Страница 178 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Восстановительные свойства элементов ослабевают в ряду

1) $Pb - Sn - Ge$

2) $Ba - Sr - Ca$

3) $Al - Mg - Na$

4) $Li - Be - B$

Решение

Восстановительные свойства — это способность атомов химических элементов отдавать валентные электроны. В Периодической системе Д.И. Менделеева эти свойства изменяются закономерно:

• В пределах одного периода при движении слева направо восстановительные свойства ослабевают. Это связано с увеличением заряда ядра атома и уменьшением его радиуса, что приводит к более сильному удержанию электронов.
• В пределах одной группы (главной подгруппы) при движении сверху вниз восстановительные свойства усиливаются. Это связано с увеличением числа электронных слоев и атомного радиуса, что ослабляет связь валентных электронов с ядром.

Таким образом, для ослабления восстановительных свойств элементы в ряду должны располагаться либо в одном периоде слева направо, либо в одной группе снизу вверх.

Проанализируем предложенные варианты:

1) Pb – Sn – Ge

Свинец (Pb), олово (Sn) и германий (Ge) — элементы 14-й группы (IVА подгруппы). Они расположены в 6-м, 5-м и 4-м периодах соответственно. Ряд Pb → Sn → Ge представляет собой движение по группе снизу вверх. Согласно общему правилу, восстановительные свойства должны ослабевать. Однако из-за "эффекта инертной пары", характерного для тяжелых элементов p-блока, реальная восстановительная способность в этом ряду (особенно при переходе от Pb к Sn) не ослабевает, а наоборот, усиливается. Таким образом, этот вариант неверен.

2) Ba – Sr – Ca

Барий (Ba), стронций (Sr) и кальций (Ca) — элементы 2-й группы (IIА подгруппы, щелочноземельные металлы). Они расположены в 6-м, 5-м и 4-м периодах соответственно. Ряд Ba → Sr → Ca представляет собой движение по группе снизу вверх. При таком движении атомный радиус уменьшается, а энергия ионизации и электроотрицательность возрастают. В результате способность отдавать электроны, то есть восстановительные свойства, последовательно и монотонно ослабевает. Этот ряд полностью соответствует условию.

3) Al – Mg – Na

Алюминий (Al), магний (Mg) и натрий (Na) — элементы 3-го периода. Они расположены в 13-й, 2-й и 1-й группах соответственно. Ряд Al → Mg → Na представляет собой движение по периоду справа налево. При таком движении восстановительные свойства усиливаются. Следовательно, этот вариант не подходит.

4) Li – Be – B

Литий (Li), бериллий (Be) и бор (B) — элементы 2-го периода. Ряд Li → Be → B представляет собой движение по периоду слева направо. Согласно общему правилу, восстановительные свойства в этом ряду ослабевают, что в целом верно (происходит переход от щелочного металла к металлоиду). Однако, если сравнивать с вариантом 2, данный ряд является менее однозначным примером, так как в нем наблюдаются аномалии в изменении некоторых связанных свойств (например, первая энергия ионизации у Be выше, чем у B). Ряд Ba – Sr – Ca является более "чистым", классическим примером.

Из всех вариантов ряд Ba – Sr – Ca наиболее точно и без исключений демонстрирует ослабление восстановительных свойств.

Ответ: 2

4. Водород не выделяется при взаимодействии

1) алюминия и гидроксида натрия

2) кальция и воды

3) меди и концентрированной серной кислоты

4) цинка и соляной кислоты

Решение

Для ответа на вопрос необходимо рассмотреть химические свойства предложенных веществ и проанализировать продукты их взаимодействия в каждом из вариантов.

1) алюминия и гидроксида натрия

Алюминий ($Al$) является амфотерным металлом, поэтому он способен реагировать как с кислотами, так и с растворами щелочей. При взаимодействии алюминия с водным раствором гидроксида натрия ($NaOH$) образуется комплексная соль (тетрагидроксоалюминат натрия) и выделяется газообразный водород ($H_2$). Уравнение реакции: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$. В этой реакции водород выделяется.

2) кальция и воды

Кальций ($Ca$) — это активный щелочноземельный металл, который находится в ряду электрохимической активности металлов до водорода. Он реагирует с водой ($H_2O$), вытесняя из неё водород и образуя гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Уравнение реакции: $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2\uparrow$. В этой реакции водород выделяется.

3) меди и концентрированной серной кислоты

Медь ($Cu$) — металл, стоящий в ряду активности после водорода. Это означает, что она не вытесняет водород из кислот-неокислителей. Однако медь реагирует с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$), которая является сильным окислителем. В этой окислительно-восстановительной реакции окислителем выступает атом серы ($S^{+6}$), а не ион водорода ($H^+$). Продуктами реакции являются сульфат меди(II) ($CuSO_4$), диоксид серы ($SO_2$) и вода ($H_2O$). Водород ($H_2$) в этой реакции не образуется. Уравнение реакции: $Cu + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$. В этой реакции водород не выделяется.

4) цинка и соляной кислоты

Цинк ($Zn$) — металл, стоящий в ряду активности до водорода. Он активно реагирует с соляной кислотой ($HCl$), вытесняя из нее водород с образованием соли — хлорида цинка ($ZnCl_2$). Уравнение реакции: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$. В этой реакции водород выделяется.

Таким образом, единственная реакция из предложенных, в которой не происходит выделения водорода, — это взаимодействие меди с концентрированной серной кислотой.

Ответ: 3.

5. Верны ли следующие суждения о свойствах металлов?

А. Железо не взаимодействует с фосфорной кислотой, поскольку образуется нерастворимый фосфат железа.

Б. Скорость реакции металла с неметаллом зависит только от активности металла.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Железо не взаимодействует с фосфорной кислотой, поскольку образуется нерастворимый фосфат железа.

Это суждение неверно. Железо (Fe) находится в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода, а значит, оно способно вытеснять водород из кислот-неокислителей, к которым относится и ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$). Реакция между железом и фосфорной кислотой протекает, особенно в разбавленном растворе, с образованием фосфата железа(II) и выделением водорода:

$3Fe + 2H_3PO_4 \rightarrow Fe_3(PO_4)_2 \downarrow + 3H_2 \uparrow$

Действительно, образующийся фосфат железа(II) $Fe_3(PO_4)_2$ является нерастворимым веществом. В концентрированной фосфорной кислоте эта нерастворимая пленка покрывает поверхность металла и препятствует его дальнейшему контакту с кислотой. Этот процесс называется пассивацией и он может значительно замедлить или практически остановить реакцию. Однако утверждать, что железо "не взаимодействует" в принципе, некорректно. Реакция начинается, но затем может прекратиться из-за пассивации. Таким образом, суждение А является ложным.

Б. Скорость реакции металла с неметаллом зависит только от активности металла.

Это суждение также неверно. Скорость химической реакции зависит от множества факторов, а не только от одного. Ключевые факторы, влияющие на скорость реакции металла с неметаллом:

• Природа реагентов: важна активность не только металла, но и неметалла. Например, натрий будет реагировать с фтором гораздо активнее, чем с серой.
• Температура: как правило, с повышением температуры скорость реакции увеличивается.
• Площадь поверхности соприкосновения реагентов: для гетерогенных реакций (твердый металл + газ/жидкость/твердый неметалл) скорость реакции выше, если металл находится в виде порошка, а не цельного куска.
• Давление (для газообразных неметаллов).
• Наличие катализатора.

Слово "только" делает это утверждение абсолютно неверным, так как оно игнорирует все остальные перечисленные факторы.

Поскольку оба суждения (А и Б) являются неверными, правильный вариант ответа — 4.

Ответ: 4) оба суждения неверны

6. Выберите формулу амфотерного гидроксида.

1) $Cu(OH)_2$

2) $Mg(OH)_2$

3) $Fe(OH)_2$

4) $Be(OH)_2$

Решение

Амфотерными называют гидроксиды, которые способны проявлять как основные, так и кислотные свойства, то есть реагировать и с кислотами, и со щелочами. Рассмотрим каждый из предложенных вариантов.

1) $Cu(OH)_2$ – гидроксид меди(II). Это слабое, нерастворимое в воде основание. Проявляет преимущественно основные свойства, реагируя с кислотами. Его кислотные свойства выражены очень слабо, поэтому его не относят к амфотерным гидроксидам.

2) $Mg(OH)_2$ – гидроксид магния. Это нерастворимое в воде основание. Он проявляет только основные свойства, реагируя с кислотами, но не реагируя со щелочами.

3) $Fe(OH)_2$ – гидроксид железа(II). Это типичное основание, которое легко вступает в реакции с кислотами. Кислотные свойства для него не характерны. Амфотерные свойства проявляет гидроксид железа(III) - $Fe(OH)_3$.

4) $Be(OH)_2$ – гидроксид бериллия. Является классическим примером амфотерного гидроксида. Он реагирует и с кислотами, и со щелочами.
Реакция с кислотой: $Be(OH)_2 + 2HCl \rightarrow BeCl_2 + 2H_2O$
Реакция со щелочью: $Be(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Be(OH)_4]$ (образуется комплексная соль - тетрагидроксобериллат натрия)

Следовательно, из перечисленных соединений амфотерным является гидроксид бериллия.

Ответ: 4

7. В одну стадию нельзя осуществить превращение

1) $Na_2O \rightarrow NaOH$

2) $K_2O \rightarrow K_2CO_3$

3) $MgO \rightarrow MgCl_2$

4) $CuO \rightarrow Cu(OH)_2$

Решение

Для того чтобы определить, какое из превращений нельзя осуществить в одну стадию, необходимо проанализировать химические свойства исходных и конечных веществ в каждой из предложенных цепочек.

1) $Na_2O \rightarrow NaOH$
Оксид натрия ($Na_2O$) является основным оксидом, соответствующим сильному основанию (щёлочи) — гидроксиду натрия. Оксиды щелочных металлов активно реагируют с водой, образуя соответствующий гидроксид. Эта реакция протекает в одну стадию:
$Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$
Следовательно, данное превращение возможно в одну стадию.

2) $K_2O \rightarrow K_2CO_3$
Оксид калия ($K_2O$) — это основный оксид. Основные оксиды способны реагировать с кислотными оксидами, образуя соли. Карбонат калия ($K_2CO_3$) является солью угольной кислоты, которой соответствует кислотный оксид углерода(IV) ($CO_2$). Реакция между ними протекает в одну стадию:
$K_2O + CO_2 \rightarrow K_2CO_3$
Следовательно, данное превращение возможно в одну стадию.

3) $MgO \rightarrow MgCl_2$
Оксид магния ($MgO$) — это основный оксид. Характерным свойством основных оксидов является их реакция с кислотами, в результате которой образуется соль и вода. Хлорид магния ($MgCl_2$) можно получить в одну стадию при реакции оксида магния с соляной кислотой ($HCl$):
$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$
Следовательно, данное превращение возможно в одну стадию.

4) $CuO \rightarrow Cu(OH)_2$
Оксид меди(II) ($CuO$) является основным оксидом, однако он нерастворим в воде и не реагирует с ней напрямую. Поэтому получить гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$), который также является нерастворимым веществом, прямой реакцией оксида с водой невозможно. Для осуществления этого превращения требуется как минимум две стадии:
1. Растворение оксида меди(II) в кислоте для получения растворимой соли меди, например, нитрата меди(II):
$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$
2. Осаждение гидроксида меди(II) из раствора соли действием щёлочи:
$Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + 2NaNO_3$
Таким образом, прямое превращение оксида меди(II) в гидроксид меди(II) в одну стадию осуществить нельзя.

Ответ: 4

8. В схеме превращений

$Fe(OH)_2 \rightarrow X \rightarrow Fe_2O_3$

веществу X соответствует формула

1) $Fe(OH)_3$

2) $FeO$

3) $FeSO_4$

4) $Fe_3O_4$

Решение

В представленной схеме превращений $Fe(OH)_2 \rightarrow X \rightarrow Fe_2O_3$ исходным веществом является гидроксид железа(II), а конечным продуктом — оксид железа(III). Степень окисления железа в исходном веществе равна +2, а в конечном +3. Это означает, что в ходе реакции происходит процесс окисления железа. Проанализируем предложенные варианты для вещества X.

1) $Fe(OH)_3$
Эта последовательность является наиболее вероятной и классической для химии соединений железа.
На первом этапе гидроксид железа(II) окисляется кислородом воздуха до гидроксида железа(III). Реакция протекает самопроизвольно в присутствии воды:
$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$
На втором этапе гидроксид железа(III) при нагревании разлагается с образованием оксида железа(III) и воды:
$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$
Оба превращения являются стандартными химическими реакциями.

2) $FeO$
Получение оксида железа(II) из гидроксида железа(II) возможно путем термического разложения, но требует отсутствия кислорода ($Fe(OH)_2 \xrightarrow{t} FeO + H_2O$). Последующее превращение $FeO$ в $Fe_2O_3$, наоборот, требует окисления кислородом. Такой путь менее вероятен, так как гидроксид железа(II) очень легко окисляется на воздухе до соединений железа(III).

3) $FeSO_4$
Для получения сульфата железа(II) из гидроксида железа(II) требуется реакция с серной кислотой. В таких схемах обычно не предполагается введение реагентов со сменой аниона, если это не указано дополнительно.

4) $Fe_3O_4$
Оксид железа(II, III) $Fe_3O_4$ является продуктом неполного окисления. Хотя его дальнейшее окисление до $Fe_2O_3$ возможно, образование $Fe(OH)_3$ в качестве промежуточного продукта является более простым и распространенным путем.

Таким образом, веществом X в данной схеме является гидроксид железа(III).

Ответ: 1