Страница 139 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Электронная формула $2e, 8e, 3e$ соответствует химическому элементу

1) литию

2) алюминию

3) галлию

4) бору

Электронная формула 2e, 8e, 3e описывает распределение электронов по энергетическим уровням (электронным оболочкам) атома. Чтобы определить химический элемент, необходимо найти его порядковый номер в Периодической системе Д. И. Менделеева.
Порядковый номер элемента в нейтральном атоме равен общему числу электронов. Найдем общее число электронов, просуммировав их количество на каждом уровне:
$2 + 8 + 3 = 13$
Следовательно, порядковый номер искомого элемента — 13.
Теперь определим, какому элементу из предложенных вариантов соответствует данный порядковый номер:
1) Литий (Li) имеет порядковый номер 3. Его электронная формула — 2, 1.
2) Алюминий (Al) имеет порядковый номер 13. Его электронная формула — 2, 8, 3. Этот вариант соответствует условию.
3) Галлий (Ga) имеет порядковый номер 31. Его электронная формула — 2, 8, 18, 3.
4) Бор (B) имеет порядковый номер 5. Его электронная формула — 2, 3.
Таким образом, электронная формула 2e, 8e, 3e соответствует атому алюминия.
Ответ: 2) алюминию.

2. Ослабление металлических свойств наблюдается в ряду

1) $Al - Mg - Ca$

2) $Ga - Al - Mg$

3) $Na - Mg - Al$

4) $B - Al - Ga$

Решение

Металлические свойства элементов — это их способность отдавать валентные электроны. Эти свойства изменяются в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева следующим образом:

• В пределах одного периода (горизонтальный ряд) при движении слева направо металлические свойства ослабевают. Это связано с увеличением заряда ядра и уменьшением атомного радиуса, что приводит к более сильному притяжению валентных электронов к ядру.
• В пределах одной группы (вертикальный столбец) при движении сверху вниз металлические свойства усиливаются. Это связано с увеличением числа электронных слоев, увеличением атомного радиуса и ослаблением связи валентных электронов с ядром.

Проанализируем предложенные ряды элементов:

1) Al – Mg – Ca

Алюминий (Al) находится в 3-м периоде, 13-й группе. Магний (Mg) — в 3-м периоде, 2-й группе. Кальций (Ca) — в 4-м периоде, 2-й группе. При переходе от Al к Mg (в пределах 3-го периода справа налево) металлические свойства усиливаются. При переходе от Mg к Ca (вниз по 2-й группе) металлические свойства также усиливаются. Следовательно, в этом ряду наблюдается усиление металлических свойств.

2) Ga – Al – Mg

Галий (Ga) находится в 4-м периоде, 13-й группе. Алюминий (Al) — в 3-м периоде, 13-й группе. Магний (Mg) — в 3-м периоде, 2-й группе. При переходе от Ga к Al (вверх по 13-й группе) металлические свойства ослабевают. Однако при переходе от Al к Mg (в пределах 3-го периода справа налево) металлические свойства усиливаются. В этом ряду нет последовательного ослабления свойств.

3) Na – Mg – Al

Натрий (Na), магний (Mg) и алюминий (Al) находятся в одном периоде — третьем. Их порядковые номера и положение в группах: Na (№11, 1-я группа), Mg (№12, 2-я группа), Al (№13, 13-я группа). Этот ряд представляет собой движение слева направо по 3-му периоду. Как было сказано выше, при движении по периоду слева направо металлические свойства ослабевают. Таким образом, в ряду Na – Mg – Al происходит последовательное ослабление металлических свойств.

4) B – Al – Ga

Бор (B), алюминий (Al) и галлий (Ga) находятся в одной группе — 13-й. Бор — во 2-м периоде, алюминий — в 3-м, галлий — в 4-м. Этот ряд представляет собой движение сверху вниз по группе. При движении по группе сверху вниз металлические свойства усиливаются.

Таким образом, ослабление металлических свойств наблюдается только в ряду Na – Mg – Al.

Ответ: 3

3. Выберите общую формулу высшего гидроксида элементов IIA-группы.

1) $ЭОН$

2) $Э(ОН)_2$

3) $Э(ОН)_3$

4) $Н_2ЭО_3$

Решение

Чтобы определить общую формулу высшего гидроксида для элементов IIIA-группы (по современной классификации – 13-я группа), необходимо знать их высшую степень окисления. Высшая степень окисления элементов главных подгрупп (А-групп) равна номеру группы. Следовательно, для элементов IIIA-группы высшая степень окисления равна +3.

Гидроксильная группа ($OH$) имеет заряд -1. Обозначим элемент IIIA-группы символом "Э". В своем высшем гидроксиде этот элемент будет проявлять степень окисления +3. Для того чтобы молекула была электронейтральной, суммарный положительный заряд должен быть равен суммарному отрицательному заряду. На один ион элемента $Э^{3+}$ требуется три гидроксогруппы $OH^-$, так как $1 \cdot (+3) + 3 \cdot (-1) = 0$.

Таким образом, общая формула высшего гидроксида для элементов IIIA-группы имеет вид $Э(OH)_3$. Примерами могут служить гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ и борная кислота $B(OH)_3$, которую также можно записать как $H_3BO_3$.

Проанализируем предложенные варианты:

1) $ЭОН$ — общая формула для гидроксидов элементов IA-группы (щелочных металлов), где элемент имеет степень окисления +1. Например, $NaOH$.

2) $Э(OH)_2$ — общая формула для гидроксидов элементов IIA-группы (щелочноземельных металлов), где элемент имеет степень окисления +2. Например, $Mg(OH)_2$.

3) $Э(OH)_3$ — общая формула для высших гидроксидов элементов IIIA-группы, где элемент имеет степень окисления +3. Этот вариант является верным.

4) $H_2ЭO_3$ — общая формула для кислот, в которых элемент Э имеет степень окисления +4. Это соответствует высшим оксидам элементов IVA-группы. Например, угольная кислота $H_2CO_3$.

Ответ: 3) $Э(OH)_3$.

4. Верны ли следующие суждения об алюминии?

А. Радиус атома алюминия меньше радиуса атома магния.

Б. На воздухе алюминий устойчив, поскольку его поверхность покрыта тонкой и прочной защитной оксидной плёнкой.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение:

Рассмотрим последовательно оба утверждения, чтобы определить их истинность.

А. Радиус атома алюминия меньше радиуса атома магния.

Магний ($Mg$) и алюминий ($Al$) являются элементами 3-го периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Магний имеет порядковый номер 12, а алюминий — 13. В пределах одного периода с увеличением порядкового номера элемента (движение слева направо) происходит увеличение заряда ядра атома. У $Mg$ заряд ядра +12, у $Al$ — +13. При этом количество электронных уровней у атомов остается неизменным (равно номеру периода, т.е. 3). Более сильный положительный заряд ядра алюминия сильнее притягивает электроны внешнего энергетического уровня по сравнению с ядром магния. Это приводит к сжатию электронной оболочки и, как следствие, к уменьшению атомного радиуса. Таким образом, атомный радиус алюминия действительно меньше атомного радиуса магния. Суждение А верно.

Б. На воздухе алюминий устойчив, поскольку его поверхность покрыта тонкой и прочной защитной оксидной плёнкой.

Алюминий является химически активным металлом и должен легко реагировать с кислородом воздуха. Однако в реальных условиях алюминиевые изделия проявляют высокую коррозионную стойкость. Это связано с явлением пассивации: при контакте с кислородом на поверхности алюминия мгновенно образуется очень тонкая, плотная и прочная плёнка оксида алюминия ($Al_2O_3$). Эта плёнка неразличима глазом, но она эффективно защищает металл от дальнейшего окисления и воздействия агрессивных сред. Именно благодаря этой защитной оксидной плёнке алюминий нашёл широкое применение в различных отраслях. Суждение Б верно.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильным является вариант ответа, утверждающий, что верны оба суждения.

Ответ: 3

5. Укажите характерные свойства алюминия.

1) лёгкость и пластичность

2) серебристо-белый цвет и высокая плотность

3) низкая электропроводность и легкоплавкость

4) высокая твёрдость и металлический блеск

Решение

Для того чтобы выбрать правильный ответ, проанализируем каждое из предложенных утверждений на соответствие физическим свойствам алюминия (Al).

1) лёгкость и пластичность
Алюминий — один из самых лёгких металлов, используемых в промышленности. Его плотность составляет всего $ \rho \approx 2,7 \, \text{г/см}^3 $, что примерно в три раза меньше плотности стали. Поэтому свойство «лёгкость» для него характерно. Алюминий также очень пластичен: он легко поддаётся ковке, штамповке, прокатке в тонкие листы (фольгу) и вытягиванию в проволоку. Оба свойства в этом пункте являются ключевыми характеристиками алюминия. Следовательно, это утверждение является верным.

2) серебристо-белый цвет и высокая плотность
Алюминий действительно имеет серебристо-белый цвет. Однако утверждение о высокой плотности является неверным. Как было отмечено, алюминий — лёгкий металл с низкой плотностью. Металлами с высокой плотностью являются, например, свинец ($ \rho = 11,34 \, \text{г/см}^3 $) или золото ($ \rho = 19,3 \, \text{г/см}^3 $). Таким образом, это утверждение неверно.

3) низкая электропроводность и легкоплавкость
Утверждение о низкой электропроводности неверно. Алюминий обладает высокой электропроводностью (около 62% от электропроводности меди) и благодаря этому, в сочетании с низкой плотностью, широко применяется в электротехнике. Температура плавления алюминия ($ T_{пл} = 660,3°C $) относительно невысока для металлов, поэтому его можно назвать легкоплавким. Однако, так как первая часть утверждения неверна, весь пункт является неверным.

4) высокая твёрдость и металлический блеск
Алюминий, как и большинство металлов, обладает металлическим блеском. Однако в чистом виде он является мягким металлом (твёрдость по шкале Мооса — 2,75). Высокой твёрдостью обладают его сплавы (например, дюралюминий), но не чистый алюминий. Следовательно, это утверждение неверно.

На основании анализа всех вариантов, единственным полностью верным утверждением, описывающим характерные свойства алюминия, является первое.

Ответ: 1.

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

1) $MgCl_2$ и $NaOH$

2) $HgSO_4$ и $Zn(NO_3)_2$

3) $P$ и $SO_3$

4) $I_2$ и $Fe_2O_3$

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть химические свойства алюминия и его способность вступать в реакции с предложенными парами веществ. Алюминий — активный амфотерный металл, который реагирует с кислотами, щелочами, неметаллами (обычно при нагревании), а также вытесняет менее активные металлы из их солей.

1) $MgCl_2$ и $NaOH$

Алюминий не реагирует с хлоридом магния ($MgCl_2$), так как магний в ряду активности металлов стоит левее алюминия и является более активным металлом. Следовательно, алюминий не может вытеснить магний из раствора его соли. В то же время алюминий, как амфотерный металл, реагирует с раствором гидроксида натрия ($NaOH$): $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$. Так как алюминий реагирует только с одним веществом из пары, этот вариант не подходит.

2) $HgSO_4$ и $Zn(NO_3)_2$

Алюминий в ряду активности металлов расположен левее (является более активным), чем ртуть ($Hg$) и цинк ($Zn$). Поэтому алюминий способен вытеснять оба этих металла из растворов их солей.Уравнение реакции с сульфатом ртути(II): $2Al + 3HgSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Hg$.Уравнение реакции с нитратом цинка: $2Al + 3Zn(NO_3)_2 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3Zn$.Алюминий взаимодействует с каждым из двух веществ. Этот вариант является верным.

3) P и $SO_3$

Алюминий реагирует с неметаллами при нагревании. С фосфором (P) он образует фосфид алюминия: $Al + P \xrightarrow{t} AlP$. С оксидом серы(VI) ($SO_3$), являющимся сильным окислителем, алюминий также вступает в реакцию при нагревании: $2Al + 3SO_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3SO_2$. Хотя реакции возможны, они требуют специфических условий (нагревания), которые не указаны в задаче.

4) $I_2$ и $Fe_2O_3$

Алюминий реагирует с иодом ($I_2$) с образованием иодида алюминия: $2Al + 3I_2 \rightarrow 2AlI_3$. Эта реакция обычно требует катализатора (например, воды) или нагревания. Алюминий также реагирует с оксидом железа(III) ($Fe_2O_3$) в ходе алюминотермии, для инициации которой требуется очень высокая температура: $2Al + Fe_2O_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 2Fe$. Как и в предыдущем случае, для протекания этих реакций необходимы особые условия.

Сравнивая возможные варианты, следует отметить, что в парах 3 и 4 реакции требуют специальных условий (нагревание, катализатор). В паре 2 представлены реакции вытеснения металлов из растворов солей, которые являются фундаментальным свойством алюминия, основанным на его положении в ряду активности. Эти реакции протекают в стандартных условиях, поэтому данный вариант является наиболее корректным ответом.

Ответ: 2.