Страница 152 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

4. С железом реагируют вещества, формулы которых

1) $HCl$, $CO_2$, $CO$

2) $Cl_2$, $CuCl_2$, $HCl$

3) $H_2$, $O_2$, $CaO$

4) $H_3PO_4$, $S$, $ZnSO_4$

Для того чтобы определить, какой из наборов веществ реагирует с железом, проанализируем каждый вариант.

1) HCl, CO₂, CO

Железо ($Fe$) — металл средней активности, стоящий в ряду напряжений до водорода. Оно реагирует с соляной кислотой ($HCl$) по реакции замещения: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$. Реакция с диоксидом углерода ($CO_2$) и оксидом углерода(II) ($CO$) возможна только при специфических условиях (высокая температура или высокое давление). В стандартных условиях эти реакции не протекают, поэтому данный вариант не является полностью корректным.

2) Cl₂, CuCl₂, HCl

- С хлором ($Cl_2$), который является сильным окислителем, железо реагирует при нагревании, образуя хлорид железа(III): $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$.
- С хлоридом меди(II) ($CuCl_2$) железо реагирует, так как является более активным металлом, чем медь, и вытесняет её из раствора соли: $Fe + CuCl_2 \rightarrow FeCl_2 + Cu \downarrow$.
- С соляной кислотой ($HCl$) железо реагирует с образованием хлорида железа(II) и водорода: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$.
Все вещества из этого списка реагируют с железом.

3) H₂, O₂, CaO

С кислородом ($O_2$) железо реагирует (ржавление во влажном воздухе или горение при высокой температуре). Однако с водородом ($H_2$) железо не реагирует. Также железо не реагирует с оксидом кальция ($CaO$), так как кальций — более активный металл. Следовательно, этот вариант не подходит.

4) H₃PO₄, S, ZnSO₄

Железо реагирует с ортофосфорной кислотой ($H_3PO_4$) и с серой ($S$) при нагревании ($Fe + S \xrightarrow{t} FeS$). Однако железо не реагирует с сульфатом цинка ($ZnSO_4$), так как цинк стоит в ряду активности металлов левее (является более активным металлом), и железо не может вытеснить его из соли. Этот вариант не подходит.

Таким образом, единственный вариант, где все перечисленные вещества вступают в химическую реакцию с железом, это вариант под номером 2.

Ответ: 2.

5. При растворении железной окалины в соляной кислоте образуются вещества, формулы которых

1) $FeCl_2$ и $H_2O$

2) $FeCl_3$ и $H_2O$

3) $FeCl_2$, $FeCl_3$ и $H_2O$

4) $Fe_2O_3$ и $H_2O$

Решение

Железная окалина, также известная как магнетит, имеет химическую формулу $Fe_3O_4$. Это смешанный оксид, который можно представить как соединение оксида железа(II) ($FeO$) и оксида железа(III) ($Fe_2O_3$).

Соляная кислота ($HCl$) является сильной кислотой и реагирует с оксидами металлов. Поскольку железная окалина содержит железо в двух разных степенях окисления (+2 и +3), она будет реагировать с соляной кислотой с образованием двух соответствующих солей и воды.

Реакция оксида железа(II) с соляной кислотой приводит к образованию хлорида железа(II) и воды:

$FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

Реакция оксида железа(III) с соляной кислотой приводит к образованию хлорида железа(III) и воды:

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

Суммируя эти две реакции, мы получаем общее уравнение взаимодействия железной окалины с соляной кислотой:

$Fe_3O_4 + 8HCl \rightarrow FeCl_2 + 2FeCl_3 + 4H_2O$

Таким образом, при растворении железной окалины в соляной кислоте образуются три вещества: хлорид железа(II) ($FeCl_2$), хлорид железа(III) ($FeCl_3$) и вода ($H_2O$).

Следовательно, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3) $FeCl_2$, $FeCl_3$ и $H_2O$

6. Степень окисления железа не изменяется в схеме превращений

1) $Fe(OH)_2$ → $Fe(OH)_3$ → $Fe_2O_3$

2) $Fe(OH)_3$ → $Fe_2O_3$ → $FeCl_3$

3) $Fe$ → $Fe(NO_3)_2$ → $Fe_2O_3$

4) $Fe(NO_3)_3$ → $Fe_2O_3$ → $Fe$

Для того чтобы определить, в какой из схем превращений степень окисления железа не изменяется, необходимо рассчитать степень окисления атома железа (Fe) в каждом из представленных соединений.

1) Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃

- В гидроксиде железа(II), $Fe(OH)₂$, гидроксогруппа (OH) имеет заряд -1. Поскольку в соединении две гидроксогруппы, их суммарный заряд равен -2. Для электронейтральности молекулы степень окисления железа должна быть +2 ($Fe^{+2}$).
- В гидроксиде железа(III), $Fe(OH)₃$, три гидроксогруппы создают суммарный заряд -3. Следовательно, степень окисления железа равна +3 ($Fe^{+3}$).
- В оксиде железа(III), $Fe₂O₃$, кислород имеет степень окисления -2. Суммарный заряд трех атомов кислорода равен -6. Этот заряд уравновешивается двумя атомами железа, поэтому степень окисления каждого атома железа равна +3 ($Fe^{+3}$).
В данной схеме степень окисления железа изменяется: $+2 \rightarrow +3 \rightarrow +3$.

2) Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → FeCl₃

- В гидроксиде железа(III), $Fe(OH)₃$, как было определено выше, степень окисления железа равна +3 ($Fe^{+3}$).
- В оксиде железа(III), $Fe₂O₃$, степень окисления железа также равна +3 ($Fe^{+3}$).
- В хлориде железа(III), $FeCl₃$, хлорид-ион (Cl⁻) имеет заряд -1. Три иона хлора создают суммарный заряд -3, значит степень окисления железа равна +3 ($Fe^{+3}$).
В данной схеме степень окисления железа не изменяется: $+3 \rightarrow +3 \rightarrow +3$.

3) Fe → Fe(NO₃)₂ → Fe₂O₃

- Железо ($Fe$) как простое вещество имеет степень окисления 0 ($Fe^{0}$).
- В нитрате железа(II), $Fe(NO₃)₂$, нитрат-ион ($NO₃⁻$) имеет заряд -1. Два нитрат-иона создают суммарный заряд -2, следовательно, степень окисления железа равна +2 ($Fe^{+2}$).
- В оксиде железа(III), $Fe₂O₃$, степень окисления железа равна +3 ($Fe^{+3}$).
В данной схеме степень окисления железа изменяется: $0 \rightarrow +2 \rightarrow +3$.

4) Fe(NO₃)₃ → Fe₂O₃ → Fe

- В нитрате железа(III), $Fe(NO₃)₃$, три нитрат-иона ($NO₃⁻$) создают суммарный заряд -3. Следовательно, степень окисления железа равна +3 ($Fe^{+3}$).
- В оксиде железа(III), $Fe₂O₃$, степень окисления железа также равна +3 ($Fe^{+3}$).
- Железо ($Fe$) как простое вещество имеет степень окисления 0 ($Fe^{0}$).
В данной схеме степень окисления железа изменяется: $+3 \rightarrow +3 \rightarrow 0$.

Таким образом, единственная схема, в которой степень окисления железа на всех этапах остается постоянной (+3), это схема под номером 2.

Ответ: 2

7. Сокращенному ионному уравнению $Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_{3}\downarrow$ соответствует взаимодействие веществ, формулы которых

1) $Fe_2(SO_4)_3$ и $Ba(OH)_2$

2) $FeCl_3$ и $NaOH$

3) $Fe_2S_3$ и $H_2O$

4) $Fe_2O_3$ и $H_2O$

Заданное сокращённое ионное уравнение $Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_3 \downarrow$ описывает реакцию, в которой ионы железа(III) и гидроксид-ионы соединяются, образуя нерастворимый осадок гидроксида железа(III). Чтобы найти соответствующую пару реагентов, необходимо проанализировать реакции для каждого из предложенных вариантов. Реакция должна удовлетворять следующим условиям:
1. Исходные вещества должны быть растворимыми электролитами, которые в водном растворе диссоциируют на ионы $Fe^{3+}$ и $OH^{-}$ соответственно.
2. Кроме осадка $Fe(OH)_3$, в ходе реакции не должны образовываться другие нерастворимые вещества, газы или слабые электролиты, иначе сокращённое ионное уравнение будет другим.

1) $Fe_2(SO_4)_3$ и $Ba(OH)_2$

Сульфат железа(III) ($Fe_2(SO_4)_3$) и гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) являются растворимыми соединениями. При их смешивании протекает реакция ионного обмена.
Запишем молекулярное уравнение:
$Fe_2(SO_4)_3 + 3Ba(OH)_2 \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3BaSO_4 \downarrow$
Как видно из уравнения, в результате реакции образуется два нерастворимых вещества: гидроксид железа(III) и сульфат бария ($BaSO_4$ также является осадком).
Полное ионное уравнение выглядит так:
$2Fe^{3+} + 3SO_4^{2-} + 3Ba^{2+} + 6OH^{-} \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3BaSO_4 \downarrow$
В этом случае нет ионов-наблюдателей, которые можно было бы сократить, так как все ионы участвуют в образовании осадков. Следовательно, этот вариант не соответствует заданному сокращённому ионному уравнению.

2) $FeCl_3$ и $NaOH$

Хлорид железа(III) ($FeCl_3$) и гидроксид натрия ($NaOH$) — сильные электролиты, хорошо растворимые в воде.
Молекулярное уравнение реакции:
$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
В результате образуется осадок гидроксида железа(III) и растворимая соль хлорид натрия ($NaCl$).
Полное ионное уравнение:
$Fe^{3+} + 3Cl^{-} + 3Na^{+} + 3OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3Na^{+} + 3Cl^{-}$
Ионы натрия ($Na^{+}$) и хлорид-ионы ($Cl^{-}$) присутствуют в левой и правой частях уравнения и не участвуют в реакции (ионы-наблюдатели). После их сокращения получаем сокращённое ионное уравнение:
$Fe^{3+} + 3OH^{-} = Fe(OH)_3 \downarrow$
Это уравнение полностью совпадает с заданным в условии.

3) $Fe_2S_3$ и $H_2O$

Сульфид железа(III) ($Fe_2S_3$) — вещество, которое нерастворимо в воде и подвергается полному необратимому гидролизу.
Реакция с водой:
$Fe_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow$
Это не реакция ионного обмена в растворе. Исходные вещества не являются растворимыми электролитами, поставляющими ионы $Fe^{3+}$ и $OH^{-}$. Следовательно, этот вариант не подходит.

4) $Fe_2O_3$ и $H_2O$

Оксид железа(III) ($Fe_2O_3$) является нерастворимым в воде оксидом и не вступает в реакцию с водой при обычных условиях.
$Fe_2O_3 + H_2O \rightarrow$ реакция не идет.
Следовательно, этот вариант не подходит.

Проанализировав все варианты, мы приходим к выводу, что только взаимодействие хлорида железа(III) и гидроксида натрия соответствует данному сокращённому ионному уравнению.

Ответ: 2

8. Взаимодействие оксида железа(III) с алюминием — это реак-

ция

1) замещения; экзотермическая

2) соединения; эндотермическая

3) разложения; экзотермическая

4) обмена; эндотермическая

Решение

Чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать химическую реакцию между оксидом железа(III) и алюминием по двум критериям: типу реакции и тепловому эффекту.

1. Определение типа реакции.

Составим уравнение реакции. Оксид железа(III) имеет химическую формулу $Fe_2O_3$, а алюминий — $Al$. В ряду активности металлов алюминий стоит левее железа, что означает, что он является более активным металлом. Следовательно, алюминий будет вытеснять (замещать) железо из его оксида. Продуктами этой реакции будут оксид алюминия ($Al_2O_3$) и металлическое железо ($Fe$).

Сбалансированное уравнение реакции:

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

В данной реакции атомы простого вещества (алюминий) вступают во взаимодействие со сложным веществом (оксид железа(III)) и замещают в нем атомы другого элемента (железа). Реакции такого типа классифицируются как реакции замещения.

2. Определение теплового эффекта.

Реакция взаимодействия оксида железа(III) с алюминием, также известная как алюминотермия или тернитная реакция, протекает с выделением очень большого количества теплоты. Реакции, которые сопровождаются выделением тепла во внешнюю среду, называются экзотермическими. Тепловой эффект ($+Q$) в уравнении экзотермической реакции является положительной величиной.

Таким образом, взаимодействие оксида железа(III) с алюминием — это реакция замещения, которая является экзотермической.

Сравнивая этот вывод с предложенными вариантами, мы можем заключить, что правильным является вариант 1.

Ответ: 1) замещения; экзотермическая

9. Реактивом на ионы $Fe^{3+}$ служит

1) хлорид бария

2) красная кровяная соль

3) роданид калия

4) нитрат серебра

Для определения качественного реактива на ионы железа $Fe^{3+}$ необходимо рассмотреть взаимодействие каждого из предложенных веществ с солями, содержащими данный катион.

1) хлорид бария

Хлорид бария ($BaCl_2$) используется как качественный реактив для определения сульфат-ионов ($SO_4^{2-}$). При взаимодействии с ними образуется характерный белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, нерастворимый в воде и кислотах. С ионами $Fe^{3+}$ хлорид бария не вступает в реакцию, сопровождающуюся видимыми изменениями. Таким образом, он не является реактивом на ионы $Fe^{3+}$.

2) красная кровяная соль

Красная кровяная соль, или гексацианоферрат(III) калия ($K_3[Fe(CN)_6]$), является качественным реактивом на ионы железа($II$) ($Fe^{2+}$). В результате реакции образуется тёмно-синий осадок, называемый турнбулевой синью. С ионами железа($III$) ($Fe^{3+}$) красная кровяная соль образует раствор коричневого цвета, что не является специфической и легко идентифицируемой качественной реакцией.

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

3) роданид калия

Роданид калия ($KSCN$) или другие растворимые роданиды являются специфическим и очень чувствительным реактивом на ионы железа($III$) ($Fe^{3+}$). При взаимодействии ионов $Fe^{3+}$ с роданид-ионами ($SCN^−$) образуются комплексные соединения различного состава, например $[Fe(SCN)(H_2O)_5]^{2+}$, которые придают раствору интенсивный кроваво-красный цвет. Эта реакция является классическим методом обнаружения ионов $Fe^{3+}$.

Уравнение реакции (упрощенное): $Fe^{3+} + 3SCN^- \rightarrow Fe(SCN)_3$

Ионное уравнение образования комплекса: $Fe^{3+} + nSCN^- \rightleftharpoons [Fe(SCN)_n]^{(3-n)+}$

Следовательно, роданид калия является искомым реактивом.

4) нитрат серебра

Нитрат серебра ($AgNO_3$) — это широко известный качественный реактив на галогенид-ионы (хлориды $Cl^-$, бромиды $Br^-$, иодиды $I^-$). С ними ионы серебра ($Ag^+$) образуют характерные творожистые осадки разного цвета (белый, бледно-жёлтый, жёлтый). С ионами $Fe^{3+}$ нитрат серебра не даёт специфической реакции.

Реакция на хлорид-ион: $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl \downarrow$

Таким образом, единственным веществом из списка, которое служит качественным реактивом на ионы $Fe^{3+}$, является роданид калия.

Ответ: 3) роданид калия

10. Состав бурого железняка отражает формула

1) $FeS_2$

2) $Fe_3O_4$

3) $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$

4) $Fe_2O_3$

Решение

Бурый железняк, также известный как лимонит, — это природная смесь гидроксидов железа(III) переменного состава. Его обобщенная химическая формула часто записывается в виде гидрата оксида железа(III): $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$. Проанализируем предложенные варианты, чтобы найти соответствующий состав.

1) $FeS_2$

Эта химическая формула соответствует минералу пириту, который также называют железным колчеданом. Пирит является сульфидом железа и не относится к бурым железнякам. Этот вариант неверный.

2) $Fe_3O_4$

Данная формула принадлежит магнетиту (магнитному железняку). Магнетит — это смешанный оксид железа(II, III) и не содержит в своем составе химически связанной воды. Следовательно, этот вариант неверный.

3) $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$

Эта формула представляет собой гидрат оксида железа(III), что полностью соответствует определению бурого железняка (лимонита). Число молекул воды $n$ в лимоните может варьироваться, и $n=2$ является одним из возможных представлений его состава. Этот вариант является правильным.

4) $Fe_2O_3$

Это формула гематита (красного железняка). Гематит — это безводный оксид железа(III). Бурый железняк отличается от гематита именно наличием гидратной воды. Следовательно, этот вариант неверный.

Таким образом, единственная формула из предложенных, которая отражает состав бурого железняка, — это $Fe_2O_3 \cdot 2H_2O$.

Ответ: 3