Страница 138 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Алюминий взаимодействует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $HCl$ и $KOH$

2) $Cu$ и $Fe_2O_3$

3) $O_2$ и $NaCl$

4) $Cl_2$ и $NaNO_3$

Решение

Чтобы определить, с какой парой веществ реагирует алюминий, необходимо проанализировать его химические свойства и рассмотреть взаимодействие с каждым веществом в предложенных вариантах ответа. Алюминий ($Al$) — это амфотерный металл, что означает его способность реагировать как с кислотами, так и с основаниями (щелочами).

1) HCl и KOH
Алюминий, как активный металл (стоит в ряду активности до водорода), реагирует с соляной кислотой ($HCl$) с выделением водорода и образованием соли, хлорида алюминия:
$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$
Благодаря своим амфотерным свойствам, алюминий также растворяется в щелочах, например, в гидроксиде калия ($KOH$), с образованием комплексной соли (тетрагидроксоалюмината калия) и выделением водорода:
$2Al + 2KOH + 6H_2O \rightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$
Таким образом, алюминий реагирует с обоими веществами в этой паре.

2) Cu и Fe₂O₃
Алюминий и медь ($Cu$) — два металла. При обычных условиях химической реакции между ними не происходит. Алюминий реагирует с оксидом железа(III) ($Fe_2O_3$) в реакции алюмотермии, так как алюминий является более активным металлом, чем железо, и вытесняет его из оксида (реакция требует высокой температуры):
$2Al + Fe_2O_3 \xrightarrow{t^\circ} Al_2O_3 + 2Fe$
Поскольку алюминий не реагирует с медью, этот вариант не подходит.

3) O₂ и NaCl
Алюминий активно реагирует с кислородом ($O_2$), особенно при нагревании, образуя на поверхности прочную оксидную пленку:
$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$
Алюминий не реагирует с хлоридом натрия ($NaCl$) в растворе, так как натрий — значительно более активный металл, и алюминий не может вытеснить его из соли.
Этот вариант не подходит.

4) Cl₂ и NaNO₃
Алюминий, как металл, реагирует с неметаллом-галогеном хлором ($Cl_2$) с образованием хлорида алюминия:
$2Al + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3$
Алюминий не реагирует с нитратом натрия ($NaNO_3$), так как натрий — более активный металл.
Этот вариант не подходит.

Вывод: единственная пара, в которой алюминий реагирует с каждым из двух предложенных веществ, — это соляная кислота и гидроксид калия.

Ответ: 1.

7. Химическая реакция не происходит при комнатной температуре между алюминием и веществом, формула которого

1) $H_2SO_4$(разб.)

2) $NaOH$

3) $HgSO_4$

4) $H_2SO_4$(конц.)

Для решения данной задачи необходимо рассмотреть взаимодействие алюминия с каждым из предложенных веществ при комнатной температуре.

Алюминий ($Al$) — химически активный металл, который в ряду электрохимической активности металлов стоит значительно левее водорода. Однако на его поверхности в обычных условиях всегда присутствует тонкая и прочная оксидная пленка ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего окисления и взаимодействия со многими реагентами.

1) $H_2SO_4$(разб.)

Разбавленная серная кислота взаимодействует с алюминием, так как он является активным металлом. Сначала кислота растворяет оксидную пленку, а затем реагирует с самим металлом с выделением водорода. Реакция протекает при комнатной температуре.

Уравнение реакции: $2Al + 3H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow$

2) $NaOH$

Алюминий проявляет амфотерные свойства, то есть реагирует как с кислотами, так и с растворами щелочей. Оксидная пленка на поверхности алюминия также является амфотерной и растворяется в щелочи. Затем чистый металл реагирует с раствором гидроксида натрия с образованием комплексной соли и выделением водорода.

Уравнение реакции: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

3) $HgSO_4$

Алюминий является более активным металлом, чем ртуть ($Hg$), поэтому он вытесняет ртуть из раствора её соли. Эта реакция замещения протекает при комнатной температуре.

Уравнение реакции: $2Al + 3HgSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Hg$

4) $H_2SO_4$(конц.)

Концентрированная серная кислота при комнатной температуре пассивирует алюминий. Это означает, что на поверхности металла под действием сильного окислителя образуется очень плотная и химически стойкая оксидная пленка, которая не растворяется в концентрированной кислоте и предотвращает дальнейшее взаимодействие. Поэтому при комнатной температуре реакция не идет. Реакция возможна только при нагревании.

Таким образом, химическая реакция при комнатной температуре не происходит между алюминием и концентрированной серной кислотой.

Ответ: 4

8. К минералам алюминия относят

1) доломит

2) гипс

3) боксит

4) кальцит

Для того чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать химический состав каждого из предложенных минералов и определить, какой из них содержит алюминий в качестве основного компонента или является сырьем для его получения.

1) доломит — это осадочный минерал из класса карбонатов. Его химическая формула — $CaMg(CO_3)_2$. Он состоит из карбоната кальция и магния и не содержит алюминия.

2) гипс — это минерал из класса сульфатов, водный сульфат кальция. Его химическая формула — $CaSO_4 \cdot 2H_2O$. В его составе также отсутствует алюминий.

3) боксит — это комплексная алюминиевая руда, а не отдельный минерал. Она состоит в основном из нескольких минералов — гидратов оксида алюминия, таких как гиббсит ($Al(OH)_3$), бёмит ($AlO(OH)$) и диаспор ($AlO(OH)$), а также примесей (оксидов железа, кремния и др.). Бокситы являются основным промышленным источником для получения алюминия, поэтому в контексте этого вопроса именно они являются правильным ответом.

4) кальцит — это минерал, природная форма карбоната кальция с химической формулой $CaCO_3$. Алюминий в его состав не входит.

Таким образом, из всех перечисленных вариантов только боксит является основной рудой, содержащей минералы алюминия.

Ответ: 3) боксит

9. Схеме превращений

$Al^0 \to Al^{+3}$

соответствует химическое уравнение

1) $Al_2O_3 + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2O$

2) $AlCl_3 + 3KOH = Al(OH)_3 + 3KCl$

3) $Al(OH)_3 + 3HCl = AlCl_3 + 3H_2O$

4) $2Al + Fe_2O_3 = 2Fe + Al_2O_3$

Решение

В задании представлена схема превращения, которая показывает изменение степени окисления атома алюминия: $Al^0 \rightarrow Al^{+3}$. Это означает, что в ходе химической реакции алюминий, будучи простым веществом (степень окисления 0), окисляется, отдавая электроны, и его степень окисления повышается до +3. Нам необходимо найти уравнение реакции, которое описывает этот процесс.

Проанализируем каждое из предложенных уравнений:

1) $Al_2O_3 + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2O$
В левой части уравнения алюминий находится в составе оксида алюминия ($Al_2O_3$). Степень окисления кислорода равна -2, следовательно, степень окисления алюминия в этом соединении +3. В правой части алюминий находится в составе хлорида алюминия ($AlCl_3$), где его степень окисления также +3. В данной реакции степень окисления алюминия не изменяется ($Al^{+3} \rightarrow Al^{+3}$).

2) $AlCl_3 + 3KOH = Al(OH)_3 + 3KCl$
В левой части в хлориде алюминия ($AlCl_3$) степень окисления алюминия +3. В правой части в гидроксиде алюминия ($Al(OH)_3$) степень окисления алюминия также +3. Это реакция ионного обмена, в которой степени окисления элементов не меняются.

3) $Al(OH)_3 + 3HCl = AlCl_3 + 3H_2O$
В левой части в гидроксиде алюминия ($Al(OH)_3$) степень окисления алюминия +3. В правой части в хлориде алюминия ($AlCl_3$) степень окисления алюминия также +3. Это реакция нейтрализации, которая протекает без изменения степеней окисления.

4) $2Al + Fe_2O_3 = 2Fe + Al_2O_3$
В левой части уравнения алюминий ($Al$) представлен в виде простого вещества, поэтому его степень окисления равна 0 ($Al^0$). В правой части уравнения алюминий входит в состав оксида алюминия ($Al_2O_3$), где его степень окисления равна +3 ($Al^{+3}$). Таким образом, в ходе этой реакции происходит именно то изменение степени окисления, которое указано в схеме: $Al^0 \rightarrow Al^{+3}$. Это окислительно-восстановительная реакция (алюминотермия), в которой алюминий является восстановителем.

Ответ: 4

10. Массовая доля алюминия в оксиде алюминия составляет

1) $50 \ \%$

2) $52 \ \%$

3) $53 \ \%$

4) $54 \ \%$

Дано:

Соединение - оксид алюминия ($Al_2O_3$)

Относительная атомная масса алюминия: $Ar(Al) = 27$

Относительная атомная масса кислорода: $Ar(O) = 16$

Найти:

Массовую долю алюминия $ \omega(Al) $ в оксиде алюминия.

Решение:

Массовая доля элемента в химическом соединении — это отношение массы этого элемента в соединении к массе всего соединения. Она рассчитывается по формуле:

$ \omega(элемента) = \frac{n \cdot Ar(элемента)}{Mr(вещества)} \cdot 100\% $

где $ n $ — количество атомов элемента в формульной единице, $ Ar $ — относительная атомная масса элемента, а $ Mr $ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Сначала определим химическую формулу оксида алюминия. Алюминий (Al) находится в III группе и обычно проявляет валентность III, а кислород (O) — валентность II. Таким образом, формула оксида алюминия — $Al_2O_3$.

2. Теперь рассчитаем относительную молекулярную массу оксида алюминия ($Mr(Al_2O_3)$). Она складывается из масс двух атомов алюминия и трех атомов кислорода.

$Mr(Al_2O_3) = 2 \cdot Ar(Al) + 3 \cdot Ar(O)$

Подставляем значения атомных масс:

$Mr(Al_2O_3) = 2 \cdot 27 + 3 \cdot 16 = 54 + 48 = 102$

3. Далее рассчитаем массовую долю алюминия в $Al_2O_3$. В одной формульной единице $Al_2O_3$ содержится 2 атома алюминия.

$ \omega(Al) = \frac{2 \cdot Ar(Al)}{Mr(Al_2O_3)} \cdot 100\% $

Подставляем рассчитанные значения:

$ \omega(Al) = \frac{2 \cdot 27}{102} \cdot 100\% = \frac{54}{102} \cdot 100\% $

$ \omega(Al) \approx 0.5294 \cdot 100\% \approx 52.94\% $

4. Полученный результат (52.94%) наиболее близок к значению 53% из предложенных вариантов.

Ответ: 3) 53 %

11. Оксид алюминия может взаимодействовать с веществами, фор-мулы которых

1) $H_2O$

2) $H_2SO_4$

3) $FeO$

4) $H_2SiO_3$

5) $NaOH$

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) является амфотерным оксидом. Это означает, что он способен реагировать как с сильными кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами), проявляя в первом случае основные свойства, а во втором — кислотные. Рассмотрим взаимодействие оксида алюминия с каждым из предложенных веществ.

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) является нерастворимым в воде и не вступает с ней в химическую реакцию при обычных условиях. Гидроксид алюминия, соответствующий этому оксиду, получают косвенным путем, например, осаждением из растворов солей алюминия.
Ответ: с водой оксид алюминия не взаимодействует.

Серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная кислота. Амфотерный оксид алюминия реагирует с ней, проявляя свои основные свойства. В результате реакции образуется соль (сульфат алюминия) и вода.
Уравнение реакции: $Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$
Ответ: с серной кислотой оксид алюминия взаимодействует.

Оксид железа(II) ($FeO$) — это основный оксид. Оксиды со схожими химическими свойствами (в данном случае основный и амфотерный) обычно не реагируют друг с другом в стандартных условиях.
Ответ: с оксидом железа(II) оксид алюминия не взаимодействует.

Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — это очень слабая, нерастворимая в воде кислота. Оксид алюминия, будучи химически малоактивным твердым веществом, не вступает в реакцию со столь слабой кислотой.
Ответ: с кремниевой кислотой оксид алюминия не взаимодействует.

Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание (щёлочь). Оксид алюминия реагирует с ним, проявляя свои кислотные свойства. Реакция возможна как при сплавлении реагентов, так и в водном растворе.
При сплавлении: $Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaAlO_2 + H_2O$
В концентрированном растворе: $Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$
Ответ: с гидроксидом натрия оксид алюминия взаимодействует.

Таким образом, из предложенного перечня оксид алюминия может взаимодействовать с серной кислотой (2) и гидроксидом натрия (5).

12. Установите соответствие между реагентами и продуктами реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $Al_2O_3$, $NaOH$ и $H_2O$

Б) $AlCl_3$ и $NaOH$ (недостаток)

В) $AlCl_3$ и $NaOH$ (избыток)

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $NaAlO_2$ и $H_2O$

2) $Na[Al(OH)_4]$ и $H_2O$

3) $Na[Al(OH)_4]$

4) $Al(OH)_3$ и $H_2O$

5) $Al(OH)_3$ и $NaCl$

A) $Al_2O_3, NaOH$ и $H_2O$

Оксид алюминия $Al_2O_3$ — это амфотерный оксид, который реагирует с растворами сильных щелочей. В зависимости от условий (температуры, концентрации) продукты реакции могут различаться. При сплавлении или реакции с концентрированным раствором щелочи при нагревании образуется метаалюминат натрия:

$Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} 2NaAlO_2 + H_2O$

Продуктами в этом случае являются метаалюминат натрия ($NaAlO_2$) и вода ($H_2O$), что соответствует варианту 1. В то же время, при реакции в разбавленном водном растворе образуется комплексное соединение — тетрагидроксоалюминат натрия: $Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$ (вариант 3). Учитывая, что вариант 3 также является продуктом реакции В, а в подобных заданиях обычно требуется установить однозначное соответствие, наиболее вероятным является выбор варианта 1. Указание воды в реагентах, вероятно, служит для обозначения водной среды, а сама реакция для однозначности представлена в виде образования метаалюмината.

Ответ: 1

Б) $AlCl_3$ и $NaOH$ (недостаток)

При добавлении к раствору соли алюминия ($AlCl_3$) недостаточного количества щёлочи ($NaOH$) происходит реакция ионного обмена с образованием нерастворимого в воде гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$), который выпадает в осадок. Условие "недостаток" означает, что щёлочи не хватит для последующего растворения амфотерного гидроксида. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

Продуктами реакции являются гидроксид алюминия и хлорид натрия, что в точности соответствует варианту 5.

Ответ: 5

В) $AlCl_3$ и $NaOH$ (избыток)

При взаимодействии хлорида алюминия ($AlCl_3$) с избытком щёлочи ($NaOH$) реакция протекает в две стадии. Сначала, как и в случае Б, образуется осадок гидроксида алюминия. Однако, поскольку гидроксид алюминия является амфотерным, он реагирует с избытком щёлочи, растворяясь и образуя растворимое комплексное соединение — тетрагидроксоалюминат натрия ($Na[Al(OH)_4]$).

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

$Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

Суммарное уравнение реакции:

$AlCl_3 + 4NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4] + 3NaCl$

Среди предложенных вариантов ответа, вариант 3 ($Na[Al(OH)_4]$) корректно указывает основной продукт, содержащий алюминий, который образуется в данных условиях.

Ответ: 3

13. В раствор, полученный при взаимодействии алюминия с разбавленной серной кислотой, по каплям добавляли разбавленный раствор гидроксида натрия до образования белого студенистого осадка. Осадок отфильтровали и прокалили. Полученное вещество сплавили с гидроксидом натрия. Напишите уравнения соответствующих реакций.

1. Взаимодействие алюминия с разбавленной серной кислотой:

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2 \uparrow$

2. Образование гидроксида алюминия:

$Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3Na_2SO_4$

3. Прокаливание гидроксида алюминия:

$2Al(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Al_2O_3 + 3H_2O$

4. Сплавление оксида алюминия с гидроксидом натрия:

$Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} 2NaAlO_2 + H_2O$

Решение

Задача описывает последовательность химических превращений. Запишем уравнения реакций для каждой стадии процесса.

1. Взаимодействие алюминия с разбавленной серной кислотой

Алюминий, как активный металл, реагирует с разбавленной серной кислотой. В результате реакции замещения образуется растворимая соль — сульфат алюминия — и выделяется газообразный водород. В полученном растворе содержится сульфат алюминия.

Ответ: $2Al + 3H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow$

2. Добавление раствора гидроксида натрия до образования белого студенистого осадка

К раствору сульфата алюминия добавляют раствор гидроксида натрия. Протекает реакция ионного обмена, в ходе которой образуется нерастворимый в воде белый студенистый осадок гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$).

Ответ: $Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3Na_2SO_4$

3. Фильтрование и прокаливание осадка

Полученный осадок гидроксида алюминия отделяют от раствора фильтрованием и подвергают сильному нагреванию (прокаливанию). При этом гидроксид алюминия термически разлагается на оксид алюминия ($Al_2O_3$) и воду.

Ответ: $2Al(OH)_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3H_2O$

4. Сплавление полученного вещества с гидроксидом натрия

Оксид алюминия, полученный на предыдущей стадии, является амфотерным оксидом, поэтому он вступает в реакцию со щелочью при сплавлении. В результате образуется соль — метаалюминат натрия ($NaAlO_2$) — и вода.

Ответ: $Al_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{\text{сплавление}} 2NaAlO_2 + H_2O$