Страница 133 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. В ряду Li — Na — K — Rb

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

Решение

Рассматриваемый ряд элементов Li — Na — K — Rb состоит из щелочных металлов, которые находятся в I группе главной подгруппы периодической системы. Движение по этому ряду соответствует движению по группе сверху вниз. Проанализируем, как изменяются температура плавления и плотность.

Температура плавления. Все щелочные металлы имеют металлическую кристаллическую решетку. Их температура плавления зависит от прочности металлической связи. При движении по группе сверху вниз с увеличением порядкового номера элемента растет число электронных слоев, что приводит к увеличению атомного радиуса. В результате связь между ядром и валентными электронами ослабевает, прочность металлической связи уменьшается. Следовательно, для разрушения кристаллической решетки требуется меньше энергии, и температура плавления закономерно понижается в ряду от Li к Rb.

Плотность. Плотность равна отношению массы к объему ($ \rho = m/V $). При движении по группе сверху вниз увеличиваются как атомная масса, так и атомный объем. Обычно относительная атомная масса растет быстрее, чем атомный объем, поэтому плотность увеличивается. В ряду щелочных металлов существует исключение: плотность калия ($0.86 \text{ г/см}^3$) меньше плотности натрия ($0.97 \text{ г/см}^3$). Однако общая тенденция в рассматриваемом ряду — это увеличение плотности от лития ($\rho(Li) = 0.53 \text{ г/см}^3$) к рубидию ($\rho(Rb) = 1.53 \text{ г/см}^3$). В рамках данного задания следует ориентироваться на общую закономерность.

Исходя из анализа, в ряду Li — Na — K — Rb температура плавления уменьшается, а плотность (в целом) увеличивается. Данному утверждению соответствует вариант ответа 3.

Ответ: 3) уменьшается температура плавления и увеличивается плотность.

4. Укажите формулы основного и кислотного оксида соответственно

1) $BeO$ и $CaO$

2) $N_2O_5$ и $MgO$

3) $Na_2O$ и $SO_3$

4) $SrO$ и $K_2O$

Для того чтобы выбрать правильный вариант, необходимо классифицировать каждый оксид в предложенных парах как оснóвный, кислотный или амфотерный. В задании требуется найти пару, где сначала идет оснóвный оксид, а затем — кислотный.

• Оснóвные оксиды — это оксиды, которым соответствуют основания. Как правило, это оксиды металлов I и II групп (щелочных и щелочноземельных), например, $Na_2O$, $CaO$.
• Кислотные оксиды — это оксиды, которым соответствуют кислоты. Как правило, это оксиды неметаллов ($SO_3$, $N_2O_5$) или металлов в высоких степенях окисления ($Mn_2O_7$).
• Амфотерные оксиды — это оксиды, которые проявляют как оснóвные, так и кислотные свойства, например, $BeO$, $Al_2O_3$, $ZnO$.

Рассмотрим каждый вариант:

1) $BeO$ и $CaO$

Оксид бериллия ($BeO$) является амфотерным оксидом. Оксид кальция ($CaO$) является оснóвным оксидом. Данная пара ("амфотерный и оснóвный") не соответствует условию.

2) $N_2O_5$ и $MgO$

Оксид азота(V) ($N_2O_5$) — это кислотный оксид. Оксид магния ($MgO$) — оснóвный оксид. Порядок веществ в паре ("кислотный и оснóвный") не соответствует требуемому в задании ("оснóвный и кислотный").

3) $Na_2O$ и $SO_3$

Оксид натрия ($Na_2O$) — это типичный оснóвный оксид, так как образован щелочным металлом натрием. Оксид серы(VI) ($SO_3$) — это типичный кислотный оксид, так как образован неметаллом серой в высшей степени окисления +6. Эта пара ("оснóвный и кислотный") полностью соответствует условию задачи.

4) $SrO$ и $K_2O$

Оксид стронция ($SrO$) и оксид калия ($K_2O$) оба являются оснóвными оксидами, так как образованы щелочноземельным и щелочным металлами соответственно. Эта пара ("оснóвный и оснóвный") не соответствует условию.

Ответ: 3

5. В схеме превращений

$Ca \rightarrow X \rightarrow CaCO_3$

веществу X соответствует формула

1) $CaC_2$

2) $CaCl_2$

3) $CaS$

4) $Ca_3N_2$

Для того чтобы определить, какая формула соответствует веществу X в предложенной схеме превращений $Ca \rightarrow X \rightarrow CaCO_3$, необходимо проанализировать возможность осуществления каждого этапа для всех предложенных вариантов.

Решение

Рассмотрим последовательно каждый из предложенных вариантов ответа.

1) Вещество X — $CaC_2$ (карбид кальция)

Первый этап: $Ca \rightarrow CaC_2$. Эту реакцию можно осуществить, сплавляя кальций с углеродом при высокой температуре.

$Ca + 2C \xrightarrow{t^\circ} CaC_2$

Второй этап: $CaC_2 \rightarrow CaCO_3$. Это превращение обычно осуществляют в две стадии. Сначала карбид кальция реагирует с водой (гидролиз) с образованием гидроксида кальция:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2 \uparrow$

Затем через полученный раствор гидроксида кальция пропускают углекислый газ, чтобы получить карбонат кальция:

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Хотя этот путь химически возможен, второй переход ($X \rightarrow CaCO_3$) является многостадийным.

2) Вещество X — $CaCl_2$ (хлорид кальция)

Первый этап: $Ca \rightarrow CaCl_2$. Хлорид кальция можно легко получить из металлического кальция, например, реакцией с хлором или соляной кислотой.

$Ca + Cl_2 \rightarrow CaCl_2$

Второй этап: $CaCl_2 \rightarrow CaCO_3$. Карбонат кальция является нерастворимой солью, которую можно получить из растворимой соли хлорида кальция путем реакции ионного обмена с растворимым карбонатом, например, карбонатом натрия.

$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$

Эта цепочка превращений логична, и каждый её этап представляет собой одну химическую реакцию. Это классический способ получения нерастворимых солей.

3) Вещество X — $CaS$ (сульфид кальция)

Первый этап: $Ca \rightarrow CaS$. Сульфид кальция можно получить при нагревании кальция с серой.

$Ca + S \xrightarrow{t^\circ} CaS$

Второй этап: $CaS \rightarrow CaCO_3$. Это превращение можно осуществить, пропуская углекислый газ через водную суспензию сульфида кальция. Угольная кислота ($H_2CO_3$) вытеснит более слабую сероводородную кислоту из её соли.

$CaS + CO_2 + H_2O \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2S \uparrow$

Этот путь также возможен, но менее распространен в учебных задачах по сравнению с реакциями обмена между растворимыми солями.

4) Вещество X — $Ca_3N_2$ (нитрид кальция)

Первый этап: $Ca \rightarrow Ca_3N_2$. Нитрид кальция образуется при реакции кальция с азотом при нагревании.

$3Ca + N_2 \xrightarrow{t^\circ} Ca_3N_2$

Второй этап: $Ca_3N_2 \rightarrow CaCO_3$. Как и в случае с карбидом, этот переход требует двух стадий: гидролиз нитрида с образованием гидроксида кальция, а затем реакция гидроксида с углекислым газом.

$Ca_3N_2 + 6H_2O \rightarrow 3Ca(OH)_2 + 2NH_3 \uparrow$

$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Этот путь также является многостадийным для второго превращения.

Сравнивая все варианты, наиболее простым и классическим способом осуществления данной цепочки превращений, где каждая стрелка соответствует одной реакции, является вариант с хлоридом кальция ($CaCl_2$) в качестве промежуточного вещества X.

Ответ: 2) $CaCl_2$

6. Верны ли следующие суждения о щелочных металлах?

А. Щелочные металлы хранят под слоем керосина.

Б. Щелочные металлы при взаимодействии с галогенами образуют соединения с ионной кристаллической решёткой.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Щелочные металлы хранят под слоем керосина.

Данное утверждение является верным. Щелочные металлы, такие как литий, натрий и калий, являются одними из самых химически активных металлов. Они легко и бурно реагируют с компонентами воздуха – кислородом и водяными парами. Например, натрий на воздухе быстро покрывается плёнкой оксида и пероксида, а при контакте с водой происходит бурная реакция с выделением водорода: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow$. Чтобы предотвратить эти нежелательные реакции, щелочные металлы хранят под слоем инертной жидкости, которая не реагирует с ними и защищает от контакта с атмосферой. Керосин (или вазелиновое масло) является такой жидкостью, поэтому это стандартный способ хранения щелочных металлов.

Б. Щелочные металлы при взаимодействии с галогенами образуют соединения с ионной кристаллической решёткой.

Это утверждение также верно. Щелочные металлы — это типичные металлы с низкой электроотрицательностью, их атомы легко отдают один электрон с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы), например, $Na \rightarrow Na^+ + e^-$. Галогены — это типичные неметаллы с высокой электроотрицательностью, их атомы стремятся принять один электрон для завершения своего внешнего энергетического уровня, образуя отрицательно заряженные ионы (анионы), например, $Cl + e^- \rightarrow Cl^-$. При взаимодействии щелочного металла и галогена происходит перенос электрона от атома металла к атому галогена. В результате образуются катионы металла и анионы галогена, которые притягиваются друг к другу за счет электростатических сил, образуя ионную связь. В твердом агрегатном состоянии эти ионы располагаются в пространстве строго упорядоченно, формируя ионную кристаллическую решётку. Примером такого соединения является хлорид натрия $NaCl$.

Таким образом, оба суждения, А и Б, являются верными.

Ответ: 3

7. Укажите превращение, которое нельзя осуществить в одну стадию.

1) $K \to KOH$

2) $Na \to Na_2O$

3) $Li \to Li_2O$

4) $K \to KCl$

Решение

Для того чтобы определить, какое из предложенных превращений нельзя осуществить в одну стадию, необходимо рассмотреть химические свойства представленных веществ и проанализировать каждую реакцию.

1) K → KOH

Превращение металлического калия (K) в гидроксид калия (KOH) является классической реакцией щелочного металла с водой. Реакция протекает бурно, в одну стадию, с образованием гидроксида и выделением водорода. Уравнение реакции:

$2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \uparrow$

Следовательно, это превращение осуществимо в одну стадию.

2) Na → Na₂O

При сжигании натрия (Na) в кислороде или на воздухе основным продуктом реакции является пероксид натрия ($Na_2O_2$), а не оксид натрия ($Na_2O$).

$2Na + O_2 \xrightarrow{t} Na_2O_2$

Для получения оксида натрия ($Na_2O$) из металлического натрия требуется либо проведение реакции в строго контролируемых условиях с недостатком кислорода, либо, что более распространено на практике, проведение двухстадийного процесса. Например, сначала получают пероксид, а затем его восстанавливают избытком металлического натрия:

$Na_2O_2 + 2Na \rightarrow 2Na_2O$

Таким образом, прямое получение оксида натрия в одну стадию в стандартных условиях считается невозможным или, по крайней мере, не основным процессом.

3) Li → Li₂O

Литий (Li), в отличие от натрия и калия, при сгорании в кислороде образует преимущественно оксид ($Li_2O$). Эта реакция протекает в одну стадию:

$4Li + O_2 \xrightarrow{t} 2Li_2O$

Следовательно, это превращение осуществимо в одну стадию.

4) K → KCl

Получение хлорида калия (KCl) из металлического калия (K) осуществляется путем прямой реакции синтеза с газообразным хлором ($Cl_2$). Реакция протекает очень активно и в одну стадию:

$2K + Cl_2 \rightarrow 2KCl$

Следовательно, это превращение осуществимо в одну стадию.

Из всех рассмотренных вариантов только превращение $Na \rightarrow Na_2O$ не может быть осуществлено в одну простую стадию в типичных условиях, так как основным продуктом горения натрия является пероксид.

Ответ: 2

8. Какая формула соответствует веществу, применяемому при рентгене желудка и известному под названием «баритовая каша»?

1) $BaSO_4$

2) $BaCl_2$

3) $Ba(OH)_2$

4) $Ba(NO_3)_2$

Решение

Вещество, применяемое при рентгене желудка и известное под названием «баритовая каша», является рентгеноконтрастным средством. Его основная функция — поглощать рентгеновские лучи, что позволяет получить чёткое изображение полостей желудочно-кишечного тракта. Это свойство обусловлено наличием в его составе бария — тяжёлого химического элемента.

Ключевым требованием к составу «баритовой каши» является её безопасность для пациента. Известно, что растворимые соединения бария токсичны, так как ионы бария ($Ba^{2+}$) являются ядом для организма. Поэтому для медицинского применения внутрь подходит только такое соединение бария, которое нерастворимо в воде и, что особенно важно, в кислой среде желудка (содержащей соляную кислоту $HCl$). Нерастворимое вещество проходит через пищеварительный тракт, не всасываясь и не причиняя вреда.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) $BaSO_4$ (сульфат бария). Это соль, которая практически нерастворима в воде и кислотах. Именно благодаря этому свойству сульфат бария безопасен для приёма внутрь и используется в качестве основы «баритовой каши».

2) $BaCl_2$ (хлорид бария). Это хорошо растворимая в воде соль. При попадании в организм она высвобождает токсичные ионы $Ba^{2+}$, поэтому является сильным ядом.

3) $Ba(OH)_2$ (гидроксид бария). Это растворимое основание (щёлочь). Вещество едкое и токсичное.

4) $Ba(NO_3)_2$ (нитрат бария). Это также хорошо растворимая в воде соль, которая ядовита, как и другие растворимые соединения бария.

Таким образом, единственная формула, соответствующая веществу для рентгеноскопии желудка, — это $BaSO_4$.

Ответ: 1

9. Катион натрия окрашивает пламя

1) в красный цвет

2) в жёлтый цвет

3) в синий цвет

4) в фиолетовый цвет

Решение

Вопрос касается качественной реакции на катион натрия ($Na^+$) по окрашиванию пламени. Этот метод анализа, известный как пламенная фотометрия или проба на окрашивание пламени, основан на свойстве атомов некоторых химических элементов испускать свет определённого цвета при нагревании в пламени.

Когда соль, содержащая катионы натрия, попадает в пламя, происходит несколько процессов: испарение соли, её диссоциация на атомы. Атомы натрия, получив энергию от пламени, переходят в возбужденное состояние — их валентные электроны перемещаются на более высокие энергетические уровни. Это состояние нестабильно, и электроны возвращаются в основное состояние, излучая при этом кванты света (фотоны).

Энергия этих фотонов строго определена разностью энергетических уровней, что соответствует определённой длине волны света. Для атомов натрия наиболее интенсивное излучение происходит при переходе электрона с 3p-уровня на 3s-уровень, что соответствует длине волны около 589 нм. Свет с такой длиной волны воспринимается человеческим глазом как насыщенный жёлтый цвет. Это очень характерный и легко узнаваемый признак присутствия натрия.

Проанализируем предложенные варианты:

1) в красный цвет – Неверно. Красный цвет пламени характерен для солей лития ($Li^+$) (карминово-красный) и стронция ($Sr^{2+}$) (ярко-красный).

2) в жёлтый цвет – Верно. Интенсивный жёлтый цвет является классической качественной реакцией на ионы натрия ($Na^+$).

3) в синий цвет – Неверно. Синий цвет пламени могут давать, например, соли цезия ($Cs^+$), селена ($Se$) или некоторые соединения меди ($Cu^{2+}$).

4) в фиолетовый цвет – Неверно. Бледно-фиолетовый (лиловый) цвет характерен для ионов калия ($K^+$).

Следовательно, катион натрия окрашивает пламя в жёлтый цвет.

Ответ: 2) в жёлтый цвет.