Страница 171 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Помимо хлора, при электролизе водного раствора хлорида натрия также получают

1) хлороводород

2) водород

3) кислород

4) гидроксид натрия

5) натрий

Решение

При электролизе водного раствора хлорида натрия ($NaCl$) в растворе присутствуют ионы, образовавшиеся в результате диссоциации соли и воды:

$NaCl \leftrightarrow Na^+ + Cl^-$

$H_2O \leftrightarrow H^+ + OH^-$

Электролиз — это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании электрического тока через раствор.

На катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления. К катоду движутся катионы $Na^+$ и молекулы воды $H_2O$. Натрий — очень активный металл, стоящий в ряду электрохимических напряжений металлов значительно левее водорода. Поэтому в водном растворе вместо ионов натрия восстанавливаются молекулы воды:

Катод (K): $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Таким образом, на катоде выделяется газообразный водород ($H_2$). В прикатодной области накапливаются гидроксид-ионы ($OH^-$).

На аноде (положительно заряженном электроде) происходит процесс окисления. К аноду движутся анионы $Cl^-$ и $OH^-$. В соответствии с правилами электролиза, при наличии в растворе галогенид-ионов (кроме $F^-$), они окисляются в первую очередь, а не гидроксид-ионы.

Анод (A): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2 \uparrow$

На аноде выделяется газообразный хлор ($Cl_2$), что соответствует условию задачи.

В растворе остаются ионы натрия ($Na^+$), которые не участвовали в процессе на катоде, и образовавшиеся на катоде гидроксид-ионы ($OH^-$). Они образуют гидроксид натрия ($NaOH$).

Суммарное уравнение электролиза водного раствора хлорида натрия выглядит так:

$2NaCl(р-р) + 2H_2O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2NaOH(р-р) + H_2 \uparrow (на \ катоде) + Cl_2 \uparrow (на \ аноде)$

Таким образом, помимо хлора ($Cl_2$), продуктами электролиза также являются водород ($H_2$) и гидроксид натрия ($NaOH$). Этим продуктам соответствуют варианты ответов 2 и 4.

Ответ: 2, 4.

12. Установите соответствие между реагентами и продуктом реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $Mg + SiO_2 \to$

Б) $NaOH + SiO_2 \to$

В) $Mg + Si \to$

ПРОДУКТ РЕАКЦИИ

1) $Mg_2Si$

2) $Na_2SiO_3$

3) $Si$

4) $Na_4Si$

5) $H_2SiO_3$

А) Магний является активным металлом и сильным восстановителем. При высокой температуре он способен восстанавливать кремний из его оксида ($SiO_2$). Эта реакция относится к типу металлотермии. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2Mg + SiO_2 \xrightarrow{t} 2MgO + Si$

Одним из продуктов реакции является элементарный кремний ($Si$). Этот вариант соответствует номеру 3 в списке продуктов реакции.

Ответ: 3

Б) Гидроксид натрия ($NaOH$) является сильным основанием (щёлочью), а диоксид кремния ($SiO_2$) — кислотным оксидом. Кислотные оксиды реагируют со щелочами с образованием соли и воды. В данном случае образуется силикат натрия. Реакция протекает при сплавлении или в концентрированном растворе щёлочи при нагревании:

$2NaOH + SiO_2 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + H_2O$

Продукт реакции, силикат натрия ($Na_2SiO_3$), соответствует варианту номер 2.

Ответ: 2

В) Это реакция прямого соединения (синтеза) между активным металлом (магнием) и неметаллом (кремнием). При нагревании эти два простых вещества вступают в реакцию с образованием силицида магния:

$2Mg + Si \xrightarrow{t} Mg_2Si$

Продукт реакции, силицид магния ($Mg_2Si$), соответствует варианту номер 1.

Ответ: 1

13. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$C \rightarrow CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \rightarrow CO_2$

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо последовательно провести четыре химические реакции.

C → CO₂

Чтобы получить диоксид углерода (углекислый газ) из углерода, необходимо провести реакцию горения углерода в избытке кислорода. При недостатке кислорода будет образовываться угарный газ ($CO$), но для данной цепочки требуется именно диоксид.
Уравнение реакции:
$C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

Ответ: $C + O_2 \rightarrow CO_2$.

CO₂ → Na₂CO₃

Диоксид углерода является кислотным оксидом. Для получения из него соли (карбоната натрия) необходимо провести реакцию с основанием, содержащим натрий. Чаще всего для этого используют раствор гидроксида натрия (едкого натра).
Уравнение реакции:
$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

Ответ: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$.

Na₂CO₃ → CaCO₃

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — растворимая соль. Карбонат кальция ($CaCO_3$) — нерастворимое в воде вещество (выпадает в осадок). Для осуществления этого превращения необходимо провести реакцию ионного обмена, добавив к раствору карбоната натрия раствор какой-либо растворимой соли кальция, например, хлорида кальция ($CaCl_2$) или нитрата кальция ($Ca(NO_3)_2$).
Уравнение реакции:
$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$

Ответ: $Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$.

CaCO₃ → CO₂

Получить диоксид углерода из карбоната кальция можно двумя основными способами.
1. Термическое разложение (прокаливание) при высокой температуре. Этот процесс используется в промышленности для получения негашеной извести ($CaO$).
Уравнение реакции:
$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2 \uparrow$
2. Взаимодействие с сильной кислотой (сильнее угольной), например, с соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$).
Уравнение реакции:
$CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$
Оба варианта являются верными для осуществления данного превращения. В ответе приведем первый, как более простой по составу продуктов.

Ответ: $CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2 \uparrow$.

14. Определите объем углекислого газа, полученного при взаимодействии мрамора с 20%-ным раствором азотной кислоты массой 126 г.

Дано:

$m_{р-ра}(HNO_3) = 126 \text{ г}$

$\omega(HNO_3) = 20\% \text{ или } 0.20$

Найти:

$V(CO_2) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия мрамора (основной компонент - карбонат кальция $CaCO_3$) с азотной кислотой ($HNO_3$):

$CaCO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Поскольку в условии не указана масса мрамора, предполагается, что он находится в избытке, и азотная кислота реагирует полностью. Расчеты будем вести по азотной кислоте.

2. Вычислим массу чистой азотной кислоты, содержащейся в 126 г 20%-ного раствора:

$m(HNO_3) = m_{р-ра}(HNO_3) \cdot \omega(HNO_3)$

$m(HNO_3) = 126 \text{ г} \cdot 0.20 = 25.2 \text{ г}$

3. Определим количество вещества (число моль) азотной кислоты. Для этого сначала рассчитаем ее молярную массу:

$M(HNO_3) = M(H) + M(N) + 3 \cdot M(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{25.2 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 0.4 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции найдем количество вещества выделившегося углекислого газа ($CO_2$). Из стехиометрических коэффициентов видно, что на 2 моль азотной кислоты образуется 1 моль углекислого газа:

$\frac{n(HNO_3)}{2} = \frac{n(CO_2)}{1}$

$n(CO_2) = \frac{1}{2} n(HNO_3) = \frac{1}{2} \cdot 0.4 \text{ моль} = 0.2 \text{ моль}$

5. Рассчитаем объем углекислого газа при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем любого газа при н.у. составляет $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m$

$V(CO_2) = 0.2 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 4.48 \text{ л}$

Ответ: объем полученного углекислого газа равен 4,48 л.

1. В ряду химических элементов Na – Mg – Al увеличивается

1) атомный радиус

2) электроотрицательность

3) металлическая активность

4) число энергетических уровней

Рассмотрим изменение каждого из предложенных свойств для химических элементов в ряду $Na - Mg - Al$. Все эти элементы находятся в одном, третьем, периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Они расположены в порядке возрастания порядкового номера, а следовательно, и заряда ядра атома.

1) атомный радиус
В периоде при движении слева направо (с увеличением заряда ядра) количество электронных оболочек (энергетических уровней) у атомов не меняется. В данном случае у всех трех элементов их 3. Однако, из-за роста заряда ядра ($+11$ у $Na$, $+12$ у $Mg$, $+13$ у $Al$) притяжение валентных электронов к ядру усиливается. Это приводит к сжатию электронной оболочки, и атомный радиус уменьшается. Таким образом, это свойство в данном ряду уменьшается, а не увеличивается.

2) электроотрицательность
Электроотрицательность — это способность атома в соединении притягивать к себе электроны. В периоде слева направо с ростом заряда ядра и уменьшением атомного радиуса способность атома притягивать внешние электроны возрастает. Следовательно, в ряду $Na - Mg - Al$ электроотрицательность увеличивается.

3) металлическая активность
Металлическая активность (или восстановительные свойства) характеризуется способностью атома отдавать свои валентные электроны. Чем легче атом отдает электроны, тем он более активный металл. В периоде слева направо, как уже отмечалось, притяжение валентных электронов к ядру усиливается, поэтому отдавать их становится труднее. В результате металлическая активность в ряду $Na - Mg - Al$ ослабевает.

4) число энергетических уровней
Число энергетических уровней в атоме элемента определяется номером периода, в котором он находится. Так как натрий, магний и алюминий — элементы 3-го периода, атомы каждого из них имеют по 3 энергетических уровня. Это значение для данного ряда является постоянным и не увеличивается.

Таким образом, единственной характеристикой, которая увеличивается в ряду $Na - Mg - Al$, является электроотрицательность.

Ответ: 2