кремния: $Si^0 \rightarrow Si^{-4}$.
Поскольку степень окисления кремния понижается, он принимает электроны и выступает в роли окислителя.

Таким образом, единственная реакция, в которой кремний проявляет окислительные свойства, — это реакция с кальцием.

Ответ: 4

5. Химическая реакция происходит между веществами, формулы которых

1) $SiO_2$ и C

2) $SiO_2$ и $H_2O$

3) $SiO_2$ и $K_2SO_4$

4) $SiO_2$ и $CO_2$

Для того чтобы определить, между какими из предложенных веществ происходит химическая реакция, необходимо рассмотреть химические свойства диоксида кремния ($SiO_2$) и каждого из реагентов.

1) SiO₂ и C
Диоксид кремния ($SiO_2$) — это оксид, в котором кремний имеет степень окисления +4. Углерод ($C$) является сильным восстановителем при высоких температурах. При сильном нагревании (в электропечах при температуре около 2000 °C) углерод способен восстановить кремний из его оксида. Эта реакция является промышленным способом получения чистого кремния. Уравнение реакции выглядит следующим образом: $SiO_2 + 2C \xrightarrow{t^{\circ}} Si + 2CO\uparrow$ Таким образом, химическая реакция между диоксидом кремния и углеродом протекает.

2) SiO₂ и H₂O
Диоксид кремния является кислотным оксидом, однако, в отличие от большинства других кислотных оксидов (например, $CO_2$ или $SO_3$), он не реагирует с водой ($H_2O$). Это связано с его атомной кристаллической решеткой, которая обладает высокой прочностью. Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$), соответствующая этому оксиду, является нерастворимой в воде и получается косвенными методами (например, действием кислот на растворы силикатов).

3) SiO₂ и K₂SO₄
$SiO_2$ — это нелетучий кислотный оксид, а $K_2SO_4$ — соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Реакция между кислотным оксидом и солью возможна при сплавлении, если кислотный оксид является нелетучим и вытесняет летучий оксид из соли. Теоретически, $SiO_2$ может вытеснить $SO_3$ (летучий оксид) из сульфата калия при очень высоких температурах. Однако сульфат калия — очень термостойкая соль, и такая реакция практически не осуществима в стандартных условиях и не является характерной.

4) SiO₂ и CO₂
Оба вещества являются кислотными оксидами. Кислотные оксиды между собой, как правило, не реагируют. Никаких условий для окислительно-восстановительной или реакции обмена между ними нет.

Исходя из анализа, единственная пара веществ, между которыми протекает хорошо известная химическая реакция, — это диоксид кремния и углерод.

Ответ: 1

6. Кремниевая кислота образуется при взаимодействии

1) оксида кремния(IV) с водой

2) силиката натрия с серной кислотой

3) кремния с водой

4) оксида кремния(IV) с соляной кислотой

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать химические свойства кремния и его соединений. Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — это очень слабая, нерастворимая в воде кислота, которую нельзя получить прямым взаимодействием соответствующего оксида с водой, в отличие от многих других кислот. Рассмотрим каждый вариант.

1) оксида кремния(IV) с водой
Оксид кремния(IV) ($SiO_2$), также известный как кремнезём или кварцевый песок, является кислотным оксидом. Однако, из-за своей полимерной структуры с прочными ковалентными связями (атомная кристаллическая решётка), он химически инертен, тугоплавок и нерастворим в воде. Прямая реакция с водой не протекает.
$SiO_2 + H_2O \nrightarrow$
Ответ: неверно.

2) силиката натрия с серной кислотой
Этот способ основан на реакции обмена, в которой более сильная кислота вытесняет более слабую из её соли. Серная кислота ($H_2SO_4$) значительно сильнее кремниевой кислоты ($H_2SiO_3$). При добавлении серной кислоты к раствору силиката натрия ($Na_2SiO_3$) образуется кремниевая кислота, которая, будучи нерастворимой, выпадает в осадок в виде геля.
Уравнение реакции: $Na_2SiO_3 + H_2SO_4 \rightarrow H_2SiO_3 \downarrow + Na_2SO_4$
Этот метод является одним из основных лабораторных способов получения кремниевой кислоты.
Ответ: верно.

3) кремния с водой
Кремний ($Si$) при обычных условиях с водой не взаимодействует. Реакция возможна только при очень высоких температурах (с водяным паром), но продуктами реакции являются оксид кремния(IV) и водород, а не кремниевая кислота.
$Si + 2H_2O \xrightarrow{t^\circ} SiO_2 + 2H_2$
Ответ: неверно.

4) оксида кремния(IV) с соляной кислотой
Оксид кремния(IV) ($SiO_2$) — кислотный оксид, и как правило, кислотные оксиды не реагируют с кислотами. Соляная кислота ($HCl$) не является исключением и не взаимодействует с $SiO_2$. (Единственная кислота, которая активно реагирует с оксидом кремния(IV) — это плавиковая кислота $HF$).
$SiO_2 + HCl \nrightarrow$
Ответ: неверно.

7. Верны ли следующие суждения о продукции силикатной промышленности?

А. Сырьём для производства стекла служат сода, известняк и песок.

Б. Оптическое волокно изготавливают из расплавленного оксида кремния(IV).

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать оба суждения.

А. Сырьём для производства стекла служат сода, известняк и песок.

Это суждение является верным. Производство обычного оконного или тарного стекла (натрий-кальций-силикатного стекла) основано на сплавлении смеси, называемой шихтой. Основными компонентами этой шихты являются: 1. Кварцевый песок — основной компонент, источник оксида кремния(IV) $SiO_2$, который является стеклообразующим оксидом. 2. Кальцинированная сода — карбонат натрия $Na_2CO_3$. Она служит в качестве флюса, то есть понижает температуру плавления $SiO_2$. 3. Известняк — карбонат кальция $CaCO_3$. Его добавляют для придания стеклу химической стойкости, водонепроницаемости и блеска. Упрощенное уравнение реакции при варке стекла выглядит следующим образом: $6SiO_2 + Na_2CO_3 + CaCO_3 \xrightarrow{1400-1500^\circ C} Na_2O \cdot CaO \cdot 6SiO_2 + 2CO_2 \uparrow$ Таким образом, суждение А верно.

Б. Оптическое волокно изготавливают из расплавленного оксида кремния(IV).

Это суждение также является верным. Оптическое волокно — это тонкая нить из прозрачного материала, предназначенная для передачи света. В подавляющем большинстве случаев материалом для оптического волокна служит кварцевое стекло, которое получают из диоксида кремния ($SiO_2$), также известного как оксид кремния(IV) или кремнезём. Для производства оптического волокна используется сырьё высочайшей степени чистоты, которое расплавляют и затем вытягивают из расплава тонкую нить. Чистота материала является ключевым фактором для обеспечения низких потерь при передаче светового сигнала. Таким образом, суждение Б верно.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, следует выбрать вариант ответа, утверждающий, что верны оба суждения.

Ответ: 3

8. Кремний не взаимодействует

1) с хлором

2) с сульфатом калия

3) с кислородом

4) с водой

5) с железом

Для ответа на данный вопрос необходимо проанализировать химические свойства кремния и его способность вступать в реакции с предложенными веществами.

1) с хлором
Кремний ($Si$) является неметаллом и, как многие неметаллы, реагирует с активными галогенами, таким как хлор ($Cl_2$), при нагревании. В результате реакции образуется тетрахлорид кремния.
Уравнение реакции:
$Si + 2Cl_2 \xrightarrow{t} SiCl_4$
Следовательно, кремний взаимодействует с хлором.

2) с сульфатом калия
Сульфат калия ($K_2SO_4$) — это соль очень активного щелочного металла калия. Кремний стоит в ряду активности металлов значительно правее калия, поэтому он не может вытеснить калий из его соли. Других возможных реакций между кремнием и сульфатом калия в обычных условиях не происходит.
$Si + K_2SO_4 \nrightarrow$ (реакция не идет)
Следовательно, кремний не взаимодействует с сульфатом калия.

3) с кислородом
Кремний горит в кислороде ($O_2$) при высокой температуре (выше 400 °C), образуя свой высший оксид — оксид кремния(IV), также известный как кремнезём.
Уравнение реакции:
$Si + O_2 \xrightarrow{t} SiO_2$
Следовательно, кремний взаимодействует с кислородом.

4) с водой
В обычных условиях кремний пассивирован тонкой плёнкой оксида $SiO_2$ и с водой не реагирует. Однако при высокой температуре (порядка 800-900 °C) он реагирует с водяным паром ($H_2O$), образуя оксид кремния(IV) и водород.
Уравнение реакции:
$Si + 2H_2O_{ (пар) } \xrightarrow{t} SiO_2 + 2H_2\uparrow$
Следовательно, кремний взаимодействует с водой при определённых условиях.

5) с железом
Кремний способен реагировать с металлами при сплавлении (высоких температурах), образуя бинарные соединения — силициды. С железом ($Fe$) он образует силицид железа.
Уравнение реакции (один из возможных продуктов):
$Si + Fe \xrightarrow{t} FeSi$
Следовательно, кремний взаимодействует с железом.

Таким образом, единственное вещество из списка, с которым кремний не вступает во взаимодействие, — это сульфат калия.
Ответ: 2) с сульфатом калия.