Страница 176 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Постоянную степень окисления $+2$ проявляют в соединениях металлы

1) $Fe$ и $Ca$

2) $Be$ и $Al$

3) $Ba$ и $Rb$

4) $Zn$ и $Mg$

Для того чтобы определить, какая пара металлов постоянно проявляет степень окисления +2, необходимо проанализировать положение каждого элемента в Периодической системе и его электронное строение.

1) Fe и Ca
Кальций (Ca) является щелочноземельным металлом, расположенным во 2-й группе. Все металлы 2-й группы в соединениях проявляют постоянную степень окисления +2.
Железо (Fe) — это переходный металл. Для него характерны переменные степени окисления, наиболее распространенными являются +2 и +3 (например, в оксидах $FeO$ и $Fe_2O_3$). Следовательно, железо не проявляет постоянную степень окисления +2. Данный вариант не является верным.

2) Be и Al
Бериллий (Be) — это щелочноземельный металл 2-й группы, который всегда проявляет степень окисления +2.
Алюминий (Al) — металл 13-й (IIIA) группы. Он имеет три валентных электрона и в соединениях проявляет постоянную степень окисления +3. Данный вариант не является верным.

3) Ba и Rb
Барий (Ba) — это щелочноземельный металл 2-й группы, его постоянная степень окисления в соединениях равна +2.
Рубидий (Rb) — это щелочной металл 1-й группы. Он имеет один валентный электрон и в соединениях всегда проявляет степень окисления +1. Данный вариант не является верным.

4) Zn и Mg
Магний (Mg) — это щелочноземельный металл 2-й группы, его постоянная степень окисления в соединениях равна +2.
Цинк (Zn) — металл побочной подгруппы 2-й группы (12-й группы). Несмотря на то что цинк относится к d-элементам, он имеет полностью заполненный d-подуровень и на внешнем энергетическом уровне 2 электрона ($...3d^{10}4s^2$). В химических реакциях он отдает эти два s-электрона, проявляя в соединениях постоянную и единственно устойчивую степень окисления +2. Таким образом, оба металла в этой паре всегда имеют степень окисления +2.

Ответ: 4

3. Наиболее ярко выражены восстановительные свойства у металла

1) $Mg$

2) $Al$

3) $Ba$

4) $Ca$

Решение

Восстановительные свойства металлов характеризуют их способность отдавать электроны в химических реакциях. Чем легче атом металла отдает свои валентные электроны, тем сильнее выражены его восстановительные (и металлические) свойства. Сила восстановительных свойств элемента определяется его положением в Периодической системе химических элементов.

Существуют следующие общие закономерности изменения восстановительных свойств в Периодической системе:

- В периодах (горизонтальных рядах) при движении слева направо восстановительные свойства ослабевают. Это связано с увеличением заряда ядра и уменьшением атомного радиуса, из-за чего внешние электроны притягиваются к ядру сильнее.

- В главных подгруппах (вертикальных столбцах) при движении сверху вниз восстановительные свойства усиливаются. Это происходит из-за увеличения числа электронных слоев (увеличения атомного радиуса), что приводит к ослаблению связи валентных электронов с ядром.

Проанализируем положение данных металлов в Периодической системе:

1) Mg (Магний) — элемент 3-го периода, II группы, главной подгруппы.

2) Al (Алюминий) — элемент 3-го периода, III группы, главной подгруппы.

3) Ba (Барий) — элемент 6-го периода, II группы, главной подгруппы.

4) Ca (Кальций) — элемент 4-го периода, II группы, главной подгруппы.

Сначала сравним элементы 3-го периода: Mg и Al. Магний находится левее алюминия, поэтому его восстановительные свойства сильнее, чем у алюминия.

Теперь сравним металлы II группы: Mg, Ca, Ba. Они расположены в группе сверху вниз в следующем порядке: Mg (период 3), Ca (период 4), Ba (период 6). Поскольку восстановительные свойства в группе усиливаются сверху вниз, самым сильным восстановителем среди них является барий (Ba).

Объединяя результаты сравнения, можно заключить, что барий обладает наиболее ярко выраженными восстановительными свойствами из всех предложенных металлов. Ряд по усилению восстановительных свойств выглядит так: Al < Mg < Ca < Ba.

Ответ: 3) Ba

4. В химическую реакцию не вступают вещества, формулы которых

1) $Fe$ и $Br_2$

2) $Al$ и $HNO_3$(конц.)

3) $Zn$ и $HCl$

4) $Ca$ и $H_2O$

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать возможность протекания химической реакции для каждой из предложенных пар веществ.

1) Fe и Br₂

Железо (Fe) является металлом, а бром (Br₂) — галогеном. Металлы, как правило, реагируют с галогенами при обычных условиях или небольшом нагревании, образуя соли — галогениды. Железо реагирует с бромом, образуя бромид железа(III), так как бром является достаточно сильным окислителем.

Уравнение химической реакции:

$2Fe + 3Br_2 \rightarrow 2FeBr_3$

Следовательно, эти вещества вступают в химическую реакцию.

Ответ: вещества вступают в реакцию.

2) Al и HNO₃(конц.)

Алюминий (Al) — активный металл, а концентрированная азотная кислота (HNO₃) — сильная кислота-окислитель. Однако, при контакте алюминия с концентрированной азотной кислотой на его поверхности образуется тонкая, но очень прочная оксидная пленка ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего взаимодействия с кислотой. Это явление называется пассивацией. По этой причине при обычных условиях (без нагревания) реакция между алюминием и концентрированной азотной кислотой не протекает. Стоит отметить, что железо (Fe) и хром (Cr) также пассивируются концентрированной азотной кислотой.

Таким образом, эти вещества не вступают в химическую реакцию при стандартных условиях.

Ответ: вещества не вступают в реакцию.

3) Zn и HCl

Цинк (Zn) — это металл, который в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит до водорода. Это означает, что он способен вытеснять водород из растворов кислот, не являющихся сильными окислителями (к таким относится соляная кислота, HCl). В результате реакции образуется соль (хлорид цинка) и выделяется газообразный водород.

Уравнение химической реакции:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Следовательно, эти вещества вступают в химическую реакцию.

Ответ: вещества вступают в реакцию.

4) Ca и H₂O

Кальций (Ca) — щелочноземельный металл, относящийся к активным металлам. Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) энергично реагируют с водой, даже при комнатной температуре, с образованием гидроксида металла и выделением водорода.

Уравнение химической реакции:

$Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

Следовательно, эти вещества вступают в химическую реакцию.

Ответ: вещества вступают в реакцию.

5. Верны ли следующие суждения о свойствах металлов?

А. Металлы в химических реакциях всегда проявляют восстановительные свойства.

Б. С водой при обычных условиях реагируют только щелочные металлы.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Проанализируем каждое из предложенных суждений, чтобы определить их истинность.

А. Металлы в химических реакциях всегда проявляют восстановительные свойства.

Данное утверждение является верным. Атомы металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне и, как следствие, низкой электроотрицательностью. В химических взаимодействиях они легко отдают свои валентные электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы). Процесс отдачи электронов называется окислением. Атом или ион, который отдает электроны, называется восстановителем. Так как металлы в виде простых веществ (со степенью окисления 0) в реакциях только отдают электроны, они всегда проявляют восстановительные свойства. Например, в реакции магния с кислородом: $2\text{Mg}^0 + \text{O}_2^0 \rightarrow 2\text{Mg}^{+2}\text{O}^{-2}$. Атом магния отдает два электрона, являясь восстановителем.

Б. С водой при обычных условиях реагируют только щелочные металлы.

Данное утверждение является неверным. Ключевое слово, делающее его ложным — «только». Щелочные металлы (элементы IА группы: Li, Na, K и т.д.) действительно очень активно реагируют с водой при обычных условиях (комнатная температура), образуя щелочь и водород: $2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2\uparrow$. Однако они не единственные. С водой при обычных условиях также реагируют и щелочноземельные металлы, начиная с кальция. Например, кальций реагирует с холодной водой, хотя и менее активно, чем натрий: $\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2\uparrow$. Поскольку есть и другие металлы, реагирующие с водой при н.у., утверждение неверно.

Таким образом, суждение А верно, а суждение Б — неверно. Это соответствует варианту ответа, в котором указано, что верно только А.

Ответ: 1

6. К щелочам не относят вещество, формула которого

1) $NaOH$

2) $KOH$

3) $Cu(OH)_2$

4) $Ba(OH)_2$

Решение:

Щелочами называют растворимые в воде основания. Чтобы определить, какое из предложенных веществ не относится к щелочам, необходимо проанализировать их свойство растворимости в воде. К щелочам относятся гидроксиды щелочных металлов (элементы IА группы, например, $Li$, $Na$, $K$) и щелочноземельных металлов (элементы IIА группы, начиная с кальция: $Ca$, $Sr$, $Ba$).

Рассмотрим каждое вещество из предложенных вариантов:

1) $NaOH$ (гидроксид натрия) — это гидроксид щелочного металла натрия. Он хорошо растворим в воде, поэтому является щелочью.

2) $KOH$ (гидроксид калия) — это гидроксид щелочного металла калия. Он также хорошо растворим в воде, поэтому является щелочью.

3) $Cu(OH)_2$ (гидроксид меди(II)) — это гидроксид переходного металла меди. Данное вещество является нерастворимым в воде основанием (выпадает в виде голубого осадка). Так как оно нерастворимо, оно не относится к щелочам.

4) $Ba(OH)_2$ (гидроксид бария) — это гидроксид щелочноземельного металла бария. Он растворим в воде, поэтому является щелочью.

Таким образом, единственное вещество из списка, которое не является щелочью, — это гидроксид меди(II).

Ответ: 3.

7. К амфотерным оксидам относят вещество, формула которого

1) $CuO$

2) $BaO$

3) $MgO$

4) $ZnO$

Решение

Амфотерными называют оксиды, которые проявляют двойственные химические свойства, то есть способны реагировать как с кислотами (проявляя себя как основания), так и со щелочами (проявляя себя как кислоты). К амфотерным оксидам, как правило, относят оксиды металлов со степенью окисления +3, +4, а также оксиды некоторых металлов со степенью окисления +2 (например, $ZnO$, $BeO$, $PbO$, $SnO$).

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1. CuO (оксид меди(II)) — это оснóвный оксид. Он реагирует с кислотами, образуя соль и воду (например, $CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$), но не вступает в реакцию со щелочами.

2. BaO (оксид бария) — оксид щелочноземельного металла, является типичным оснóвным оксидом. Он активно реагирует с кислотами ($BaO + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + H_2O$) и с водой ($BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$), но не реагирует с основаниями.

3. MgO (оксид магния) — также является оснóвным оксидом. Он реагирует с кислотами ($MgO + 2HNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$), но не с основаниями.

4. ZnO (оксид цинка) — является классическим примером амфотерного оксида. Он реагирует как с кислотами, так и со щелочами.

   • Реакция с кислотой (проявляет оснóвные свойства): $ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

   • Реакция со щелочью (проявляет кислотные свойства): $ZnO + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$ (в водном растворе образуется тетрагидроксоцинкат натрия).

Следовательно, к амфотерным оксидам из перечисленных относится оксид цинка.

Ответ: 4) ZnO

8. В схеме превращений

$\text{Cu} \rightarrow \text{X} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2$

веществу X соответствует формула

1) $\text{CuCl}$ 2) $\text{CuO}$ 3) $\text{Cu(NO}_3)_2$ 4) $\text{CuS}$

В данной задаче необходимо определить вещество X в цепочке химических превращений $Cu \rightarrow X \rightarrow Cu(OH)_2$. Для этого нужно найти такое соединение меди, которое можно получить из металлической меди и из которого, в свою очередь, можно получить гидроксид меди(II).

Конечный продукт, гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$, является нерастворимым в воде основанием. Наиболее распространенный способ его получения — это реакция осаждения из раствора какой-либо растворимой соли меди(II) при действии щелочи (например, $NaOH$ или $KOH$).

Проанализируем предложенные варианты на роль вещества X.

1) CuCl

Это хлорид меди(I), в котором медь имеет степень окисления +1. В конечном продукте, $Cu(OH)_2$, степень окисления меди равна +2. Превращение вещества со степенью окисления меди +1 в вещество со степенью окисления +2 требует окислительно-восстановительной реакции, что усложняет простую схему превращения $X \rightarrow Cu(OH)_2$. Поэтому данный вариант маловероятен.

2) CuO

Оксид меди(II) ($CuO$) можно легко получить из меди путем окисления на воздухе при нагревании: $2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$. Однако $CuO$ — это основной оксид, нерастворимый в воде. Он не реагирует с водой напрямую с образованием $Cu(OH)_2$. Чтобы получить гидроксид из оксида, требуется дополнительная стадия: сначала реакция с кислотой для получения соли ($CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$), а затем реакция полученной соли со щелочью. Это делает второе превращение в схеме непрямым.

3) Cu(NO_3)_2

Нитрат меди(II) ($Cu(NO_3)_2$) является хорошо растворимой в воде солью. Его можно получить, растворив медь в азотной кислоте: $Cu + 4HNO_3(конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$. Так как это растворимая соль меди(II), из неё можно легко получить гидроксид меди(II) в одну стадию, добавив раствор щелочи: $Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3$. Эта последовательность реакций является логичной и стандартной для препаративной химии.

4) CuS

Сульфид меди(II) ($CuS$) можно получить реакцией меди с серой. Однако $CuS$ — это очень нерастворимое соединение, которое не реагирует со щелочами. Его превращение в $Cu(OH)_2$ является сложной многостадийной задачей. Следовательно, этот вариант не подходит.

Таким образом, веществом X, которое наиболее логично вписывается в данную схему превращений, является нитрат меди(II), так как обе стадии ($Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2$ и $Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2$) представляют собой осуществимые и распространенные химические реакции.

Ответ: 3) $Cu(NO_3)_2$.

9. В свободном виде в природе встречается металл

1) $Al$ 2) $Ag$ 3) $Cr$ 4) $Mg$

Решение

Чтобы определить, какой из металлов встречается в природе в свободном (самородном) виде, необходимо проанализировать их химическую активность. Металлы с низкой химической активностью, которые неохотно вступают в реакции с другими веществами (например, с кислородом воздуха или водой), могут существовать в природе в виде самородков. Такие металлы называют благородными. Металлы с высокой активностью, наоборот, быстро реагируют с окружающей средой и встречаются только в виде соединений (минералов, руд).

Рассмотрим каждый из предложенных металлов:

1) Al (Алюминий) – это активный металл, расположенный в начале ряда активности. Он легко окисляется на воздухе, образуя прочную оксидную пленку. Из-за высокой химической активности алюминий в природе находится исключительно в виде соединений, таких как боксит ($Al_2O_3 \cdot nH_2O$) или корунд ($Al_2O_3$).

2) Ag (Серебро) – это малоактивный, благородный металл. В электрохимическом ряду напряжений металлов он стоит значительно правее водорода, что свидетельствует о его низкой реакционной способности. Благодаря этому серебро встречается в природе не только в составе соединений (например, сульфида серебра $Ag_2S$), но и в свободном, самородном виде.

3) Cr (Хром) – металл средней активности. Он более активен, чем серебро, и в природе существует только в связанном виде, в основном в составе минерала хромита (хромистого железняка), формула которого $Fe(CrO_2)_2$ или $FeO \cdot Cr_2O_3$.

4) Mg (Магний) – это очень активный щелочноземельный металл. Он бурно реагирует со многими веществами и в природе встречается только в виде соединений, например, в составе минералов магнезита ($MgCO_3$), доломита ($CaMg(CO_3)_2$) и в больших количествах в морской воде в виде ионов $Mg^{2+}$.

Следовательно, из представленного списка только серебро (Ag) встречается в природе в свободном виде.

Ответ: 2) Ag

10. Укажите промышленный способ восстановления хрома из руды.

1) гидролиз

2) алюминотермия

3) электрометаллургия

4) гидрометаллургия

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть основные промышленные способы получения металлов и выбрать тот, который наиболее характерен для восстановления хрома из его оксида, получаемого после переработки руды.

1) гидролиз

Гидролиз — это реакция обменного разложения веществ водой. Этот процесс не является восстановительным в металлургическом смысле и не применяется для получения металлов из их оксидов.

2) алюминотермия

Алюминотермия — это процесс восстановления металлов из их оксидов с помощью алюминия. Этот метод используется для получения металлов с высокой температурой плавления и прочными оксидами, к которым относится хром. Основной промышленный способ получения металлического хрома заключается в восстановлении оксида хрома(III) ($Cr_2O_3$) порошкообразным алюминием. Реакция является сильно экзотермической (протекает с выделением большого количества тепла):
$Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3$
Этот метод позволяет получить хром, не загрязненный углеродом, в отличие от восстановления коксом.

3) электрометаллургия

Электрометаллургия — это совокупность методов получения металлов с помощью электрической энергии. Она включает электролиз (для получения очень чистых металлов или активных металлов) и электротермию (плавка в электропечах). В промышленных масштабах в электродуговых печах получают в основном феррохром (сплав железа и хрома) путем восстановления хромитовой руды углеродом. Получение чистого хрома этим методом затруднено из-за образования карбидов. Поэтому алюминотермия является более предпочтительным методом именно для восстановления чистого хрома.

4) гидрометаллургия

Гидрометаллургия — это методы извлечения металлов из руд с помощью водных растворов реагентов (выщелачивание). Хотя стадии переработки хромовой руды могут включать гидрометаллургические процессы (например, для получения чистого оксида хрома из хромата натрия), сам финальный этап восстановления металла из оксида не является гидрометаллургическим.

Следовательно, основным промышленным способом восстановления хрома из его оксида является алюминотермия.

Ответ: 2