Страница 175 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. И магний, и натрий

1) имеют три электронных слоя в атомах

2) проявляют одинаковую степень окисления в соединениях

3) относятся к щелочным металлам

4) образуют основные оксиды и гидроксиды

5) образуют оксиды с общей формулой $Э_2О$

Проанализируем каждое утверждение, чтобы определить, какие из них верны и для магния ($Mg$), и для натрия ($Na$).

1) имеют три электронных слоя в атомах

Для определения количества электронных слоев (энергетических уровней) в атоме элемента необходимо посмотреть на номер периода, в котором он находится в Периодической системе химических элементов. Атом натрия ($Na$) имеет порядковый номер 11. Он расположен в 3-м периоде, I группе главной подгруппы. Электронная конфигурация его атома: $1s^22s^22p^63s^1$. Число занятых электронных слоев равно 3. Атом магния ($Mg$) имеет порядковый номер 12. Он расположен в 3-м периоде, II группе главной подгруппы. Электронная конфигурация его атома: $1s^22s^22p^63s^2$. Число занятых электронных слоев также равно 3. Таким образом, данное утверждение верно для обоих элементов.

Ответ: Верно.

2) проявляют одинаковую степень окисления в соединениях

Степень окисления элемента в соединениях, как правило, связана с его положением в Периодической системе (номером группы). Натрий ($Na$) — щелочной металл, находится в I группе. В своих соединениях он отдает один валентный электрон и проявляет постоянную степень окисления $+1$. Магний ($Mg$) — щелочноземельный металл, находится во II группе. В своих соединениях он отдает два валентных электрона и проявляет постоянную степень окисления $+2$. Степени окисления $+1$ и $+2$ не являются одинаковыми. Следовательно, утверждение неверно.

Ответ: Неверно.

3) относятся к щелочным металлам

Щелочные металлы — это элементы I группы главной подгруппы Периодической системы (кроме водорода). Натрий ($Na$) находится в I группе и является щелочным металлом. Магний ($Mg$) находится во II группе и относится к щелочноземельным металлам. Утверждение верно только для натрия, но не для магния, поэтому оно не является общим свойством для обоих элементов.

Ответ: Неверно.

4) образуют основные оксиды и гидроксиды

Типичные металлы, к которым относятся натрий и магний, образуют оксиды и гидроксиды с основными свойствами. Натрий образует оксид натрия $Na_2O$ и гидроксид натрия $NaOH$. Оксид натрия является основным оксидом, а гидроксид натрия — сильным основанием (щелочью). Магний образует оксид магния $MgO$ и гидроксид магния $Mg(OH)_2$. Оксид магния является основным оксидом, а гидроксид магния — основанием (хотя и малорастворимым и более слабым, чем $NaOH$, но проявляющим основные свойства). Оба элемента образуют соединения с основными свойствами. Таким образом, утверждение верно.

Ответ: Верно.

5) образуют оксиды с общей формулой Э₂O

Общая формула оксида зависит от степени окисления элемента (Э). В формуле $Э_2O$ кислород имеет степень окисления $-2$, следовательно, элемент Э должен иметь степень окисления $+1$. Степень окисления натрия ($Na$) равна $+1$, поэтому его оксид имеет формулу $Na_2O$, что соответствует общей формуле $Э_2O$. Степень окисления магния ($Mg$) равна $+2$, поэтому его оксид имеет формулу $MgO$, что не соответствует общей формуле $Э_2O$. Утверждение верно только для натрия, но не для магния.

Ответ: Неверно.

12. Установите соответствие между реагентами и изменением степени окисления металла в результате реакции между ними.

РЕАГЕНТЫ

A) $Mg + CO_2 \rightarrow$

Б) $Fe + HCl \rightarrow$

В) $CaO + CO_2 \rightarrow$

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛА

1) $0 \rightarrow +2$

2) не изменяется

3) $+2 \rightarrow 0$

4) $+2 \rightarrow +1$

5) $0 \rightarrow +3$

Решение

А) Mg + CO₂ →

Рассмотрим реакцию между магнием и углекислым газом. Магний является очень активным металлом и может восстанавливать углерод из углекислого газа, особенно при нагревании. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2\stackrel{0}{Mg} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} \rightarrow 2\stackrel{+2}{Mg}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{0}{C}$

В левой части уравнения магний ($Mg$) находится в виде простого вещества, поэтому его степень окисления равна 0. В правой части уравнения магний входит в состав оксида магния ($MgO$). Степень окисления кислорода в оксидах, как правило, равна -2, следовательно, чтобы молекула была электронейтральной, степень окисления магния должна быть +2. Таким образом, степень окисления металла (магния) изменяется с 0 на +2.

Это соответствует варианту ответа 1) $0 \rightarrow +2$.

Ответ: 1

Б) Fe + HCl →

Рассмотрим реакцию между железом и соляной кислотой. Железо стоит в ряду активности металлов до водорода, поэтому оно вытесняет водород из растворов кислот (неокислителей). При реакции с соляной кислотой железо окисляется до степени окисления +2.

$\stackrel{0}{Fe} + 2\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Fe}\stackrel{-1}{Cl_2} + \stackrel{0}{H_2}\uparrow$

В исходных веществах железо ($Fe$) является простым веществом, его степень окисления равна 0. В продуктах реакции образуется хлорид железа(II) ($FeCl_2$). В данном соединении хлор имеет степень окисления -1, значит, степень окисления железа равна +2. Следовательно, степень окисления металла (железа) изменяется с 0 на +2.

Это соответствует варианту ответа 1) $0 \rightarrow +2$.

Ответ: 1

В) CaO + CO₂ →

Рассмотрим реакцию между оксидом кальция и углекислым газом. Это реакция соединения между основным оксидом ($CaO$) и кислотным оксидом ($CO_2$), в результате которой образуется соль — карбонат кальция. Данная реакция не является окислительно-восстановительной.

$\stackrel{+2}{Ca}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} \rightarrow \stackrel{+2}{Ca}\stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_3}$

В левой части уравнения металл кальций ($Ca$) входит в состав оксида кальция ($CaO$). Степень окисления кислорода -2, значит, степень окисления кальция +2. В правой части уравнения кальций входит в состав карбоната кальция ($CaCO_3$). Карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) имеет заряд 2-, следовательно, степень окисления иона кальция равна +2. Таким образом, степень окисления металла (кальция) не изменяется.

Это соответствует варианту ответа 2) не изменяется.

Ответ: 2

13. Кузов автомобиля — конструкция из листовой стали. Сталь со временем окисляется под воздействием воды, кислорода, агрессивной дорожной среды, образуя ржавчину. Наиболее эффективным средством защиты кузова считается оцинковка — покрытие металла слоем цинка. Как работает эта защита?

Защита стального кузова автомобиля с помощью оцинковки является комбинированной и работает благодаря двум основным механизмам: барьерной и электрохимической защите.

Барьерная (механическая) защита заключается в том, что сплошной слой цинка физически изолирует сталь от контакта с агрессивной внешней средой, такой как вода, кислород и дорожные реагенты. Пока цинковое покрытие не повреждено, сталь под ним не подвергается коррозии, так как у коррозионных агентов нет к ней доступа.

Электрохимическая (протекторная) защита является наиболее важным аспектом и проявляется при нарушении целостности покрытия, например, при появлении царапин или сколов. В этом случае сталь (основной компонент которой — железо $Fe$) и цинк ($Zn$) в присутствии влаги (электролита) образуют гальваническую пару. В этой паре цинк выступает в роли более активного металла. Если посмотреть на стандартные электродные потенциалы, то у цинка он более отрицательный ($E^0_{Zn^{2+}/Zn} \approx -0.76$ В), чем у железа ($E^0_{Fe^{2+}/Fe} \approx -0.44$ В). Это означает, что в образовавшейся микробатарейке цинк будет анодом, а железо — катодом. В результате цинк будет окисляться (корродировать), отдавая свои электроны, а железо, принимая их, будет защищено от окисления.

Протекающие процессы можно описать следующими реакциями:

На аноде (цинк) происходит окисление:

$Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$

На катоде (железо) происходит восстановление кислорода, растворенного в воде:

$O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Таким образом, цинк "жертвует" собой, чтобы защитить сталь. Этот процесс называется протекторной или жертвенной защитой и продолжается до тех пор, пока вблизи повреждения присутствует цинковое покрытие.

Ответ: Цинковое покрытие защищает сталь от коррозии двумя способами. Во-первых, оно служит физическим барьером, предотвращая контакт стали с водой и кислородом. Во-вторых, если покрытие повреждено, цинк, будучи более химически активным металлом, чем железо, вступает в электрохимическую реакцию первым и разрушается сам, защищая сталь от ржавчины (это называется протекторной или жертвенной защитой).

14. Определите массу меди, которую можно получить при действии магния на 100 г 20%-ного раствора сульфата меди(II).

Дано:

масса раствора сульфата меди(I) $m_{р-ра}(Cu_2SO_4) = 100 \text{ г}$
массовая доля сульфата меди(I) $ω(Cu_2SO_4) = 20\% = 0.2$

Найти:

массу меди $m(Cu)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции. Магний является более активным металлом, чем медь, поэтому он вытесняет медь из раствора её соли. В данном случае из сульфата меди(I) ($Cu_2SO_4$) магний восстанавливает медь до металлического состояния. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
$Mg + Cu_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + 2Cu$

2. Рассчитаем массу чистого сульфата меди(I) в 100 г 20%-ного раствора. Для этого используем формулу для массовой доли вещества в растворе:
$m(вещества) = m(раствора) \cdot ω(вещества)$
$m(Cu_2SO_4) = 100 \text{ г} \cdot 0.2 = 20 \text{ г}$

3. Найдем молярные массы веществ, участвующих в расчете ($Cu_2SO_4$ и $Cu$), используя относительные атомные массы из Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (округляем до целых значений):
$Ar(Cu) = 64$; $Ar(S) = 32$; $Ar(O) = 16$.
$M(Cu_2SO_4) = 2 \cdot Ar(Cu) + Ar(S) + 4 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 64 + 32 + 4 \cdot 16 = 128 + 32 + 64 = 224 \text{ г/моль}$
$M(Cu) = Ar(Cu) = 64 \text{ г/моль}$

4. Рассчитаем количество вещества (число моль) сульфата меди(I), содержащегося в растворе:
$n = \frac{m}{M}$
$n(Cu_2SO_4) = \frac{20 \text{ г}}{224 \text{ г/моль}} = \frac{5}{56} \text{ моль}$

5. По уравнению реакции определим количество вещества меди, которое образуется в результате реакции. Согласно стехиометрическим коэффициентам, из 1 моль $Cu_2SO_4$ образуется 2 моль $Cu$. Таким образом, количество вещества меди будет в два раза больше количества вещества сульфата меди(I):
$\frac{n(Cu_2SO_4)}{1} = \frac{n(Cu)}{2}$
$n(Cu) = 2 \cdot n(Cu_2SO_4) = 2 \cdot \frac{5}{56} \text{ моль} = \frac{10}{56} \text{ моль} = \frac{5}{28} \text{ моль}$

6. Наконец, рассчитаем массу меди, которая выделится в ходе реакции:
$m(Cu) = n(Cu) \cdot M(Cu)$
$m(Cu) = \frac{5}{28} \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = \frac{5 \cdot 64}{28} \text{ г} = \frac{320}{28} \text{ г} = \frac{80}{7} \text{ г} \approx 11.43 \text{ г}$

Ответ: масса меди, которую можно получить, составляет примерно 11,43 г.

1. В ряду Mg – Ca – Sr химические элементы расположены в порядке

1) уменьшения атомного радиуса

2) увеличения числа электронов на внешнем электронном слое

3) ослабления металлических свойств

4) увеличения числа электронных слоёв

Рассмотрим ряд химических элементов: магний (Mg) — кальций (Ca) — стронций (Sr). Все эти элементы находятся во второй группе (главной подгруппе) Периодической системы химических элементов. Магний расположен в 3-м периоде, кальций — в 4-м, а стронций — в 5-м. Таким образом, в данном ряду элементы расположены в порядке увеличения их порядкового номера при движении по группе сверху вниз. Проанализируем, как изменяются свойства элементов в этом направлении, рассмотрев каждый из предложенных вариантов.

1) уменьшения атомного радиуса
При движении по группе сверху вниз увеличивается количество электронных слоёв (энергетических уровней) в атоме. Внешние электроны располагаются всё дальше от ядра, что приводит к увеличению атомного радиуса. Для данного ряда: $r(Mg) < r(Ca) < r(Sr)$. Следовательно, в ряду Mg — Ca — Sr атомный радиус увеличивается, а не уменьшается. Данное утверждение неверно.

2) увеличения числа электронов на внешнем электронном слое
Поскольку все три элемента (Mg, Ca, Sr) находятся в одной и той же, II группе главной подгруппы, они имеют одинаковое строение внешнего электронного слоя — $ns^2$. У каждого из этих атомов на внешнем слое находится по 2 электрона. Таким образом, число внешних электронов постоянно и не увеличивается. Данное утверждение неверно.

3) ослабления металлических свойств
Металлические свойства характеризуют способность атома отдавать валентные электроны. С увеличением атомного радиуса при движении по группе сверху вниз валентные электроны слабее притягиваются к ядру из-за большего расстояния и экранирующего эффекта внутренних электронных слоёв. Следовательно, их легче оторвать, и металлические (а также восстановительные) свойства усиливаются. В ряду Mg — Ca — Sr металлические свойства усиливаются. Данное утверждение неверно.

4) увеличения числа электронных слоёв
Номер периода в Периодической системе соответствует числу электронных слоёв (энергетических уровней) в атоме элемента.

• Магний (Mg) находится в 3-м периоде, следовательно, у него 3 электронных слоя.
• Кальций (Ca) находится в 4-м периоде, у него 4 электронных слоя.
• Стронций (Sr) находится в 5-м периоде, у него 5 электронных слоёв.

Ответ: 4