Страница 16 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. К окислительно-восстановительным относят реакцию, уравнение которой

1) $H_2 + CuO = Cu + H_2O$

2) $HCl + NaOH = NaCl + H_2O$

3) $CaO + CO_2 = CaCO_3$

4) $MgO + H_2SO_4 = H_2O + MgSO_4$

Окислительно-восстановительными (ОВР) называют реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов одного или нескольких элементов. Чтобы определить, какая из предложенных реакций является ОВР, необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов в каждом уравнении.

Проставим степени окисления для каждого элемента в реагентах и продуктах:
$\overset{0}{H_2} + \overset{+2}{Cu}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$
В этой реакции водород ($H$) изменяет свою степень окисления с 0 на +1. Это процесс окисления ($H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$). Водород является восстановителем.
Медь ($Cu$) изменяет свою степень окисления с +2 на 0. Это процесс восстановления ($Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$). Оксид меди(II) является окислителем.
Так как произошло изменение степеней окисления, эта реакция является окислительно-восстановительной.

Проставим степени окисления:
$\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl} + \overset{+1}{Na}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H} \rightarrow \overset{+1}{Na}\overset{-1}{Cl} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$
В ходе этой реакции ионного обмена (реакция нейтрализации) степени окисления всех элементов ($H^{+1}, Cl^{-1}, Na^{+1}, O^{-2}$) остаются без изменений. Реакция не является ОВР.

Проставим степени окисления:
$\overset{+2}{Ca}\overset{-2}{O} + \overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2} \rightarrow \overset{+2}{Ca}\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_3}$
Степени окисления всех элементов ($Ca^{+2}, O^{-2}, C^{+4}$) не изменяются. Это реакция соединения, которая не является окислительно-восстановительной.

Проставим степени окисления:
$\overset{+2}{Mg}\overset{-2}{O} + \overset{+1}{H_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} \rightarrow \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} + \overset{+2}{Mg}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4}$
В этой реакции обмена степени окисления всех элементов ($Mg^{+2}, O^{-2}, H^{+1}, S^{+6}$) также остаются постоянными. Следовательно, это не ОВР.

Проанализировав все четыре уравнения, мы приходим к выводу, что изменение степеней окисления происходит только в реакции под номером 1.

Ответ: 1.

9. Укажите коэффициент перед формулой восстановителя в окислительно-восстановительной реакции, схема которой

$Ag + HNO_3 \rightarrow AgNO_3 + NO + H_2O$

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

Дано:

Схема окислительно-восстановительной реакции:

$Ag + HNO_3 \rightarrow AgNO_3 + NO + H_2O$

Найти:

Коэффициент перед формулой восстановителя.

Решение:

Чтобы найти искомый коэффициент, необходимо уравнять данную окислительно-восстановительную реакцию. Для этого воспользуемся методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления элементов в каждом веществе до и после реакции:

$ \stackrel{0}{Ag} + \stackrel{+1}{H}\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3 \rightarrow \stackrel{+1}{Ag}\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3 + \stackrel{+2}{N}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{+1}{H}_2\stackrel{-2}{O} $

2. Выявим элементы, изменившие свою степень окисления, и определим окислитель и восстановитель.

Серебро ($Ag$) повышает степень окисления с 0 до +1 ($Ag^0 \rightarrow Ag^{+1}$), отдавая электроны. Следовательно, $Ag$ является восстановителем.

Азот ($N$) понижает степень окисления с +5 до +2 ($N^{+5} \rightarrow N^{+2}$), принимая электроны. Следовательно, азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем.

3. Составим полуреакции окисления и восстановления, чтобы найти баланс электронов.

$Ag^0 - 1e^- \rightarrow Ag^{+1}$ (окисление)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ (восстановление)

4. Чтобы число отданных электронов было равно числу принятых, находим наименьшее общее кратное для 1 и 3, которое равно 3. Умножаем первую полуреакцию на 3, а вторую — на 1.

$Ag^0 - 1e^- \rightarrow Ag^{+1} \quad | \times 3$
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} \quad | \times 1$

Множители 3 и 1 являются коэффициентами для восстановителя и окислителя соответственно.

5. Расставим полученные коэффициенты в уравнении реакции. Коэффициент 3 ставим перед $Ag$ (восстановитель) и перед продуктом его окисления $AgNO_3$. Коэффициент 1 (обычно не пишется) ставим перед продуктом восстановления $NO$.

$3Ag + HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + H_2O$

6. Теперь уравняем остальные атомы. Подсчитаем общее количество атомов азота в правой части: 3 атома в $3AgNO_3$ и 1 атом в $NO$, всего 4 атома. Значит, перед $HNO_3$ в левой части нужно поставить коэффициент 4.

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + H_2O$

7. Уравняем атомы водорода. В левой части 4 атома водорода в $4HNO_3$. Чтобы в правой части также было 4 атома водорода, ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$

8. Проверим правильность расстановки коэффициентов по числу атомов кислорода. В левой части: $4 \times 3 = 12$ атомов. В правой части: $(3 \times 3) + 1 + (2 \times 1) = 9 + 1 + 2 = 12$ атомов. Уравнение сбалансировано верно.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:

$3Ag + 4HNO_3 \rightarrow 3AgNO_3 + NO + 2H_2O$

Восстановителем является серебро ($Ag$), и коэффициент перед ним равен 3.

Ответ: 3

Тестовые задания с выбором двух правильных ответов и на установление соответствия

10. Выберите утверждения, справедливые для окислительно-восстановительных реакций.

1) Степени окисления атомов химических элементов в этих реакциях не изменяются.

2) К таким реакциям не относят реакции обмена.

3) В таких реакциях восстановитель всегда повышает свою степень окисления.

4) К таким реакциям относят все реакции разложения.

5) К таким реакциям относят все реакции соединения.

Решение

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это химические реакции, которые протекают с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Это происходит за счет передачи электронов от одного атома (восстановителя) к другому (окислителю). Проанализируем каждое утверждение.

1) Степени окисления атомов химических элементов в этих реакциях не изменяются.

Это утверждение неверно. Изменение степеней окисления является ключевым и обязательным признаком любой окислительно-восстановительной реакции. Реакции, в которых степени окисления не меняются, не относятся к ОВР.

2) К таким реакциям не относят реакции обмена.

Это утверждение верно. В классических реакциях обмена, таких как реакции нейтрализации или осаждения, происходит обмен ионами между сложными веществами, но степени окисления элементов, как правило, не изменяются. Например, в реакции $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$ степени окисления всех элементов ($Na^{+1}, O^{-2}, H^{+1}, Cl^{-1}$) остаются прежними. Поэтому реакции обмена в общем случае не являются окислительно-восстановительными.

3) В таких реакциях восстановитель всегда повышает свою степень окисления.

Это утверждение верно. Восстановитель — это вещество, которое отдает электроны. Процесс отдачи электронов называется окислением. Так как электрон несет отрицательный заряд, его отдача приводит к увеличению (повышению) степени окисления атома. Например, в реакции $2Na^0 + Cl_2^0 \rightarrow 2Na^{+1}Cl^{-1}$ натрий является восстановителем и повышает свою степень окисления с 0 до +1.

4) К таким реакциям относят все реакции разложения.

Это утверждение неверно. Существуют реакции разложения, которые не являются окислительно-восстановительными. Например, разложение гидроксидов или солей кислородсодержащих кислот, где степени окисления не меняются: $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$. В этой реакции степени окисления $Ca^{+2}, C^{+4}, O^{-2}$ сохраняются.

5) К таким реакциям относят все реакции соединения.

Это утверждение неверно. Реакции соединения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество, всегда являются ОВР. Однако существуют реакции соединения между сложными веществами, протекающие без изменения степеней окисления. Например, реакция кислотного оксида с водой: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$. Степени окисления $S^{+6}, O^{-2}, H^{+1}$ не изменяются.

Таким образом, верными являются утверждения 2 и 3.

Ответ: 23

11. Установите соответствие между характеристикой химической реакции и её уравнением.

ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ

УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ

А) реакция разложения, ОВР, каталитическая

Б) реакция замещения, ОВР, гетерогенная

В) реакция соединения, не ОВР, гетерогенная

1) $H_2O + BaO = Ba(OH)_2$

2) $2H_2O_2 = 2H_2O + O_2$

3) $2Na + S = Na_2S$

4) $2C + SiO_2 = Si + 2CO$

5) $Mg + H_2SO_4 = MgSO_4 + H_2$

Для установления соответствия проанализируем каждую характеристику и предложенные уравнения реакций.

А) реакция разложения, ОВР, каталитическая
1. Реакция разложения — это реакция, в которой из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ. Этому определению соответствует только уравнение 2, где пероксид водорода разлагается на воду и кислород.
2. ОВР (окислительно-восстановительная реакция) — это реакция, в ходе которой изменяются степени окисления атомов. В реакции $2H_2\overset{-1}{O}_2 = 2H_2\overset{-2}{O} + \overset{0}{O}_2$ кислород изменяет свою степень окисления с -1 на -2 (восстановление) и на 0 (окисление). Следовательно, это ОВР.
3. Каталитическая реакция — реакция, протекающая с участием катализатора. Разложение пероксида водорода является классическим примером каталитической реакции (например, в присутствии $MnO_2$).
Таким образом, характеристике А соответствует уравнение 2.
Ответ: 2

Б) реакция замещения, ОВР, гетерогенная
1. Реакция замещения — это реакция между простым и сложным веществом, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. Этому определению соответствуют уравнения 4 и 5.
2. ОВР. Проверим оба варианта.
В реакции 4: $2\overset{0}{C} + \overset{+4}{Si}O_2 = \overset{0}{Si} + 2\overset{+2}{C}O$. C и Si меняют степени окисления, это ОВР.
В реакции 5: $\overset{0}{Mg} + \overset{+1}{H}_2SO_4 = \overset{+2}{Mg}SO_4 + \overset{0}{H}_2$. Mg и H меняют степени окисления, это ОВР.
3. Гетерогенная реакция — реакция, в которой реагенты находятся в разных фазах (агрегатных состояниях).
В реакции 4 реагенты — твердые вещества (углерод $C_{(тв)}$ и диоксид кремния $SiO_{2(тв)}$). Реакция между двумя твердыми веществами является гетерогенной.
В реакции 5 реагенты — твердое вещество (магний $Mg_{(тв)}$) и водный раствор кислоты ($H_2SO_{4(р-р)}$). Реакция между твердым веществом и жидкостью также является гетерогенной.
Обе реакции (4 и 5) подходят под все критерии. Однако реакция металла с кислотой (5) является классическим, хрестоматийным примером реакции замещения. Поэтому выбираем ее.
Ответ: 5

В) реакция соединения, не ОВР, гетерогенная
1. Реакция соединения — это реакция, в которой из двух или более веществ образуется одно новое сложное вещество. Этому определению соответствуют уравнения 1 ($H_2O + BaO = Ba(OH)_2$) и 3 ($2Na + S = Na_2S$).
2. Не ОВР — реакция, протекающая без изменения степеней окисления.
В реакции 1: $\overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} + \overset{+2}{Ba}\overset{-2}{O} = \overset{+2}{Ba}(\overset{-2}{O}\overset{+1}{H})_2$. Степени окисления всех элементов сохраняются. Это не ОВР.
В реакции 3: $2\overset{0}{Na} + \overset{0}{S} = \overset{+1}{Na}_2\overset{-2}{S}$. Степени окисления натрия и серы изменяются. Это ОВР.
Следовательно, подходит только уравнение 1.
3. Гетерогенная реакция. В реакции 1 реагенты — вода ($H_2O$, жидкость) и оксид бария ($BaO$, твердое вещество). Так как реагенты находятся в разных агрегатных состояниях, реакция является гетерогенной.
Таким образом, характеристике В соответствует уравнение 1.
Ответ: 1

12. По термохимическому уравнению реакции между двумя оксидами

$\text{MgO(тв.)} + \text{CO}_2(\text{г.}) = \text{MgCO}_3(\text{тв.}) + 102 \text{ кДж}$

определите количество теплоты, которое выделится при участии в реакции 8 г оксида магния.

Дано:

Термохимическое уравнение: $MgO(тв.) + CO_2(г.) = MgCO_3(тв.) + 102\;кДж$

Масса оксида магния: $m(MgO) = 8\;г$

Найти:

Количество теплоты $Q$ — ?

Решение:

1. Из термохимического уравнения следует, что при реакции 1 моль оксида магния (MgO) выделяется 102 кДж теплоты.

2. Рассчитаем молярную массу оксида магния (MgO), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы Д.И. Менделеева: $Ar(Mg) = 24$, $Ar(O) = 16$.

$M(MgO) = Ar(Mg) + Ar(O) = 24 + 16 = 40\;г/моль$

3. Найдем количество вещества оксида магния (в молях), содержащееся в 8 г:

$n(MgO) = \frac{m(MgO)}{M(MgO)} = \frac{8\;г}{40\;г/моль} = 0.2\;моль$

4. Составим пропорцию, чтобы определить количество теплоты (Q), которое выделится при реакции 0,2 моль MgO.

При реакции 1 моль MgO — выделяется 102 кДж теплоты

При реакции 0,2 моль MgO — выделяется Q кДж теплоты

Отсюда:

$Q = \frac{0.2\;моль \cdot 102\;кДж}{1\;моль} = 20.4\;кДж$

Ответ: при участии в реакции 8 г оксида магния выделится 20,4 кДж теплоты.