Страница 141 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Число валентных электронов в атоме алюминия равно

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

Решение:

Чтобы определить число валентных электронов в атоме алюминия, необходимо рассмотреть его положение в периодической таблице и его электронную конфигурацию.

Алюминий (Al) — химический элемент с порядковым номером 13. Он находится в 3-м периоде, 13-й группе (или главной подгруппе III группы) Периодической системы химических элементов. Общее число электронов в атоме алюминия равно его порядковому номеру, то есть 13.

Электронная конфигурация атома алюминия, показывающая распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням, выглядит так:
$Al: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$

Валентными называются электроны, находящиеся на внешнем (самом дальнем от ядра) энергетическом уровне. Для атома алюминия внешним является третий энергетический уровень ($n=3$). На этом уровне находятся электроны на $3s$- и $3p$-подуровнях.

Подсчитаем количество электронов на внешнем уровне: два электрона на подуровне $3s$ и один электрон на подуровне $3p$.
Общее число валентных электронов = $2 (на \, 3s) + 1 (на \, 3p) = 3$.

Также, для элементов главных подгрупп (А-групп) число валентных электронов, как правило, совпадает с номером группы. Алюминий находится в III группе, следовательно, у него 3 валентных электрона.

Таким образом, число валентных электронов в атоме алюминия равно 3, что соответствует варианту ответа 3).

Ответ: 3

2. В ряду химических элементов Mg — Al — Si

1) уменьшается электроотрицательность

2) усиливаются металлические свойства

3) возрастает высшая степень окисления

4) усиливаются восстановительные свойства

Рассмотрим положение химических элементов магния ($Mg$), алюминия ($Al$) и кремния ($Si$) в Периодической системе Д.И. Менделеева. Все три элемента находятся в 3-м периоде. Магний находится во II группе, алюминий — в III, а кремний — в IV. Таким образом, в ряду $Mg \rightarrow Al \rightarrow Si$ порядковый номер элемента увеличивается, что соответствует движению слева направо по периоду.

Проанализируем каждое из предложенных утверждений с учётом закономерностей изменения свойств элементов в периоде:

1) уменьшается электроотрицательность

При движении слева направо по периоду заряд ядра атома увеличивается, а радиус атома уменьшается. Это приводит к тому, что атом сильнее притягивает к себе валентные электроны. Следовательно, электроотрицательность возрастает. Значения электроотрицательности по Полингу: $ЭО(Mg) = 1.31$, $ЭО(Al) = 1.61$, $ЭО(Si) = 1.90$. Утверждение неверно.

2) усиливаются металлические свойства

Металлические свойства связаны со способностью атома отдавать электроны. При движении слева направо по периоду эта способность уменьшается, так как увеличивается электроотрицательность. Поэтому металлические свойства ослабевают, а неметаллические — усиливаются. Магний — активный металл, алюминий — менее активный металл, а кремний — неметалл (металлоид). Утверждение неверно.

3) возрастает высшая степень окисления

Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, равна номеру группы. Для рассматриваемых элементов:
- Магний ($Mg$) находится во II группе, его высшая степень окисления равна $+2$.
- Алюминий ($Al$) находится в III группе (13-й группе), его высшая степень окисления равна $+3$.
- Кремний ($Si$) находится в IV группе (14-й группе), его высшая степень окисления равна $+4$.
Ряд высших степеней окисления $+2, +3, +4$ является возрастающим. Утверждение верно.

4) усиливаются восстановительные свойства

Восстановительные свойства — это способность атомов отдавать электроны. Как уже было сказано при анализе металлических свойств, при движении слева направо по периоду способность отдавать электроны уменьшается. Следовательно, восстановительные свойства ослабевают. Утверждение неверно.

Таким образом, единственным верным утверждением является то, что в ряду $Mg \rightarrow Al \rightarrow Si$ возрастает высшая степень окисления.

Ответ: 3

3. Высший гидроксид состава $Э(\text{OH})_3$ образуют химические эле- менты

1) Al и P

2) Ga и Mg

3) B и Al

4) B и Si

Решение

Вопрос заключается в том, чтобы определить, какая пара химических элементов образует высший гидроксид с общей формулой $Э(ОН)_3$.

Формула $Э(ОН)_3$ означает, что элемент Э в этом гидроксиде имеет степень окисления +3, так как гидроксогруппа (ОН) имеет заряд -1. Термин "высший гидроксид" указывает на то, что степень окисления +3 является для элемента Э высшей. Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, равна номеру группы в Периодической системе Д.И. Менделеева. Таким образом, нам необходимо найти пару элементов, которые оба расположены в IIIА группе (13-й группе) периодической системы.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) Al и P
Алюминий (Al) — элемент IIIА группы. Его высшая степень окисления +3, и он образует высший гидроксид алюминия $Al(OH)_3$. Фосфор (P) — элемент VА группы. Его высшая степень окисления +5. Высший гидроксид фосфора — это фосфорная кислота $H_3PO_4$. Гидроксид состава $P(OH)_3$ (фосфористая кислота) соответствует степени окисления фосфора +3, которая не является для него высшей. Таким образом, эта пара не подходит.

2) Ga и Mg
Галий (Ga) — элемент IIIА группы. Его высшая степень окисления +3, и он образует высший гидроксид галлия $Ga(OH)_3$. Магний (Mg) — элемент IIА группы. Его высшая и постоянная степень окисления +2. Он образует гидроксид магния $Mg(OH)_2$. Таким образом, эта пара не подходит.

3) B и Al
Бор (B) — элемент IIIА группы. Его высшая степень окисления +3. Высшим гидроксидом является борная кислота $H_3BO_3$, формулу которой можно представить как $B(OH)_3$. Алюминий (Al) — также элемент IIIА группы. Его высшая степень окисления +3, и он образует высший гидроксид алюминия $Al(OH)_3$. Оба элемента удовлетворяют заданному условию. Следовательно, этот вариант является правильным.

4) B и Si
Бор (B) — элемент IIIА группы, образует высший гидроксид $B(OH)_3$. Кремний (Si) — элемент IVА группы. Его высшая степень окисления +4. Высший гидроксид кремния — кремниевая кислота, которую можно представить формулами $H_2SiO_3$ или $Si(OH)_4$ (ортокремниевая кислота). Таким образом, эта пара не подходит.

Ответ: 3

4. Верны ли следующие суждения об алюминии?

А. Алюминий — третий по распространённости в литосфере химический элемент.

Б. Алюминий — очень прочный металл.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для определения верности суждений проанализируем каждое из них.

А. Алюминий — третий по распространённости в литосфере химический элемент.

Это суждение является верным. Распространённость химических элементов в земной коре (литосфере) по массе следующая: на первом месте кислород (около 47%), на втором — кремний (около 28%), а на третьем — алюминий (около 8%). Алюминий также является самым распространённым металлом в литосфере.

Б. Алюминий — очень прочный металл.

Это суждение является неверным. Чистый алюминий — это относительно мягкий, пластичный и не очень прочный металл. Его прочностные характеристики значительно уступают стали, титану и многим их сплавам. Высокую прочность имеют сплавы алюминия (например, дюралюминий), но сам по себе металл не характеризуется как "очень прочный". Его главные преимущества — малая плотность (лёгкость), высокая коррозионная стойкость, хорошая электро- и теплопроводность.

Таким образом, верным является только суждение А. Среди предложенных вариантов ответа этому соответствует вариант под номером 1.

Ответ: 1

5. Укажите характерные свойства алюминия.

1) прочность и легкоплавкость

2) высокая отражательная способность и высокая твёрдость

3) низкая электропроводность и нетоксичность

4) коррозионная стойкость и низкая плотность

Решение

Для того чтобы указать правильный набор характерных свойств алюминия, необходимо проанализировать каждый предложенный вариант.

1) прочность и легкоплавкость

Чистый алюминий — это пластичный и не очень прочный металл. Высокой прочностью обладают его сплавы (например, дюралюминий). Температура плавления алюминия составляет $660.32~^\circ C$. Хотя это ниже, чем у многих конструкционных металлов (например, у железа $1538~^\circ C$), его обычно не относят к легкоплавким металлам, в отличие от олова ($232~^\circ C$) или свинца ($327.5~^\circ C$). Таким образом, эта пара свойств не является исчерпывающей и наиболее точной характеристикой.

2) высокая отражательная способность и высокая твёрдость

Алюминий действительно обладает высокой отражательной способностью (около 92% для видимого света), благодаря чему его используют для изготовления зеркал и в качестве теплоотражающего покрытия. Однако алюминий — мягкий металл. Его твёрдость по шкале Мооса составляет всего 2.75. Следовательно, утверждение о высокой твёрдости неверно, и весь вариант ответа некорректен.

3) низкая электропроводность и нетоксичность

Алюминий является отличным проводником электрического тока. Его электропроводность составляет примерно 63% от электропроводности меди, но из-за малой плотности он является более эффективным проводником в расчете на единицу массы. Утверждение о низкой электропроводности ложно. Свойство нетоксичности для алюминия справедливо, что позволяет его широкое применение в пищевой промышленности и для изготовления упаковки. Однако, поскольку первая часть утверждения неверна, вариант в целом является неправильным.

4) коррозионная стойкость и низкая плотность

Эти два свойства являются одними из самых важных и характерных для алюминия. Его низкая плотность ($ρ \approx 2.7~г/см^3$) делает его ценным лёгким конструкционным материалом (авиа- и ракетостроение, транспорт). Несмотря на высокую химическую активность, алюминий на воздухе мгновенно покрывается тонкой, плотной и очень прочной оксидной плёнкой ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Это обеспечивает его высокую коррозионную стойкость в большинстве сред. Оба утверждения верны и являются ключевыми характеристиками алюминия.

Ответ: 4) коррозионная стойкость и низкая плотность

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

1) $CuSO_4$ и $NaOH$

2) $HgCl_2$ и $CO_2$

3) $S$ и $NaNO_3$

4) $KOH$ и $H_2O$

Для решения этой задачи необходимо проанализировать химические свойства алюминия и его способность вступать в реакции с предложенными веществами. Алюминий ($Al$) — это металл, обладающий амфотерными свойствами. Это означает, что он может реагировать как с кислотами, так и со щелочами. Кроме того, как активный металл, он способен вытеснять менее активные металлы из растворов их солей. Важно помнить, что поверхность алюминия покрыта тонкой, но очень прочной оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая защищает его от многих реакций при обычных условиях, но эта пленка растворяется в кислотах и щелочах.

Рассмотрим каждую пару веществ:

1) CuSO₄ и NaOH

Алюминий взаимодействует с сульфатом меди(II) ($CuSO_4$), так как алюминий является более активным металлом, чем медь, и вытесняет её из раствора соли:

$2Al + 3CuSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Cu$

Алюминий взаимодействует с гидроксидом натрия ($NaOH$), так как проявляет амфотерные свойства. Реакция с водным раствором щелочи приводит к образованию комплексной соли и выделению водорода:

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

Таким образом, алюминий реагирует с обоими веществами. Эта пара подходит.

2) HgCl₂ и CO₂

Алюминий взаимодействует с хлоридом ртути(II) ($HgCl_2$), вытесняя ртуть:

$2Al + 3HgCl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Hg$

Алюминий не реагирует с углекислым газом ($CO_2$) при обычных условиях. Реакция возможна только при очень высокой температуре.

Эта пара не подходит, так как нет реакции с $CO_2$.

3) S и NaNO₃

Алюминий взаимодействует с серой ($S$) при нагревании с образованием сульфида алюминия:

$2Al + 3S \xrightarrow{t} Al_2S_3$

Алюминий не реагирует с нитратом натрия ($NaNO_3$) в нейтральном водном растворе.

Эта пара не подходит, так как реакция с одним веществом требует особых условий (нагревание), а с другим в обычных условиях не протекает.

4) KOH и H₂O

Алюминий взаимодействует с гидроксидом калия ($KOH$) аналогично реакции с $NaOH$:

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

Алюминий не реагирует с водой ($H_2O$) при комнатной температуре из-за наличия защитной оксидной пленки.

Эта пара не подходит, так как нет реакции с водой в обычных условиях.

Следовательно, единственная пара, в которой алюминий реагирует с каждым из двух веществ, это $CuSO_4$ и $NaOH$.

Ответ: 1

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

Решение

Чтобы определить, какая из реакций не протекает при комнатной температуре, необходимо рассмотреть химические свойства алюминия и его взаимодействие с каждым из предложенных веществ.

Алюминий ($Al$) — активный металл, однако на его поверхности в воздушной среде мгновенно образуется тонкая, но очень прочная и химически инертная оксидная пленка ($Al_2O_3$). Эта пленка защищает металл от дальнейшего взаимодействия со многими реагентами при обычных условиях.

Рассмотрим каждый вариант:

1) Cu(NO₃)₂
Алюминий стоит в ряду активности металлов левее меди ($Cu$), поэтому он способен вытеснять медь из растворов ее солей. Оксидная пленка может замедлить начало реакции, но ионы-активаторы (в данном случае, нитрат-ионы) способствуют ее разрушению. Реакция протекает при комнатной температуре с выделением металлической меди:
$2Al + 3Cu(NO_3)_2 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3Cu$
Следовательно, реакция происходит.

2) H₂SO₄(разб.)
Алюминий — металл, стоящий в ряду активности до водорода, поэтому он реагирует с разбавленными кислотами (кроме азотной) с выделением водорода. Разбавленная серная кислота сначала растворяет оксидную пленку, а затем вступает в реакцию с самим металлом:
$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$
$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2 \uparrow$
Реакция идет при комнатной температуре. Следовательно, реакция происходит.

3) H₂SO₄(конц.)
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При комнатной температуре она пассивирует алюминий. Это означает, что на поверхности металла образуется плотная, нерастворимая в концентрированной кислоте оксидная или сульфатная пленка, которая предохраняет металл от дальнейшего взаимодействия. Заметная реакция начинается только при нагревании. Таким образом, при комнатной температуре химическая реакция между алюминием и концентрированной серной кислотой практически не идет.
Следовательно, реакция не происходит.

4) O₂
Алюминий — очень активный металл, который легко окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре. Именно эта реакция и приводит к образованию защитной оксидной пленки на его поверхности:
$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$
Хотя эта пленка и защищает металл в дальнейшем, сама реакция ее образования с кислородом протекает при комнатной температуре. Следовательно, реакция происходит.

Таким образом, единственное вещество из списка, с которым алюминий не реагирует при комнатной температуре, — это концентрированная серная кислота.

Ответ: 3