Страница 128 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Свинец известен человеку с древности. Получают его из минерала галенита — сульфида свинца(II). Сначала галенит обжигают, а затем из полученного оксида восстанавливают металл углём. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Решение

Процесс получения свинца из минерала галенита, как описано в задаче, состоит из двух химических стадий. Напишем для каждой из них уравнение реакции.

Обжиг галенита

Галенит — это сульфид свинца(II) с химической формулой $PbS$. Его обжиг представляет собой реакцию с кислородом воздуха ($O_2$) при высокой температуре. В результате образуется оксид свинца(II) ($PbO$) и диоксид серы ($SO_2$).

Уравнение реакции обжига:
$2PbS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2PbO + 2SO_2$

Восстановление металла из оксида углём

Полученный оксид свинца(II) ($PbO$) восстанавливают углём (углеродом, $C$) до металлического свинца ($Pb$). Углерод при этом окисляется. В зависимости от условий реакции, в частности от соотношения реагентов, возможны два продукта окисления углерода:

1. Образование углекислого газа ($CO_2$):
$2PbO + C \xrightarrow{t} 2Pb + CO_2$

2. Образование угарного газа ($CO$):
$PbO + C \xrightarrow{t} Pb + CO$

Оба уравнения корректно описывают процесс восстановления.

Ответ:

Уравнения соответствующих реакций:
$2PbS + 3O_2 \rightarrow 2PbO + 2SO_2$
$2PbO + C \rightarrow 2Pb + CO_2$ (или $PbO + C \rightarrow Pb + CO$)

1. Атомы щелочных металлов отличаются друг от друга

1) высшей степенью окисления

2) числом электронов на внешнем слое

3) степенью окисления в оксидах

4) числом энергетических уровней

Решение

Щелочные металлы – это химические элементы I группы главной подгруппы Периодической системы (литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr). Чтобы определить, чем отличаются их атомы, проанализируем каждую из предложенных характеристик.

• 1) высшей степенью окисления
  Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, совпадает с номером группы. Все щелочные металлы находятся в I группе, поэтому их высшая и постоянная степень окисления в соединениях равна +1. По этому признаку они не отличаются.

• 2) числом электронов на внешнем слое
  Поскольку все щелочные металлы принадлежат к I группе, на их внешнем (валентном) электронном слое находится по одному электрону. Например, электронная конфигурация внешнего слоя лития (Li) – $2s^1$, натрия (Na) – $3s^1$, калия (K) – $4s^1$ и так далее. Следовательно, по числу электронов на внешнем слое атомы щелочных металлов не отличаются.

• 3) степенью окисления в оксидах
  В своих оксидах (например, $Li_2O$, $Na_2O$, $K_2O$) щелочные металлы проявляют свою единственно возможную положительную степень окисления +1. Эта характеристика одинакова для всех элементов данной группы.

• 4) числом энергетических уровней
  Атомы щелочных металлов расположены в разных периодах Периодической системы. Номер периода указывает на количество заполняемых электронных оболочек (энергетических уровней) у атома.

  • Литий (Li) находится во 2-м периоде, его атом имеет 2 энергетических уровня.
  • Натрий (Na) находится в 3-м периоде, его атом имеет 3 энергетических уровня.
  • Калий (K) находится в 4-м периоде, его атом имеет 4 энергетических уровня.

  Таким образом, с увеличением порядкового номера (при движении сверху вниз по группе) число энергетических уровней в атомах щелочных металлов увеличивается. Именно этим они и отличаются друг от друга.

Ответ: 4

2. Металлические свойства наиболее ярко выражены

1) у бериллия 2) у калия 3) у магния 4) у стронция

Решение

Металлические свойства химических элементов определяются их способностью отдавать электроны с внешней электронной оболочки. Чем легче атом отдает электроны, тем сильнее выражены его металлические свойства. В Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева существуют закономерности изменения этих свойств:

• В пределах одного периода (горизонтального ряда) с увеличением порядкового номера (слева направо) металлические свойства ослабевают.
• В пределах одной группы (вертикального столбца) с увеличением порядкового номера (сверху вниз) металлические свойства усиливаются.

Рассмотрим положение данных элементов в Периодической системе:

• Бериллий (Be) – элемент 2-го периода, IIA группы.
• Калий (K) – элемент 4-го периода, IA группы.
• Магний (Mg) – элемент 3-го периода, IIA группы.
• Стронций (Sr) – элемент 5-го периода, IIA группы.

Сначала сравним элементы, находящиеся в одной группе (IIA): бериллий, магний и стронций. Согласно закономерности, металлические свойства в группе усиливаются сверху вниз. Таким образом, ряд по усилению металлических свойств для этих трех элементов будет выглядеть так: Be < Mg < Sr. Самым активным металлом из этой тройки является стронций.

Теперь сравним самый активный металл из IIA группы (стронций) с элементом IA группы (калий). Элементы IA группы (щелочные металлы) являются самыми сильными металлами в своих периодах, так как они легче всего отдают свой единственный валентный электрон. Калий находится в IA группе, а стронций – во IIA. Элементы IA группы всегда проявляют более сильные металлические свойства, чем элементы IIA группы. Несмотря на то, что стронций находится в периоде ниже, чем калий, принадлежность калия к группе щелочных металлов делает его более активным металлом.

Таким образом, из всех представленных элементов калий обладает наиболее ярко выраженными металлическими свойствами, так как он находится левее всех в периодической таблице (в IA группе) и имеет достаточно большой атомный радиус, что облегчает отдачу валентного электрона.

Ответ: 2

3. В ряду Cs — K — Na — Li

1) увеличивается температура плавления и увеличивается плотность

2) увеличивается температура плавления и уменьшается плотность

3) уменьшается температура плавления и увеличивается плотность

4) уменьшается температура плавления и уменьшается плотность

В данном ряду представлены щелочные металлы: цезий (Cs), калий (K), натрий (Na), литий (Li). Эти элементы находятся в IА группе периодической системы. Ряд Cs — K — Na — Li соответствует движению по группе снизу вверх.

Рассмотрим, как изменяются температура плавления и плотность в этом ряду.

1. Температура плавления.
Щелочные металлы имеют металлическую кристаллическую решетку. Температура плавления зависит от прочности металлической связи. При движении по группе снизу вверх (от Cs к Li) уменьшается атомный радиус. Вследствие этого усиливается связь между положительно заряженными ионами в узлах кристаллической решетки и обобществленными валентными электронами ("электронным газом"). Чем прочнее металлическая связь, тем больше энергии требуется для ее разрыва, и, следовательно, тем выше температура плавления.
Таким образом, в ряду Cs — K — Na — Li температура плавления увеличивается.
Справочные данные (t° плавления): Cs ≈ 28.5°C, K ≈ 63.5°C, Na ≈ 97.8°C, Li ≈ 180.5°C.

2. Плотность.
Плотность ($ \rho $) определяется как отношение массы ($ m $) к объему ($ V $): $ \rho = m/V $. При движении по группе снизу вверх уменьшаются и атомная масса, и атомный объем (связанный с радиусом атома). У щелочных металлов при переходе от элемента к элементу вверх по группе атомная масса уменьшается в большей степени, чем атомный объем. Поэтому в целом плотность уменьшается.
Справочные данные (плотность, г/см³): Cs ≈ 1.93, K ≈ 0.86, Na ≈ 0.97, Li ≈ 0.53.
Хотя наблюдается аномалия (плотность калия меньше плотности натрия), общая тенденция в ряду от цезия к литию — это уменьшение плотности.

Следовательно, в ряду Cs — K — Na — Li увеличивается температура плавления и уменьшается плотность. Этому описанию соответствует вариант ответа 2.

Ответ: 2

4. В схеме превращений

$Mg \to X \to Mg(OH)_2$

веществу X соответствует формула

1) $MgCl_2$

2) $MgCO_3$

3) $MgSiO_3$

4) $Mg_3(PO_4)_2$

Решение

В данной задаче представлена цепочка химических превращений: $Mg \rightarrow X \rightarrow Mg(OH)_2$. Нам нужно определить, какая из предложенных формул соответствует веществу X. Для этого необходимо, чтобы обе реакции в цепочке были осуществимы.

Рассмотрим вторую стадию превращения: $X \rightarrow Mg(OH)_2$. Продуктом этой реакции является гидроксид магния $Mg(OH)_2$ — вещество, практически нерастворимое в воде (осадок). Наиболее распространенным способом получения нерастворимых оснований является реакция обмена между растворимой солью соответствующего металла и щёлочью. Следовательно, вещество X, скорее всего, является растворимой солью магния.

Проанализируем предложенные варианты с точки зрения их растворимости в воде:
1) $MgCl_2$ (хлорид магния) — это растворимая соль.
2) $MgCO_3$ (карбонат магния) — это нерастворимая соль.
3) $MgSiO_3$ (силикат магния) — это нерастворимая соль.
4) $Mg_3(PO_4)_2$ (фосфат магния) — это нерастворимая соль.

Из анализа растворимости следует, что единственным подходящим кандидатом на роль вещества X является хлорид магния ($MgCl_2$). Проверим всю цепочку превращений для этого варианта.

Первый этап, $Mg \rightarrow MgCl_2$, легко осуществим, например, при взаимодействии магния с соляной кислотой:
$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\uparrow$

Второй этап, $MgCl_2 \rightarrow Mg(OH)_2$, также осуществим, так как $MgCl_2$ является растворимой солью. При добавлении к её раствору щёлочи (например, $NaOH$) выпадает осадок гидроксида магния:
$MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

Таким образом, вещество X — это хлорид магния. Остальные варианты ($MgCO_3$, $MgSiO_3$, $Mg_3(PO_4)_2$) не подходят, так как они являются нерастворимыми солями, и прямое превращение их в нерастворимый гидроксид магния в одну стадию затруднительно.

Ответ: 1) $MgCl_2$.

5. Формулы амфотерного и основного оксида соответственно представлены в ряду

1) $MgO$, $Na_2O$

2) $Li_2O$, $BeO$

3) $BaO$, $K_2O$

4) $BeO$, $CaO$

Решение

В задании требуется найти ряд, в котором последовательно представлены формулы амфотерного и основного оксидов. Для этого необходимо классифицировать оксиды в каждом варианте ответа.

• Основные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания. Как правило, это оксиды металлов I и II групп (щелочных и щелочноземельных, кроме Be), а также других металлов в низких степенях окисления.
• Амфотерные оксиды — это оксиды, которые проявляют как основные, так и кислотные свойства. К ним относятся оксиды таких металлов, как Be, Zn, Al, Sn, Pb.

Рассмотрим каждый ряд:

1) MgO, Na₂O

MgO (оксид магния) — оксид металла II группы, является основным оксидом.
Na₂O (оксид натрия) — оксид щелочного металла (I группа), является основным оксидом.
В этом ряду представлены два основных оксида. Вариант не подходит.

2) Li₂O, BeO

Li₂O (оксид лития) — оксид щелочного металла, является основным оксидом.
BeO (оксид бериллия) — является амфотерным оксидом.
Порядок в этом ряду (основный, амфотерный) не соответствует условию (амфотерный, основный). Вариант не подходит.

3) BaO, K₂O

BaO (оксид бария) — оксид щелочноземельного металла, является основным оксидом.
K₂O (оксид калия) — оксид щелочного металла, является основным оксидом.
В этом ряду представлены два основных оксида. Вариант не подходит.

4) BeO, CaO

BeO (оксид бериллия) — является амфотерным оксидом, так как он реагирует и с кислотами, и со щелочами.
CaO (оксид кальция) — оксид щелочноземельного металла, является типичным основным оксидом.
Этот ряд соответствует условию задачи: сначала идет амфотерный оксид, а за ним — основной.

Ответ: 4