Страница 145 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Выберите неверное утверждение о железе.

1) В соединениях может проявлять степени окисления $+$2$, $+$3$ и даже $+$6$.

2) Один из самых распространённых элементов в Солнечной системе.

3) При высокой температуре сгорает с образованием железной окалины.

4) Проявляет окислительные свойства.

Для выбора неверного утверждения о железе необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений.

1) В соединениях может проявлять степени окисления +2, +3 и даже +6.

Это утверждение является верным. Железо — переходный металл, для которого наиболее устойчивы и распространены степени окисления +2 и +3. Например, оксид железа(II) $FeO$ и хлорид железа(II) $FeCl_2$ (степень окисления +2); оксид железа(III) $Fe_2O_3$ и хлорид железа(III) $FeCl_3$ (степень окисления +3). Степень окисления +6 железо проявляет в соединениях, называемых ферратами, которые являются солями нестойкой железной кислоты ($H_2FeO_4$). Пример такого соединения — феррат калия $K_2FeO_4$. Следовательно, утверждение истинно.

2) Один из самых распространённых элементов в Солнечной системе.

Это утверждение является верным. Железо занимает шестое место по распространённости во Вселенной и является самым распространённым тяжёлым элементом. Оно образуется в результате ядерного синтеза в недрах звёзд-гигантов. В Солнечной системе железо также широко распространено, составляя, например, основу ядра Земли.

3) При высокой температуре сгорает с образованием железной окалины.

Это утверждение является верным. При сжигании железа в кислороде или на воздухе при высокой температуре образуется железная окалина — смешанный оксид железа(II, III) с химической формулой $Fe_3O_4$. Реакция горения железа выглядит следующим образом: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4$.

4) Проявляет окислительные свойства.

Это утверждение является неверным. Железо, как простое вещество ($Fe^0$), является типичным металлом и, соответственно, восстановителем. В химических реакциях атомы железа отдают электроны, повышая свою степень окисления. Например:
$Fe^0 + S \rightarrow Fe^{+2}S$
$Fe^0 + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2$
В этих реакциях железо окисляется, то есть проявляет восстановительные свойства. Окислительные свойства могут проявлять ионы железа, например, ион $Fe^{3+}$ способен принимать электрон и превращаться в ион $Fe^{2+}$ ($Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}$). Однако для простого вещества железа характерны именно восстановительные свойства. Таким образом, это утверждение в общем смысле неверно.

Ответ: 4

2. Степень окисления железа в соединениях, формулы которых $FePO_4$ и $FeSO_4$, соответственно равна

1) +2 и +2

2) +3 и +3

3) +3 и +2

4) +2 и +3

Решение

Чтобы определить степень окисления железа в данных соединениях, необходимо использовать правило электронейтральности молекулы, согласно которому сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю. Для солей, таких как FePO₄ и FeSO₄, удобно рассматривать их как состоящие из катиона металла и кислотного остатка (аниона).

1. Степень окисления железа в FePO₄

Соединение FePO₄ (фосфат железа) состоит из катиона железа (Fe) и фосфат-аниона (PO₄). Фосфат-анион $PO_4$ является кислотным остатком ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) и всегда имеет заряд -3. Обозначим степень окисления железа как $x$.

Поскольку молекула в целом электронейтральна, сумма зарядов катиона и аниона должна быть равна нулю:

$x + (-3) = 0$

Отсюда следует, что степень окисления железа:

$x = +3$

2. Степень окисления железа в FeSO₄

Соединение FeSO₄ (сульфат железа) состоит из катиона железа (Fe) и сульфат-аниона (SO₄). Сульфат-анион $SO_4$ является кислотным остатком серной кислоты ($H_2SO_4$) и всегда имеет заряд -2. Обозначим степень окисления железа как $y$.

Для сохранения электронейтральности молекулы, сумма зарядов должна быть равна нулю:

$y + (-2) = 0$

Отсюда находим степень окисления железа:

$y = +2$

Таким образом, степень окисления железа в соединении FePO₄ равна +3, а в соединении FeSO₄ равна +2. В соответствии с вопросом, искомые степени окисления равны +3 и +2.

Ответ: 3) +3 и +2

3. Верны ли следующие суждения о железе?

А. Атом железа содержит валентные электроны на внешнем и предвнешнем энергетических уровнях.

Б. Железо обладает магнитными свойствами.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для определения правильного ответа проанализируем каждое из предложенных суждений.

А. Атом железа содержит валентные электроны на внешнем и предвнешнем энергетических уровнях.

Железо (Fe) — химический элемент с порядковым номером 26. Он находится в 4-м периоде и VIII группе (побочной подгруппе) периодической системы. Электронная конфигурация атома железа в невозбужденном состоянии записывается как $1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$.

Внешним энергетическим уровнем для атома железа является четвертый уровень, на котором находятся 2 s-электрона ($4s^2$). Предвнешним (или предпоследним) уровнем является третий, на котором находятся 14 электронов ($3s^23p^63d^6$).

Для переходных металлов (d-элементов), к которым относится железо, валентными являются электроны не только внешнего s-подуровня, но и d-подуровня предвнешнего уровня, так как их энергии близки. Таким образом, в образовании химических связей у железа могут участвовать как электроны с $4s$-орбитали, так и с $3d$-орбитали. Следовательно, валентные электроны железа располагаются на внешнем и предвнешнем уровнях. Суждение А верно.

Б. Железо обладает магнитными свойствами.

Железо является классическим примером ферромагнетика. Ферромагнетизм — это способность вещества сильно намагничиваться при помещении во внешнее магнитное поле. Это свойство обусловлено наличием неспаренных электронов на d-подуровне атома железа и особенностями его кристаллической структуры, которые позволяют магнитным моментам атомов самопроизвольно ориентироваться параллельно друг другу в макроскопических областях, называемых доменами. Благодаря этому железо и его сплавы широко используются для изготовления постоянных магнитов и сердечников электромагнитов. Суждение Б верно.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильным вариантом ответа будет тот, который утверждает, что оба суждения верны.

Ответ: 3

4. Железо при взаимодействии с хлором и соляной кислотой соответственно образует соединения, формулы которых

1) $FeCl_2$ и $FeCl_2$

2) $FeCl_3$ и $FeCl_3$

3) $FeCl_3$ и $FeCl_2$

4) $FeCl_2$ и $FeCl_3$

Решение

Чтобы определить продукты реакции железа с хлором и соляной кислотой, необходимо рассмотреть окислительно-восстановительные свойства реагентов. Железо ($ \text{Fe} $) — это металл, который может проявлять степени окисления +2 и +3.

1. Взаимодействие железа с хлором.

Хлор ($ \text{Cl}_2 $) является очень сильным окислителем. В реакции с такими сильными окислителями железо окисляется до своей высшей возможной степени окисления, то есть до +3. В результате образуется хлорид железа(III).

Уравнение реакции:

$ 2\text{Fe} + 3\text{Cl}_2 \xrightarrow{t} 2\text{FeCl}_3 $

Следовательно, первый продукт — $ \text{FeCl}_3 $.

2. Взаимодействие железа с соляной кислотой.

Соляная кислота ($ \text{HCl} $) является кислотой-неокислителем. В таких кислотах окислителем выступает ион водорода ($ \text{H}^+ $), который является более слабым окислителем, чем молекулярный хлор. При взаимодействии с кислотами-неокислителями железо окисляется до своей низшей устойчивой степени окисления +2. В результате образуется хлорид железа(II) и выделяется газообразный водород.

Уравнение реакции:

$ \text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\uparrow $

Следовательно, второй продукт — $ \text{FeCl}_2 $.

Таким образом, при взаимодействии железа с хлором образуется $ \text{FeCl}_3 $, а с соляной кислотой — $ \text{FeCl}_2 $. В вопросе требуется указать формулы соединений "соответственно", то есть в том же порядке. Правильная пара формул: $ \text{FeCl}_3 $ и $ \text{FeCl}_2 $.

Эта пара соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3) FeCl₃ и FeCl₂

5. Железо при комнатной температуре не взаимодействует

1) с концентрированной соляной кислотой

2) с концентрированной серной кислотой

3) с разбавленной серной кислотой

4) с разбавленной соляной кислотой

Чтобы определить, с каким из перечисленных веществ железо не взаимодействует при комнатной температуре, необходимо проанализировать химические свойства железа и особенности его реакций с кислотами разной концентрации.

1) с концентрированной соляной кислотой

Железо является металлом средней активности и стоит в ряду напряжений левее водорода. Поэтому оно реагирует с соляной кислотой, в том числе и с концентрированной, при комнатной температуре. Соляная кислота не является сильной кислотой-окислителем, поэтому продуктами реакции будут хлорид железа(II) и водород.

$Fe + 2HCl_{(конц.)} \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Следовательно, реакция протекает.

2) с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При комнатной температуре (без нагревания) она пассивирует железо. Это означает, что на поверхности металла образуется тонкая, но прочная защитная оксидная плёнка, которая препятствует дальнейшему контакту металла с кислотой. В результате видимая реакция не происходит. Взаимодействие начинается только при нагревании.

$Fe + H_2SO_4(\text{конц., холодная}) \rightarrow$ реакция не идет (пассивация)

Следовательно, при комнатной температуре железо не взаимодействует с концентрированной серной кислотой.

3) с разбавленной серной кислотой

В разбавленном растворе серная кислота ведёт себя как типичная кислота. Железо, будучи более активным металлом, чем водород, вытесняет его из раствора кислоты. Реакция протекает при комнатной температуре.

$Fe + H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

Следовательно, реакция протекает.

4) с разбавленной соляной кислотой

Аналогично разбавленной серной кислоте, железо реагирует с разбавленной соляной кислотой при комнатной температуре с выделением водорода и образованием соли железа(II).

$Fe + 2HCl(\text{разб.}) \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Следовательно, реакция протекает.

Таким образом, единственным веществом из списка, с которым железо не взаимодействует при комнатной температуре, является концентрированная серная кислота.

Ответ: 2

6. Гидроксид железа(II) можно получить взаимодействием веществ, формулы которых

1) $FeCl_3$ и $KOH$

2) $FeO$ и $H_2O$

3) $FeSO_4$ и $NaOH$

4) $Fe$ и $H_2O$

Для того чтобы получить гидроксид железа(II), $Fe(OH)_2$, необходимо найти реакцию, в результате которой образуется это вещество. Гидроксид железа(II) является нерастворимым в воде основанием, и одним из основных способов его получения является реакция ионного обмена между растворимой солью железа(II) и щёлочью. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) FeCl₃ и KOH
При взаимодействии хлорида железа(III) ($FeCl_3$) и гидроксида калия ($KOH$) происходит реакция обмена. В исходной соли ($FeCl_3$) железо имеет степень окисления +3. Следовательно, в результате реакции образуется гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$), а не гидроксид железа(II).
Уравнение реакции: $FeCl_3 + 3KOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3KCl$
Ответ: данный способ не подходит.

2) FeO и H₂O
Оксид железа(II) ($FeO$) — это основный оксид, который нерастворим в воде. Нерастворимые основные оксиды не реагируют с водой при обычных условиях, поэтому гидроксид железа(II) таким способом получить нельзя.
Реакция $FeO + H_2O$ не протекает.
Ответ: данный способ не подходит.

3) FeSO₄ и NaOH
Взаимодействие сульфата железа(II) ($FeSO_4$) и гидроксида натрия ($NaOH$) является реакцией ионного обмена. Исходные вещества — растворимая соль железа(II) и щёлочь. В результате реакции образуется целевой продукт — нерастворимый гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$), который выпадает в осадок.
Уравнение реакции: $FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$
Ответ: данный способ подходит.

4) Fe и H₂O
Металлическое железо ($Fe$) взаимодействует с водой ($H_2O$) только при высокой температуре (с водяным паром). В результате этой реакции образуются оксиды железа (например, $Fe_3O_4$) и водород. Гидроксид железа(II) таким способом получить невозможно.
Уравнение реакции при высокой температуре: $3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + 4H_2\uparrow$
Ответ: данный способ не подходит.