Страница 166 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Укажите вещество с ионной химической связью.

1) метан

2) сероводород

3) хлорид аммония

4) серная кислота

Решение:

Ионная химическая связь — это связь, которая образуется за счёт электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами. Как правило, она возникает между атомами типичных металлов и неметаллов. Особым случаем является образование ионной связи между сложным катионом (например, ионом аммония $NH_4^+$) и анионом. Проанализируем каждое из предложенных веществ.

1) метан
Химическая формула метана — $CH_4$. Это вещество состоит из атомов двух неметаллов: углерода (C) и водорода (H). Связи между этими атомами являются ковалентными полярными. В молекуле метана нет ионов, следовательно, ионная связь отсутствует.

2) сероводород
Химическая формула сероводорода — $H_2S$. Это вещество состоит из атомов двух неметаллов: серы (S) и водорода (H). Связи H–S являются ковалентными полярными. Ионная связь в сероводороде отсутствует.

3) хлорид аммония
Химическая формула хлорида аммония — $NH_4Cl$. Это соль, которая состоит из катиона аммония ($NH_4^+$) и хлорид-аниона ($Cl^-$). Между этими ионами действует электростатическое притяжение, которое и представляет собой ионную связь. Стоит отметить, что внутри самого катиона аммония связи между атомом азота и атомами водорода являются ковалентными полярными. Таким образом, в хлориде аммония присутствует ионная связь.

4) серная кислота
Химическая формула серной кислоты — $H_2SO_4$. Молекула этого вещества состоит из атомов неметаллов: водорода (H), серы (S) и кислорода (O). Все химические связи в молекуле серной кислоты (H–O и S–O) являются ковалентными полярными. Ионная связь отсутствует.

Сравнив все варианты, мы приходим к выводу, что веществом с ионной химической связью является хлорид аммония.
Ответ: 3) хлорид аммония.

4. К кислотным оксидам относят каждое из двух веществ, формулы которых

1) $P_2O_5$ и $N_2O$

2) $K_2O$ и $SO_2$

3) $SeO_2$ и $CO$

4) $CO_2$ и $SO_3$

Решение

Для решения этой задачи необходимо классифицировать оксиды в каждой паре. Кислотными оксидами называют оксиды, которые проявляют кислотные свойства. Как правило, это оксиды неметаллов (например, $CO_2, SO_3, P_2O_5$) или переходных металлов в высоких степенях окисления ($CrO_3, Mn_2O_7$). Кислотным оксидам соответствуют кислоты. Оксиды, образованные металлами (особенно щелочными и щелочноземельными), являются основными ($K_2O, CaO$). Некоторые оксиды неметаллов в низких степенях окисления, такие как $CO, NO, N_2O$, являются несолеобразующими (нейтральными). Проанализируем каждую предложенную пару:

1) $P_2O_5$ и $N_2O$

$P_2O_5$ (оксид фосфора(V)) — это типичный кислотный оксид, так как фосфор является неметаллом. Этому оксиду соответствует фосфорная кислота ($H_3PO_4$). В то же время, $N_2O$ (оксид азота(I)) — это несолеобразующий (нейтральный) оксид. Он не вступает в реакции с образованием солей ни с кислотами, ни с основаниями. Поскольку в паре только одно вещество является кислотным оксидом, этот вариант неверный.

2) $K_2O$ и $SO_2$

$K_2O$ (оксид калия) — это основный оксид, так как он образован щелочным металлом калием. Ему соответствует сильное основание — гидроксид калия ($KOH$). $SO_2$ (оксид серы(IV)) — это кислотный оксид, образованный неметаллом серой. Ему соответствует сернистая кислота ($H_2SO_3$). Поскольку в паре один оксид основный, а другой кислотный, этот вариант неверный.

3) $SeO_2$ и $CO$

$SeO_2$ (оксид селена(IV)) — это кислотный оксид. Селен — неметалл, аналог серы, и его оксиду соответствует селенистая кислота ($H_2SeO_3$). Однако $CO$ (оксид углерода(II), угарный газ) — это несолеобразующий (нейтральный) оксид. Поскольку в паре только один оксид является кислотным, этот вариант неверный.

4) $CO_2$ и $SO_3$

$CO_2$ (оксид углерода(IV), углекислый газ) — это кислотный оксид. Ему соответствует слабая угольная кислота ($H_2CO_3$). $SO_3$ (оксид серы(VI)) — это также кислотный оксид. Ему соответствует сильная серная кислота ($H_2SO_4$). Оба вещества в этой паре являются кислотными оксидами, поэтому этот вариант является правильным.

Ответ: 4

5. Сера взаимодействует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $Hg$ и $SiO_2$

2) $O_2$ и $NaCl$

3) $Cl_2$ и $Ca$

4) $H_2SO_4$ и $FeO$

Решение

Проанализируем взаимодействие серы ($S$) с каждой парой предложенных веществ. Сера является неметаллом и в химических реакциях может выступать как в роли окислителя (при взаимодействии с металлами и менее электроотрицательными неметаллами), так и в роли восстановителя (при взаимодействии с более электроотрицательными неметаллами, например, с кислородом и галогенами, а также со сложными веществами-окислителями).

1) Hg и SiO₂

Сера реагирует со ртутью ($Hg$) с образованием сульфида ртути(II): $S + Hg \rightarrow HgS$. Однако сера не взаимодействует с диоксидом кремния ($SiO_2$), так как $SiO_2$ является кислотным оксидом с очень прочной кристаллической решеткой и не реагирует с простыми веществами-неметаллами, такими как сера. Следовательно, эта пара не подходит.

Ответ: Неверно.

2) O₂ и NaCl

Сера реагирует с кислородом ($O_2$) при нагревании (горит), образуя оксид серы(IV): $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$. С хлоридом натрия ($NaCl$), солью сильного основания и сильной кислоты, сера не реагирует. Следовательно, эта пара не подходит.

Ответ: Неверно.

3) Cl₂ и Ca

Сера реагирует с хлором ($Cl_2$), который является более сильным окислителем, чем сера. В этой реакции сера выступает как восстановитель: $2S + Cl_2 \xrightarrow{t} S_2Cl_2$. Также сера реагирует с активным металлом кальцием ($Ca$) при нагревании, выступая в роли окислителя: $S + Ca \xrightarrow{t} CaS$. Поскольку сера реагирует с обоими веществами, эта пара является правильным ответом.

Ответ: Верно.

4) H₂SO₄ и FeO

Сера реагирует только с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$), являясь восстановителем: $S + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} 3SO_2 + 2H_2O$. С разбавленной кислотой реакции нет. С оксидом железа(II) ($FeO$), который является основным оксидом, сера не взаимодействует. Следовательно, эта пара не подходит.

Ответ: Неверно.

6. В изображённый на рисунке сосуд можно собрать каждый из двух газов, формулы которых

1) $H_2$ и $NH_3$

2) $N_2$ и $O_2$

3) $HCl$ и $O_2$

4) $CH_4$ и $NH_3$

Для решения этой задачи необходимо определить, какую пару газов можно собрать одним и тем же лабораторным способом. Способ собирания газа зависит от его физических свойств: плотности относительно воздуха и растворимости в воде.

• Собирание вытеснением воздуха: Этот метод применяется для газов, плотность которых заметно отличается от плотности воздуха.
  • Газы, которые легче воздуха, собирают в перевернутый сосуд (газоприемник), вытесняя из него воздух.
  • Газы, которые тяжелее воздуха, собирают в сосуд с отверстием вверх, так как они опускаются на дно и вытесняют воздух вверх.
• Собирание вытеснением воды: Этот метод подходит для газов, которые не растворяются или очень плохо растворяются в воде.

Чтобы сравнить плотности газов с плотностью воздуха, нужно сравнить их молярные массы. Средняя молярная масса воздуха составляет примерно $M_{возд} \approx 29$ г/моль. Газ легче воздуха, если его молярная масса меньше 29 г/моль, и тяжелее, если больше.

Рассчитаем молярные массы ($M$) всех газов, представленных в вариантах ответа:

• $M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2$ г/моль
• $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$ г/моль
• $M(N_2) = 2 \cdot 14 = 28$ г/моль
• $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32$ г/моль
• $M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5$ г/моль
• $M(CH_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16$ г/моль

Теперь проанализируем каждую пару газов:

Водород ($M(H_2) = 2$ г/моль) и аммиак ($M(NH_3) = 17$ г/моль) оба значительно легче воздуха ($M < 29$ г/моль). Следовательно, оба газа можно собрать методом вытеснения воздуха, направляя газ в перевернутый вверх дном сосуд. Аммиак хорошо растворим в воде, поэтому его нельзя собирать методом вытеснения воды.

Азот ($M(N_2) = 28$ г/моль) имеет молярную массу, очень близкую к молярной массе воздуха, поэтому его сбор вытеснением воздуха затруднителен. Кислород ($M(O_2) = 32$ г/моль) тяжелее воздуха и может быть собран в прямой сосуд. Так как для них требуются разные подходы при вытеснении воздуха, этот способ не является общим. Однако оба газа плохо растворимы в воде, поэтому их обоих можно собрать методом вытеснения воды.

Хлороводород ($M(HCl) = 36.5$ г/моль) и кислород ($M(O_2) = 32$ г/моль) оба тяжелее воздуха ($M > 29$ г/моль). Их можно собрать методом вытеснения воздуха, направляя газ в сосуд, стоящий дном вниз. Хлороводород очень хорошо растворяется в воде, поэтому метод вытеснения воды для него не подходит.

Метан ($M(CH_4) = 16$ г/моль) и аммиак ($M(NH_3) = 17$ г/моль) оба легче воздуха ($M < 29$ г/моль). Их обоих можно собрать методом вытеснения воздуха из перевернутого сосуда. Кроме того, их молярные массы очень близки, что делает условия их собирания практически идентичными.

Решение

Поскольку на рисунке (который отсутствует) изображен один сосуд, предполагается, что для обоих газов используется один и тот же метод сбора. Анализ показывает, что для пар 1, 3 и 4 подходит метод вытеснения воздуха, а для пары 2 — метод вытеснения воды. Это создает неоднозначность. Однако в задачах такого типа, при наличии нескольких формально подходящих вариантов, часто правильным является тот, в котором вещества обладают наиболее схожими свойствами.

Сравним пары, которые можно собирать вытеснением воздуха:

• В паре 1 ($H_2$ и $NH_3$) молярные массы (2 и 17 г/моль) сильно различаются.
• В паре 3 ($HCl$ и $O_2$) молярные массы (36.5 и 32 г/моль) довольно близки.
• В паре 4 ($CH_4$ и $NH_3$) молярные массы (16 и 17 г/моль) практически одинаковы.

Наибольшее сходство по плотности наблюдается в паре метан-аммиак. Оба газа легче воздуха и имеют почти одинаковую молярную массу, поэтому их можно собирать в абсолютно одинаковых условиях вытеснением воздуха из перевернутого сосуда. Это делает данный вариант наиболее вероятным ответом.

Ответ: 4

7. Верны ли следующие суждения об азотной кислоте?

А. Азотная кислота — сильный электролит.

Б. Азотная кислота способна реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов после водорода.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для того чтобы определить верность представленных суждений, необходимо рассмотреть каждое из них по отдельности.

А. Азотная кислота — сильный электролит.

Данное суждение является верным. Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Сила электролита определяется степенью его диссоциации. Азотная кислота ($HNO_3$) является одной из сильных неорганических кислот. В водном растворе она практически полностью диссоциирует на ионы водорода (протоны) $H^+$ и нитрат-ионы $NO_3^-$.

Уравнение диссоциации азотной кислоты в воде:

$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$

Так как диссоциация происходит практически на 100%, азотная кислота классифицируется как сильный электролит.

Б. Азотная кислота способна реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов после водорода.

Данное суждение также является верным. Особенностью азотной кислоты является то, что она является сильным окислителем за счет атома азота в степени окисления +5. В отличие от типичных кислот-неокислителей (например, $HCl$), которые реагируют только с металлами до водорода, азотная кислота вступает в реакцию с большинством металлов, включая и те, что стоят в ряду активности после водорода (например, медь $Cu$, серебро $Ag$, ртуть $Hg$). Исключение составляют лишь благородные металлы, такие как золото ($Au$) и платина ($Pt$).

При взаимодействии азотной кислоты с металлами, стоящими после водорода, выделение газообразного водорода ($H_2$) не происходит. Вместо этого атом азота восстанавливается до различных соединений, таких как $NO_2, NO, N_2O, N_2$ или $NH_4NO_3$, в зависимости от концентрации кислоты и активности металла.

Пример реакции меди (металл после водорода) с концентрированной азотной кислотой:

$Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Поскольку оба суждения А и Б верны, следует выбрать вариант ответа, в котором указано, что оба суждения верны.

Ответ: 3

8. Реактивом на карбонат-ион $CO_3^{2-}$ служит

1) гидроксид натрия

2) нитрат серебра

3) соляная кислота

4) хлорид кальция

Качественной (характерной) реакцией на карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) является его взаимодействие с сильными кислотами. В результате этой реакции образуется слабая и неустойчивая угольная кислота ($H_2CO_3$), которая тут же разлагается на воду и углекислый газ ($CO_2$). Выделение пузырьков газа (вскипание, шипение) является визуальным подтверждением присутствия карбонат-ионов в растворе.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) гидроксид натрия
Гидроксид натрия ($NaOH$) является сильным основанием (щелочью). При его добавлении к раствору, содержащему карбонат-ионы (например, к раствору карбоната натрия $Na_2CO_3$), видимых признаков реакции не будет.

2) нитрат серебра
Нитрат серебра ($AgNO_3$) реагирует с карбонат-ионами с образованием белого осадка карбоната серебра: $2Ag^+ + CO_3^{2-} \rightarrow Ag_2CO_3 \downarrow$. Однако эта реакция не является специфичной, так как ионы серебра $Ag^+$ образуют осадки со многими другими анионами (хлоридами, сульфитами, фосфатами), что может привести к неверному выводу.

3) соляная кислота
Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. Она вступает в реакцию с карбонат-ионами, что приводит к выделению углекислого газа. Это и есть качественная реакция на карбонат-ион.
Уравнение реакции в полном ионном виде (на примере карбоната натрия):
$2Na^+ + CO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + CO_2 \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение:
$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$
Наблюдаемое выделение газа является однозначным признаком присутствия карбонат-ионов.

4) хлорид кальция
Хлорид кальция ($CaCl_2$) также реагирует с карбонат-ионами, образуя белый осадок карбоната кальция: $Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow$. Подобно нитрату серебра, этот реагент не является полностью специфичным, так как ионы кальция $Ca^{2+}$ могут образовывать осадки и с другими анионами (например, сульфитами, фосфатами, силикатами).

Таким образом, наиболее надежным и общепринятым реактивом на карбонат-ион является сильная кислота, например, соляная кислота.

Ответ: 3) соляная кислота.

9. В схеме превращений

оксид серы(VI) $\to$ X $\to$ сульфат бария

вещество X — это

1) оксид бария

2) серная кислота

3) сульфид бария

4) оксид серы(IV)

Решение

В задаче представлена следующая схема химических превращений:

оксид серы(VI) → X → сульфат бария

Запишем эту схему с использованием химических формул. Оксид серы(VI) имеет формулу $SO_3$. Сульфат бария имеет формулу $BaSO_4$.

Схема превращений: $SO_3 \rightarrow X \rightarrow BaSO_4$.

Рассмотрим каждый этап превращения и проанализируем предложенные варианты ответа.

1. Первая стадия: $SO_3 \rightarrow X$

Оксид серы(VI), $SO_3$, является кислотным оксидом. Наиболее характерной реакцией для кислотных оксидов является их взаимодействие с водой с образованием соответствующей кислоты. В данном случае образуется серная кислота ($H_2SO_4$).

Уравнение реакции: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Таким образом, вещество X может быть серной кислотой. Этот вариант соответствует пункту 2).

2. Вторая стадия: $X \rightarrow BaSO_4$

Проверим, возможно ли получить сульфат бария ($BaSO_4$) из серной кислоты ($H_2SO_4$). Серная кислота является сильной кислотой и реагирует с основаниями, основными оксидами и солями с образованием сульфатов. Сульфат бария является нерастворимой солью, поэтому он легко образуется в виде осадка при реакции серной кислоты или ее растворимых солей с растворимыми соединениями бария.

Примеры реакций:

• С оксидом бария: $H_2SO_4 + BaO \rightarrow BaSO_4 \downarrow + H_2O$
• С гидроксидом бария: $H_2SO_4 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2H_2O$
• С солью бария (например, хлоридом бария): $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

Следовательно, превращение $H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4$ является возможным и широко используется в качественном анализе для обнаружения сульфат-ионов или ионов бария.

Анализ других вариантов:

• 1) оксид бария ($BaO$): Получить оксид бария из оксида серы(VI) в одну стадию невозможно.
• 3) сульфид бария ($BaS$): Для получения сульфида бария из оксида серы(VI) требуется реакция восстановления серы со степени окисления +6 до -2, что является сложным процессом, не укладывающимся в простую схему.
• 4) оксид серы(IV) ($SO_2$): Получение $SO_2$ из $SO_3$ является реакцией восстановления. Хотя это возможно, дальнейшее получение $BaSO_4$ из $SO_2$ требует окисления серы со степени +4 до +6. Путь через серную кислоту является более простым и логичным.

Таким образом, вещество X в данной схеме — это серная кислота.

Ответ: 2) серная кислота