Страница 119 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Установите соответствие между материалом и его характеристикой.

МАТЕРИАЛ

А) фаянс

Б) фарфор

В) цемент

ХАРАКТЕРИСТИКА

1) вид керамики с пористой структурой

2) связующий материал, получаемый спеканием известняка и глины

3) вид керамики непористого строения

4) изготавливается из расплавленного оксида кремния(IV)

А) фаянс

Фаянс — это вид керамических изделий, имеющих плотный мелкопористый черепок, покрытый глазурью. Пористость является ключевой характеристикой, отличающей его от фарфора. Поэтому фаянсу соответствует характеристика "вид керамики с пористой структурой".

Ответ: 1

Б) фарфор

Фарфор — это благородный вид керамики, который характеризуется непроницаемостью для воды и газа. Его черепок плотный, спёкшийся и непористый. При тонком слое он просвечивает. Таким образом, фарфору соответствует характеристика "вид керамики непористого строения".

Ответ: 3

В) цемент

Цемент — это порошкообразный строительный вяжущий материал. Его получают путем совместного тонкого помола клинкера и гипса. Клинкер, в свою очередь, является продуктом обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей в основном из известняка (источник оксида кальция $CaO$) и глины (источник оксидов кремния $SiO_2$, алюминия $Al_2O_3$ и железа $Fe_2O_3$). Следовательно, цементу соответствует характеристика "связующий материал, получаемый спеканием известняка и глины".

Ответ: 2

10. Для вытравливания на стекле различных рисунков и надписей используют фтороводородную кислоту. Почему? Напишите уравнение соответствующей химической реакции.

$SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 + 2H_2O$

Решение

Фтороводородную (плавиковую) кислоту используют для травления стекла, потому что она является одной из немногих кислот, способных реагировать с диоксидом кремния ($SiO_2$), который является основным компонентом стекла. В результате этой химической реакции твердый и химически инертный диоксид кремния превращается в растворимые или газообразные соединения, что приводит к разрушению (растворению) поверхности стекла.

Процесс травления стекла фтороводородной кислотой описывается следующим уравнением химической реакции:

$SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$

В этой реакции диоксид кремния ($SiO_2$) реагирует с плавиковой кислотой ($HF$), образуя тетрафторид кремния ($SiF_4$), который является газом, и воду ($H_2O$). Именно это химическое взаимодействие позволяет создавать на стекле матовые узоры и надписи.

Ответ: Фтороводородную кислоту используют для травления стекла, так как она вступает в реакцию с его основным компонентом — диоксидом кремния ($SiO_2$), разрушая его. Уравнение реакции: $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$.

1. В атоме кремния валентные электроны содержатся на электронном слое с номером

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Решение

Для определения номера электронного слоя, на котором находятся валентные электроны атома кремния (Si), необходимо обратиться к его положению в Периодической системе химических элементов и рассмотреть его электронное строение.

Кремний (Si) имеет порядковый номер 14. Это означает, что нейтральный атом кремния содержит 14 протонов в ядре и 14 электронов, распределенных по электронным оболочкам.

Электронная конфигурация атома кремния, то есть распределение его 14 электронов по атомным орбиталям, выглядит следующим образом: $1s^22s^22p^63s^23p^2$.

Электронные слои (или энергетические уровни) нумеруются главным квантовым числом n.

• На первом электронном слое ($n=1$) находятся 2 электрона ($1s^2$).
• На втором электронном слое ($n=2$) находятся 8 электронов ($2s^22p^6$).
• На третьем электронном слое ($n=3$) находятся 4 электрона ($3s^23p^2$).

Валентные электроны – это электроны, расположенные на самом внешнем электронном слое атома. Внешним слоем является тот, который имеет наибольшее значение главного квантового числа n. Для кремния это третий слой ($n=3$).

Также можно определить номер внешнего слоя по номеру периода в Периодической системе. Кремний находится в 3-м периоде, что означает, что его электроны занимают три электронных слоя, и валентные электроны находятся на 3-м слое.

Таким образом, валентные электроны атома кремния содержатся на электронном слое с номером 3.

Ответ: 3) 3

2. В ряду $N$ — $C$ — $Si$ — $Ge$ электроотрицательность

1) возрастает

2) не изменяется

3) убывает

4) изменяется бессистемно

Решение

Для того чтобы определить, как изменяется электроотрицательность в ряду химических элементов N — C — Si — Ge, необходимо проанализировать их положение в Периодической системе элементов и вспомнить общие закономерности изменения этого свойства.

Электроотрицательность (ЭО) — это фундаментальное химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары.

В Периодической системе существуют следующие закономерности изменения электроотрицательности:
– В периодах (горизонтальных рядах) с увеличением порядкового номера (слева направо) электроотрицательность атомов возрастает.
– В главных подгруппах (вертикальных столбцах) с увеличением порядкового номера (сверху вниз) электроотрицательность атомов, как правило, убывает.

Рассмотрим положение каждого элемента из заданного ряда в Периодической системе:
– N (Азот) находится во 2-м периоде, 15-й группе.
– C (Углерод) находится во 2-м периоде, 14-й группе.
– Si (Кремний) находится в 3-м периоде, 14-й группе.
– Ge (Германий) находится в 4-м периоде, 14-й группе.

Теперь проанализируем изменение ЭО при переходе от одного элемента к другому:

1. Переход N → C: Движение происходит в одном, 2-м, периоде справа налево (от 15-й к 14-й группе). В этом направлении электроотрицательность уменьшается. Таким образом, ЭО(N) > ЭО(C).

2. Переход C → Si: Движение происходит вниз по одной и той же, 14-й, группе (со 2-го на 3-й период). В этом направлении электроотрицательность уменьшается. Таким образом, ЭО(C) > ЭО(Si).

3. Переход Si → Ge: Движение происходит дальше вниз по 14-й группе (с 3-го на 4-й период). Согласно общей тенденции, электроотрицательность должна была бы продолжить уменьшаться.

Однако для более точного анализа обратимся к числовым значениям электроотрицательности по шкале Полинга:
ЭО(N) ≈ 3.04
ЭО(C) ≈ 2.55
ЭО(Si) ≈ 1.90
ЭО(Ge) ≈ 2.01

Сравнивая эти значения, видим, что ряд электроотрицательностей выглядит так: $3.04 \rightarrow 2.55 \rightarrow 1.90 \rightarrow 2.01$.

Из этого следует, что электроотрицательность сначала убывает (от N к C и от C к Si), а затем неожиданно возрастает (от Si к Ge). Такое немонотонное изменение (не только возрастание и не только убывание) классифицируется как бессистемное. Причиной аномального роста ЭО у германия является d-сжатие — эффект, связанный с заполнением 3d-орбитали у переходных металлов, предшествующих германию в 4-м периоде. 3d-электроны плохо экранируют заряд ядра, что приводит к более сильному притяжению валентных электронов.

Исходя из анализа, правильным является вариант ответа, указывающий на бессистемное изменение.

Ответ: 4

3. Укажите вещество с молекулярной кристаллической решёткой.

1) графит

2) силикат калия

3) оксид углерода(II)

4) кремний

Решение

Чтобы найти вещество с молекулярной кристаллической решёткой, необходимо проанализировать тип химической связи и строение каждого из предложенных вариантов в твёрдом агрегатном состоянии.

В узлах молекулярной кристаллической решётки находятся молекулы, связанные между собой слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса, диполь-дипольными взаимодействиями или водородными связями). Вещества с такой структурой обычно являются газами или жидкостями при нормальных условиях и имеют низкие температуры плавления.

1) графит

Графит — это аллотропная модификация углерода ($C$). Его кристаллическая решётка является атомной. Она состоит из слоёв, в которых атомы углерода прочно связаны ковалентными связями. Между слоями действуют слабые межмолекулярные силы. Несмотря на это, решётка классифицируется как атомная, так как в узлах находятся атомы, а не отдельные молекулы. Графит — тугоплавкое вещество.

2) силикат калия

Силикат калия ($K_2SiO_3$) — это соль, образованная металлом (калий) и кислотным остатком (силикат-ион). Связь между катионами калия ($K^+$) и силикат-анионами ($SiO_3^{2-}$) является ионной. Следовательно, силикат калия имеет ионную кристаллическую решётку. Это твёрдое, тугоплавкое вещество.

3) оксид углерода(II)

Оксид углерода(II), известный как угарный газ ($CO$), является веществом молекулярного строения. Внутри молекулы $CO$ атомы связаны прочной ковалентной полярной связью. В твёрдом состоянии (которое достигается при температуре ниже -205°C) отдельные молекулы $CO$ располагаются в узлах кристаллической решётки и удерживаются вместе очень слабыми межмолекулярными силами. Это классический пример вещества с молекулярной кристаллической решёткой.

4) кремний

Кремний ($Si$) — простое вещество-неметалл, аналог углерода. Он образует атомную кристаллическую решётку, подобную решётке алмаза. Каждый атом кремния связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, формируя единый гигантский кристалл. Это обуславливает высокую твёрдость и температуру плавления кремния (1414 °C).

Сравнив все варианты, можно заключить, что только оксид углерода(II) в твёрдом виде имеет молекулярную кристаллическую решётку.

Ответ: 3

4. Окислительные свойства кремний проявляет в реакции, уравнение которой

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

2) $Si + 2Ca = Ca_2Si$

3) $Si + O_2 = SiO_2$

4) $Si + C = SiC$

Решение

Окислитель — это вещество, которое в ходе химической реакции принимает электроны, в результате чего его степень окисления понижается. Чтобы определить, в какой из реакций кремний является окислителем, необходимо проанализировать изменение его степени окисления. В исходном состоянии кремний ($Si$) — простое вещество, его степень окисления равна 0. Кремний будет проявлять окислительные свойства, если его степень окисления в продуктах реакции станет ниже 0, то есть отрицательной.

В данной реакции кремний ($Si^0$) реагирует с азотной кислотой, образуя оксид кремния(IV) ($SiO_2$). Степень окисления кислорода в оксидах, как правило, равна -2. Пусть степень окисления кремния в $SiO_2$ равна $x$. Тогда уравнение электронейтральности молекулы: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. Степень окисления кремния изменилась с 0 до +4 ($Si^0 \rightarrow Si^{+4}$). Так как степень окисления повысилась, кремний отдал электроны и является восстановителем.
Ответ: в данной реакции кремний является восстановителем.

В этой реакции кремний ($Si^0$) реагирует с кальцием ($Ca$), образуя силицид кальция ($Ca_2Si$). Кальций — это щелочноземельный металл, и в соединениях его степень окисления постоянна и равна +2. Пусть степень окисления кремния в $Ca_2Si$ равна $x$. Тогда уравнение электронейтральности: $2 \cdot (+2) + x = 0$, откуда $x = -4$. Степень окисления кремния изменилась с 0 до -4 ($Si^0 \rightarrow Si^{-4}$). Так как степень окисления понизилась, кремний принял электроны и является окислителем.
Ответ: в данной реакции кремний является окислителем.

В реакции горения кремния ($Si^0$) в кислороде образуется оксид кремния(IV) ($SiO_2$). Как и в первом пункте, степень окисления кремния в продукте реакции равна +4. Степень окисления кремния повысилась с 0 до +4 ($Si^0 \rightarrow Si^{+4}$). Кремний отдал электроны и является восстановителем.
Ответ: в данной реакции кремний является восстановителем.

При взаимодействии кремния ($Si^0$) с углеродом ($C$) образуется карбид кремния ($SiC$). Электроотрицательность углерода (2,55 по Полингу) выше, чем у кремния (1,90 по Полингу). Поэтому в данном соединении углерод будет иметь отрицательную степень окисления (-4), а кремний — положительную (+4). Степень окисления кремния повысилась с 0 до +4 ($Si^0 \rightarrow Si^{+4}$). Кремний отдал электроны и является восстановителем.
Ответ: в данной реакции кремний является восстановителем.

Таким образом, единственная реакция, в которой кремний понижает свою степень окисления и проявляет окислительные свойства, — это реакция с кальцием.

Ответ: 2