Страница 129 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Верны ли следующие суждения о щелочных металлах?

А. В природе в свободном виде щелочные металлы не встречаются.

Б. Щелочные металлы получают электролизом расплавов их соединений.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Данное суждение является верным. Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) — это элементы IA-группы периодической системы, обладающие наивысшей химической активностью среди всех металлов. На их внешней электронной оболочке находится всего один электрон, который они очень легко отдают, превращаясь в положительно заряженный ион. Из-за этой высокой реакционной способности они бурно взаимодействуют с кислородом и водяными парами воздуха, а также с водой и другими окислителями. По этой причине в природе щелочные металлы не могут существовать в свободном (металлическом) состоянии и встречаются исключительно в виде соединений, например, в составе минералов галита ($NaCl$), сильвинита ($KCl$), карналлита ($KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O$) и других.

Б. Данное суждение также является верным. Для получения щелочных металлов из их соединений требуются очень сильные восстановители. Наиболее эффективным и экономически целесообразным промышленным методом является электролиз расплавов их солей (чаще всего хлоридов) или гидроксидов. Проведение электролиза водных растворов солей щелочных металлов неэффективно, так как стандартные электродные потенциалы ионов щелочных металлов ($E^0_{Na^+/Na} = -2.71$ В) значительно ниже потенциала восстановления воды ($E^0_{H_2O/H_2} = -0.83$ В при pH=7). Поэтому в водном растворе на катоде будет преимущественно восстанавливаться вода с выделением водорода, а не щелочной металл. Использование расплава позволяет избежать присутствия воды и осуществить восстановление ионов металла на катоде (например, $Na^+ + e^- \rightarrow Na$).

Таким образом, оба суждения, А и Б, являются верными. Следовательно, правильный вариант ответа — 3. Ответ: 3

7. Укажите металл, взаимодействующий и с кислотами, и со щелочами.

1) бериллий

2) магний

3) литий

4) барий

В данном вопросе необходимо определить, какой из предложенных металлов является амфотерным, то есть способным вступать в химические реакции как с кислотами, так и со щелочами (растворимыми основаниями).

Рассмотрим химические свойства каждого металла из списка.

1) бериллий
Бериллий (Be) — это амфотерный металл. Он реагирует с сильными кислотами с образованием соли и выделением водорода:
$Be + 2HCl \rightarrow BeCl_2 + H_2 \uparrow$
Также он взаимодействует с концентрированными растворами щелочей, образуя комплексную соль (тетрагидроксобериллат) и водород:
$Be + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Be(OH)_4] + H_2 \uparrow$
Таким образом, бериллий удовлетворяет условию задачи.

2) магний
Магний (Mg) — это активный металл, проявляющий типичные основные свойства. Он реагирует с кислотами, но не реагирует со щелочами.
$Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2 \uparrow$
$Mg + NaOH(р-р) \rightarrow$ реакция не идет.

3) литий
Литий (Li) — щелочной металл, который обладает ярко выраженными основными свойствами. Он бурно реагирует с кислотами, но не взаимодействует со щелочами.
$2Li + 2HCl \rightarrow 2LiCl + H_2 \uparrow$
$Li + KOH(р-р) \rightarrow$ реакция не идет.

4) барий
Барий (Ba) — щелочноземельный металл с сильными основными свойствами. Он активно реагирует с кислотами, но не реагирует со щелочами.
$Ba + 2HBr \rightarrow BaBr_2 + H_2 \uparrow$
$Ba + NaOH(р-р) \rightarrow$ реакция не идет.

Из всех перечисленных металлов только бериллий проявляет амфотерные свойства и взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами.

Ответ: 1) бериллий.

8. В производстве зубных паст, бумаги, резины, побелки используют вещество, формула которого

1) $Ca(OH)_2$

2) $CaCO_3$

3) $CaO$

4) $CaCl_2$

Для того чтобы определить верное вещество, необходимо проанализировать области применения каждого из предложенных соединений.

1) $Ca(OH)_2$ – гидроксид кальция, также известный как гашёная известь. Его водная суспензия (известковое молоко) используется для побелки стен и потолков. Однако в производстве зубных паст, бумаги и резины в качестве основного компонента он не применяется.

2) $CaCO_3$ – карбонат кальция. Это вещество в природе встречается в виде мела, известняка и мрамора. Карбонат кальция имеет широкое применение, которое полностью соответствует условию задачи:

• в зубных пастах он используется как мягкий абразив и наполнитель;
• в бумажной промышленности он служит наполнителем и пигментом для покрытия, придавая бумаге белизну, гладкость и непрозрачность;
• в производстве резины его используют в качестве наполнителя для улучшения физико-механических свойств и снижения себестоимости;
• для побелки используют тонкоизмельчённый карбонат кальция (мел).

3) $CaO$ – оксид кальция, или негашёная известь. В основном используется в строительстве и как сырьё для получения гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$) путём реакции с водой. Напрямую в производстве зубной пасты, бумаги или резины не используется.

4) $CaCl_2$ – хлорид кальция. Эта соль применяется в основном как противогололёдный реагент, осушитель газов и жидкостей, а также как пищевая добавка-отвердитель (E509). Данные области применения не соответствуют перечисленным в задаче.

Исходя из анализа, единственным веществом, которое используется во всех указанных сферах (производство зубных паст, бумаги, резины и побелки), является карбонат кальция.

Ответ: 2

9. Соли натрия и калия можно распознать

1) по цвету кристаллов

2) по растворимости в воде

3) по окраске пламени

4) по запаху

Решение

Для определения, каким способом можно распознать соли натрия и калия, необходимо проанализировать каждый из предложенных вариантов.

1) по цвету кристаллов

Многие соли натрия и калия, особенно с бесцветными анионами (например, хлориды, сульфаты, нитраты), являются белыми кристаллическими веществами. Например, хлорид натрия ($NaCl$) и хлорид калия ($KCl$) визуально очень похожи. Цвет соединений, как правило, определяется окрашенным анионом (например, $KMnO_4$ — фиолетовый из-за иона $MnO_4^-$), а не катионом щелочного металла. Таким образом, этот способ не является надежным для различения солей натрия и калия.

2) по растворимости в воде

Подавляющее большинство солей натрия и калия хорошо растворимы в воде. Согласно таблице растворимости, почти все их соли являются растворимыми. Незначительные различия в степени растворимости существуют, но они не могут служить простым и надежным качественным признаком для их распознавания в лабораторных условиях.

3) по окраске пламени

Это классический метод качественного анализа, известный как пламенная проба. Ионы металлов и их летучие соединения способны окрашивать пламя в характерные цвета. При высокой температуре пламени электроны в атомах металлов переходят на более высокие энергетические уровни (возбужденное состояние), а при возвращении в основное состояние испускают кванты света с определенной длиной волны, что и воспринимается как окрашивание пламени.

• Соединения натрия окрашивают пламя в интенсивный желтый цвет.
• Соединения калия окрашивают пламя в лиловый (светло-фиолетовый) цвет.

Этот метод является высокоспецифичным и широко используется для идентификации катионов натрия и калия.

4) по запаху

Неорганические соли, в том числе соли натрия и калия, как правило, не имеют запаха. Если запах и присутствует, он обусловлен анионом (например, в ацетатах или сульфидах) или примесями, но не самим катионом металла. Следовательно, этот признак не подходит для их различения.

Вывод: Наиболее достоверным и доступным методом для распознавания солей натрия и калия из предложенных является проба на окрашивание пламени.

Ответ: 3

10. Постоянную жёсткость воды можно уменьшить

1) добавлением соды $Na_2CO_3$

2) фильтрованием

3) кипячением

4) добавлением известковой воды $Ca(OH)_2$

Жесткость воды обусловлена наличием в ней растворенных солей кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$). Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.

Постоянная жесткость вызвана присутствием в воде сульфатов, хлоридов и нитратов кальция и магния (например, $CaSO_4$, $MgCl_2$, $Ca(NO_3)_2$). В отличие от временной жесткости, постоянную нельзя устранить кипячением. Рассмотрим предложенные способы уменьшения постоянной жесткости.

Добавление кальцинированной соды (карбоната натрия $Na_2CO_3$) является эффективным химическим методом умягчения воды для устранения постоянной жесткости. Карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$), образующиеся при растворении соды, вступают в реакцию с ионами кальция и магния, образуя нерастворимые осадки — карбонат кальция и карбонат магния. Эти осадки затем можно удалить фильтрованием.

Примеры реакций:

$CaSO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

$MgCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow MgCO_3 \downarrow + 2NaCl$

Поскольку ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$, вызывающие постоянную жесткость, удаляются из раствора, этот способ является правильным.

Обычное фильтрование — это механический процесс, который позволяет удалить из воды нерастворенные, взвешенные частицы (песок, ил, ржавчину). Соли, обусловливающие постоянную жесткость, находятся в воде в растворенном состоянии в виде ионов. Фильтрование не способно задержать отдельные ионы или молекулы, поэтому этот метод не уменьшает жесткость воды.

Кипячение позволяет устранить только временную (карбонатную) жесткость, которая обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния. При нагревании они разлагаются с образованием нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок (накипь):

$Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$

Соли, вызывающие постоянную жесткость (сульфаты и хлориды), являются термически устойчивыми и при кипячении из воды не удаляются. Следовательно, кипячение не уменьшает постоянную жесткость.

Добавление известковой воды (раствора гидроксида кальция $Ca(OH)_2$) в основном используется для устранения временной жесткости. Этот реагент также может удалить ионы магния, вызывающие постоянную жесткость, осаждая их в виде гидроксида магния:

$MgSO_4 + Ca(OH)_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + CaSO_4$

Однако этот метод не удаляет ионы кальция, вызывающие постоянную жесткость (например, $CaSO_4$ или $CaCl_2$). Более того, как видно из реакции, ионы магния замещаются на ионы кальция, то есть общая жесткость воды может не уменьшиться или уменьшиться незначительно. Поэтому данный метод не является универсальным для снижения постоянной жесткости.

Таким образом, наиболее подходящим и универсальным методом для уменьшения постоянной жесткости воды из предложенных является добавление соды $Na_2CO_3$.

Ответ: 1

11. Барий вступает в реакцию с каждым из двух веществ:

1) кислородом и хлором

2) оксидом серы(VI) и оксидом меди(II)

3) серой и водой

4) гидроксидом натрия и аммиаком

5) нитратом калия и серной кислотой

Решение

Чтобы определить, с какой парой веществ реагирует барий, необходимо проанализировать химические свойства бария и каждого из предложенных веществ.

1) кислородом и хлором

Барий (Ba) — это активный щелочноземельный металл, который энергично реагирует с типичными неметаллами, такими как кислород и хлор.
Реакция с кислородом ($O_2$) приводит к образованию оксида бария ($BaO$). На воздухе барий быстро тускнеет из-за этой реакции.
$2Ba + O_2 \rightarrow 2BaO$
Реакция с хлором ($Cl_2$) является реакцией соединения металла с галогеном, в результате которой образуется соль — хлорид бария ($BaCl_2$).
$Ba + Cl_2 \rightarrow BaCl_2$
Барий реагирует с обоими веществами.

2) оксидом серы(VI) и оксидом меди(II)

Барий является более активным металлом, чем медь, поэтому он способен вытеснять медь из её оксида ($CuO$) при нагревании (реакция металлотермии).
$Ba + CuO \xrightarrow{t} BaO + Cu$
Оксид серы(VI) ($SO_3$) — это кислотный оксид и сильный окислитель. Активный металл барий будет реагировать с ним, например, по схеме:
$Ba + SO_3 \rightarrow BaO + SO_2$
Следовательно, барий вступает в реакцию с обоими веществами, хотя реакции, как правило, требуют нагревания.

3) серой и водой

Барий активно реагирует с водой ($H_2O$) уже при комнатной температуре с образованием гидроксида бария ($Ba(OH)_2$) и выделением водорода.
$Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$
С серой ($S$) барий реагирует при нагревании, образуя сульфид бария ($BaS$).
$Ba + S \xrightarrow{t} BaS$
Таким образом, барий реагирует с обоими веществами, но для реакции с серой необходимо нагревание.

4) гидроксидом натрия и аммиаком

Барий — металл с основными свойствами, он не проявляет амфотерности и поэтому не реагирует с растворами щелочей, в том числе с гидроксидом натрия ($NaOH$).
С аммиаком ($NH_3$) в обычных условиях барий не взаимодействует.
Следовательно, этот вариант не подходит.

5) нитратом калия и серной кислотой

Барий находится в ряду активности металлов левее водорода, но правее калия. Поэтому барий не может вытеснить калий из его соли, нитрата калия ($KNO_3$).
С серной кислотой ($H_2SO_4$) реакция начинается, но тут же прекращается, так как образующийся сульфат бария ($BaSO_4$) — нерастворимое вещество, которое покрывает поверхность металла плотной пленкой и препятствует дальнейшему контакту реагентов. Этот процесс называется пассивацией.
$Ba + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + H_2 \uparrow$
Поскольку барий не реагирует с нитратом калия, этот вариант неверен.

Из проведенного анализа видно, что барий способен реагировать с парами веществ из пунктов 1, 2 и 3. Однако, в контексте тестовых заданий обычно выбирается наиболее очевидный и однозначный вариант. Реакции бария с кислородом и хлором (пункт 1) являются фундаментальными свойствами активного металла и протекают самопроизвольно в обычных условиях или при незначительной активации. Реакции же в пунктах 2 и 3 (с $CuO$, $SO_3$ и $S$) требуют специальных условий (нагревания). Поэтому наиболее корректным ответом является вариант 1.

Ответ: 1