Страница 137 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

14. Серебристо-белый металл сгорел на воздухе с образованием белого порошка, нерастворимого в воде. Полученный продукт растворили в соляной кислоте. К образовавшемуся раствору добавили избыток гидроксида натрия. Образовался осадок белого цвета. Определите металл. Напишите уравнения протекающих реакций.

Определите металл.

Металл: Магний (Mg)

Напишите уравнения протекающих реакций.

$2Mg + O_2 \to 2MgO$

$MgO + 2HCl \to MgCl_2 + H_2O$

$MgCl_2 + 2NaOH \to Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Решение

Проанализируем последовательность химических превращений, чтобы определить неизвестный металл.

1. Серебристо-белый металл (обозначим его $Me$) сгорает на воздухе, образуя белый порошок – оксид металла ($Me_xO_y$). Этот оксид нерастворим в воде. Этому описанию могут соответствовать многие металлы, например, магний ($Mg$), алюминий ($Al$), цинк ($Zn$).

2. Полученный оксид растворяется в соляной кислоте ($HCl$). Это типичная реакция для основных и амфотерных оксидов, в результате которой образуется соль (хлорид металла) и вода: $Me_xO_y + 2yHCl \rightarrow xMeCl_{2y/x} + yH_2O$. Все предполагаемые металлы ($Mg, Al, Zn$) образуют оксиды, которые реагируют с соляной кислотой.

3. К раствору соли (хлориду металла) добавляют избыток гидроксида натрия ($NaOH$), при этом образуется белый осадок. Этот осадок является гидроксидом металла $Me(OH)_z$. Ключевым для определения металла является поведение его гидроксида в избытке щёлочи.

• $Mg(OH)_2$ (гидроксид магния) – белый осадок, является основанием и не растворяется в избытке щёлочи.
• $Al(OH)_3$ (гидроксид алюминия) – белый осадок, является амфотерным гидроксидом и растворяется в избытке щёлочи с образованием растворимого комплексного соединения: $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$.
• $Zn(OH)_2$ (гидроксид цинка) – белый осадок, также является амфотерным гидроксидом и растворяется в избытке щёлочи: $Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$.

Так как по условию задачи при добавлении избытка $NaOH$ образовался осадок белого цвета, который не растворился, можно сделать вывод, что искомый металл – это магний.

Уравнения протекающих реакций:
1) Горение магния в кислороде:
$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$
2) Взаимодействие оксида магния с соляной кислотой:
$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$
3) Образование осадка гидроксида магния при реакции хлорида магния с гидроксидом натрия:
$MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Ответ:
Искомый металл – магний ($Mg$).
Уравнения реакций:
$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$
$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$
$MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

1. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома алюминия равно

1) 13 2) 8 3) 5 4) 3

Решение

Чтобы определить число электронов на внешнем энергетическом уровне атома алюминия, необходимо рассмотреть его строение, используя Периодическую систему химических элементов.

1. Находим алюминий (Al) в таблице. Его порядковый номер — 13. Это значит, что общее число электронов в нейтральном атоме алюминия равно 13.

2. Определяем электронную конфигурацию атома алюминия. Электроны распределяются по энергетическим уровням (электронным слоям) и подуровням в следующем порядке:

$_{13}\text{Al} \quad 1s^22s^22p^63s^23p^1$

Распределение электронов по уровням:

- на первом энергетическом уровне ($n=1$) находится 2 электрона ($1s^2$);
- на втором энергетическом уровне ($n=2$) находится 8 электронов ($2s^22p^6$);
- на третьем энергетическом уровне ($n=3$) находится 3 электрона ($3s^23p^1$).

Внешним является энергетический уровень с наибольшим главным квантовым числом, то есть третий уровень. На нем находится 3 электрона.

Альтернативный способ — по положению элемента в Периодической системе. Алюминий находится в 3-м периоде и в III группе (главной подгруппе). Номер группы для элементов главных подгрупп как раз и указывает на число электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Следовательно, у алюминия их 3.

Из предложенных вариантов ответа правильным является тот, что указывает на 3 электрона.

Ответ: 4) 3

2. В ряду химических элементов B — Al — Ga

1) уменьшаются радиусы атомов

2) ослабевают восстановительные свойства

3) возрастает высшая степень окисления

4) усиливаются металлические свойства

Рассмотрим ряд химических элементов B — Al — Ga. Все эти элементы (Бор, Алюминий, Галлий) находятся в 13-й группе (главной подгруппе III группы) Периодической системы Д. И. Менделеева. Бор находится во 2-м периоде, Алюминий — в 3-м, Галлий — в 4-м. Таким образом, в этом ряду мы движемся сверху вниз по одной группе. Проанализируем, как изменяются свойства элементов в этом направлении.

1) уменьшаются радиусы атомов

При движении по группе сверху вниз увеличивается число электронных слоёв (энергетических уровней). У атома Бора 2 электронных слоя, у Алюминия — 3, у Галлия — 4. Увеличение числа электронных слоев является главной причиной увеличения атомного радиуса. Следовательно, в ряду B — Al — Ga радиусы атомов возрастают. Данное утверждение неверно.

Ответ: Неверно.

2) ослабевают восстановительные свойства

Восстановительные свойства — это способность атома отдавать электроны. При движении по группе сверху вниз радиус атома увеличивается, валентные электроны находятся дальше от ядра и слабее притягиваются к нему. Энергия ионизации (энергия, необходимая для отрыва электрона) уменьшается. Чем легче атом отдает электроны, тем сильнее его восстановительные и металлические свойства. Таким образом, в ряду B — Al — Ga восстановительные свойства усиливаются. Данное утверждение неверно.

Ответ: Неверно.

3) возрастает высшая степень окисления

Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, равна номеру группы. Все рассматриваемые элементы находятся в 13-й группе и имеют по три валентных электрона на внешнем уровне (общая электронная конфигурация внешнего слоя $ns^2np^1$). Поэтому их высшая и наиболее характерная степень окисления одинакова и равна +3. Она не возрастает в данном ряду. Данное утверждение неверно.

Ответ: Неверно.

4) усиливаются металлические свойства

Металлические свойства — это способность атомов элемента отдавать электроны. Как было показано в пункте 2, способность отдавать электроны в ряду B — Al — Ga усиливается, так как уменьшается энергия ионизации при движении сверху вниз по группе. Бор является неметаллом (хотя и проявляет некоторые свойства металлов, его относят к металлоидам), а алюминий и галлий — типичные металлы. Это наглядно демонстрирует усиление металлических свойств в данном ряду. Данное утверждение верно.

Ответ: Верно.

3. Высший оксид состава $Э_2O_3$ образуют химические элементы

1) В и Mg

2) Al и Ga

3) Al и Si

4) В и Р

Формула высшего оксида $Э_2О_3$ означает, что химический элемент Э проявляет в нем свою высшую степень окисления, равную +3. Степень окисления кислорода в оксидах, как правило, равна -2, тогда для электронейтральности молекулы должно выполняться равенство: $2 \cdot x + 3 \cdot (-2) = 0$, где $x$ – степень окисления элемента Э. Отсюда $2x = 6$, и $x = +3$.
Высшая положительная степень окисления элемента главной подгруппы, как правило, совпадает с номером группы в Периодической системе. Следовательно, нам нужно найти пару элементов, которые оба находятся в 13-й (старая классификация - IIIA) группе.
Проанализируем предложенные варианты.

1) B и Mg
Бор (B) находится в 13-й группе, его высшая степень окисления +3, формула высшего оксида — $B_2O_3$.
Магний (Mg) находится во 2-й группе, его высшая степень окисления +2, формула высшего оксида — $MgO$.
Данная пара не подходит.

2) Al и Ga
Алюминий (Al) находится в 13-й группе, его высшая степень окисления +3, формула высшего оксида — $Al_2O_3$.
Галий (Ga) также находится в 13-й группе, его высшая степень окисления +3, формула высшего оксида — $Ga_2O_3$.
Оба элемента соответствуют условию.

3) Al и Si
Алюминий (Al) находится в 13-й группе, формула его высшего оксида — $Al_2O_3$.
Кремний (Si) находится в 14-й группе, его высшая степень окисления +4, формула высшего оксида — $SiO_2$.
Данная пара не подходит.

4) B и P
Бор (B) находится в 13-й группе, формула его высшего оксида — $B_2O_3$.
Фосфор (P) находится в 15-й группе, его высшая степень окисления +5, формула высшего оксида — $P_2O_5$.
Данная пара не подходит.

Таким образом, единственная пара, в которой оба химических элемента образуют высший оксид состава $Э_2О_3$, это алюминий и галлий.
Ответ: 2

4. Верны ли следующие суждения об алюминии?

А. Алюминий — малораспространённый химический элемент в литосфере.

Б. В соединениях алюминий проявляет степень окисления $+3$.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для того чтобы определить, какие из суждений верны, проанализируем каждое из них по отдельности.

А. Алюминий — малораспространённый химический элемент в литосфере.

Это суждение является неверным. Алюминий ($Al$) — самый распространённый металл в земной коре (литосфере). Среди всех химических элементов он занимает третье место по распространённости после кислорода ($O$) и кремния ($Si$). Массовая доля алюминия в литосфере составляет приблизительно 8%. Поэтому его никак нельзя считать малораспространённым элементом.

Б. В соединениях алюминий проявляет степень окисления +3.

Это суждение является верным. Алюминий находится в 13-й группе (главной подгруппе III группы) периодической системы. Электронная конфигурация его валентного слоя — $3s^23p^1$. В химических реакциях атом алюминия стремится отдать три своих валентных электрона, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации инертного газа неона. В результате он образует ион $Al^{3+}$ и проявляет в своих соединениях постоянную и единственную степень окисления, равную $+3$. Примеры: $Al_2O_3$ (оксид алюминия), $AlCl_3$ (хлорид алюминия), $Al(OH)_3$ (гидроксид алюминия).

Итак, суждение А неверно, а суждение Б верно. Следовательно, правильный вариант ответа — «верно только Б».

Ответ: 2

5. Укажите характерные свойства алюминия.

1) лёгкость и тугоплавкость

2) высокая твёрдость и серебристо-белый цвет

3) высокая электропроводность и пластичность

4) легкоплавкость и магнитные свойства

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать физические свойства алюминия и сопоставить их с предложенными вариантами.

1) лёгкость и тугоплавкость
Алюминий — лёгкий металл, его плотность $ \rho = 2700 \, кг/м^3 $. Однако его температура плавления составляет $ 660,3 \, °C $, что относит его к легкоплавким металлам, а не тугоплавким (тугоплавкие металлы имеют температуру плавления выше $ 1650 \, °C $). Таким образом, данное утверждение частично неверно.

2) высокая твёрдость и серебристо-белый цвет
Алюминий действительно имеет серебристо-белый цвет. Однако он является мягким и пластичным металлом, а не твёрдым. Его твёрдость по шкале Мооса составляет 2,75. Таким образом, данное утверждение частично неверно.

3) высокая электропроводность и пластичность
Алюминий обладает высокой электропроводностью (около 62% от электропроводности меди) и является отличным проводником. Также он очень пластичен: его можно прокатать в тончайшую фольгу или вытянуть в проволоку. Оба этих свойства являются ключевыми характеристиками алюминия. Таким образом, данное утверждение полностью верно.

4) легкоплавкость и магнитные свойства
Алюминий является легкоплавким металлом. Однако он относится к парамагнетикам и очень слабо взаимодействует с магнитным полем, то есть в практическом смысле не обладает выраженными магнитными свойствами (как, например, ферромагнетики железо или никель). Таким образом, данное утверждение частично неверно.

Исходя из анализа, единственным полностью верным утверждением является третье.

Ответ: 3