Страница 148 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. В окислительно-восстановительных реакциях хлорид железа(II)

1) бывает только восстановителем

2) бывает только окислителем

3) бывает как восстановителем, так и окислителем

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

Чтобы определить окислительно-восстановительные свойства хлорида железа(II) ($FeCl_2$), необходимо рассмотреть степени окисления элементов, входящих в его состав. В данном соединении железо имеет промежуточную степень окисления +2 ($Fe^{+2}$), а хлор — низшую, -1 ($Cl^{-1}$).

Для элемента железа ($Fe$) характерны несколько устойчивых степеней окисления, наиболее распространенные из которых 0, +2 и +3. Так как степень окисления +2 является промежуточной, ион $Fe^{+2}$ может как повышать свою степень окисления (выступая в роли восстановителя), так и понижать ее (выступая в роли окислителя).

Хлорид железа(II) как восстановитель
При взаимодействии с более сильными окислителями, чем $Fe^{+2}$ (например, с галогенами, перманганатом калия), железо отдает электрон и переходит в более высокую степень окисления +3.
Пример реакции:
$2\overset{+2}{Fe}Cl_2 + \overset{0}{Cl_2} \rightarrow 2\overset{+3}{Fe}Cl_3$
В этой реакции ион $Fe^{+2}$ окисляется, следовательно, хлорид железа(II) является восстановителем.

Хлорид железа(II) как окислитель
При взаимодействии с более сильными восстановителями, чем $Fe^{+2}$ (например, с более активными металлами, такими как цинк или магний), железо принимает электроны и переходит в более низкую степень окисления 0.
Пример реакции:
$\overset{+2}{Fe}Cl_2 + \overset{0}{Zn} \rightarrow \overset{0}{Fe} + \overset{+2}{Zn}Cl_2$
В этой реакции ион $Fe^{+2}$ восстанавливается, следовательно, хлорид железа(II) является окислителем.

Таким образом, благодаря наличию у железа промежуточной степени окисления +2, хлорид железа(II) может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства в зависимости от реагента, с которым он вступает в реакцию.

Ответ: 3) бывает как восстановителем, так и окислителем

8. Оксид железа(II) взаимодействует с веществами, формулы которых

1) $HCl$ и $NaOH$

2) $Al$ и $H_2SO_4$

3) $HNO_3$ и $H_2O$

4) $SO_3$ и $Na_2SO_4$

Решение

Оксид железа(II) ($FeO$) является основным оксидом. Проанализируем его взаимодействие с каждой парой предложенных веществ, чтобы определить, какие реакции возможны.

1) HCl и NaOH

Оксид железа(II) вступает в реакцию с соляной кислотой ($HCl$), так как это классическая реакция между основным оксидом и кислотой, в результате которой образуются соль и вода:

$FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

Однако $FeO$ как основной оксид не реагирует с основаниями, таким как гидроксид натрия ($NaOH$). Для протекания реакции с щелочью оксид должен проявлять амфотерные или кислотные свойства. Следовательно, эта пара веществ не подходит.

2) Al и H₂SO₄

Оксид железа(II) реагирует с алюминием ($Al$) при сильном нагревании. Это алюминотермия — метод восстановления металлов из их оксидов. Алюминий, будучи более активным металлом, чем железо, вытесняет его:

$3FeO + 2Al \xrightarrow{t^\circ} 3Fe + Al_2O_3$

Оксид железа(II) также реагирует с серной кислотой ($H_2SO_4$) по типу реакции основного оксида с кислотой:

$FeO + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2O$

Поскольку оксид железа(II) взаимодействует с обоими веществами из этой пары, данный вариант является верным.

3) HNO₃ и H₂O

Оксид железа(II) реагирует с азотной кислотой ($HNO_3$). Эта реакция не только кислотно-основная, но и окислительно-восстановительная, поскольку азотная кислота является сильным окислителем и окисляет железо со степени окисления +2 до +3:

$3FeO + 10HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow 3Fe(NO_3)_3 + NO \uparrow + 5H_2O$

Однако оксид железа(II) нерастворим в воде ($H_2O$) и не вступает с ней в химическую реакцию. Следовательно, эта пара не подходит.

4) SO₃ и Na₂SO₄

Оксид железа(II) как основной оксид может реагировать с кислотным оксидом серы(VI) ($SO_3$) при нагревании, образуя соль — сульфат железа(II):

$FeO + SO_3 \xrightarrow{t^\circ} FeSO_4$

Однако $FeO$ не реагирует с сульфатом натрия ($Na_2SO_4$), который является солью, образованной сильным основанием и сильной кислотой. Условия для протекания реакции обмена (образование осадка, газа или слабого электролита) отсутствуют. Следовательно, эта пара не подходит.

Ответ: 2

9. Реактивом на ионы $Fe^{2+}$ служит вещество

1) KNCS

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

3) $H_2SO_4$

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

Решение

Чтобы определить, какое из предложенных веществ является реактивом на ионы железа(II) $Fe^{2+}$, необходимо рассмотреть качественные реакции на ионы железа. Качественная реакция — это реакция, сопровождающаяся характерным аналитическим сигналом (образование осадка определенного цвета, выделение газа, появление окраски раствора).

1) KNCS

Тиоцианат калия (KNCS) является реактивом на ионы трехвалентного железа $Fe^{3+}$. При взаимодействии раствора, содержащего ионы $Fe^{3+}$, с раствором тиоцианата калия образуется комплексное соединение кроваво-красного цвета. С ионами $Fe^{2+}$ такой реакции не происходит. Следовательно, этот вариант не подходит.

Реакция с $Fe^{3+}$:

$Fe^{3+} + 3SCN^- \rightarrow Fe(SCN)_3$ (упрощенно)

2) K₄[Fe(CN)₆]

Гексацианоферрат(II) калия (желтая кровяная соль) является реактивом на ионы трехвалентного железа $Fe^{3+}$. В результате реакции образуется темно-синий осадок, называемый берлинской лазурью. С ионами $Fe^{2+}$ образуется белый осадок, который быстро синеет на воздухе, но классическим реактивом на $Fe^{2+}$ является другое вещество. Следовательно, этот вариант не подходит.

Реакция с $Fe^{3+}$:

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

3) H₂SO₄

Серная кислота ($H_2SO_4$) не является качественным реактивом на ионы $Fe^{2+}$. Она не дает характерного визуального эффекта (изменение цвета или осадок) при смешивании с растворами солей железа(II). Следовательно, этот вариант не подходит.

4) K₃[Fe(CN)₆]

Гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль) является качественным реактивом именно на ионы двухвалентного железа $Fe^{2+}$. При их взаимодействии образуется темно-синий осадок, называемый турнбулевой синью. Эта реакция специфична и используется для обнаружения ионов $Fe^{2+}$.

Реакция с $Fe^{2+}$:

$3Fe^{2+} + 2[Fe(CN)_6]^{3-} \rightarrow Fe_3[Fe(CN)_6]_2 \downarrow$

Таким образом, K₃[Fe(CN)₆] — это правильный реактив для обнаружения ионов $Fe^{2+}$.

Ответ: 4) $K_3[Fe(CN)_6]$.

10. Состав магнитного железняка отражает формула

1) $FeS_2$

2) $Fe_3O_4$

3) $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$

4) $Fe_2O_3$

Вопрос заключается в определении химической формулы магнитного железняка. Магнитный железняк — это тривиальное название минерала магнетита, который является одной из важнейших железных руд.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) $FeS_2$ — это формула пирита, или железного колчедана. Это сульфид железа, а не оксид. Он не является магнитным железняком.

2) $Fe_3O_4$ — это формула оксида железа(II, III), также известного как железная окалина. Этот оксид является основным компонентом минерала магнетита. Магнетит обладает выраженными ферримагнитными свойствами, за что и получил название «магнитный железняк». Следовательно, этот вариант является правильным.

3) $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$ — это формула гидратированного оксида железа(III). Она соответствует минералу лимониту, также известному как бурый железняк. Это другой вид железной руды.

4) $Fe_2O_3$ — это формула оксида железа(III), который является основным компонентом минерала гематита, или красного железняка. Это также важная железная руда, но она отличается по составу от магнитного железняка.

Таким образом, химическая формула, отражающая состав магнитного железняка (магнетита), — это $Fe_3O_4$.

Ответ: 2) $Fe_3O_4$

11. В схеме превращений веществ

$Fe \xrightarrow{X} Fe(NO_3)_2 \xrightarrow{Y} Fe$

буквами X и Y соответственно обозначены вещества, формулы которых

1) $HNO_3$

2) $Ni$

3) $Cu(NO_3)_2$

4) $Zn$

5) $NaNO_3$

Решение

Рассмотрим предложенную схему химических превращений и определим вещества X и Y из списка: 1) $HNO_3$, 2) $Ni$, 3) $Cu(NO_3)_2$, 4) $Zn$, 5) $NaNO_3$.

Схема состоит из двух последовательных реакций:

$Fe \xrightarrow{X} Fe(NO_3)_2 \xrightarrow{Y} Fe$

Определение вещества X

На первом этапе железо ($Fe$) необходимо превратить в нитрат железа(II) ($Fe(NO_3)_2$). В этой реакции степень окисления железа повышается с 0 до +2. Проанализируем подходящие реагенты из списка.

Реакция с азотной кислотой ($HNO_3$) является сложной, и в большинстве случаев (кроме реакции с очень разбавленной кислотой) образуется нитрат железа(III) ($Fe(NO_3)_3$), а не (II). Поэтому этот вариант маловероятен.

Наиболее подходящим способом получения соли железа(II) является реакция замещения с солью менее активного металла. Согласно ряду активности металлов, железо активнее меди ($Cu$). Следовательно, железо будет вытеснять медь из раствора ее соли, например, нитрата меди(II) ($Cu(NO_3)_2$).

Уравнение реакции:

$Fe + Cu(NO_3)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + Cu$

Эта реакция приводит к образованию целевого продукта. Остальные вещества из списка не подходят: никель ($Ni$) и цинк ($Zn$) — это металлы, которые не будут реагировать с железом с образованием соли, а натрий ($Na$) в составе нитрата натрия ($NaNO_3$) является более активным металлом, чем железо, поэтому реакция замещения невозможна.

Таким образом, вещество X — это нитрат меди(II).

Ответ: Вещество X — $Cu(NO_3)_2$.

Определение вещества Y

На втором этапе необходимо получить металлическое железо ($Fe$) из нитрата железа(II) ($Fe(NO_3)_2$). Это процесс восстановления, в котором ионы железа $Fe^{2+}$ принимают электроны и переходят в степень окисления 0. Для этого можно использовать более активный металл, который вытеснит железо из раствора его соли.

Обратимся к ряду активности металлов: ... $Zn > Fe > Ni > Cu$ ...

Из предложенных в списке веществ, которые могут выступать в роли восстановителя, есть металлы никель ($Ni$) и цинк ($Zn$).

Никель ($Ni$) находится в ряду активности правее железа, то есть он менее активен и не сможет вытеснить железо из раствора его соли.

Цинк ($Zn$) находится левее железа, он является более активным металлом. Следовательно, цинк вытеснит железо из раствора нитрата железа(II).

Уравнение реакции:

$Fe(NO_3)_2 + Zn \rightarrow Zn(NO_3)_2 + Fe$

Таким образом, вещество Y — это цинк.

Ответ: Вещество Y — $Zn$.

12. Установите соответствие между реагентами и продуктами реак- ции.

РЕАГЕНТЫ

А) $Fe_2O_3$ и $HNO_3$

Б) $Fe$ и $HCl$

В) $FeCl_3$ и $NaOH$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $FeCl_3$

2) $Fe(OH)_3$ и $NaCl$

3) $Fe(NO_3)_3$ и $H_2O$

4) $Fe(OH)_2$ и $NaCl$

5) $FeCl_2$ и $H_2$

Для установления соответствия необходимо проанализировать каждую реакцию.

А) $Fe_2O_3$ и $HNO_3$

Оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) является основным оксидом, а азотная кислота ($HNO_3$) — сильной кислотой. При их взаимодействии происходит реакция обмена (нейтрализации), в результате которой образуются соль и вода. Катион железа со степенью окисления +3 ($Fe^{3+}$) соединяется с анионом азотной кислоты ($NO_3^-$), образуя нитрат железа(III) ($Fe(NO_3)_3$).

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$Fe_2O_3 + 6HNO_3 \rightarrow 2Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$

Продукты реакции — нитрат железа(III) и вода, что соответствует варианту под номером 3.

Ответ: 3

Б) $Fe$ и $HCl$

Железо ($Fe$) — это металл, который в ряду активности металлов стоит левее водорода. Соляная кислота ($HCl$) является кислотой-неокислителем. Поэтому железо будет вступать в реакцию замещения с соляной кислотой, вытесняя из нее водород. При реакции с кислотами-неокислителями железо окисляется до степени окисления +2. В результате образуется хлорид железа(II) ($FeCl_2$) и выделяется газообразный водород ($H_2$).

Уравнение реакции:

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

Продукты реакции — хлорид железа(II) и водород, что соответствует варианту под номером 5.

Ответ: 5

В) $FeCl_3$ и $NaOH$

Хлорид железа(III) ($FeCl_3$) является растворимой солью, а гидроксид натрия ($NaOH$) — сильным основанием (щёлочью). Между ними протекает реакция ионного обмена. Условием протекания такой реакции является образование осадка, газа или слабого электролита (воды). В данном случае ионы $Fe^{3+}$ и $OH^-$ соединяются, образуя нерастворимое основание — гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$), который выпадает в виде бурого осадка. В растворе остаются ионы $Na^+$ и $Cl^-$, образующие хлорид натрия ($NaCl$).

Уравнение реакции:

$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

Продукты реакции — гидроксид железа(III) и хлорид натрия, что соответствует варианту под номером 2.

Ответ: 2