Страница 135 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Одинаковое число электронов содержат частицы

1) $Mg^{2+}$ и $Ar^0$

2) $Be^{2+}$ и $F^{-}$

3) $Li^0$ и $Be^{2+}$

4) $K^{+}$ и $Ar^0$

Для того чтобы определить, какие частицы содержат одинаковое число электронов, необходимо для каждой частицы рассчитать это число. Число электронов ($N_e$) в атоме или ионе вычисляется на основе его порядкового номера ($Z$) в Периодической системе химических элементов и его заряда ($q$). Для нейтрального атома число электронов равно его порядковому номеру. Для иона число электронов равно $Z - q$ (где $q$ — заряд иона).

Проанализируем каждую пару частиц:

1) Mg²⁺ и Ar⁰

- Ион магния $Mg^{2+}$: Магний (Mg) имеет порядковый номер $Z=12$. Заряд иона $q=+2$. Число электронов: $N_e = 12 - (+2) = 10$.
- Атом аргона $Ar^0$: Аргон (Ar) имеет порядковый номер $Z=18$. Атом нейтрален, $q=0$. Число электронов: $N_e = 18 - 0 = 18$.
- Числа электронов не равны ($10 \neq 18$).

2) Be²⁺ и F⁻

- Ион бериллия $Be^{2+}$: Бериллий (Be) имеет порядковый номер $Z=4$. Заряд иона $q=+2$. Число электронов: $N_e = 4 - (+2) = 2$.
- Ион фтора $F^-$: Фтор (F) имеет порядковый номер $Z=9$. Заряд иона $q=-1$. Число электронов: $N_e = 9 - (-1) = 10$.
- Числа электронов не равны ($2 \neq 10$).

3) Li⁰ и Be²⁺

- Атом лития $Li^0$: Литий (Li) имеет порядковый номер $Z=3$. Атом нейтрален, $q=0$. Число электронов: $N_e = 3 - 0 = 3$.
- Ион бериллия $Be^{2+}$: Бериллий (Be) имеет порядковый номер $Z=4$. Заряд иона $q=+2$. Число электронов: $N_e = 4 - (+2) = 2$.
- Числа электронов не равны ($3 \neq 2$).

4) K⁺ и Ar⁰

- Ион калия $K^+$: Калий (K) имеет порядковый номер $Z=19$. Заряд иона $q=+1$. Число электронов: $N_e = 19 - (+1) = 18$.
- Атом аргона $Ar^0$: Аргон (Ar) имеет порядковый номер $Z=18$. Атом нейтрален, $q=0$. Число электронов: $N_e = 18 - 0 = 18$.
- Числа электронов равны ($18 = 18$).

Следовательно, частицы $K^+$ и $Ar^0$ содержат одинаковое число электронов.

Ответ: 4

2. Металлические свойства калия выражены сильнее по сравнению с металлическими свойствами кальция, так как у атомов калия

1) один электрон на внешнем слое

2) больше электронных слоёв

3) меньше электронных слоёв

4) меньше электронов в атоме

Решение

Металлические свойства химических элементов характеризуются их способностью отдавать электроны с внешнего энергетического уровня (валентные электроны). Чем легче атом отдает эти электроны, тем сильнее у него выражены металлические свойства.

Рассмотрим строение атомов калия (K) и кальция (Ca), чтобы сравнить их свойства.

Калий (K) находится в 4-м периоде и I группе главной подгруппы Периодической системы. Его порядковый номер 19.
Электронная конфигурация атома калия: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$.
На внешнем, четвертом, электронном слое у атома калия находится один валентный электрон.

Кальций (Ca) находится в 4-м периоде и II группе главной подгруппы. Его порядковый номер 20.
Электронная конфигурация атома кальция: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^2$.
На внешнем, четвертом, электронном слое у атома кальция находятся два валентных электрона.

Оба элемента находятся в одном периоде, что означает, что у их атомов одинаковое число электронных слоёв (четыре). Однако у кальция заряд ядра (+20) больше, чем у калия (+19). Из-за большего заряда ядра кальций сильнее притягивает свои внешние электроны. Кроме того, атому калия для достижения стабильной электронной конфигурации инертного газа нужно отдать всего один электрон, в то время как атому кальция — два, что энергетически менее выгодно.

Таким образом, атом калия легче отдает свой единственный валентный электрон, чем атом кальция, и поэтому металлические свойства у калия выражены сильнее.

Проанализируем предложенные варианты:
1) один электрон на внешнем слое – это ключевое отличие калия от кальция (у которого два таких электрона) и основная причина его более высокой химической активности как металла. Это утверждение верно.
2) больше электронных слоёв – неверно, у них одинаковое количество электронных слоёв (4).
3) меньше электронных слоёв – неверно.
4) меньше электронов в атоме – хотя это и так (у калия 19 электронов, у кальция 20), это не является основной причиной. Главную роль играет именно количество электронов на внешнем слое и сила их притяжения к ядру.

Следовательно, наиболее точная причина – наличие одного электрона на внешнем слое у атома калия.

Ответ: 1

3. Калий по сравнению с литием имеет

1) более высокую температуру плавления

2) меньшее число электронных слоёв в атоме

3) меньшую плотность

4) большую плотность

Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить свойства щелочных металлов — лития ($Li$) и калия ($K$), основываясь на их положении в Периодической системе химических элементов.

Литий ($Li$) — химический элемент с атомным номером 3, расположен во 2-м периоде, 1-й группе, главной подгруппе. Калий ($K$) — химический элемент с атомным номером 19, расположен в 4-м периоде, 1-й группе, главной подгруппе. Таким образом, оба элемента являются щелочными металлами, но калий находится в группе ниже лития.

Рассмотрим предложенные варианты утверждений:

1) более высокую температуру плавления

В I группе главной подгруппы (группе щелочных металлов) при движении сверху вниз атомный радиус увеличивается. Это приводит к ослаблению металлической связи в кристаллической решётке, так как валентные электроны находятся дальше от ядра и слабее с ним связаны. Ослабление связи ведёт к понижению температуры плавления. Температура плавления лития ($T_{пл}(Li)$) составляет $180.5~^\circ C$, а температура плавления калия ($T_{пл}(K)$) — $63.5~^\circ C$. Таким образом, калий имеет более низкую температуру плавления, чем литий. Утверждение неверно.

2) меньшее число электронных слоёв в атоме

Номер периода, в котором находится элемент, соответствует числу электронных слоёв (энергетических уровней) в его атоме. Литий находится во 2-м периоде, его электронная конфигурация $1s^22s^1$, он имеет 2 электронных слоя. Калий находится в 4-м периоде, его электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$, он имеет 4 электронных слоя. Следовательно, калий имеет большее число электронных слоёв, чем литий. Утверждение неверно.

3) меньшую плотность

Плотность ($\rho$) — это отношение массы ($m$) к объёму ($V$). При движении вниз по группе щелочных металлов растут и атомная масса, и атомный объём. В большинстве случаев рост массы опережает рост объёма, поэтому плотность увеличивается. Плотность лития $\rho(Li) \approx 0.534~г/см^3$. Плотность калия $\rho(K) \approx 0.862~г/см^3$. Следовательно, калий имеет большую плотность, чем литий. Утверждение неверно.

4) большую плотность

Как показано в предыдущем пункте, плотность калия ($\rho(K) \approx 0.862~г/см^3$) больше плотности лития ($\rho(Li) \approx 0.534~г/см^3$). Это утверждение является верным.

Исходя из анализа, правильным является четвёртое утверждение.

Ответ: 4

4. В схеме превращений

$Na \to X \to NaHCO_3$

веществу X соответствует формула

1) $NaH$

2) $Na_2O_2$

3) $NaOH$

4) $NaCl$

Решение

В данной задаче необходимо определить неизвестное вещество X в цепочке химических превращений: $Na \rightarrow X \rightarrow NaHCO_3$. Для этого проанализируем каждую стадию превращения и проверим предложенные варианты.

Цепочка состоит из двух последовательных реакций:

1. Получение вещества X из металлического натрия ($Na$).
2. Получение гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$) из вещества X.

Рассмотрим каждый вариант:

1) NaH
Гидрид натрия (NaH) можно получить реакцией натрия с водородом: $2Na + H_2 \rightarrow 2NaH$. Далее, гидрид натрия реагирует с водой с образованием гидроксида натрия ($NaOH$), который затем может прореагировать с избытком $CO_2$ до гидрокарбоната: $NaH + H_2O \rightarrow NaOH + H_2$, и $NaOH + CO_2 \rightarrow NaHCO_3$. Этот путь возможен, но является более сложным для второго превращения.

2) Na₂O₂
Пероксид натрия ($Na_2O_2$) образуется при сгорании натрия в избытке кислорода: $2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2$. Пероксид натрия может реагировать с водой, образуя $NaOH$, или с $CO_2$, образуя карбонат натрия ($Na_2CO_3$), а не гидрокарбонат: $2Na_2O_2 + 2CO_2 \rightarrow 2Na_2CO_3 + O_2$. Для получения $NaHCO_3$ потребуются дополнительные реакции.

3) NaOH
Гидроксид натрия ($NaOH$) образуется при реакции натрия с водой. Это очень типичная реакция для щелочных металлов.
$2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$
Далее, гидроксид натрия, будучи основанием (щелочью), реагирует с кислотным оксидом $CO_2$. При избытке углекислого газа образуется именно кислая соль — гидрокарбонат натрия.
$NaOH + CO_2 (изб.) \rightarrow NaHCO_3$
Эта последовательность реакций является классической и наиболее вероятной.

4) NaCl
Хлорид натрия ($NaCl$) можно получить реакцией натрия с хлором: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$. Однако прямое превращение $NaCl$ в $NaHCO_3$ — это сложный промышленный процесс (метод Сольве), который требует дополнительных реагентов ($NH_3$) и не является простой одностадийной реакцией, которая обычно подразумевается в таких заданиях.

Таким образом, наиболее логичным и простым является путь через гидроксид натрия.

Ответ: 3) NaOH

5. Укажите гидроксид, взаимодействующий и с соляной кислотой, и с гидроксидом натрия.

1) $Ca(OH)_2$

2) $Be(OH)_2$

3) $Mg(OH)_2$

4) $KOH$

Решение

Для решения этой задачи необходимо найти амфотерный гидроксид, то есть соединение, которое способно реагировать и с кислотами, и с основаниями (щелочами). Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) Ca(OH)₂
Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) — это сильное основание (щёлочь). Он вступает в реакцию нейтрализации с соляной кислотой:
$Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$
Однако, являясь основанием, он не будет реагировать с другим основанием — гидроксидом натрия ($NaOH$).

2) Be(OH)₂
Гидроксид бериллия ($Be(OH)_2$) — это классический пример амфотерного гидроксида. Он реагирует как с кислотами, так и с сильными основаниями.
- Реакция с соляной кислотой, где $Be(OH)_2$ проявляет свойства основания:
$Be(OH)_2 + 2HCl \rightarrow BeCl_2 + 2H_2O$
- Реакция с гидроксидом натрия, где $Be(OH)_2$ проявляет свойства кислоты, образуя комплексную соль (тетрагидроксобериллат натрия):
$Be(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Be(OH)_4]$
Таким образом, гидроксид бериллия удовлетворяет условию задачи.

3) Mg(OH)₂
Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) — это слабое, нерастворимое в воде основание. Он реагирует с кислотами:
$Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O$
Но он не обладает достаточно выраженными кислотными свойствами, чтобы реагировать с щелочами, такими как $NaOH$.

4) KOH
Гидроксид калия ($KOH$) — это сильное основание (щёлочь). Как и гидроксид кальция, он реагирует с кислотами:
$KOH + HCl \rightarrow KCl + H_2O$
Но не реагирует с другим основанием, $NaOH$.

Вывод: единственным гидроксидом из представленных, который взаимодействует как с соляной кислотой, так и с гидроксидом натрия, является амфотерный гидроксид бериллия.

Ответ: 2

6. Верны ли следующие суждения о щелочноземельных металлах?

А. К щелочноземельным металлам относят металлы IIA-группы.

Б. Щелочноземельные металлы кальций и барий образуют сильные основания.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Для выбора верного ответа необходимо проанализировать каждое из предложенных суждений.

А. К щелочноземельным металлам относят металлы IIА-группы.

Щелочноземельные металлы — это химические элементы, составляющие 2-ю группу периодической таблицы химических элементов (согласно устаревшей классификации — главную подгруппу II группы, или IIА-группу). К ним относятся бериллий ($Be$), магний ($Mg$), кальций ($Ca$), стронций ($Sr$), барий ($Ba$) и радий ($Ra$). Исторически название «щелочноземельные металлы» закрепилось за кальцием, стронцием и барием из-за того, что их оксиды («земли») при взаимодействии с водой образуют щелочи. Хотя бериллий и магний проявляют несколько отличные свойства (оксид бериллия амфотерен, а гидроксид магния — слабое основание), в современной номенклатуре все элементы IIА-группы принято называть щелочноземельными металлами. Таким образом, суждение А является верным.

Б. Щелочноземельные металлы кальций и барий образуют сильные основания.

При взаимодействии щелочноземельных металлов с водой образуются гидроксиды. Сила основания определяется его способностью диссоциировать в водном растворе с образованием ионов гидроксида ($OH^−$). В ряду гидроксидов щелочноземельных металлов от $Be(OH)_2$ к $Ba(OH)_2$ сила оснований и их растворимость в воде возрастают. Гидроксид кальция, $Ca(OH)_2$, и гидроксид бария, $Ba(OH)_2$, являются сильными основаниями (щелочами). Следовательно, суждение Б является верным.

Поскольку оба суждения (А и Б) верны, правильным вариантом ответа является 3.

Ответ: 3

7. Укажите пероксид, который образуется при взаимодействии с кислородом металла

1) лития

2) магния

3) кальция

4) натрия

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать продукты взаимодействия каждого из указанных металлов с кислородом. В зависимости от активности металла и условий реакции (например, избыток или недостаток кислорода) могут образовываться оксиды, пероксиды или надпероксиды.

1) лития

Литий (Li) — самый легкий щелочной металл. При сгорании в кислороде он образует преимущественно оксид лития ($Li_2O$).

$4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$

2) магния

Магний (Mg) — щелочноземельный металл. При горении в кислороде он образует оксид магния ($MgO$).

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

3) кальция

Кальций (Ca) — щелочноземельный металл, который, как и другие металлы этой группы (кроме бария), при сгорании в кислороде образует оксид кальция ($CaO$).

$2Ca + O_2 \rightarrow 2CaO$

4) натрия

Натрий (Na) — щелочной металл. В отличие от лития, при сгорании в избытке кислорода натрий образует в качестве основного продукта пероксид натрия ($Na_2O_2$).

$2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2$

Обычный оксид натрия ($Na_2O$) образуется только при недостатке кислорода.

Таким образом, из перечисленных металлов именно натрий при сгорании в кислороде образует пероксид.

Ответ: 4) натрия.