Страница 150 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

5. Железо при комнатной температуре не взаимодействует

1) с разбавленной азотной кислотой

2) с концентрированной азотной кислотой

3) с концентрированной соляной кислотой

4) с разбавленной серной кислотой

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать химические свойства железа при взаимодействии с каждой из предложенных кислот при комнатной температуре (обычные условия).

1) с разбавленной азотной кислотой

Железо ($Fe$) — металл средней активности, расположенный в ряду напряжений до водорода. Оно реагирует с разбавленной азотной кислотой ($HNO_3$). Азотная кислота является кислотой-окислителем, поэтому в ходе реакции выделяется не водород, а продукты восстановления азота, например, оксид азота(II) $NO$. Реакция протекает при комнатной температуре.

$Fe + 4HNO_{3(разб.)} \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O$

Ответ: железо взаимодействует с разбавленной азотной кислотой при комнатной температуре.

2) с концентрированной азотной кислотой

Концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют некоторые металлы, включая железо, алюминий и хром, при комнатной температуре. Пассивация — это образование на поверхности металла тонкой, но очень прочной оксидной плёнки, которая инертна к действию кислоты и защищает металл от дальнейшего окисления. Взаимодействие железа с концентрированной $HNO_3$ возможно только при нагревании.

$Fe + HNO_{3(конц.)} \xrightarrow{t_{комн.}} \text{пассивация (реакция не идёт)}$

Ответ: железо не взаимодействует с концентрированной азотной кислотой при комнатной температуре.

3) с концентрированной соляной кислотой

Соляная кислота ($HCl$), в том числе концентрированная, является кислотой-неокислителем (окислителем выступает катион водорода $H^+$). Железо реагирует с ней, вытесняя водород и образуя соль железа(II). Реакция протекает при комнатной температуре, хотя и может идти медленнее, чем с разбавленной.

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

Ответ: железо взаимодействует с концентрированной соляной кислотой при комнатной температуре.

4) с разбавленной серной кислотой

Разбавленная серная кислота ($H_2SO_4$) ведёт себя как типичная кислота. Железо, как активный металл, вытесняет из неё водород с образованием соли — сульфата железа(II). Реакция активно идёт при комнатной температуре.

$Fe + H_2SO_{4(разб.)} \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

Ответ: железо взаимодействует с разбавленной серной кислотой при комнатной температуре.

Сравнив все варианты, мы приходим к выводу, что железо при комнатной температуре не вступает в реакцию только с концентрированной азотной кислотой из-за явления пассивации.

Ответ: 2

6. Оксид железа$(II)$ можно получить в результате

1) обжига пирита

2) окисления железа кислородом

3) разложения гидроксида железа$(III)$

4) разложения гидроксида железа$(II)$

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждый из предложенных вариантов получения оксида железа(II) ($FeO$).

1) обжига пирита
Обжиг пирита, или дисульфида железа ($FeS_2$), представляет собой реакцию с кислородом при высокой температуре. В результате образуется оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) и сернистый газ ($SO_2$), а не оксид железа(II).
Уравнение реакции: $4FeS_2 + 11O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3 + 8SO_2$.
Этот вариант неверен.

2) окисления железа кислородом
При горении железа в кислороде или на воздухе образуется преимущественно железная окалина ($Fe_3O_4$), которая является смешанным оксидом железа(II) и железа(III) ($FeO \cdot Fe_2O_3$). Получить чистый оксид железа(II) таким способом сложно, так как он легко окисляется до более высоких степеней окисления.
Уравнение реакции: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t} Fe_3O_4$.
Этот вариант неверен.

3) разложения гидроксида железа(III)
Термическое разложение гидроксида железа(III) ($Fe(OH)_3$) приводит к образованию оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) и воды. Степень окисления железа (+3) при этом не изменяется.
Уравнение реакции: $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$.
Этот вариант неверен.

4) разложения гидроксида железа(II)
При нагревании гидроксида железа(II) ($Fe(OH)_2$) без доступа воздуха (в инертной атмосфере, чтобы предотвратить окисление) происходит его разложение на оксид железа(II) ($FeO$) и воду. Это один из стандартных способов получения оксида железа(II).
Уравнение реакции: $Fe(OH)_2 \xrightarrow{t} FeO + H_2O$.
Этот вариант является верным.

Ответ: 4

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

1) бывает только восстановителем

2) бывает только окислителем

3) бывает как восстановителем, так и окислителем

4) не проявляет окислительно-восстановительных свойств

Решение

Чтобы определить окислительно-восстановительные свойства хлорида железа(III) ($FeCl_3$), необходимо проанализировать степени окисления входящих в его состав элементов и их способность изменяться в ходе химических реакций.

В соединении $FeCl_3$ железо имеет степень окисления +3 ($Fe^{+3}$), а хлор — степень окисления -1 ($Cl^{-1}$). Окислительно-восстановительная двойственность вещества определяется возможностью его атомов как принимать, так и отдавать электроны.

1. Окислительные свойства (выступает как окислитель)

Ион железа $Fe^{+3}$ может легко принимать один электрон, восстанавливаясь до более устойчивого иона $Fe^{+2}$. В этом случае хлорид железа(III) проявляет свойства окислителя. Это его наиболее характерная роль в окислительно-восстановительных реакциях.

Пример реакции:

$2FeCl_3 + H_2S \rightarrow 2FeCl_2 + S\downarrow + 2HCl$

В этой реакции железо понижает свою степень окисления с +3 до +2 ($Fe^{+3} + 1e^- \rightarrow Fe^{+2}$), следовательно, $FeCl_3$ является окислителем.

2. Восстановительные свойства (выступает как восстановитель)

Хлорид железа(III) может выступать и в роли восстановителя. Это возможно благодаря тому, что его составные части могут отдавать электроны:

• Хлорид-ион $Cl^{-1}$ находится в своей низшей (-1) степени окисления и может только окисляться, например, до простого вещества $Cl_2^0$.
• Ион железа $Fe^{+3}$ находится в промежуточной степени окисления и в жёстких условиях (например, в щелочной среде под действием сильных окислителей) может быть окислен до степени окисления +6 (в составе феррат-иона $FeO_4^{2-}$).

Пример реакции, где $FeCl_3$ — восстановитель (за счет хлорид-иона):

$2FeCl_3 + 3F_2 \rightarrow 2FeF_3 + 3Cl_2$

Здесь хлор повышает свою степень окисления с -1 до 0 ($2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$), следовательно, $FeCl_3$ является восстановителем.

Вывод:

Поскольку хлорид железа(III) содержит ион $Fe^{+3}$, способный к восстановлению, и ионы $Fe^{+3}$ и $Cl^{-1}$, способные к окислению, данное вещество в зависимости от условий и реагентов может проявлять свойства как окислителя, так и восстановителя.

Таким образом, правильным является утверждение, что хлорид железа(III) бывает как восстановителем, так и окислителем.

Ответ: 3

8. Оксид железа(III) взаимодействует с веществами, формулы ко-торых

1) $CO$ и $HCl$

2) $NaOH$ и $Cu$

3) $Al$ и $Mg(OH)_2$

4) $H_2SO_4$ и $Cl_2$

Оксид железа(III), формула которого $Fe_2O_3$, является амфотерным оксидом с преобладанием основных свойств. Это означает, что он способен реагировать с кислотами, а также с веществами-восстановителями. При очень высоких температурах (сплавлении) он может реагировать и с сильными основаниями. Проанализируем предложенные пары веществ.

1) CO и HCl

Оксид железа(III) реагирует с обоими веществами из этой пары.

С угарным газом ($CO$), который является восстановителем, оксид железа(III) вступает в окислительно-восстановительную реакцию при нагревании, в ходе которой железо восстанавливается до металла. Это промышленный способ получения железа.

$Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^{\circ}} 2Fe + 3CO_2$

С соляной кислотой ($HCl$), являющейся сильной кислотой, оксид железа(III) реагирует по типу кислотно-основного взаимодействия (реакция обмена) с образованием соли, хлорида железа(III), и воды.

$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$

Поскольку оба вещества реагируют с $Fe_2O_3$, этот вариант является правильным.

2) NaOH и Cu

Этот вариант не подходит.

Реакция с гидроксидом натрия ($NaOH$): $Fe_2O_3$ как амфотерный оксид реагирует со щелочами только при высоких температурах (сплавлении), но не с их водными растворами. Реакция с медью ($Cu$): Медь стоит в электрохимическом ряду активности металлов правее железа, поэтому она является менее активным металлом и не может вытеснить железо из его оксида.

3) Al и Mg(OH)₂

Этот вариант не подходит.

С алюминием ($Al$) реакция возможна. Алюминий — более активный металл, чем железо, и вытесняет его из оксида (реакция алюмотермии):

$Fe_2O_3 + 2Al \xrightarrow{t^{\circ}} Al_2O_3 + 2Fe$

Однако реакция с гидроксидом магния ($Mg(OH)_2$) не идет, так как $Fe_2O_3$ — это оксид с основными свойствами, а $Mg(OH)_2$ — основание. Вещества с однотипными свойствами друг с другом не реагируют.

4) H₂SO₄ и Cl₂

Этот вариант не подходит.

С серной кислотой ($H_2SO_4$) оксид железа(III) реагирует, так как это реакция между основным оксидом и кислотой:

$Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

С хлором ($Cl_2$) реакция в обычных условиях не протекает. Хлор является окислителем, а железо в оксиде $Fe_2O_3$ уже находится в своей высшей устойчивой степени окисления +3, поэтому дальнейшее окисление невозможно.

Ответ: 1

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

1) $AgNO_3$

2) $K_2SO_4$

3) $KNCS$

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

Для определения иона железа(III), $Fe^{3+}$, в растворе используют качественные реакции. Это реакции, в результате которых наблюдается характерный, легко обнаруживаемый эффект, такой как изменение цвета или образование осадка определённого цвета. Проанализируем предложенные варианты веществ, чтобы найти подходящий реактив.

1) AgNO₃
Нитрат серебра ($AgNO_3$) является реактивом на галогенид-ионы ($Cl^−$, $Br^−$, $I^−$), с которыми он образует нерастворимые осадки. Например, с хлоридом железа(III) ($FeCl_3$) реакция приведёт к образованию белого осадка хлорида серебра ($AgCl$), что доказывает наличие ионов $Cl^−$, а не $Fe^{3+}$. Таким образом, это вещество не является специфичным реактивом на ион железа(III).

2) K₂SO₄
Сульфат калия ($K_2SO_4$) не является качественным реактивом на ион $Fe^{3+}$. Соли железа(III) с сульфат-ионом, например $Fe_2(SO_4)_3$, хорошо растворимы в воде, поэтому при смешивании растворов видимых изменений (образования осадка или изменения цвета) не произойдет.

3) KNCS
Тиоцианат калия ($KNCS$), также известный как роданид калия, — это классический и очень чувствительный реактив на ион $Fe^{3+}$. В результате реакции между ионами $Fe^{3+}$ и тиоцианат-ионами ($NCS^−$) образуются комплексные ионы ярко выраженного кроваво-красного цвета, например $[Fe(NCS)(H_2O)_5]^{2+}$. Уравнение реакции в общем виде:
$Fe^{3+} + nNCS^− \rightleftharpoons [Fe(NCS)_n]^{(3-n)+}$
Появление кроваво-красной окраски является надежным признаком присутствия ионов $Fe^{3+}$. Следовательно, это правильный вариант.

4) K₃[Fe(CN)₆]
Гексацианоферрат(III) калия ($K_3[Fe(CN)_6]$), или красная кровяная соль, является реактивом на ион железа(II), $Fe^{2+}$, а не на $Fe^{3+}$. При взаимодействии с ионами $Fe^{2+}$ образуется тёмно-синий осадок, известный как турнбулева синь.
$3Fe^{2+} + 2[Fe(CN)_6]^{3−} \rightarrow Fe_3[Fe(CN)_6]_2\downarrow$
С ионами $Fe^{3+}$ это вещество заметной реакции не даёт.

Ответ: 3) KNCS

10. К железным рудам не относят

1) красный железняк

2) железный колчедан

3) магнитный железняк

4) бурый железняк

Для того чтобы определить, какой из перечисленных минералов не является железной рудой, необходимо рассмотреть химический состав и промышленное применение каждого из них.

Решение

Железные руды — это природные минеральные образования, из которых экономически целесообразно извлекать железо в промышленных масштабах. Основными промышленными минералами железа являются его оксиды.

Рассмотрим варианты:

1. красный железняк — это минерал гематит, его химическая формула $Fe_2O_3$ (оксид железа(III)). Это одна из важнейших железных руд, с содержанием железа до 70%. Он является основным сырьем для мировой черной металлургии.

2. железный колчедан — это минерал пирит, или серный колчедан, с химической формулой $FeS_2$ (дисульфид железа(II)). Несмотря на то, что пирит содержит железо (около 46,6%), его не используют в качестве железной руды. Это связано с двумя основными причинами: во-первых, высокое содержание серы делает получаемое железо хрупким и низкокачественным; во-вторых, процесс удаления серы технологически сложен и экономически невыгоден. Пирит является главным сырьем для производства серной кислоты, а не железа.

3. магнитный железняк — это минерал магнетит, его формула $Fe_3O_4$ (оксид железа(II, III)). Это самая богатая по содержанию железа руда (до 72,4%). Благодаря сильным магнитным свойствам он легко обогащается. Является ценнейшим сырьем для металлургии.

4. бурый железняк — это собирательное название для группы гидратированных оксидов железа, в основном лимонита (формулу часто записывают как $FeO(OH)·nH_2O$). Он также является важной промышленной железной рудой, хотя и содержит меньше железа, чем гематит и магнетит.

Таким образом, из всех перечисленных вариантов только железный колчедан (пирит) не используется для промышленного получения железа и, следовательно, не относится к железным рудам в металлургическом смысле.

Ответ: 2) железный колчедан.

11. В схеме превращений

$Fe_2O_3 \xrightarrow{X} Fe(NO_3)_3 \xrightarrow{Y} Fe(NO_3)_2$

буквами Х и Y соответственно обозначены вещества, формулы которых

1) $FeO$

2) $Al(NO_3)_3$

3) $HNO_3$

4) $Fe$

5) $Mg(NO_3)_2$

Решение

Данная задача представляет собой цепочку химических превращений:

$Fe_2O_3 \xrightarrow{X} Fe(NO_3)_3 \xrightarrow{Y} Fe(NO_3)_2$

Необходимо последовательно определить вещества X и Y, используя предложенный список вариантов.

Определение вещества X (реакция $Fe_2O_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3$)

На первом этапе оксид железа(III) $Fe_2O_3$ превращается в нитрат железа(III) $Fe(NO_3)_3$. В ходе этой реакции степень окисления железа не изменяется и равна $+3$. Оксид железа(III) является основным оксидом, а нитрат железа(III) - солью. Для получения соли из основного оксида, как правило, используют соответствующую кислоту. В данном случае для образования нитрата необходима азотная кислота, $HNO_3$.

Уравнение химической реакции:

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

Из списка предложенных веществ, азотная кислота ($HNO_3$) соответствует варианту под номером 3. Таким образом, вещество X — это $HNO_3$.

Определение вещества Y (реакция $Fe(NO_3)_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2$)

На втором этапе нитрат железа(III) $Fe(NO_3)_3$ превращается в нитрат железа(II) $Fe(NO_3)_2$. В этой реакции степень окисления железа понижается с $+3$ до $+2$ ($Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+}$). Это процесс восстановления, следовательно, вещество Y должно быть восстановителем.

Проанализируем предложенные варианты:

- $FeO$, $Al(NO_3)_3$, $Mg(NO_3)_2$ не являются подходящими реагентами для этого процесса.

- $HNO_3$ является окислителем.

- $Fe$ (металлическое железо) со степенью окисления 0 является восстановителем и способно восстановить $Fe^{3+}$ до $Fe^{2+}$. Эта реакция является реакцией конпропорционирования.

Уравнение химической реакции:

$2Fe(NO_3)_3 + Fe \rightarrow 3Fe(NO_3)_2$

Из списка предложенных веществ, железо ($Fe$) соответствует варианту под номером 4. Таким образом, вещество Y — это $Fe$.

Ответ: Вещество X - это $HNO_3$ (3), вещество Y - это $Fe$ (4).