Страница 140 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

1) $O_2$

2) $HNO_3$(конц.)

3) $HCl$

4) $KOH$

Для того чтобы определить, с каким из предложенных веществ алюминий не реагирует при комнатной температуре, необходимо рассмотреть химические свойства алюминия и его взаимодействие с каждым реагентом. Алюминий ($Al$) — это активный металл, который на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной оксидной пленкой ($Al_2O_3$). Эта пленка защищает металл от дальнейшего взаимодействия, и реакция происходит только в том случае, если реагент способен эту пленку разрушить.

1) $O_2$
Алюминий реагирует с кислородом воздуха при комнатной температуре. Именно в результате этой реакции и образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет металл от дальнейшей коррозии. Уравнение реакции: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.
Ответ: реакция происходит.

2) $HNO_3(конц.)$
Концентрированная азотная кислота является сильным окислителем. При контакте с алюминием она еще более уплотняет и укрепляет оксидную пленку на его поверхности. Этот процесс называется пассивацией. Образовавшаяся пленка нерастворима в концентрированной азотной кислоте и надежно защищает металл от дальнейшего взаимодействия. Таким образом, при комнатной температуре реакция не идет.
Ответ: реакция не происходит.

3) $HCl$
Соляная (хлороводородная) кислота эффективно разрушает оксидную пленку, так как образующийся в реакции хлорид алюминия ($AlCl_3$) растворим в воде. После разрушения защитного слоя чистый алюминий вступает в бурную реакцию с кислотой с выделением водорода: $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$.
Ответ: реакция происходит.

4) $KOH$
Алюминий обладает амфотерными свойствами, то есть реагирует и с кислотами, и со щелочами. Гидроксид калия, являясь сильной щелочью, растворяет как оксидную пленку, так и сам металл с образованием комплексной соли (тетрагидроксоалюмината калия) и выделением водорода: $2Al + 2KOH + 6H_2O \rightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$.
Ответ: реакция происходит.

Таким образом, единственным веществом из предложенного списка, с которым алюминий не вступает в химическую реакцию при комнатной температуре из-за явления пассивации, является концентрированная азотная кислота.

Ответ: 2

8. Укажите формулу корунда.

1) $C$

2) $Al(OH)_3$

3) $Al_2O_3$

4) $Al_4C_3$

Решение

Корунд — это минерал, который по своему химическому составу является оксидом алюминия ($Al_2O_3$) в его кристаллической форме. Он характеризуется очень высокой твердостью (9 по шкале Мооса), уступая по этому показателю только алмазу. Разновидности корунда, окрашенные примесями различных металлов, являются драгоценными камнями: рубин (примесь хрома) и сапфир (примесь железа и титана).

Рассмотрим предложенные варианты ответов:

1) C

Это химическая формула простого вещества углерода. Его аллотропными модификациями являются, например, алмаз и графит. Этот вариант не является формулой корунда.

2) Al(OH)₃

Это химическая формула гидроксида алюминия. Данное соединение является амфотерным гидроксидом и в природе встречается как минерал гиббсит. Это не корунд.

3) Al₂O₃

Это химическая формула оксида алюминия. Как было сказано выше, именно это вещество в кристаллическом виде и есть минерал корунд. Этот вариант является правильным.

4) Al₄C₃

Это химическая формула карбида алюминия. Это соединение алюминия с углеродом, а не с кислородом. Это не корунд.

Таким образом, единственной верной формулой для корунда из представленных является $Al_2O_3$.

Ответ: 3) $Al_2O_3$

9. Сокращённое ионное уравнение $\text{Al}^{3+} + \text{3OH}^{-} = \text{Al(OH)}_3\downarrow$ соответствует взаимодействию веществ, формулы которых

1) $\text{Al}$ и $\text{H}_2\text{O}$

2) $\text{AlCl}_3$ и $\text{LiOH}$

3) $\text{Al}_2\text{O}_3$ и $\text{H}_2\text{O}$

4) $\text{AlPO}_4$ и $\text{NaOH}$

Сокращенное ионное уравнение $Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3↓$ описывает реакцию, в которой ионы алюминия $Al^{3+}$ и гидроксид-ионы $OH^{-}$ объединяются, образуя нерастворимый осадок гидроксида алюминия $Al(OH)_3$. Для этого необходимо, чтобы исходные вещества были сильными электролитами и были растворимы в воде, предоставляя в раствор ионы $Al^{3+}$ и $OH^{-}$.

1) Al и H₂O
Алюминий ($Al$) является металлом (простым веществом) и не существует в виде иона $Al^{3+}$ до реакции. Вода ($H_2O$) — очень слабый электролит. Следовательно, эта пара реагентов не может быть представлена в виде ионов $Al^{3+}$ и $OH^{-}$. Этот вариант не подходит.

2) AlCl₃ и LiOH
Хлорид алюминия ($AlCl_3$) — это растворимая соль, которая в водном растворе полностью диссоциирует на ионы: $AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^{-}$.
Гидроксид лития ($LiOH$) — это растворимое сильное основание (щелочь), которое также полностью диссоциирует: $LiOH \rightarrow Li^{+} + OH^{-}$.
При взаимодействии этих растворов происходит реакция обмена с образованием осадка:
Молекулярное уравнение: $AlCl_3 + 3LiOH \rightarrow Al(OH)_3↓ + 3LiCl$.
Полное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3Cl^{-} + 3Li^{+} + 3OH^{-} \rightarrow Al(OH)_3↓ + 3Li^{+} + 3Cl^{-}$.
Ионы $Li^{+}$ и $Cl^{-}$ являются ионами-наблюдателями и сокращаются. В результате получается заданное сокращенное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3OH^{-} = Al(OH)_3↓$. Этот вариант является правильным.

3) Al₂O₃ и H₂O
Оксид алюминия ($Al_2O_3$) — нерастворимое в воде соединение, поэтому оно не может предоставить ионы $Al^{3+}$ в раствор. Этот вариант не подходит.

4) AlPO₄ и NaOH
Фосфат алюминия ($AlPO_4$) — нерастворимая соль. При написании ионного уравнения нерастворимые вещества записываются в молекулярной форме. Следовательно, в левой части уравнения не будет свободных ионов $Al^{3+}$. Реакция описывалась бы другим ионным уравнением: $AlPO_4(тв) + 3OH^{-} \rightarrow Al(OH)_3↓ + PO_4^{3-}$. Этот вариант не подходит.

Ответ: 2

10. Массовая доля алюминия в хлориде алюминия составляет

1) $20,0\ \%$

2) $20,2\ \%$

3) $22,1\ \%$

4) $23,4\ \%$

Дано:

Соединение: хлорид алюминия

Найти:

$\omega(Al)$ - массовую долю алюминия в хлориде алюминия.

Решение:

1. Определим химическую формулу хлорида алюминия. Алюминий (Al) в соединениях обычно проявляет валентность III, а хлор (Cl) - I. Таким образом, химическая формула соединения - $AlCl_3$.

2. Используя периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, найдем относительные атомные массы (Ar) алюминия и хлора. Округлим значения: $Ar(Al) = 27$ и $Ar(Cl) = 35,5$.

3. Вычислим относительную молекулярную массу ($Mr$) хлорида алюминия ($AlCl_3$):

$Mr(AlCl_3) = Ar(Al) + 3 \cdot Ar(Cl) = 27 + 3 \cdot 35,5 = 27 + 106,5 = 133,5$.

4. Массовая доля элемента (ω) в веществе рассчитывается по формуле:

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

где $n$ - это количество атомов данного элемента в одной формульной единице вещества.

5. В молекуле $AlCl_3$ содержится один атом алюминия ($n=1$). Подставим значения в формулу для расчета массовой доли алюминия:

$\omega(Al) = \frac{1 \cdot Ar(Al)}{Mr(AlCl_3)} \cdot 100\% = \frac{27}{133,5} \cdot 100\% \approx 0,202247 \cdot 100\% \approx 20,22\%$

Сравнивая полученный результат с предложенными вариантами, выбираем наиболее близкий.

Ответ: 2) 20,2 %

11. Гидроксид алюминия может взаимодействовать с веществами, формулы которых

1) $Cu(OH)_2$

2) $HCl$

3) $NaOH$

4) $K_2SO_4$

5) $Mg(OH)_2$

Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) является амфотерным гидроксидом. Это означает, что он способен проявлять как основные, так и кислотные свойства. Как основание, он реагирует с кислотами. Как (слабая) кислота, он реагирует с сильными основаниями (щелочами).

Проанализируем каждый из предложенных реагентов:

1) Cu(OH)₂

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это нерастворимое основание. Гидроксид алюминия, также являясь основанием, не будет реагировать с другим основанием (если только оно не является щелочью). Реакция не протекает.

2) HCl

Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. Гидроксид алюминия в реакции с ней проявляет свои основные свойства. Происходит реакция нейтрализации с образованием соли (хлорида алюминия) и воды.

Уравнение реакции: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$.
Следовательно, взаимодействие возможно.

3) NaOH

Гидроксид натрия ($NaOH$) — сильное растворимое основание (щелочь). В реакции со щелочью гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства. В зависимости от условий (водный раствор или сплавление) образуются разные продукты.

В водном растворе образуется растворимая комплексная соль — тетрагидроксоалюминат натрия:
$Al(OH)_3 + NaOH(р-р) \rightarrow Na[Al(OH)_4]$.

При сплавлении (нагревании) образуется метаалюминат натрия и вода:
$Al(OH)_3 + NaOH(тв.) \xrightarrow{t} NaAlO_2 + 2H_2O$.
Следовательно, взаимодействие возможно.

4) K₂SO₄

Сульфат калия ($K_2SO_4$) — это средняя соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Реакция ионного обмена между нерастворимым гидроксидом и растворимой солью не происходит, так как в продуктах не образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода). Реакция не протекает.

5) Mg(OH)₂

Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) — нерастворимое основание. Как и в случае с гидроксидом меди(II), реакция между двумя основаниями в данном случае не происходит.

Таким образом, гидроксид алюминия может взаимодействовать с соляной кислотой ($HCl$) и гидроксидом натрия ($NaOH$).

Ответ: 2, 3.

12. Установите соответствие между реагентами и продуктами реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $Al_2O_3$ и $NaOH$

Б) $Al(OH)_3$ и $NaOH$

В) $Al$, $NaOH$ и $H_2O$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $NaAlO_2$ и $H_2O$

2) $Na[Al(OH)_4]$ и $H_2$

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

4) $Na[Al(OH)_4]$ и $H_2O$

5) $NaAlO_2$

А) $Al_2O_3$ и $NaOH$

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) является амфотерным оксидом и реагирует с сильными щелочами. Поскольку в списке реагентов не указана вода, наиболее вероятной является реакция при сплавлении (высокой температуре). В этих условиях образуется метаалюминат натрия и вода. Уравнение реакции:

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

Продуктами реакции являются метаалюминат натрия ($NaAlO_2$) и вода ($H_2O$), что соответствует варианту ответа 1.

Ответ: 1

Б) $Al(OH)_3$ и $NaOH$

Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) является амфотерным гидроксидом. При взаимодействии с водным раствором щелочи он растворяется, образуя комплексную соль — тетрагидроксоалюминат натрия. Это реакция присоединения, в результате которой образуется один продукт. Уравнение реакции:

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

Продуктом является тетрагидроксоалюминат натрия ($Na[Al(OH)_4]$), что соответствует варианту ответа 3.

Ответ: 3

В) $Al$, $NaOH$ и $H_2O$

Алюминий ($Al$) — это амфотерный металл, который реагирует с водным раствором щелочи. Явное указание воды ($H_2O$) в списке реагентов подтверждает, что реакция протекает в водной среде. В ходе этой окислительно-восстановительной реакции образуется комплексная соль и выделяется газообразный водород. Уравнение реакции:

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

Продуктами являются тетрагидроксоалюминат натрия ($Na[Al(OH)_4]$) и водород ($H_2$), что соответствует варианту ответа 2.

Ответ: 2

13. К растворам солей магния и алюминия добавили раствор хлорида бария. В обоих случаях образовался белый осадок. При добавлении по каплям к другим порциям растворов этих же солей разбавленного раствора гидроксида натрия наблюдали образование белых осадков, один из которых при добавлении избытка раствора гидроксида натрия растворился. Напишите уравнения соответствующих реакций!

Решение

1. Согласно условию, к растворам солей магния и алюминия добавили раствор хлорида бария ($BaCl_2$), и в обоих случаях образовался белый осадок. Катионы магния ($Mg^{2+}$) и алюминия ($Al^{3+}$) не образуют осадков с хлорид-ионами, так как их хлориды растворимы в воде. Следовательно, осадок образуется в результате реакции катионов бария ($Ba^{2+}$) с анионом исходных солей. Самым распространенным белым нерастворимым осадком, который образует барий, является сульфат бария ($BaSO_4$). Это позволяет предположить, что исходными солями были сульфаты: сульфат магния ($MgSO_4$) и сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$).

Уравнения реакций с хлоридом бария:

$MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + MgCl_2$

$Al_2(SO_4)_3 + 3BaCl_2 \rightarrow 3BaSO_4 \downarrow + 2AlCl_3$

2. При добавлении к другим порциям этих солей раствора гидроксида натрия ($NaOH$) наблюдается образование белых осадков. Это гидроксиды соответствующих металлов.

Реакция с солью магния:

$MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Реакция с солью алюминия:

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

3. Далее в условии говорится, что один из осадков растворяется при добавлении избытка раствора гидроксида натрия. Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) является основным гидроксидом и не реагирует с избытком щелочи. Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) является амфотерным гидроксидом, поэтому он взаимодействует с избытком сильной щелочи с образованием растворимого комплексного соединения — тетрагидроксоалюмината натрия.

Реакция растворения гидроксида алюминия в избытке щелочи:

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

Таким образом, все наблюдения, описанные в задаче, подтверждаются.

Ответ:

$MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + MgCl_2$

$Al_2(SO_4)_3 + 3BaCl_2 \rightarrow 3BaSO_4 \downarrow + 2AlCl_3$

$MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

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

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