Страница 143 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. В атоме химического элемента, находящегося в третьем периоде, IIIA-группе Периодической системы Д. И. Менделеева, следующее распределение электронов:

1) $2e, 8e, 4e$

2) $2e, 3e$

3) $2e, 8e, 8e, 3e$

4) $2e, 8e, 3e$

Решение

Положение химического элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева определяет строение его электронной оболочки.

1. Номер периода указывает на количество электронных слоев (энергетических уровней) в атоме. Поскольку элемент находится в третьем периоде, его атом имеет три электронных слоя. Это означает, что в записи распределения электронов будет три числа.

2. Номер группы для элементов главных подгрупп (А-групп) указывает на количество электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов). Так как элемент находится в IIIA-группе, на его внешнем (третьем) слое находится три электрона.

3. Теперь определим распределение электронов по слоям, начиная с первого (ближайшего к ядру) и двигаясь наружу:

• Первый электронный слой может вместить максимум 2 электрона, поэтому он заполнен: $2e$.
• Второй электронный слой может вместить максимум 8 электронов, и для элемента третьего периода он также будет полностью заполнен: $8e$.
• Третий (внешний) слой, как мы определили из номера группы, содержит 3 электрона: $3e$.

Следовательно, полное распределение электронов в атоме данного элемента по слоям: 2, 8, 3.

Этим условиям соответствует элемент Алюминий (Al) с порядковым номером 13. Общее число электронов в его атоме составляет $2 + 8 + 3 = 13$, что равно его порядковому номеру.

Сравнивая полученное распределение с предложенными вариантами, мы видим, что правильным является вариант 4).

Ответ: 4) 2e, 8e, 3e

2. Металлические свойства усиливаются в ряду

1) $Ga - Al - B$

2) $Al - Mg - Ca$

3) $Mg - Al - Si$

4) $Ca - Mg - Al$

Металлические свойства химических элементов характеризуют их способность отдавать валентные электроны. В периодической системе Д. И. Менделеева эти свойства изменяются закономерно:

• В группах (вертикальных столбцах) металлические свойства усиливаются при движении сверху вниз. Это связано с увеличением атомного радиуса, из-за чего валентные электроны находятся дальше от ядра и легче отрываются.
• В периодах (горизонтальных рядах) металлические свойства усиливаются при движении справа налево. При движении в этом направлении уменьшается заряд ядра и число электронов на внешнем уровне, что облегчает их отдачу.

Следовательно, нам нужно найти ряд, в котором элементы расположены в соответствии с усилением их металлических свойств (движение по таблице влево и вниз).

Решение

Проанализируем каждый предложенный ряд, используя периодическую таблицу элементов.

1) Ga — Al — B
Элементы галлий (Ga), алюминий (Al) и бор (B) находятся в одной, 13-й группе. Бор (B) — в 2-м периоде, алюминий (Al) — в 3-м, галлий (Ga) — в 4-м. Ряд Ga → Al → B представляет собой движение по группе снизу вверх. При таком движении металлические свойства ослабевают. Этот вариант не подходит.

2) Al — Mg — Ca
Алюминий (Al) находится в 3-м периоде, 13-й группе, а магний (Mg) — в 3-м периоде, 2-й группе. Переход от Al к Mg — это движение в периоде справа налево, при котором металлические свойства усиливаются. Далее, кальций (Ca) находится в 4-м периоде, 2-й группе, то есть под магнием. Переход от Mg к Ca — это движение по группе сверху вниз, при котором металлические свойства также усиливаются. Таким образом, в ряду Al → Mg → Ca металлические свойства последовательно усиливаются. Этот вариант является верным.

3) Mg — Al — Si
Элементы магний (Mg, 2-я группа), алюминий (Al, 13-я группа) и кремний (Si, 14-я группа) находятся в одном, 3-м, периоде. В ряду Mg → Al → Si происходит движение по периоду слева направо. В этом направлении металлические свойства ослабевают. Этот вариант не подходит.

4) Ca — Mg — Al
Переход от кальция (Ca, 4-й период) к магнию (Mg, 3-й период) в рамках одной, 2-й, группы — это движение снизу вверх, при котором металлические свойства ослабевают. Переход от магния (Mg, 2-я группа) к алюминию (Al, 13-я группа) в рамках одного, 3-го, периода — это движение слева направо, при котором металлические свойства также ослабевают. В этом ряду свойства последовательно ослабевают. Этот вариант не подходит.

Ответ: 2.

3. Из предложенного перечня выберите общую формулу высшего оксида элементов IIA-группы.

1) $Э_2О$

2) $ЭО$

3) $Э_2О_3$

4) $ЭО_3$

Решение:

Номер группы для элементов главных подгрупп (А-групп) в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, как правило, указывает на их высшую валентность и, соответственно, на высшую степень окисления в соединениях, в том числе и в оксидах.

Элементы, находящиеся в IIIA-группе (третьей группе, главной подгруппе), проявляют в своих высших оксидах степень окисления +3. Примерами таких элементов являются бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga).

Кислород (O) в оксидах практически всегда имеет степень окисления -2.

Для того чтобы составить формулу оксида, необходимо уравнять суммарные положительные и отрицательные степени окисления, чтобы молекула была электронейтральной. Обозначим искомый элемент символом "Э".

Степени окисления элементов: $Э^{+3}$ и $O^{-2}$.

Для нахождения индексов в формуле $Э_xO_y$ воспользуемся правилом наименьшего общего кратного (НОК) для абсолютных значений степеней окисления (3 и 2).

НОК(3, 2) = 6.

Теперь найдем индексы:

• Индекс для элемента Э: $x = НОК / |степень окисления Э| = 6 / 3 = 2$.
• Индекс для кислорода O: $y = НОК / |степень окисления O| = 6 / 2 = 3$.

Таким образом, общая формула высшего оксида для элементов IIIA-группы имеет вид $Э_2O_3$. Например, оксид алюминия — $Al_2O_3$, оксид бора — $B_2O_3$.

Среди предложенных вариантов:

1. $Э_2O$ — формула высшего оксида для элементов IA-группы (степень окисления +1).
2. $ЭO$ — формула высшего оксида для элементов IIA-группы (степень окисления +2).
3. $Э_2O_3$ — формула высшего оксида для элементов IIIA-группы (степень окисления +3).
4. $ЭO_3$ — формула высшего оксида для элементов VIA-группы (степень окисления +6).

Следовательно, правильный вариант — 3.

Ответ: 3) $Э_2O_3$.

4. Верны ли следующие суждения об алюминии?

А. Алюминий не способен взаимодействовать с водой.

Б. Алюминий называют крылатым металлом из-за широкого использования в авиационной промышленности.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Проанализируем каждое из предложенных суждений.

А. Алюминий не способен взаимодействовать с водой.

Данное суждение является неверным. Алюминий — это химически активный металл, который находится в ряду активности металлов значительно левее водорода. Он способен реагировать с водой, вытесняя из неё водород по следующей реакции:
$2Al + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2 \uparrow$
В обычных условиях эта реакция не наблюдается, так как на поверхности алюминия мгновенно образуется очень тонкая, но прочная и химически стойкая оксидная плёнка ($Al_2O_3$), которая защищает металл от контакта с водой. Если эту плёнку повредить (например, поцарапать) или удалить химическим путём (например, с помощью раствора щёлочи), то реакция с водой будет протекать достаточно бурно. Таким образом, алюминий способен взаимодействовать с водой, но этому препятствует оксидная плёнка.

Б. Алюминий называют крылатым металлом из-за широкого использования в авиационной промышленности.

Данное суждение является верным. Алюминий и его сплавы (например, дюралюминий) обладают очень важными для авиастроения свойствами: низкой плотностью (лёгкостью) и высокой удельной прочностью. Эти качества делают его идеальным материалом для производства конструкций самолётов, вертолётов и космических аппаратов (фюзеляжей, крыльев, элементов каркаса). Благодаря своей ключевой роли в создании летательных аппаратов, алюминий получил образное название «крылатый металл».

Итак, суждение А неверно, а суждение Б верно. Следовательно, правильный вариант ответа — «верно только Б».

Ответ: 2

5. Укажите характерные свойства алюминия.

1) нетоксичность и пластичность

2) низкая плотность и высокая прочность

3) коррозионная стойкость и тугоплавкость

4) высокая электропроводность и твёрдость

Для определения правильного ответа необходимо проанализировать каждую пару предложенных свойств применительно к алюминию.

1) нетоксичность и пластичность

Алюминий и его соединения считаются нетоксичными, что позволяет широко использовать его в пищевой промышленности и для изготовления упаковки (например, фольга, банки для напитков). Также алюминий является очень пластичным металлом: он легко поддаётся ковке, прокатке в тонкие листы и вытягиванию в проволоку. Оба этих свойства являются ключевыми и характерными для алюминия.

2) низкая плотность и высокая прочность

Алюминий действительно обладает низкой плотностью ($ \rho \approx 2700 \text{ кг/м}^3 $), что делает его лёгким металлом. Однако чистый алюминий не отличается высокой прочностью; он довольно мягкий. Высокую прочность имеют его сплавы (например, дюралюминий), но не сам чистый металл. Таким образом, это утверждение не является полностью корректным.

3) коррозионная стойкость и тугоплавкость

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря образованию на его поверхности тонкой и прочной оксидной плёнки ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего окисления. Однако алюминий не является тугоплавким. Его температура плавления составляет всего $660,3 \text{ °C}$, что относит его к легкоплавким металлам (тугоплавкими считаются металлы с температурой плавления выше $1700 \text{ °C}$).

4) высокая электропроводность и твёрдость

Алюминий имеет высокую электропроводность (около 62% от проводимости меди), что делает его востребованным в электротехнике. Однако он не является твёрдым металлом. Чистый алюминий — мягкий материал, его твёрдость по шкале Мооса составляет 2,75.

Исходя из анализа, единственная пара свойств, где оба утверждения верны и полностью характеризуют алюминий как химический элемент и материал, указана в первом варианте.

Ответ: 1.

6. Алюминий взаимодействует с каждым из двух веществ:

1) $O_2$ и $MgCl_2$

2) $H_2O$ и $KNO_3$

3) $CaO$ и $HCl$

4) $KOH$ и $H_2SO_4$

Для выбора правильного ответа необходимо проанализировать химические свойства алюминия ($Al$) и его способность вступать в реакцию с каждой парой предложенных веществ.

Алюминий — это амфотерный металл, который реагирует как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами). В обычных условиях он покрыт тонкой, но прочной оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая придает ему химическую стойкость. Эта пленка может быть разрушена в кислой или щелочной среде.

1) $O_2$ и $MgCl_2$

Алюминий взаимодействует с кислородом ($O_2$), особенно при нагревании, образуя оксид алюминия: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.

Реакция алюминия с хлоридом магния ($MgCl_2$) не происходит, так как в электрохимическом ряду активности металлов магний ($Mg$) находится левее алюминия, то есть является более активным металлом. Алюминий не способен вытеснить магний из его соли.

Следовательно, данная пара веществ не является правильным ответом.

Ответ: неверно.

2) $H_2O$ и $KNO_3$

Алюминий в обычных условиях не реагирует с водой ($H_2O$) из-за наличия защитной оксидной пленки. Реакция возможна только после ее удаления (например, амальгамированием или действием щелочи).

Реакция с нитратом калия ($KNO_3$) в водном растворе не идет, так как калий ($K$) — значительно более активный металл, чем алюминий.

Таким образом, эта пара веществ не подходит.

Ответ: неверно.

3) $CaO$ и $HCl$

Алюминий не реагирует с оксидом кальция ($CaO$), который является основным оксидом более активного металла. Алюминотермическое восстановление кальция из его оксида невозможно.

Алюминий реагирует с соляной кислотой ($HCl$), так как является активным металлом, стоящим в ряду напряжений до водорода: $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$.

Поскольку алюминий не реагирует с одним из веществ в паре, данный вариант является неверным.

Ответ: неверно.

4) $KOH$ и $H_2SO_4$

Данная пара веществ иллюстрирует амфотерные свойства алюминия. Алюминий реагирует как с сильной щелочью — гидроксидом калия ($KOH$), так и с сильной кислотой — серной кислотой ($H_2SO_4$).

Реакция с водным раствором щелочи: $2Al + 2KOH + 6H_2O \rightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$.

Реакция с серной кислотой (например, разбавленной): $2Al + 3H_2SO_4(разб.) \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2 \uparrow$.

Так как алюминий взаимодействует с каждым из двух предложенных веществ, данный вариант является правильным ответом.

Ответ: верно.

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

1) $HCl$

2) $HNO_3$(разб.)

3) $HNO_3$(конц.)

4) $KOH$

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать взаимодействие алюминия с каждым из предложенных веществ при комнатной температуре. Алюминий ($Al$) — активный амфотерный металл, поверхность которого обычно покрыта тонкой, но прочной оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая защищает его от дальнейшего окисления и взаимодействия с некоторыми реагентами.

1) HCl

Алюминий реагирует с соляной кислотой. Оксидная пленка на его поверхности легко растворяется в кислоте, после чего чистый металл вступает в реакцию с выделением водорода. Реакция протекает при комнатной температуре:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$

Таким образом, реакция происходит.

2) HNO₃(разб.)

Алюминий реагирует с разбавленной азотной кислотой. Азотная кислота является кислотой-окислителем, поэтому продукты реакции зависят от ее концентрации. С разбавленной кислотой реакция идет, но водород, как правило, не выделяется. Вместо него образуются продукты восстановления азота (например, $N_2O$, $N_2$ или $NH_4NO_3$). Реакция протекает при комнатной температуре:

$8Al + 30HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3N_2O + 15H_2O$

Таким образом, реакция происходит.

3) HNO₃(конц.)

Концентрированная азотная кислота (а также концентрированная серная кислота) пассивирует алюминий при комнатной температуре. Пассивация — это образование на поверхности металла очень плотной и химически стойкой оксидной пленки, которая препятствует дальнейшему контакту металла с кислотой и, соответственно, протеканию реакции. Взаимодействие становится возможным только при нагревании. Таким образом, при комнатной температуре химическая реакция между алюминием и концентрированной азотной кислотой не происходит.

4) KOH

Алюминий проявляет амфотерные свойства, то есть реагирует не только с кислотами, но и с водными растворами щелочей (в данном случае, с гидроксидом калия). При этом разрушается его защитная оксидная пленка и происходит реакция с образованием комплексной соли (тетрагидроксоалюмината калия) и выделением водорода. Реакция протекает при комнатной температуре:

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

Таким образом, реакция происходит.

Следовательно, единственное вещество из предложенных, с которым алюминий не вступает в реакцию при комнатной температуре, это концентрированная азотная кислота из-за явления пассивации.

Ответ: 3