Страница 121 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Напишите уравнение реакции получения карборунда (карбида кремния) сплавлением оксида кремния(IV) с коксом. Укажите тип кристаллической решётки карборунда. Назовите области его практического применения.

Уравнение реакции получения карборунда

Получение карборунда (карбида кремния, $SiC$) происходит при сплавлении (прокаливании) оксида кремния(IV) ($SiO_2$), основного компонента кварцевого песка, с коксом (углеродом, $C$) в электрических печах при очень высокой температуре (1800–2200 °C). В ходе реакции оксид кремния восстанавливается до карбида, а углерод, выступающий восстановителем, окисляется до монооксида углерода (угарного газа). Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$SiO_2 + 3C \xrightarrow{t^{\circ}} SiC + 2CO\uparrow$

Ответ: $SiO_2 + 3C \rightarrow SiC + 2CO$.

Тип кристаллической решётки карборунда

Карбид кремния ($SiC$) имеет атомную кристаллическую решётку. Его структура подобна структуре алмаза, где каждый атом кремния связан прочными ковалентными связями с четырьмя атомами углерода, а каждый атом углерода, в свою очередь, — с четырьмя атомами кремния. Это образует жёсткий трёхмерный каркас, который обусловливает исключительную твёрдость (9-9,5 по шкале Мооса), тугоплавкость (сублимируется при ~2700 °C) и химическую инертность карборунда.

Ответ: атомная кристаллическая решётка.

Области его практического применения

Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам карборунд нашёл широкое применение в различных отраслях промышленности и техники. Основные области применения включают: абразивную обработку (изготовление шлифовальных кругов, брусков, наждачной бумаги, абразивных паст для резки и шлифовки сверхтвёрдых материалов); производство огнеупоров (футеровка металлургических печей, изготовление тиглей, сопел); электронику и электротехнику (как полупроводник для создания мощных, высокочастотных и высокотемпературных устройств: светодиодов, транзисторов, диодов; нагревательные элементы для печей); конструкционную керамику (детали, работающие в условиях трения и агрессивных сред, уплотнители, бронепластины для бронежилетов, тормозные диски); металлургию (в качестве раскислителя и легирующей добавки для введения кремния в сплавы); ювелирное дело (синтетический аналог — муассанит — используется как имитация алмаза).

Ответ: абразивная и огнеупорная промышленность, электроника, производство конструкционной керамики, металлургия, ювелирное дело.

1. Наиболее выражены металлические свойства

1) у лития

2) у свинца

3) у серебра

4) у цезия

Решение

Металлические свойства химических элементов характеризуют их способность отдавать валентные электроны. Эти свойства изменяются в Периодической системе Д.И. Менделеева по определённым закономерностям:

• В периодах (горизонтальных рядах) с увеличением порядкового номера (слева направо) металлические свойства ослабевают. Это происходит из-за увеличения заряда ядра атома, что приводит к более сильному притяжению электронов.
• В группах (вертикальных столбцах), особенно в главных подгруппах, с увеличением порядкового номера (сверху вниз) металлические свойства усиливаются. Это связано с увеличением атомного радиуса и числа электронных слоёв, в результате чего валентные электроны слабее связаны с ядром и легче отрываются.

Рассмотрим положение предложенных элементов в Периодической системе:

• Литий (Li): 1-я группа (щелочные металлы), 2-й период.
• Свинец (Pb): 14-я группа, 6-й период.
• Серебро (Ag): 11-я группа (побочная подгруппа), 5-й период.
• Цезий (Cs): 1-я группа (щелочные металлы), 6-й период.

Проведем сравнение:

1. Сравним литий и цезий. Оба элемента находятся в 1-й группе, но цезий расположен значительно ниже лития (в 6-м периоде против 2-го). Следовательно, у цезия металлические свойства выражены намного сильнее.

2. Сравним цезий с серебром и свинцом. Цезий находится в 1-й группе, в то время как серебро — в 11-й, а свинец — в 14-й. Поскольку металлические свойства ослабевают при движении по периоду слева направо, цезий, как элемент самой левой группы, проявляет наиболее сильные металлические свойства по сравнению с другими элементами своих периодов.

Таким образом, из всех перечисленных элементов цезий занимает крайнее левое и самое нижнее положение (среди элементов 1-й группы), что соответствует максимальному проявлению металлических свойств.

Ответ: 4) у цезия

2. Выберите характеристику, не относящуюся к ртути.

1) жидкая при нормальных условиях

2) тяжёлый металл

3) драгоценный металл

4) имеет серебристо-белый цвет

Решение

Для того чтобы выбрать характеристику, не относящуюся к ртути, необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений.

1) жидкая при нормальных условиях
Ртуть (химический символ Hg) — это металл, который при нормальных условиях (температура около 20–25°C и давление 1 атмосфера) находится в жидком агрегатном состоянии. Её температура плавления составляет -38,83°C, что значительно ниже комнатной температуры. Таким образом, эта характеристика относится к ртути.

2) тяжелый металл
Ртуть относится к группе тяжелых металлов. Это понятие обычно объединяет металлы с высокой плотностью и/или большой атомной массой. Плотность ртути очень высока и составляет 13,534 г/см³ при 20°C. Её атомная масса также велика (200,59 а.е.м.). Следовательно, эта характеристика относится к ртути.

3) драгоценный металл
К драгоценным (или благородным) металлам принято относить золото (Au), серебро (Ag), платину (Pt) и металлы платиновой группы (палладий, родий, иридий, рутений, осмий). Эти металлы отличаются высокой химической стойкостью (не подвержены коррозии и окислению) и редкостью в природе, что определяет их высокую стоимость. Ртуть, хотя и является металлом, не входит в эту группу. Она более распространена и химически активна, чем благородные металлы. Таким образом, эта характеристика не относится к ртути.

4) имеет серебристо-белый цвет
В жидком состоянии ртуть представляет собой блестящую подвижную жидкость серебристо-белого цвета, что характерно для многих металлов. Эта характеристика относится к ртути.

Исходя из анализа, единственная характеристика, которая не применима к ртути, — это "драгоценный металл".

Ответ: 3

3. Укажите самый лёгкий из металлов.

1) алюминий

2) литий

3) магний

4) натрий

Чтобы определить самый лёгкий из предложенных металлов, необходимо сравнить их плотности. Понятие "лёгкий" в химии и физике применительно к веществу обычно означает наименьшую плотность. Плотность ($\rho$) — это масса единицы объёма вещества. Чем меньше плотность, тем легче материал при одинаковом объёме.

Рассмотрим плотности ($\rho$) металлов из предложенных вариантов при нормальных условиях:

1) алюминий ($Al$): плотность алюминия составляет $\rho_{Al} \approx 2,70 \text{ г/см}^3$ ($2700 \text{ кг/м}^3$).
2) литий ($Li$): плотность лития составляет $\rho_{Li} \approx 0,534 \text{ г/см}^3$ ($534 \text{ кг/м}^3$).
3) магний ($Mg$): плотность магния составляет $\rho_{Mg} \approx 1,74 \text{ г/см}^3$ ($1740 \text{ кг/м}^3$).
4) натрий ($Na$): плотность натрия составляет $\rho_{Na} \approx 0,97 \text{ г/см}^3$ ($970 \text{ кг/м}^3$).

Сравнивая числовые значения плотностей, мы можем выстроить металлы в ряд по её возрастанию:
Литий ($0,534 \text{ г/см}^3$) < Натрий ($0,97 \text{ г/см}^3$) < Магний ($1,74 \text{ г/см}^3$) < Алюминий ($2,70 \text{ г/см}^3$).

Из этого сравнения следует, что наименьшей плотностью обладает литий. Фактически, литий является самым лёгким из всех известных металлов. Его плотность настолько мала (почти в два раза меньше плотности воды, $\rho_{H_2O} \approx 1,0 \text{ г/см}^3$), что он будет плавать на поверхности воды. Натрий также легче воды и плавает на ней. Магний и алюминий тяжелее воды и тонут.

Таким образом, правильный вариант ответа — литий.

Ответ: 2) литий.

4. Укажите самый пластичный из металлов.

1) золото 2) железо 3) медь 4) алюминий

Пластичность — это способность материала получать значительные остаточные (пластические) деформации без разрушения под действием механических нагрузок. Для металлов это свойство проявляется как ковкость (способность расплющиваться в тонкие листы) и тягучесть (способность вытягиваться в тонкую проволоку).

Чтобы определить самый пластичный металл из предложенных, рассмотрим свойства каждого из них.

1) золото Золото (Au) является самым пластичным и ковким из всех известных металлов. Его пластичность — эталонная. Из одного грамма золота можно вытянуть проволоку длиной более двух километров или изготовить тончайший полупрозрачный лист (сусальное золото) толщиной около 100 нанометров. Эта исключительная пластичность обусловлена особенностями его кристаллической структуры (гранецентрированная кубическая решётка) и металлических связей.

2) железо Железо (Fe) в чистом виде является достаточно пластичным металлом, однако его пластичность значительно уступает золоту, меди и алюминию. Наличие примесей, особенно углерода, сильно снижает пластичность железа, но увеличивает его твёрдость и прочность.

3) медь Медь (Cu) обладает очень высокой пластичностью, уступая в этом отношении в основном благородным металлам, таким как золото и серебро. Благодаря высокой пластичности и электропроводности, медь широко используется для изготовления электрических проводов.

4) алюминий Алюминий (Al) — также очень пластичный металл. Его легко прокатывать в тонкую фольгу, которая широко используется в быту и промышленности. По степени пластичности алюминий превосходит железо, но уступает меди и золоту.

Сравнивая пластичность перечисленных металлов, можно выстроить следующий ряд по убыванию этого свойства: золото > медь > алюминий > железо. Таким образом, самым пластичным из представленного списка является золото.

Ответ: 1) золото.

5. Сплав меди и олова с прекрасными литейными свойствами — это

1) сталь 2) латунь 3) чугун 4) бронза

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо знать составы основных сплавов металлов. Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) Сталь — это сплав железа ($Fe$) с углеродом ($C$) (содержание углерода до 2,14%). Основным компонентом является железо, а не медь. Поэтому этот вариант не подходит.

2) Латунь — это сплав, основным компонентом которого является медь ($Cu$), а в качестве главного легирующего элемента выступает цинк ($Zn$), а не олово. Этот вариант также не является правильным.

3) Чугун — это сплав железа ($Fe$) с углеродом ($C$), причём содержание углерода в нём выше, чем в стали (более 2,14%). Этот сплав также не основан на меди.

4) Бронза — это общее название для сплавов на основе меди ($Cu$), где основным легирующим элементом чаще всего является олово ($Sn$). Классическая оловянная бронза как раз и представляет собой сплав меди и олова. Она известна с древности и ценится за свою прочность, коррозионную стойкость и, что особенно важно в контексте вопроса, за великолепные литейные свойства. Бронза имеет относительно низкую температуру плавления, хорошую текучесть в жидком состоянии и малую усадку при затвердевании, что позволяет создавать из неё сложные по форме изделия методом литья.

Следовательно, сплав меди и олова с прекрасными литейными свойствами — это бронза.

Ответ: 4) бронза.

6. Железо вступает в реакцию замещения с раствором соли

1) серебра

2) хрома

3) марганца

4) натрия

Решение

Реакция замещения между металлом и раствором соли происходит в том случае, если металл, вступающий в реакцию, является более активным, чем металл, входящий в состав соли. Чтобы определить возможность протекания реакции, используется электрохимический ряд активности металлов. В этом ряду металлы расположены в порядке убывания их химической активности. Любой металл, стоящий в ряду левее, способен вытеснять металлы, стоящие правее, из растворов их солей.

Рассмотрим положение железа ($Fe$) и металлов из предложенных вариантов в ряду активности:

... $Na$ ... $Mn$ ... $Cr$ ... $Fe$ ... $H$ ... $Ag$ ...

Исходя из этого ряда:

1. серебра: Серебро ($Ag$) находится в ряду активности правее железа ($Fe$). Это означает, что железо является более активным металлом и способно вытеснить серебро из раствора его соли. Например, реакция с нитратом серебра: $Fe + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2Ag\downarrow$.

2. хрома: Хром ($Cr$) находится левее железа, следовательно, он более активен. Железо не может вытеснить хром из раствора его соли.

3. марганца: Марганец ($Mn$) также находится левее железа и является более активным металлом. Реакция замещения с участием железа невозможна.

4. натрия: Натрий ($Na$) — щелочной металл, находящийся в начале ряда активности. Он значительно активнее железа, поэтому железо не будет реагировать с солями натрия.

Таким образом, железо вступает в реакцию замещения только с раствором соли серебра.

Ответ: 1) серебра