Страница 122 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Цинк при обычных условиях не реагирует

1) с соляной кислотой

2) с хлором

3) с водой

4) с хлоридом меди(II)

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать химические свойства цинка и его способность реагировать с каждым из предложенных веществ при обычных условиях (комнатная температура и атмосферное давление).

1) с соляной кислотой

Цинк ($Zn$) является металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений металлов левее водорода. Это означает, что он способен вытеснять водород из растворов кислот, таких как соляная кислота ($HCl$). Реакция протекает активно при обычных условиях с выделением водорода:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Следовательно, цинк реагирует с соляной кислотой.

2) с хлором

Хлор ($Cl_2$) — это очень активный неметалл-галоген. Он реагирует со многими металлами, включая цинк. Реакция между цинком и хлором с образованием хлорида цинка происходит при контакте реагентов, иногда требует незначительного нагревания для начала, но считается протекающей в условиях, близких к обычным.

$Zn + Cl_2 \rightarrow ZnCl_2$

Следовательно, цинк реагирует с хлором.

3) с водой

Цинк — металл средней активности. Хотя он и стоит в ряду активности до водорода, его реакция с холодной водой ($H_2O$) при обычных условиях не происходит. Это связано с тем, что поверхность цинка покрыта тонкой и прочной оксидной пленкой ($ZnO$), которая пассивирует металл, то есть защищает его от дальнейшего взаимодействия. Реакция становится возможной только при повышенных температурах (с кипящей водой или, более активно, с водяным паром):

$Zn + H_2O \xrightarrow{t^{\circ}} ZnO + H_2 \uparrow$

Следовательно, при обычных условиях цинк с водой не реагирует.

4) с хлоридом меди(II)

В ряду активности металлов цинк расположен левее меди ($Cu$), что указывает на его большую химическую активность. Поэтому цинк способен вытеснять медь из растворов её солей. Реакция с водным раствором хлорида меди(II) ($CuCl_2$) протекает самопроизвольно при комнатной температуре:

$Zn + CuCl_2 \rightarrow ZnCl_2 + Cu \downarrow$

Следовательно, цинк реагирует с раствором хлорида меди(II).

Исходя из анализа, единственное вещество из списка, с которым цинк не реагирует при обычных условиях, — это вода.

Ответ: 3

8. Укажите металл, который реагирует: а) с соляной кислотой и б) с водой при высоких температурах.

1) серебро

2) натрий

3) медь

4) железо

Решение

Для решения этой задачи необходимо проанализировать химические свойства каждого из предложенных металлов на соответствие двум условиям: а) реакция с соляной кислотой и б) реакция с водой при высоких температурах. Способность металла вступать в эти реакции определяется его положением в электрохимическом ряду активности металлов.

Ключевые принципы:

• Металлы, стоящие в ряду активности до водорода (H), вытесняют его из растворов кислот-неокислителей, таких как соляная ($HCl$). Металлы после водорода не реагируют.
• Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) реагируют с водой при нормальных условиях.
• Металлы средней активности (например, Al, Zn, Fe) реагируют с водой только при нагревании (с водяным паром).
• Неактивные металлы (после водорода) с водой не реагируют.

Рассмотрим каждый предложенный металл:

1) Серебро (Ag). Это малоактивный металл, который находится в ряду активности после водорода. Поэтому серебро не реагирует ни с соляной кислотой, ни с водой. Этот вариант не подходит.

2) Натрий (Na). Это очень активный, щелочной металл.
а) Он бурно реагирует с соляной кислотой: $2Na + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2 \uparrow$.
б) Он также бурно реагирует с водой, причем уже при обычной температуре: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$.
Хотя натрий и соответствует обоим условиям, формулировка "при высоких температурах" обычно подразумевает, что нагревание является обязательным условием для реакции, что для натрия неверно.

3) Медь (Cu). Это малоактивный металл, стоящий в ряду активности после водорода. Как и серебро, медь не вступает в реакцию ни с соляной кислотой, ни с водой. Этот вариант не подходит.

4) Железо (Fe). Это металл средней активности, который находится в ряду активности до водорода.
а) Железо реагирует с соляной кислотой с выделением водорода: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$.
б) С холодной водой железо не взаимодействует, однако при высокой температуре оно реагирует с водяным паром с образованием железной окалины ($Fe_3O_4$): $3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$.
Таким образом, железо полностью удовлетворяет обоим условиям, причем реакция с водой требует именно высокой температуры.

Следовательно, из всех предложенных вариантов только железо реагирует с соляной кислотой и с водой при высоких температурах.

Ответ: 4) железо.

9. Верны ли следующие суждения о металлах?

А. Атомы металлов характеризуются небольшим числом электронов на внешнем энергетическом уровне и сравнительно большим радиусом.

Б. В ряду химических элементов Na — Mg — Al восстановительные свойства ослабевают.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Проанализируем оба утверждения, чтобы определить их верность.

А. Атомы металлов характеризуются небольшим числом электронов на внешнем энергетическом уровне и сравнительно большим радиусом.

Это утверждение описывает ключевые свойства атомов металлов.
1. Число электронов на внешнем уровне: Атомы металлов, как правило, имеют от 1 до 3 электронов на внешнем электронном слое. Например, натрий ($Na$) имеет 1, магний ($Mg$) — 2, алюминий ($Al$) — 3. Такое небольшое количество валентных электронов определяет их склонность к их отдаче и проявлению восстановительных свойств.
2. Атомный радиус: В периодах периодической таблицы атомный радиус уменьшается слева направо. Поскольку металлы расположены в левой части периодов, они имеют самые большие атомные радиусы по сравнению с другими элементами того же периода.
Следовательно, суждение А верно.

Б. В ряду химических элементов Na — Mg — Al восстановительные свойства ослабевают.

Элементы натрий ($Na$), магний ($Mg$) и алюминий ($Al$) находятся в 3-м периоде периодической системы. При движении по периоду слева направо:

• Заряд ядра атома увеличивается (у $Na$ +11, у $Mg$ +12, у $Al$ +13).
• Число электронов на внешнем уровне увеличивается (1, 2, 3 соответственно).
• Атомный радиус уменьшается.

Так как оба суждения, А и Б, верны, правильным является вариант ответа, утверждающий, что верны оба суждения.

Ответ: 3

10. Медь реагирует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $AgNO_3$ и $H_2SO_4$ (p-p)

2) $Cl_2$ и $S$

3) $HCl$ и $NaOH$

4) $O_2$ и $Hg(NO_3)_2$

5) $S$ и $H_2O$

Для решения этой задачи необходимо проанализировать химические свойства меди ($Cu$) и её способность вступать в реакции с каждой парой предложенных веществ.

Медь — металл, расположенный в электрохимическом ряду напряжений после водорода. Это означает, что она не вытесняет водород из разбавленных кислот (таких как $H_2SO_4$ и $HCl$) и воды. Однако медь может реагировать с сильными окислителями (например, с кислородом, галогенами, азотной кислотой) и вытеснять менее активные металлы (например, серебро, ртуть, золото) из растворов их солей.

Рассмотрим каждую пару веществ:

1) AgNO₃ и H₂SO₄ (p-p)

Медь реагирует с нитратом серебра ($AgNO_3$), так как медь является более активным металлом, чем серебро, и вытесняет его из раствора соли:

$Cu + 2AgNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2Ag\downarrow$

Медь не реагирует с разбавленным раствором серной кислоты ($H_2SO_4$), так как стоит в ряду активности металлов после водорода. Обозначение (р-р) указывает на водный раствор, и при отсутствии пометки "конц." (концентрированная), кислота считается разбавленной.

$Cu + H_2SO_4 (разб.) \rightarrow$ реакция не идет.

Поскольку медь реагирует только с одним веществом из данной пары, этот вариант не является правильным.

Ответ: не подходит.

2) Cl₂ и S

Медь реагирует с газообразным хлором ($Cl_2$) при нагревании с образованием хлорида меди(II):

$Cu + Cl_2 \xrightarrow{t} CuCl_2$

Медь также реагирует с серой ($S$) при нагревании, образуя сульфид меди(I):

$2Cu + S \xrightarrow{t} Cu_2S$

Обе реакции возможны, но требуют специальных условий (нагревания) и не протекают самопроизвольно при комнатной температуре.

Ответ: не подходит.

3) HCl и NaOH

Медь не реагирует с соляной кислотой ($HCl$), так как является неактивным металлом и не может вытеснить водород из кислоты-неокислителя.

$Cu + HCl \rightarrow$ реакция не идет.

Медь не проявляет амфотерных свойств и не вступает в реакцию с растворами щелочей, в том числе с гидроксидом натрия ($NaOH$).

$Cu + NaOH \rightarrow$ реакция не идет.

Медь не реагирует ни с одним из этих веществ.

Ответ: не подходит.

4) O₂ и Hg(NO₃)₂

Медь реагирует с кислородом ($O_2$). При комнатной температуре реакция протекает медленно (медь тускнеет), а при нагревании — значительно быстрее с образованием оксида меди(II):

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

Медь реагирует с раствором нитрата ртути(II) ($Hg(NO_3)_2$), так как медь активнее ртути и вытесняет её из соли. Эта реакция протекает при комнатной температуре.

$Cu + Hg(NO_3)_2 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + Hg\downarrow$

Поскольку медь реагирует с обоими веществами из этой пары (реакция с кислородом возможна, а с солью ртути протекает при обычных условиях), этот вариант является правильным.

Ответ: подходит.

5) S и H₂O

Как было указано в пункте 2, медь реагирует с серой ($S$) при нагревании.

$2Cu + S \xrightarrow{t} Cu_2S$

Медь не реагирует с водой ($H_2O$) при обычных условиях.

$Cu + H_2O \rightarrow$ реакция не идет.

Медь реагирует только с одним веществом из пары.

Ответ: не подходит.

11. Установите соответствие между реагентами и продуктами реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $Cu$ + $HNO_3$(разб.) $\to$

Б) $Mg$ + $H_2SO_4$(разб.) $\to$

В) $Cr$ + $H_2SO_4$(конц.) $\to$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $MgSO_4$ + $H_2$

2) реакция не протекает

3) $Cu(NO_3)_2$ + $NO$ + $H_2O$

4) $MgSO_4$ + $H_2S$ + $H_2O$

5) $CrSO_4$ + $H_2$

А) Cu + HNO₃(разб.) →

Медь (Cu) — металл, стоящий в электрохимическом ряду напряжений металлов после водорода. Она не реагирует с кислотами-неокислителями (например, с разбавленной $H_2SO_4$ или $HCl$). Однако азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем и реагирует с малоактивными металлами. При взаимодействии меди с разбавленной азотной кислотой происходит окисление меди до степени окисления +2 с образованием соли нитрата меди(II) ($Cu(NO_3)_2$), а азот восстанавливается до оксида азота(II) ($NO$). Также образуется вода ($H_2O$).

Схематическое уравнение реакции: $Cu + HNO_3(разб.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$.

Данный набор продуктов соответствует варианту ответа 3.

Ответ: 3

Б) Mg + H₂SO₄(разб.) →

Магний (Mg) — это активный металл, находящийся в ряду напряжений до водорода. Такие металлы способны вытеснять водород из разбавленных кислот (кроме азотной). В реакции магния с разбавленной серной кислотой ($H_2SO_4$) происходит реакция замещения, в результате которой образуется соль сульфат магния ($MgSO_4$) и выделяется газообразный водород ($H_2$).

Уравнение реакции: $Mg + H_2SO_4(разб.) \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$.

Данный набор продуктов соответствует варианту ответа 1.

Ответ: 1

В) Cr + H₂SO₄(конц.) →

Хром (Cr), так же как железо (Fe) и алюминий (Al), при обычных условиях (без нагревания) пассивируется концентрированной серной кислотой. Это означает, что на поверхности металла образуется тонкая и прочная оксидная плёнка, которая защищает металл от дальнейшего взаимодействия с кислотой. Поэтому считается, что при комнатной температуре реакция не протекает.

Реакция возможна при сильном нагревании, но её продукты ($Cr_2(SO_4)_3, SO_2, H_2O$) не представлены в вариантах ответа. Вариант 5 ($CrSO_4 + H_2$) соответствует реакции хрома с разбавленной серной кислотой. Таким образом, правильным вариантом является тот, который указывает на отсутствие реакции.

Это соответствует варианту ответа 2.

Ответ: 2

12. Металлический марганец получают алюминотермией из минерала пиролюзита, основной компонент которого — $MnO_2$. Используя метод электронного баланса, напишите уравнение соответствующей химической реакции, укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Алюминотермия — это метод получения металлов путем их восстановления из оксидов с помощью металлического алюминия. В данном случае марганец восстанавливается из оксида марганца(IV), основного компонента минерала пиролюзита.

1. Составление схемы реакции.

Реагентами являются оксид марганца(IV) ($MnO_2$) и алюминий ($Al$). Продуктами реакции являются металлический марганец ($Mn$) и оксид алюминия ($Al_2O_3$).

Схема реакции: $MnO_2 + Al \rightarrow Mn + Al_2O_3$

2. Применение метода электронного баланса.

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• Марганец в $ \overset{+4}{Mn}O_2 $ имеет степень окисления +4, а в свободном состоянии $ \overset{0}{Mn} $ — 0.
• Алюминий в свободном состоянии $ \overset{0}{Al} $ имеет степень окисления 0, а в $ \overset{+3}{Al}_2O_3 $ — +3.

Составим электронные уравнения для процессов окисления и восстановления:

$Mn^{+4} + 4e^- \rightarrow Mn^0$ (процесс восстановления)

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ (процесс окисления)

3. Определение окислителя и восстановителя.

• $Mn^{+4}$ (в составе $MnO_2$) принимает электроны, то есть является окислителем.
• $Al^0$ (металлический алюминий) отдает электроны, то есть является восстановителем.

4. Нахождение коэффициентов.

Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа принятых и отданных электронов (4 и 3). НОК(4, 3) = 12.

Найдем дополнительные множители для уравнений полуреакций:

$ \begin{array}{c|c|c|l} Mn^{+4} + 4e^- \rightarrow Mn^0 & 3 & \text{окислитель, восстанавливается} \\ Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} & 4 & \text{восстановитель, окисляется} \end{array} $

Эти множители являются коэффициентами в уравнении реакции для соответствующих веществ. Ставим коэффициент 3 перед $MnO_2$ и $Mn$, и коэффициент 4 перед $Al$.

$3MnO_2 + 4Al \rightarrow 3Mn + Al_2O_3$

Теперь уравняем количество атомов алюминия и кислорода. Слева 4 атома $Al$, значит, справа перед $Al_2O_3$ нужен коэффициент 2 (так как $2 \times 2 = 4$).

Проверим количество атомов кислорода: слева $3 \times 2 = 6$, справа $2 \times 3 = 6$. Все атомы уравнены.

Итоговое уравнение реакции:

$3MnO_2 + 4Al \rightarrow 3Mn + 2Al_2O_3$

Ответ:

Уравнение реакции, написанное с использованием метода электронного баланса: $3MnO_2 + 4Al \rightarrow 3Mn + 2Al_2O_3$.

Окислитель: $MnO_2$ (за счет марганца в степени окисления +4).

Восстановитель: $Al$ (алюминий в степени окисления 0).