Страница 126 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Установите соответствие между реагентами и продуктами реак- ции.

РЕАГЕНТЫ

A) $Cu + HNO_3(\text{конц.}) \to$

Б) $Al + H_2SO_4(\text{конц.}) \to$

В) $Zn + H_2SO_4(\text{конц.}) \to$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $ZnSO_4 + S + H_2O$

2) реакция не происходит

3) $ZnSO_4 + H_2$

4) $Al_2(SO_4)_3 + H_2$

5) $Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O$

А) $Cu + HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow$

Медь (Cu) — металл, стоящий в ряду электрохимических напряжений после водорода. Она не реагирует с кислотами-неокислителями (например, с разбавленной $H_2SO_4$ или $HCl$). Однако концентрированная азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем. В реакции с медью она окисляет металл до нитрата меди(II) ($Cu(NO_3)_2$), а сама восстанавливается до диоксида азота ($NO_2$) — газа бурого цвета. Также в реакции образуется вода.
Уравнение реакции:
$Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O$
Этому описанию соответствует вариант ответа 5.

Ответ: 5

Б) $Al + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow$

Алюминий (Al) — активный металл. Однако концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) при обычной температуре пассивирует некоторые металлы, включая алюминий, железо и хром. На поверхности алюминия образуется прочная и химически инертная оксидная плёнка ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего взаимодействия с кислотой. Поэтому при комнатной температуре реакция не протекает (или протекает крайне медленно).
Этому описанию соответствует вариант ответа 2.

Ответ: 2

В) $Zn + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow$

Цинк (Zn) — активный металл, который реагирует с концентрированной серной кислотой. В отличие от разбавленной кислоты, которая в реакции с цинком выделяет водород ($H_2$), концентрированная $H_2SO_4$ действует как сильный окислитель. Сера в степени окисления +6 восстанавливается, а цинк окисляется до сульфата цинка ($ZnSO_4$). Продукты восстановления серы зависят от активности металла и условий реакции. Для активных металлов, таких как цинк, возможно восстановление серы до $SO_2$, элементной серы ($S$) или даже сероводорода ($H_2S$).
Среди предложенных вариантов: вариант 3 ($ZnSO_4 + H_2$) не подходит, так как водород выделяется только с разбавленной кислотой. Вариант 1 ($ZnSO_4 + S + H_2O$) является одним из возможных и правильных путей реакции для активного металла с концентрированной серной кислотой.
Уравнение реакции для варианта 1:
$3Zn + 4H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow 3ZnSO_4 + S \downarrow + 4H_2O$
Этот вариант является наиболее подходящим из предложенных.

Ответ: 1

12. Для сварки рельсов, сплавления проводов линий электропередачи, в военном деле используется термитная смесь (оксид железа(III) и алюминиевая пудра), при горении которой достигается высокая температура. Используя метод электронного баланса, напишите уравнение соответствующей химической реакции, укажите окислитель и восстановитель.

$Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3$

Метод электронного баланса:

$Fe_2^{+3}O_3$

$Al^0$

$Fe^0$

$Al_2^{+3}O_3$

$2Fe^{+3} + 6e^- \rightarrow 2Fe^0$ (восстановление)

$2Al^0 - 6e^- \rightarrow 2Al^{+3}$ (окисление)

Окислитель: $Fe_2O_3$

Восстановитель: $Al$

Решение

В задаче описана реакция горения термитной смеси, которая представляет собой алюмотермическое восстановление железа из его оксида(III). Это окислительно-восстановительная реакция.

1. Запишем схему реакции и определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$ \overset{+3}{Fe}_2 \overset{-2}{O}_3 + \overset{0}{Al} \rightarrow \overset{+3}{Al}_2 \overset{-2}{O}_3 + \overset{0}{Fe} $

2. Используя метод электронного баланса, составим полуреакции окисления и восстановления.

Алюминий ($Al$) повышает свою степень окисления с 0 до +3, отдавая электроны. Следовательно, алюминий является восстановителем.

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$

Железо ($Fe$) понижает свою степень окисления с +3 до 0, принимая электроны. Следовательно, оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) за счет ионов $Fe^{+3}$ является окислителем.

$Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0$

3. Найдем наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов, чтобы определить коэффициенты. В молекуле $Fe_2O_3$ содержатся два атома железа, поэтому для восстановления одной формульной единицы оксида железа(III) требуется $2 \times 3 = 6$ электронов.

$2Fe^{+3} + 6e^- \rightarrow 2Fe^0$

Чтобы отдать 6 электронов, необходимо 2 атома алюминия, так как каждый атом отдает по 3 электрона.

$2Al^0 - 6e^- \rightarrow 2Al^{+3}$

Таким образом, перед алюминием ($Al$) в уравнении реакции ставим коэффициент 2, а перед железом ($Fe$) также 2.

4. Запишем итоговое сбалансированное уравнение химической реакции:

$Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$

Ответ: Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$. Окислителем является оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), восстановителем — алюминий ($Al$).

1. Наименее выражены металлические свойства

1) у кобальта

2) у ртути

3) у железа

4) у магния

Металлические свойства элементов определяются их способностью отдавать электроны. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева металлические свойства ослабевают при движении слева направо по периоду и усиливаются при движении сверху вниз по группе. Чтобы определить, у какого из предложенных элементов металлические свойства выражены наименее, проанализируем их положение в периодической системе и свойства.

1) Кобальт (Co) — элемент 9-й группы, 4-го периода. Это переходный металл.

2) Ртуть (Hg) — элемент 12-й группы, 6-го периода. Это переходный металл, находящийся в конце d-блока.

3) Железо (Fe) — элемент 8-й группы, 4-го периода. Это переходный металл, расположенный левее кобальта.

4) Магний (Mg) — элемент 2-й группы, 3-го периода. Это щелочноземельный металл, обладающий ярко выраженными металлическими свойствами.

Сравнивая элементы:

• Магний (Mg) находится в начале периода (2-я группа) и является активным металлом, поэтому его металлические свойства наиболее сильные среди предложенных вариантов.
• Железо (Fe) и кобальт (Co) находятся в одном, 4-м периоде. Так как металлические свойства ослабевают слева направо, у кобальта они выражены слабее, чем у железа.
• Ртуть (Hg) находится в 6-м периоде, что должно было бы усиливать её металлические свойства по сравнению с элементами 4-го периода. Однако она расположена в 12-й группе, в самом конце ряда переходных металлов. Для элементов этой группы (Zn, Cd, Hg) характерно значительное ослабление металлических свойств по сравнению с другими переходными металлами из-за полностью заполненной d-орбитали. Ртуть имеет высокую энергию ионизации и электроотрицательность для металла, что свидетельствует о слабой способности отдавать электроны. Она является единственным металлом, находящимся в жидком состоянии при стандартных условиях, что указывает на слабость металлической связи.

Ответ: 2) у ртути

2. В отличие от других металлов медь

1) пластична

2) теплопроводна

3) имеет золотисто-розовый цвет

4) проводит электрический ток

Решение

Чтобы определить, какое свойство меди отличает её от других металлов, проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) пластична Пластичность, то есть способность деформироваться без разрушения и сохранять принятую форму, является общим свойством для большинства металлов. Например, золото, серебро, алюминий также очень пластичны. Следовательно, это не является уникальной характеристикой меди.

2) теплопроводна Высокая теплопроводность – это характерное свойство металлов. Медь является одним из лучших проводников тепла, но уступает, например, серебру. Таким образом, это свойство не является исключительным для меди.

3) имеет золотисто-розовый цвет Большинство металлов имеют серебристо-белый или серый цвет. Характерную окраску имеют лишь немногие металлы, среди которых медь (золотисто-розовый) и золото (жёлтый). Этот цвет является заметным отличием меди от подавляющего большинства других металлов.

4) проводит электрический ток Способность проводить электрический ток — это фундаментальное свойство всех металлов. Медь — один из лучших проводников, но и это свойство не уникально. Серебро, например, проводит ток еще лучше.

Таким образом, наиболее уникальным свойством меди из данного списка, которое отличает её от большинства других металлов, является её цвет.

Ответ: 3

3. Укажите самый твёрдый из металлов.

1) вольфрам

2) молибден

3) хром

4) железо

Решение

Для того чтобы определить, какой из перечисленных металлов является самым твёрдым, необходимо сравнить их физические свойства, в частности, твёрдость. Твёрдость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела (индентора). Существует несколько шкал для измерения твёрдости, одной из самых известных является шкала Мооса, которая определяет относительную твёрдость методом царапания.

Рассмотрим твёрдость каждого металла по шкале Мооса:

1) вольфрам
Вольфрам (W) — очень твёрдый и тугоплавкий металл. Его твёрдость по шкале Мооса составляет около $7.5$.

2) молибден
Молибден (Mo) также является тугоплавким металлом, но его твёрдость ниже, чем у вольфрама, и составляет $5.5$ по шкале Мооса.

3) хром
Хром (Cr) — это самый твёрдый из всех чистых металлов. Его твёрдость по шкале Мооса достигает $8.5$. Благодаря этому свойству он широко применяется для нанесения износостойких и защитных покрытий (хромирование).

4) железо
Чистое железо (Fe) является относительно мягким металлом. Его твёрдость по шкале Мооса равна всего $4.0$.

Сравнив значения твёрдости для всех предложенных металлов: вольфрам ($7.5$), молибден ($5.5$), хром ($8.5$) и железо ($4.0$), можно сделать вывод, что наибольшей твёрдостью обладает хром.

Ответ: 3) хром.

4. Укажите металл, имеющий самую низкую температуру плавления.

1) галлий

2) ртуть

3) натрий

4) цезий

Для того чтобы определить металл с самой низкой температурой плавления из предложенных вариантов, необходимо сравнить их соответствующие физические свойства.

Рассмотрим температуру плавления каждого металла:

• 1) галлий (Ga): Температура плавления галлия составляет $T_{пл} \approx 29,76 \text{ °C}$. Это легкоплавкий металл, который может расплавиться даже в руке человека.
• 2) ртуть (Hg): Температура плавления ртути составляет $T_{пл} \approx -38,83 \text{ °C}$. Это уникальный металл, который при стандартных условиях (комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении) находится в жидком состоянии.
• 3) натрий (Na): Температура плавления натрия составляет $T_{пл} = 97,8 \text{ °C}$. Это щелочной металл, который плавится при температуре, близкой к температуре кипения воды.
• 4) цезий (Cs): Температура плавления цезия составляет $T_{пл} \approx 28,44 \text{ °C}$. Этот щелочной металл также является одним из самых легкоплавких и может расплавиться в теплый день.

Сравнивая числовые значения температур плавления, мы видим, что самое низкое значение принадлежит ртути. Ее температура плавления является отрицательной по шкале Цельсия, в то время как у остальных металлов из списка она положительная и выше комнатной температуры (за исключением цезия и галлия, которые плавятся при температуре чуть выше комнатной).

Таким образом, ртуть имеет самую низкую температуру плавления среди перечисленных металлов.

Ответ: 2) ртуть.

5. Укажите сплав на основе железа.

1) сталь

2) бронза

3) мельхиор

4) латунь

Сплав на основе железа — это металлический материал, состоящий из железа ($Fe$) как основного компонента, с добавлением других элементов для придания ему определённых свойств. Рассмотрим предложенные варианты:

1) сталь — это сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2,14 %) и другими элементами (марганец, кремний, хром, никель и т.д.). Основой стали является железо. Таким образом, это сплав на основе железа.

2) бронза — это сплав на основе меди ($Cu$), где основным легирующим элементом чаще всего выступает олово ($Sn$). Также существуют бронзы с алюминием, свинцом, кремнием и другими элементами, но основным компонентом всегда является медь.

3) мельхиор — это сплав на основе меди ($Cu$), легированный в основном никелем ($Ni$), а также небольшими добавками железа и марганца. Основой сплава является медь.

4) латунь — это сплав на основе меди ($Cu$), где основным легирующим элементом является цинк ($Zn$).

Из всех перечисленных вариантов только сталь является сплавом, основным компонентом которого является железо.

Ответ: 1) сталь.