Страница 146 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Оксид железа(III) взаимодействует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $H_2SO_4$ и $NaCl$

2) $HCl$ и $NaOH$

3) $Cl_2$ и $HNO_3$

4) $CuSO_4$ и $KOH$

Решение

Оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) является амфотерным оксидом с преобладанием основных свойств. Это означает, что он способен реагировать как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами). Проанализируем взаимодействие оксида железа(III) с каждой парой предложенных веществ.

1) $H_2SO_4$ и $NaCl$
Оксид железа(III) реагирует с серной кислотой ($H_2SO_4$) как основной оксид, образуя соль (сульфат железа(III)) и воду:
$Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$
С хлоридом натрия ($NaCl$), который является солью сильного основания и сильной кислоты, оксид железа(III) в обычных условиях не реагирует. Следовательно, эта пара не подходит.

2) $HCl$ и $NaOH$
Оксид железа(III) реагирует с соляной кислотой ($HCl$), так как это сильная кислота:
$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$
Проявляя свои амфотерные свойства, оксид железа(III) также реагирует с сильными основаниями, такими как гидроксид натрия ($NaOH$), при сплавлении с образованием феррита натрия:
$Fe_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t^\circ} 2NaFeO_2 + H_2O$
Поскольку $Fe_2O_3$ реагирует с обоими веществами, эта пара является правильным ответом.

3) $Cl_2$ и $HNO_3$
Оксид железа(III) реагирует с азотной кислотой ($HNO_3$):
$Fe_2O_3 + 6HNO_3 \rightarrow 2Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$
С хлором ($Cl_2$) оксид железа(III) не реагирует, так как железо в нем уже находится в своей высшей устойчивой степени окисления (+3). Следовательно, эта пара не подходит.

4) $CuSO_4$ и $KOH$
Оксид железа(III) не реагирует с раствором сульфата меди(II) ($CuSO_4$).
С гидроксидом калия ($KOH$), являющимся сильной щелочью, оксид железа(III) реагирует при сплавлении, образуя феррит калия:
$Fe_2O_3 + 2KOH \xrightarrow{t^\circ} 2KFeO_2 + H_2O$
Так как реакция протекает только с одним из двух веществ, эта пара не подходит.

Таким образом, единственная пара веществ, с каждым из которых реагирует оксид железа(III), это $HCl$ и $NaOH$.

Ответ: 2

8. Сульфат железа(II) реагирует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $KOH$ и $Zn$

2) $BaCl_2$ и $Cu$

3) $Mg$ и $KCl$

4) $Mg(OH)_2$ и $HNO_3$

Для решения задачи проанализируем химические свойства сульфата железа(II) ($FeSO_4$) и его способность вступать в реакции с предложенными веществами.

Сульфат железа(II) — это растворимая в воде соль, образованная катионом двухвалентного железа ($Fe^{2+}$) и анионом сильной серной кислоты ($SO_4^{2-}$). Как соль, он может вступать в реакции ионного обмена, а также в окислительно-восстановительные реакции.

1) KOH и Zn

Рассмотрим взаимодействие $FeSO_4$ с каждым веществом из этой пары.

С гидроксидом калия ($KOH$), который является щелочью, сульфат железа(II) вступает в реакцию ионного обмена. В результате реакции образуется нерастворимый осадок гидроксида железа(II) ($Fe(OH)_2$) грязно-зеленого цвета.

Уравнение реакции:

$FeSO_4 + 2KOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + K_2SO_4$

С цинком ($Zn$), который является более активным металлом, чем железо (согласно электрохимическому ряду напряжений металлов), происходит реакция замещения. Цинк вытесняет железо из его соли.

Уравнение реакции:

$FeSO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + Fe$

Оба вещества реагируют с сульфатом железа(II).

Ответ: 1

2) BaCl₂ и Cu

С хлоридом бария ($BaCl_2$) сульфат железа(II) вступает в реакцию ионного обмена, так как образуется нерастворимый в воде и кислотах осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Уравнение реакции:

$FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + FeCl_2$

С медью ($Cu$) реакция не идет, так как медь — менее активный металл, чем железо, и не может вытеснить его из раствора соли.

$FeSO_4 + Cu \nrightarrow$

Только одно вещество из пары реагирует.

Ответ: 2

3) Mg и KCl

С магнием ($Mg$), который является более активным металлом, чем железо, происходит реакция замещения.

Уравнение реакции:

$FeSO_4 + Mg \rightarrow MgSO_4 + Fe$

С хлоридом калия ($KCl$) реакция ионного обмена не идет, так как все возможные продукты ($FeCl_2$ и $K_2SO_4$) являются растворимыми солями, и нет видимых признаков реакции (осадка, газа, воды).

$FeSO_4 + KCl \nrightarrow$

Только одно вещество из пары реагирует.

Ответ: 3

4) Mg(OH)₂ и HNO₃

С гидроксидом магния ($Mg(OH)_2$), который является нерастворимым основанием, реакция ионного обмена практически не протекает в стандартных условиях, хотя образование более нерастворимого $Fe(OH)_2$ термодинамически возможно.

С азотной кислотой ($HNO_3$) возможна окислительно-восстановительная реакция, так как азотная кислота является сильным окислителем и окисляет железо(II) до железа(III). Однако, если рассматривать только реакцию обмена, то она не идет, так как все продукты растворимы.

$FeSO_4 + 2HNO_3 \nrightarrow$ (как реакция обмена)

В рамках школьного курса, где основной упор делается на реакции ионного обмена и замещения, данная пара считается неподходящей.

Ответ: 4

Таким образом, единственная пара веществ, где оба компонента вступают в однозначные, типичные для солей реакции с сульфатом железа(II), — это KOH и Zn.

9. Реактивом на ионы $Fe^{3+}$ служит вещество

1) $K_3[Fe(CN)_6]$

2) $K_4[Fe(CN)_6]$

3) $Na_2CO_3$

4) $AgNO_3$

Для качественного определения ионов трехвалентного железа $Fe^{3+}$ используются реакции, которые приводят к образованию характерно окрашенных соединений (растворов или осадков). Рассмотрим предложенные варианты веществ, чтобы определить, какой из них является специфическим реактивом на ион $Fe^{3+}$.

1) K₃[Fe(CN)₆] — гексацианоферрат(III) калия, также известный как красная кровяная соль. Этот реагент используется для обнаружения ионов двухвалентного железа $Fe^{2+}$. При взаимодействии с $Fe^{2+}$ образуется ярко-синий осадок, известный как турнбулева синь. С ионами $Fe^{3+}$ красная кровяная соль не дает характерной реакции, раствор лишь приобретает коричневатый оттенок из-за цвета исходных ионов.

2) K₄[Fe(CN)₆] — гексацианоферрат(II) калия, или желтая кровяная соль. Это вещество является классическим и очень чувствительным реактивом на ионы трехвалентного железа $Fe^{3+}$. В результате их взаимодействия образуется темно-синий осадок, называемый берлинской лазурью (или прусской синью). Реакция протекает по следующему уравнению:

$4FeCl_3 + 3K_4[Fe(CN)_6] \rightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3 \downarrow + 12KCl$

Или в ионном виде:

$4Fe^{3+} + 3[Fe(CN)_6]^{4-} \rightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3 \downarrow$

Эта реакция является специфичной и позволяет обнаружить даже очень малые концентрации ионов $Fe^{3+}$.

3) Na₂CO₃ — карбонат натрия. При взаимодействии с растворами солей железа(III) происходит совместный гидролиз по катиону и аниону, что приводит к выпадению объемистого бурого осадка гидроксида железа(III) и выделению углекислого газа:

$2Fe^{3+} + 3CO_3^{2-} + 3H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow$

Хотя реакция и приводит к видимому изменению (образованию осадка), она не является специфичной, так как многие другие катионы металлов (например, $Al^{3+}$, $Cu^{2+}$) также образуют осадки гидроксидов или основных карбонатов в растворе карбоната натрия.

4) AgNO₃ — нитрат серебра. Этот реагент в основном используется для качественного определения галогенид-ионов ($Cl^{-}$, $Br^{-}$, $I^{-}$), с которыми он образует характерные творожистые осадки. С катионами железа $Fe^{3+}$ нитрат серебра не вступает в специфическую реакцию, которая могла бы служить для их обнаружения.

Следовательно, из представленных вариантов именно гексацианоферрат(II) калия ($K_4[Fe(CN)_6]$) является стандартным реактивом на ионы $Fe^{3+}$.

Ответ: 2

10. Состав красного железняка отражает формула

1) $Fe_3O_4$

2) $Fe_2O_3$

3) $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$

4) $FeS_2$

Красный железняк (или гематит) — это минерал, являющийся одной из важнейших железных руд. Его название связано с характерным красным цветом в порошке. Химически красный железняк представляет собой оксид железа(III).

Рассмотрим предложенные варианты:

1) $Fe_3O_4$ — это формула магнетита, или магнитного железняка. Он является смешанным оксидом железа(II) и железа(III) и имеет черный цвет.

2) $Fe_2O_3$ — это формула оксида железа(III), который является основным компонентом гематита (красного железняка).

3) $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$ — это формула гидратированного оксида железа(III), которая является основной для минерала лимонита, также известного как бурый железняк.

4) $FeS_2$ — это формула дисульфида железа, минерала пирита (или железного колчедана).

Следовательно, формула, отражающая состав красного железняка, — это $Fe_2O_3$.

Ответ: 2) $Fe_2O_3$

11. В схеме превращений $FeO \xrightarrow{X} Fe \xrightarrow{Y} FeCl_2$ буквами X и Y соответственно обозначены вещества, формулы которых

1) $Cu$

2) $HCl$

3) $Cl_2$

4) $C$

5) $NaCl$

Решение

Рассмотрим предложенную схему химических превращений: $FeO \xrightarrow{X} Fe \xrightarrow{Y} FeCl_2$. Необходимо последовательно определить вещества X и Y из предложенного списка.

На первом этапе ($FeO \xrightarrow{X} Fe$) происходит восстановление оксида железа(II) до металлического железа. Для этого требуется вещество-восстановитель. Проанализируем варианты:

• 1) Cu (медь) – металл, стоящий правее железа в ряду активности, не может вытеснить его из оксида.
• 2) HCl (соляная кислота) – вступает в реакцию обмена с оксидом, образуя соль и воду ($FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$), а не металлическое железо.
• 3) $Cl_2$ (хлор) – является окислителем.
• 4) C (углерод) – является сильным восстановителем, который используется для получения металлов из их оксидов при нагревании. Уравнение реакции: $FeO + C \xrightarrow{t} Fe + CO$. Этот вариант подходит.
• 5) NaCl (хлорид натрия) – соль, не реагирует с оксидом железа(II) таким образом.

Таким образом, вещество X – это углерод (C).

На втором этапе ($Fe \xrightarrow{Y} FeCl_2$) из металлического железа получают хлорид железа(II). Железо должно прореагировать с веществом, которое окислит его до степени окисления +2. Рассмотрим подходящие варианты:

• 2) HCl (соляная кислота) – реагирует с железом, стоящим в ряду активности до водорода, с образованием соли и выделением водорода. Железо в этой реакции проявляет степень окисления +2. Уравнение реакции: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$. Этот вариант подходит.
• 3) $Cl_2$ (хлор) – как сильный окислитель, реагирует с железом с образованием хлорида железа(III) ($2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$), а не хлорида железа(II).

Таким образом, вещество Y – это соляная кислота (HCl).

Ответ: В данной схеме превращений веществом X является C (углерод), а веществом Y является HCl (соляная кислота).

12. Установите соответствие между реагентами и изменением степени окисления железа в результате реакции между ними.

РЕАГЕНТЫ

А) $Fe_2O_3$ и Al

Б) Fe и HCl

В) $Fe(OH)_2$, $O_2$ и $H_2O$

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА

1) $0 \rightarrow +2$

2) $+2 \rightarrow +3$

3) $+2 \rightarrow 0$

4) $+3 \rightarrow +2$

5) $+3 \rightarrow 0$

А) В реакции между оксидом железа(III) ($Fe_2O_3$) и алюминием ($Al$) протекает алюмотермический процесс. Алюминий, как более активный металл, восстанавливает железо из его оксида. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$

В исходном веществе, оксиде железа(III) ($Fe_2O_3$), степень окисления железа равна +3. В продукте реакции, простом веществе железе ($Fe$), степень окисления равна 0. Следовательно, степень окисления железа изменяется с +3 до 0.

Ответ: 5

Б) В реакции между железом ($Fe$) и соляной кислотой ($HCl$) происходит реакция замещения. Железо стоит в ряду активности металлов левее водорода и вытесняет его из разбавленных кислот-неокислителей, образуя соль железа(II):

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

В исходном веществе, простом веществе железе ($Fe$), степень окисления равна 0. В продукте реакции, хлориде железа(II) ($FeCl_2$), степень окисления железа равна +2. Следовательно, степень окисления железа изменяется с 0 до +2.

Ответ: 1

В) В реакции между гидроксидом железа(II) ($Fe(OH)_2$), кислородом ($O_2$) и водой ($H_2O$) происходит окисление. Гидроксид железа(II) является неустойчивым и на воздухе окисляется до гидроксида железа(III), который имеет бурый цвет:

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \downarrow$

В исходном веществе, гидроксиде железа(II) ($Fe(OH)_2$), степень окисления железа равна +2. В продукте реакции, гидроксиде железа(III) ($Fe(OH)_3$), степень окисления железа равна +3. Следовательно, степень окисления железа изменяется с +2 до +3.

Ответ: 2

13. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой

$ \text{Fe} + \text{HNO}_3(\text{разб.}) \rightarrow \text{Fe(NO}_3\text{)}_3 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O} $

Определите окислитель и восстановитель.

Решение

Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции

Дана схема реакции: $Fe + HNO_3(разб.) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + H_2O$.

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции. Степень окисления простого вещества железа равна 0. В продуктах, в соли $Fe(NO_3)_3$, железо имеет степень окисления +3. Азот в азотной кислоте $HNO_3$ имеет степень окисления +5, а в оксиде азота(II) $NO$ — +2.

$ \stackrel{0}{Fe} + H\stackrel{+5}{N}O_3 \rightarrow \stackrel{+3}{Fe}(NO_3)_3 + \stackrel{+2}{N}O + H_2O $

2. Составим полуреакции окисления и восстановления, чтобы составить электронный баланс:

$ \stackrel{0}{Fe} - 3e^- \rightarrow \stackrel{+3}{Fe} $ | 1 | процесс окисления
$ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \rightarrow \stackrel{+2}{N} $ | 1 | процесс восстановления

3. Число отданных железом электронов равно числу принятых азотом электронов (3). Следовательно, коэффициенты для окислителя и восстановителя равны 1. Это означает, что на 1 атом $Fe$ в реакции приходится 1 атом $N$, который восстанавливается. Поставим коэффициент 1 перед $Fe$, $Fe(NO_3)_3$ и $NO$.

$ 1 \cdot Fe + HNO_3 \rightarrow 1 \cdot Fe(NO_3)_3 + 1 \cdot NO + H_2O $

4. Теперь необходимо уравнять все атомы. Подсчитаем общее количество атомов азота в правой части уравнения: 3 атома в $Fe(NO_3)_3$ и 1 атом в $NO$, всего $3+1=4$ атома. Значит, в левой части уравнения перед $HNO_3$ нужно поставить коэффициент 4.

$ Fe + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + H_2O $

5. Далее уравняем атомы водорода. Слева их 4 (в $4HNO_3$). Чтобы справа их тоже стало 4, перед молекулой воды $H_2O$ ставим коэффициент 2 ($2 \cdot 2 = 4$).

$ Fe + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + 2H_2O $

6. Проверим правильность расстановки коэффициентов по числу атомов кислорода. Слева: $4 \cdot 3 = 12$ атомов. Справа: $3 \cdot 3$ (в $Fe(NO_3)_3$) + 1 (в $NO$) + $2 \cdot 1$ (в $H_2O$) = $9 + 1 + 2 = 12$ атомов. Баланс соблюден, коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $Fe + 4HNO_3(разб.) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO + 2H_2O$.

Определите окислитель и восстановитель

Окислитель — это частица (атом, ион или молекула), которая принимает электроны в ходе реакции. В данном уравнении азот в степени окисления +5 ($N^{+5}$), входящий в состав азотной кислоты $HNO_3$, принимает 3 электрона, понижая свою степень окисления до +2. Следовательно, азотная кислота является окислителем.

Восстановитель — это частица, которая отдает электроны. В данной реакции атом железа ($Fe^{0}$) отдает 3 электрона, повышая свою степень окисления до +3. Следовательно, железо является восстановителем.

Ответ: Окислитель: азотная кислота $HNO_3$ (за счет атома $N^{+5}$). Восстановитель: железо $Fe$.