Страница 14 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Установите соответствие между характеристикой химической реакции и её уравнением.

ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

А) реакция обмена, не ОВР, гетерогенная

Б) реакция замещения, ОВР, гетерогенная

В) реакция соединения, ОВР, гомогенная

1) $ \text{CaO} + \text{H}_2\text{O} = \text{Ca(OH)}_2 $

2) $ \text{Fe} + 2\text{AgNO}_3 = 2\text{Ag} + \text{Fe(NO}_3)_2 $

3) $ 2\text{HCl} + \text{Ba(OH)}_2 = \text{BaCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} $

4) $ 2\text{Na} + \text{S} = \text{Na}_2\text{S} $

5) $ \text{CuO} + 2\text{HNO}_3 = \text{Cu(NO}_3)_2 + \text{H}_2\text{O} $

Для того чтобы установить соответствие, необходимо классифицировать каждую реакцию по трём параметрам: тип, наличие изменения степени окисления (ОВР) и фазовый состав (гомогенная/гетерогенная).

Проанализируем предложенные уравнения реакций:

1) $CaO + H_2O = Ca(OH)_2$: Реакция соединения (из двух веществ образуется одно). Степени окисления не меняются ($Ca^{+2}, O^{-2}, H^{+1}$), значит, не ОВР. Реакция гетерогенная, так как $CaO$ — твёрдое вещество, а $H_2O$ — жидкость.

2) $Fe + 2AgNO_3 = 2Ag + Fe(NO_3)_2$: Реакция замещения (атом простого вещества $Fe$ замещает атом $Ag$ в соли). Степени окисления изменяются ($Fe^0 \rightarrow Fe^{+2}, Ag^{+1} \rightarrow Ag^0$), следовательно, это ОВР. Реакция гетерогенная, так как железо — твёрдое вещество, а нитрат серебра находится в растворе.

3) $2HCl + Ba(OH)_2 = BaCl_2 + 2H_2O$: Реакция обмена (нейтрализация кислоты основанием). Степени окисления не меняются, значит, не ОВР. Если реагенты находятся в растворе, реакция гомогенная.

4) $2Na + S = Na_2S$: Реакция соединения (два простых вещества образуют одно сложное). Степени окисления меняются ($Na^0 \rightarrow Na^{+1}, S^0 \rightarrow S^{-2}$), это ОВР. Реакция гетерогенная, так как натрий и сера в исходном состоянии — твёрдые вещества.

5) $CuO + 2HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + H_2O$: Реакция обмена (основный оксид реагирует с кислотой). Степени окисления не меняются ($Cu^{+2}, N^{+5}$), значит, не ОВР. Реакция гетерогенная, так как оксид меди(II) — твёрдое вещество, а азотная кислота — раствор.

Теперь сопоставим характеристики с уравнениями.

А) реакция обмена, не ОВР, гетерогенная

Этим трём условиям в полной мере соответствует уравнение реакции под номером 5. Это реакция обмена между твёрдым оксидом меди(II) и раствором азотной кислоты (гетерогенная), в ходе которой степени окисления элементов не изменяются (не ОВР).

Ответ: 5.

Б) реакция замещения, ОВР, гетерогенная

Данной характеристике полностью соответствует уравнение реакции под номером 2. Это реакция замещения, так как железо вытесняет серебро из соли. Она является окислительно-восстановительной, поскольку степени окисления $Fe$ и $Ag$ изменяются. Реакция гетерогенная, так как реагенты находятся в разных фазах (твёрдое тело и раствор).

Ответ: 2.

В) реакция соединения, ОВР, гомогенная

Среди предложенных вариантов нет реакции, которая бы точно соответствовала всем трём характеристикам. Однако реакция под номером 4 ($2Na + S = Na_2S$) является реакцией соединения и ОВР. Она не соответствует только критерию гомогенности, так как является гетерогенной. Другие реакции либо не относятся к типу соединения, либо не являются ОВР. Таким образом, уравнение 4 является наиболее подходящим ответом, несмотря на несоответствие по одному из признаков, что, вероятно, связано с неточностью в условии задачи.

Ответ: 4.

12. По термохимическому уравнению реакции горения метана

$CH_4(\text{г.}) + 2O_2(\text{г.}) = CO_2(\text{г.}) + 2H_2O(\text{г.}) + 802 \text{ кДж}$

определите объём метана (н. у.), необходимого для получения 3580 кДж теплоты.

Дано:

• Термохимическое уравнение: $CH_4(г.) + 2O_2(г.) = CO_2(г.) + 2H_2O(г.) + 802 \text{ кДж}$
• Теплота, которую необходимо получить, $Q_2 = 3580 \text{ кДж}$
• Молярный объем газа при нормальных условиях (н. у.) $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$

Перевод данных в систему СИ:

• $Q_1 = 802 \text{ кДж} = 802 \times 10^3 \text{ Дж}$
• $Q_2 = 3580 \text{ кДж} = 3580 \times 10^3 \text{ Дж}$
• $V_m = 22.4 \text{ л/моль} = 22.4 \times 10^{-3} \text{ м}^3/\text{моль}$

Найти:

• Объем метана $V(CH_4)$ при н. у.

Решение:

Термохимическое уравнение реакции показывает, что при сгорании 1 моль газообразного метана ($CH_4$) выделяется 802 кДж теплоты. Нам нужно определить, какой объем метана потребуется для получения 3580 кДж теплоты.

1. Сначала найдем количество вещества ($n$) метана, которое необходимо сжечь для получения 3580 кДж теплоты. Для этого составим пропорцию, исходя из данных уравнения реакции:

при сгорании 1 моль $CH_4$ — выделяется 802 кДж теплоты

при сгорании $x$ моль $CH_4$ — выделяется 3580 кДж теплоты

Математически это можно записать так:

$\frac{1 \text{ моль}}{x \text{ моль}} = \frac{802 \text{ кДж}}{3580 \text{ кДж}}$

2. Решим пропорцию относительно $x$ (количества вещества метана):

$x = n(CH_4) = \frac{1 \text{ моль} \times 3580 \text{ кДж}}{802 \text{ кДж}} \approx 4.464 \text{ моль}$

3. Теперь, зная количество вещества метана, можно рассчитать его объем при нормальных условиях (н. у.). При н. у. 1 моль любого газа занимает объем 22,4 литра (молярный объем $V_m$). Объем газа рассчитывается по формуле:

$V = n \times V_m$

4. Подставим найденное количество вещества в формулу:

$V(CH_4) = 4.464 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 99.99 \text{ л}$

Округляя полученное значение, получаем 100 л.

Ответ: для получения 3580 кДж теплоты необходим объем метана, равный 100 л.

13. Одной из стадий промышленного производства серной кислоты является превращение оксида серы(IV) в оксид серы(VI). Напишите уравнение этой химической реакции и охарактеризуйте её по всем известным вам признакам.

Превращение оксида серы(IV) в оксид серы(VI) является ключевой стадией контактного способа производства серной кислоты. Уравнение этой химической реакции и её характеристика представлены ниже.

Уравнение реакции

Взаимодействие оксида серы(IV) с кислородом приводит к образованию оксида серы(VI). Это обратимая реакция, для смещения равновесия в сторону продуктов в промышленности используют катализатор и подбирают оптимальные температуру и давление.

$$2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2SO_{3(г)}$$

Характеристика реакции по всем признакам

• По числу и составу исходных веществ и продуктов. В данной реакции из двух более простых веществ ($SO_2$ и $O_2$) образуется одно более сложное вещество ($SO_3$). Такие реакции относятся к реакциям соединения.

• По изменению степеней окисления. В ходе реакции происходит изменение степеней окисления серы и кислорода: $$2\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{O_2} \rightleftharpoons 2\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_3}$$ Атом серы повышает свою степень окисления с +4 до +6, то есть окисляется, и является восстановителем. Атомы кислорода в молекуле $O_2$ понижают свою степень окисления с 0 до -2, то есть восстанавливаются, и кислород является окислителем. Следовательно, это окислительно-восстановительная реакция.

• По тепловому эффекту. Прямая реакция окисления оксида серы(IV) протекает с выделением значительного количества теплоты ($\Delta H = -198$ кДж). Следовательно, это экзотермическая реакция.

• По направлению. Реакция может протекать как в прямом (образование $SO_3$), так и в обратном (разложение $SO_3$) направлении. На это указывает знак обратимости $\rightleftharpoons$. Следовательно, это обратимая реакция.

• По участию катализатора. Для увеличения скорости реакции и достижения равновесия за приемлемое время в промышленности используют катализатор (чаще всего оксид ванадия(V) $V_2O_5$). Следовательно, это каталитическая реакция.

• По агрегатному состоянию (фазе) веществ. Все реагенты ($SO_2$ и $O_2$) и продукт ($SO_3$) при условиях проведения реакции находятся в газообразном состоянии, то есть в одной фазе. Поэтому реакция является гомогенной. Однако если учитывать твердый катализатор ($V_2O_5$), то сам процесс является гетерогенно-каталитическим, так как реагенты и катализатор находятся в разных фазах.

Ответ: Уравнение реакции: $2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2SO_{3(г)}$. Характеристики реакции: реакция соединения, окислительно-восстановительная, экзотермическая, обратимая, каталитическая, гомогенная.

1. К химическим процессам не относят

1) крекинг углеводородов

2) ржавление железа

3) образование накипи

4) плавление льда

Решение

Химический процесс (или химическая реакция) — это явление, при котором происходит превращение одних веществ в другие, новые вещества с иными свойствами и составом. Ключевым признаком химического процесса является изменение состава вещества, то есть образование или разрыв химических связей. Физический процесс, напротив, изменяет лишь физические свойства вещества (например, агрегатное состояние, форму, температуру), но не его химический состав.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) крекинг углеводородов
Крекинг представляет собой расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие. Например, из алкана с длинной цепью образуются алканы и алкены с более короткими цепями. Это приводит к созданию новых химических веществ с другими свойствами. Следовательно, это химический процесс.
Ответ: неверно.

2) ржавление железа
Ржавление — это химическая реакция окисления железа кислородом в присутствии воды. В результате образуется новое сложное вещество — гидратированный оксид железа(III) ($Fe_2O_3 \cdot nH_2O$), то есть ржавчина. Так как исходное вещество (железо) превращается в новое (ржавчина), это химический процесс.
Ответ: неверно.

3) образование накипи
Накипь (в основном карбонат кальция $CaCO_3$ и карбонат магния $MgCO_3$) образуется из растворенных в воде солей (гидрокарбонатов) при нагревании. Происходит химическая реакция, например: $Ca(HCO_3)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O + CO_2 \uparrow$. Образование нового нерастворимого вещества из растворенного — это химический процесс.
Ответ: неверно.

4) плавление льда
Плавление льда — это переход вещества (воды) из твердого состояния в жидкое. При этом химическая формула вещества остается неизменной — $H_2O$. Меняется только агрегатное состояние, но не состав. Превращений одних веществ в другие не происходит. Следовательно, это физический процесс, а не химический.
Ответ: верно.