Страница 174 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Степень окисления $+3$ в соединениях может проявлять каждый из двух элементов:

1) Fe и Zn

2) Al и Fe

3) Ca и Al

4) Ga и Be

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать характерные степени окисления для каждого элемента в предложенных парах. Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что все связи являются ионными.

1) Fe и Zn

Железо (Fe) — это d-элемент (переходный металл), для которого характерны переменные степени окисления. Наиболее устойчивыми и распространенными являются +2 и +3. Степень окисления +3 железо проявляет, например, в оксиде железа(III) $Fe_2O_3$ или хлориде железа(III) $FeCl_3$.
Цинк (Zn) — элемент 12-й группы. В химических соединениях он всегда проявляет постоянную степень окисления +2, отдавая два электрона с внешней 4s-орбитали (например, в $ZnO$, $ZnCl_2$). Степень окисления +3 для цинка нехарактерна.
Вывод: данная пара не подходит, так как только железо может проявлять степень окисления +3.

2) Al и Fe

Алюминий (Al) — элемент 13-й группы (IIIA подгруппа). Как металл главной подгруппы III группы, он имеет 3 валентных электрона ($3s^23p^1$) и в подавляющем большинстве соединений проявляет постоянную степень окисления +3 (например, в $Al_2O_3$, $Al(OH)_3$).
Железо (Fe), как было рассмотрено выше, также может проявлять степень окисления +3.
Вывод: оба элемента в этой паре могут проявлять степень окисления +3. Эта пара является правильным ответом.

3) Ca и Al

Кальций (Ca) — щелочноземельный металл, элемент 2-й группы (IIA подгруппа). Он имеет 2 валентных электрона и во всех своих соединениях проявляет постоянную степень окисления +2 (например, в $CaO$, $CaCl_2$). Степень окисления +3 для кальция невозможна.
Алюминий (Al), как указано выше, имеет степень окисления +3.
Вывод: данная пара не подходит, так как только алюминий может проявлять степень окисления +3.

4) Ga и Be

Галлий (Ga) — элемент 13-й группы (IIIA подгруппа), расположен под алюминием. По аналогии с алюминием, для галлия характерна степень окисления +3 (например, в $Ga_2O_3$, $GaCl_3$).
Бериллий (Be) — элемент 2-й группы (IIA подгруппа). Как и все элементы этой группы, он проявляет в соединениях постоянную степень окисления +2 (например, в $BeO$, $BeCl_2$). Степень окисления +3 для него нехарактерна.
Вывод: данная пара не подходит, так как только галлий может проявлять степень окисления +3.

Проанализировав все варианты, мы приходим к заключению, что единственная пара, в которой оба элемента могут проявлять в соединениях степень окисления +3, это алюминий и железо.

Ответ: 2) Al и Fe.

3. Восстановительные свойства металлов ослабевают в ряду

1) $Al$, $Zn$, $Fe$

2) $Al$, $Na$, $K$

3) $Fe$, $Zn$, $Mg$

4) $Fe$, $Zn$, $Al$

Решение

Восстановительные свойства металлов — это их способность отдавать электроны в ходе химических реакций. Чем легче металл отдает электроны, тем он является более сильным восстановителем. Сила восстановительных свойств металлов определяется их положением в электрохимическом ряду активности металлов. В этом ряду металлы расположены в порядке ослабления их восстановительных свойств при движении слева направо.

Фрагмент электрохимического ряда активности металлов выглядит так:
... K → Na → Mg → Al → Zn → Fe → H → ...

Чтобы найти ряд, в котором восстановительные свойства ослабевают, нужно найти последовательность металлов, которая соответствует их расположению в ряду активности слева направо.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) Al, Zn, Fe
Алюминий (Al) в ряду активности стоит левее цинка (Zn), а цинк (Zn) — левее железа (Fe). Этот порядок соответствует движению слева направо по ряду активности, следовательно, восстановительные свойства в этом ряду ослабевают. Этот вариант правильный.

2) Al, Na, K
Положение в ряду активности: K → Na → Al. В предложенном ряду (Al, Na, K) порядок обратный, то есть восстановительные свойства усиливаются.

3) Fe, Zn, Mg
Положение в ряду активности: Mg → Zn → Fe. В предложенном ряду (Fe, Zn, Mg) порядок обратный, восстановительные свойства усиливаются.

4) Fe, Zn, Al
Положение в ряду активности: Al → Zn → Fe. В предложенном ряду (Fe, Zn, Al) порядок обратный, восстановительные свойства усиливаются.

Таким образом, единственный ряд, в котором восстановительные свойства металлов последовательно ослабевают, — это Al, Zn, Fe.

Ответ: 1

4. Железо не взаимодействует с веществом, формула которого

1) $AgNO_3$

2) $O_2$

3) $HCl$

4) $H_3PO_4$

Решение

Для того чтобы определить, с каким из предложенных веществ железо не взаимодействует, необходимо рассмотреть химические свойства железа и его возможные реакции с каждым веществом из списка.

Железо ($Fe$) является более активным металлом, чем серебро ($Ag$), так как в электрохимическом ряду активности металлов оно стоит левее. Поэтому железо способно вытеснять серебро из раствора его соли — нитрата серебра ($AgNO_3$). Происходит реакция замещения, в результате которой образуется нитрат железа(II) и металлическое серебро. Уравнение реакции: $Fe + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2Ag \downarrow$. Таким образом, железо взаимодействует с нитратом серебра.

Железо реагирует с кислородом ($O_2$). Во влажном воздухе при комнатной температуре протекает медленный процесс коррозии (ржавления). При нагревании железо активно сгорает в кислороде, образуя железную окалину (смешанный оксид железа(II, III)). Уравнение реакции: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t} Fe_3O_4$. Таким образом, железо взаимодействует с кислородом.

Железо ($Fe$) в ряду активности металлов расположено левее водорода ($H$). Это означает, что железо способно вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей, к которым относится соляная кислота ($HCl$). В результате реакции образуется хлорид железа(II) и выделяется газообразный водород. Уравнение реакции: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$. Таким образом, железо взаимодействует с соляной кислотой.

Взаимодействие железа с ортофосфорной кислотой ($H_3PO_4$) имеет свои особенности. Концентрированная ортофосфорная кислота пассивирует железо. Это явление заключается в образовании на поверхности металла тонкой, прочной и химически инертной плёнки фосфата железа, которая защищает металл от дальнейшего контакта и реакции с кислотой. Реакция с разбавленной ортофосфорной кислотой, являющейся кислотой средней силы, протекает крайне медленно. В контексте данного вопроса, где три других варианта предполагают активное взаимодействие, пассивация или очень медленная реакция с $H_3PO_4$ рассматривается как отсутствие взаимодействия. Таким образом, железо не вступает в реакцию с (концентрированной) ортофосфорной кислотой.

Ответ: 4) H₃PO₄

5. Верны ли следующие суждения о сплавах?

А. Сталь — это сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет от 0,2 до 2 %.

Б. Сплав меди с оловом называют латунью.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для определения правильного ответа проанализируем каждое суждение отдельно.

А. Сталь — это сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет от 0,2 до 2 %.

Это суждение является верным. Сталь по определению — это сплав железа с углеродом (и другими элементами). Массовая доля углерода в сталях обычно находится в диапазоне от 0,02 % до 2,14 %. Если содержание углерода выше 2,14 %, сплав называется чугуном. Диапазон, указанный в суждении (0,2 % – 2 %), полностью укладывается в определение стали.

Б. Сплав меди с оловом называют латунью.

Это суждение является неверным. Сплав меди с оловом в качестве основного легирующего компонента называется бронзой. Латунь — это сплав меди, где основным легирующим элементом является цинк.

Таким образом, верным является только суждение А. Следовательно, правильный вариант ответа — 1.

Ответ: 1

6. Укажите формулу основного оксида.

1) $Fe_2O_3$

2) $BeO$

3) $Al_2O_3$

4) $SrO$

Решение

Для определения характера оксида необходимо проанализировать положение элемента в периодической системе и его степень окисления. Основные оксиды образуют, как правило, металлы I и II групп (кроме бериллия), а также другие металлы в низких степенях окисления (+1, +2). Амфотерные оксиды образуют металлы, такие как $Be, Al, Zn, Cr(III), Fe(III)$. Кислотные оксиды образуют неметаллы и металлы в высоких степенях окисления (например, +5, +6, +7).

Рассмотрим каждый из предложенных оксидов:

1) $Fe_2O_3$ — оксид железа(III). В данном оксиде железо имеет степень окисления +3. Оксиды металлов в промежуточных степенях окисления (+3, +4) чаще всего являются амфотерными. $Fe_2O_3$ реагирует как с кислотами, так и со щелочами (при сплавлении), поэтому является амфотерным оксидом.

2) $BeO$ — оксид бериллия. Бериллий — металл второй группы, но его оксид и гидроксид являются исключениями и проявляют амфотерные свойства. $BeO$ реагирует и с кислотами, и со щелочами.

3) $Al_2O_3$ — оксид алюминия. Это классический пример амфотерного оксида. Он реагирует как с кислотами, так и со щелочами.

4) $SrO$ — оксид стронция. Стронций — щелочноземельный металл, находится во второй группе, пятом периоде. Оксиды щелочноземельных металлов (кроме $BeO$) являются основными. Оксид стронция реагирует с водой, образуя сильное основание $Sr(OH)_2$, и с кислотами, образуя соль и воду. Следовательно, $SrO$ — это основный оксид.

Таким образом, единственным основным оксидом в списке является оксид стронция.

Ответ: 4.

7. Взаимодействует и с кислотами, и с основаниями гидроксид

1) железа(II)

2) магния

3) лития

4) алюминия

Для ответа на этот вопрос необходимо определить, какой из перечисленных гидроксидов является амфотерным. Амфотерные гидроксиды — это соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять как основные, так и кислотные свойства, то есть реагировать и с кислотами, и с основаниями.

Решение

1) железа(II)
Гидроксид железа(II) $Fe(OH)_2$ является основанием. Он реагирует с кислотами, образуя соль и воду, но не реагирует со щелочами.
$Fe(OH)_2 + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + 2H_2O$
Этот вариант не является правильным.

2) магния
Гидроксид магния $Mg(OH)_2$ — это основание. Он, как и гидроксид железа(II), вступает в реакцию с кислотами, но не с основаниями.
$Mg(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + 2H_2O$
Этот вариант не является правильным.

3) лития
Гидроксид лития $LiOH$ — это сильное основание (щёлочь). Он реагирует с кислотами, но не взаимодействует с другими основаниями.
$LiOH + HNO_3 \rightarrow LiNO_3 + H_2O$
Этот вариант не является правильным.

4) алюминия
Гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ — это амфотерный гидроксид. Он способен реагировать как с кислотами, так и с сильными основаниями (щелочами).
При реакции с кислотой он ведёт себя как основание:
$Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$
При реакции со щелочью он ведёт себя как кислота:
$Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (образуется тетрагидроксоалюминат натрия)
Следовательно, этот вариант является правильным.

Ответ: 4) алюминия.

8. В схеме превращений

$Fe \rightarrow X \rightarrow Fe(OH)_3$

веществу $X$ соответствует формула

1) $FeO$

2) $Fe_2O_3$

3) $FeCl_3$

4) $FeCl_2$

Решение

Проанализируем заданную схему химических превращений: $Fe \rightarrow X \rightarrow Fe(OH)_3$.

Конечным продуктом в этой цепи является гидроксид железа(III) — $Fe(OH)_3$. В данном соединении железо проявляет степень окисления +3. Следовательно, промежуточное вещество X, из которого получают $Fe(OH)_3$, также должно быть соединением железа со степенью окисления +3.

Рассмотрим предложенные варианты для вещества X:

1) $FeO$ — оксид железа(II), степень окисления железа +2.
2) $Fe_2O_3$ — оксид железа(III), степень окисления железа +3.
3) $FeCl_3$ — хлорид железа(III), степень окисления железа +3.
4) $FeCl_2$ — хлорид железа(II), степень окисления железа +2.

Сразу можно исключить варианты 1 ($FeO$) и 4 ($FeCl_2$), так как они содержат железо в степени окисления +2, а для получения $Fe(OH)_3$ необходимо соединение с железом в степени окисления +3.

Теперь выберем между вариантами 2 ($Fe_2O_3$) и 3 ($FeCl_3$). Для этого рассмотрим обе стадии превращения.

Если X — это $FeCl_3$:

1. Переход $Fe \rightarrow FeCl_3$. Эта реакция возможна при взаимодействии железа с сильным окислителем хлором:
$2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

2. Переход $FeCl_3 \rightarrow Fe(OH)_3$. Эта реакция легко осуществима, так как $FeCl_3$ — растворимая соль. При добавлении к её раствору щёлочи (например, $NaOH$) выпадает бурый осадок гидроксида железа(III):
$FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

Эта цепочка превращений логична и осуществима в одну стадию на каждом шаге.

Если X — это $Fe_2O_3$:

1. Переход $Fe \rightarrow Fe_2O_3$. Реакция возможна при сгорании железа в кислороде:
$4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3$

2. Переход $Fe_2O_3 \rightarrow Fe(OH)_3$. Оксид железа(III) нерастворим в воде и не реагирует с ней напрямую с образованием гидроксида. Для осуществления этого превращения необходимо сначала перевести оксид в растворимую соль (например, с помощью кислоты: $Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$), а затем уже из соли получить гидроксид. Это делает данный переход непрямым, что не соответствует схеме.

Таким образом, наиболее подходящим веществом для X является хлорид железа(III).

Ответ: 3) $FeCl_3$

9. Только в виде соединений в природе встречается

1) серебро

2) медь

3) кальций

4) ртуть

Решение

Вопрос заключается в том, чтобы определить, какой из перечисленных химических элементов встречается в природе исключительно в виде химических соединений, а не в самородном (чистом) виде. Способность элемента встречаться в самородном виде напрямую связана с его химической активностью: чем менее активен металл, тем больше вероятность найти его в природе в чистом виде. Активные металлы, наоборот, легко вступают в реакции с другими элементами (особенно с кислородом, серой, галогенами) и существуют в виде устойчивых соединений (оксидов, сульфидов, карбонатов и т.д.).

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) серебро

Серебро ($Ag$) — это малоактивный, благородный металл. Оно находится в конце электрохимического ряда напряжений металлов. Благодаря своей низкой химической активности серебро встречается в природе как в самородном виде (самородное серебро), так и в виде соединений, например, в составе минерала аргентита ($Ag_2S$). Поскольку серебро встречается в самородном виде, этот вариант не является правильным.

2) медь

Медь ($Cu$) — также относительно малоактивный металл, стоящий в ряду напряжений после водорода. Медь известна человечеству с древних времен именно потому, что ее можно найти в самородном виде. Крупные самородки меди не являются редкостью. Наряду с этим, медь широко распространена в виде соединений, таких как халькопирит ($CuFeS_2$), халькозин ($Cu_2S$) и малахит ($Cu_2CO_3(OH)_2$). Так как медь встречается в чистом виде, этот вариант тоже не подходит.

3) кальций

Кальций ($Ca$) — это щелочноземельный металл, который относится к очень активным металлам. Он расположен в начале электрохимического ряда напряжений. Из-за своей высокой химической активности кальций мгновенно реагирует с кислородом и влагой воздуха, а также с большинством неметаллов. Поэтому в природе он никогда не встречается в свободном, металлическом состоянии. Кальций существует только в виде соединений. Он является одним из самых распространенных элементов в земной коре и входит в состав сотен минералов, таких как известняк, мрамор, мел (карбонат кальция, $CaCO_3$), гипс (сульфат кальция, $CaSO_4 \cdot 2H_2O$) и апатит (фосфат кальция). Этот вариант является правильным ответом.

4) ртуть

Ртуть ($Hg$) — это малоактивный металл. Хотя ее основная руда — киноварь (сульфид ртути(II), $HgS$), ртуть также встречается в природе в самородном виде в виде мелких капель в породах. Это один из немногих металлов, который может находиться в самородном состоянии. Следовательно, этот вариант не является правильным.

Таким образом, из всех перечисленных элементов только кальций из-за своей высокой химической активности встречается в природе исключительно в форме соединений.

Ответ: 3) кальций

10. Щелочные металлы получают

1) восстановлением из оксидов водородом

2) электролизом расплавов их солей

3) электролизом растворов их солей

4) гидрометаллургическим способом

Щелочные металлы (элементы IA-группы, такие как литий, натрий, калий) являются самыми химически активными металлами. Их стандартные электродные потенциалы очень низкие, что означает, что они являются сильными восстановителями, а их катионы ($Li^+$, $Na^+$, $K^+$) восстанавливаются с большим трудом. Рассмотрим предложенные способы их получения.

1) восстановлением из оксидов водородом
Этот метод не подходит для получения щелочных металлов. Щелочные металлы гораздо активнее водорода и стоят в ряду активности металлов значительно левее него. Водород может восстанавливать только оксиды металлов, которые являются менее активными (например, меди, свинца, железа). Реакция вида $Na_2O + H_2 \rightarrow 2Na + H_2O$ самопроизвольно не протекает. Наоборот, щелочные металлы способны вытеснять водород из многих его соединений, например, из воды.

2) электролизом расплавов их солей
Это основной промышленный способ получения щелочных металлов. Из-за их высочайшей химической активности для их восстановления из соединений требуется очень сильное воздействие, которое обеспечивает электрический ток. Электролиз проводят именно для расплавов солей (чаще всего хлоридов или гидроксидов), чтобы в системе отсутствовала вода, которая восстанавливается значительно легче, чем катионы щелочных металлов. Например, получение металлического натрия осуществляется электролизом расплава хлорида натрия (с добавками для понижения температуры плавления):
На катоде (–): $Na^+ + e^- \rightarrow Na$
На аноде (+): $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2$
Суммарное уравнение процесса: $2NaCl \xrightarrow{\text{электролиз}} 2Na + Cl_2$
Этот метод является правильным.

3) электролизом растворов их солей
Этот способ не позволяет получить щелочные металлы. При электролизе водных растворов солей щелочных металлов на катоде будет восстанавливаться не катион металла, а молекулы воды, так как стандартный электродный потенциал восстановления воды ($E^\circ(H_2O/H_2) = -0,83$ В при pH=7) значительно выше (менее отрицательный), чем потенциал восстановления катиона щелочного металла (например, $E^\circ(Na^+/Na) = -2,71$ В). Таким образом, на катоде будет выделяться водород:
$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$
В результате такого электролиза получают не металл, а соответствующую щелочь (например, NaOH) и водород.

4) гидрометаллургическим способом
Гидрометаллургический способ, как правило, включает стадию вытеснения (цементации) целевого металла из раствора его соли другим, более активным металлом. Поскольку щелочные металлы являются самыми активными из всех металлов, не существует другого металла, который мог бы вытеснить их из раствора. Следовательно, этот способ для их получения неприменим.

Таким образом, единственный промышленно применимый и теоретически верный способ получения щелочных металлов из предложенных вариантов — это электролиз расплавов их солей.

Ответ: 2