Страница 187 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

14. При электролизе 111 г расплавленного хлорида кальция было получено 30 г металла. Определите выход продукта реакции от теоретически возможного в процентах.

Дано:

$m(CaCl_2) = 111 \text{ г}$

$m_{практ}(Ca) = 30 \text{ г}$

Найти:

$\eta(Ca) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции электролиза расплавленного хлорида кальция. При электролизе солей активных металлов в расплаве на катоде восстанавливается металл, а на аноде окисляется анион:

$CaCl_2 \xrightarrow{электролиз} Ca + Cl_2 \uparrow$

2. Рассчитаем молярную массу хлорида кальция ($CaCl_2$). Атомная масса кальция $Ar(Ca) = 40$, атомная масса хлора $Ar(Cl) = 35.5$.

$M(CaCl_2) = Ar(Ca) + 2 \cdot Ar(Cl) = 40 + 2 \cdot 35.5 = 111 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества ($n$) хлорида кальция, которое подверглось электролизу:

$n(CaCl_2) = \frac{m(CaCl_2)}{M(CaCl_2)} = \frac{111 \text{ г}}{111 \text{ г/моль}} = 1 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, из 1 моль $CaCl_2$ образуется 1 моль $Ca$. Следовательно, теоретически возможное количество вещества кальция равно количеству вещества хлорида кальция:

$n_{теор}(Ca) = n(CaCl_2) = 1 \text{ моль}$

5. Вычислим теоретически возможную массу кальция ($m_{теор}$), которую можно получить. Молярная масса кальция $M(Ca) = 40 \text{ г/моль}$.

$m_{теор}(Ca) = n_{теор}(Ca) \cdot M(Ca) = 1 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 40 \text{ г}$

6. Теперь можно определить практический выход продукта ($\eta$) как отношение массы практически полученного вещества к массе, которая могла бы быть получена теоретически, выраженное в процентах.

$\eta = \frac{m_{практ}}{m_{теор}} \cdot 100\%$

$\eta(Ca) = \frac{m_{практ}(Ca)}{m_{теор}(Ca)} \cdot 100\% = \frac{30 \text{ г}}{40 \text{ г}} \cdot 100\% = 0.75 \cdot 100\% = 75\%$

Ответ: выход продукта реакции от теоретически возможного составляет 75%.

1. К биогенным элементам относят все элементы, представленные в ряду

1) $C$, $Cr$, $O$, $F$
2) $Mg$, $O$, $C$, $K$
3) $S$, $B$, $N$, $Br$
4) $O$, $Ne$, $Li$, $Na$

Решение

Биогенные элементы — это химические элементы, которые постоянно входят в состав живых организмов и выполняют определённые биологические функции. Их классифицируют на органогены (основа органических веществ: $C$, $H$, $O$, $N$), другие макроэлементы (например, $K$, $Ca$, $Mg$, $Na$, $S$, $P$, $Cl$) и микроэлементы (например, $Fe$, $Cu$, $Zn$, $F$, $Cr$, $B$, $Br$). Вопрос требует найти ряд, в котором все элементы являются биогенными.

Проанализируем предложенные варианты:

1) $C$, $Cr$, $O$, $F$

Углерод ($C$) и кислород ($O$) являются органогенами. Хром ($Cr$) и фтор ($F$) — важные микроэлементы. Все элементы в этом ряду относятся к биогенным.

2) $Mg$, $O$, $C$, $K$

Магний ($Mg$) и калий ($K$) — это макроэлементы. Кислород ($O$) и углерод ($C$) — органогены. Все четыре элемента являются жизненно важными и содержатся в организмах в значительных количествах. Все элементы в этом ряду являются биогенными.

3) $S$, $B$, $N$, $Br$

Сера ($S$) — макроэлемент, а азот ($N$) — органоген. Бор ($B$) и бром ($Br$) — микроэлементы. Все элементы в этом ряду также являются биогенными.

4) $O$, $Ne$, $Li$, $Na$

Кислород ($O$) и натрий ($Na$) — биогенные макроэлементы. Литий ($Li$) относят к биогенным ультрамикроэлементам. Однако неон ($Ne$) — это инертный газ, который не выполняет известных биологических функций и не считается биогенным элементом. Следовательно, этот ряд не является правильным.

Поскольку в вариантах 1, 2 и 3 все элементы являются биогенными, необходимо выбрать наиболее точный ответ. В подобных вопросах предпочтение отдается ряду, состоящему из наиболее фундаментальных и широко представленных в живых организмах элементов. Вариант 2 ($Mg$, $O$, $C$, $K$) содержит исключительно органогены и важнейшие макроэлементы, составляющие основу живой материи. В отличие от него, варианты 1 и 3 включают микроэлементы, которые требуются в значительно меньших количествах. Поэтому ряд 2 является наилучшим ответом.

Ответ: 2

2. В ряду химических элементов O — S — P уменьшается

1) атомный радиус

2) электроотрицательность

3) число энергетических уровней

4) восстановительная способность

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать положение химических элементов O (кислород), S (сера) и P (фосфор) в Периодической системе химических элементов и закономерности изменения их свойств.

• Кислород (O) — элемент 2-го периода, 16-й (VIA) группы.
• Сера (S) — элемент 3-го периода, 16-й (VIA) группы.
• Фосфор (P) — элемент 3-го периода, 15-й (VA) группы.

Рассмотрим изменение каждого из указанных свойств в ряду O → S → P.

1) атомный радиус

При переходе от кислорода к сере (O → S) мы движемся сверху вниз по одной группе. При этом увеличивается количество энергетических уровней (у O их 2, у S — 3), что приводит к увеличению атомного радиуса.

При переходе от серы к фосфору (S → P) мы движемся справа налево по одному периоду. В периоде при движении справа налево уменьшается заряд ядра (у S он +16, у P — +15) при одинаковом числе энергетических уровней, что ослабляет притяжение внешних электронов к ядру и ведет к увеличению атомного радиуса.

Таким образом, в ряду O → S → P атомный радиус последовательно увеличивается. Данный вариант не подходит.

Ответ: неверно.

2) электроотрицательность

Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны. Она уменьшается при движении по группе сверху вниз и по периоду справа налево.

При переходе от кислорода к сере (O → S) вниз по группе электроотрицательность уменьшается, так как увеличивается радиус атома и ослабевает связь валентных электронов с ядром. Кислород является одним из самых электроотрицательных элементов.

При переходе от серы к фосфору (S → P) влево по периоду электроотрицательность также уменьшается, так как уменьшается заряд ядра и ослабевают неметаллические свойства.

Следовательно, в ряду O → S → P электроотрицательность последовательно уменьшается. Данный вариант является верным.

Ответ: верно.

3) число энергетических уровней

Число энергетических уровней в атоме элемента определяется номером периода, в котором он находится.

Кислород (O) находится во 2-м периоде, у него 2 энергетических уровня.

Сера (S) и фосфор (P) находятся в 3-м периоде, у них по 3 энергетических уровня.

В ряду O → S → P число уровней сначала возрастает (с 2 до 3), а затем остается неизменным. Уменьшения не происходит. Данный вариант не подходит.

Ответ: неверно.

4) восстановительная способность

Восстановительная способность — это способность атома отдавать электроны. Она обратно связана с электроотрицательностью. Чем ниже электроотрицательность, тем выше восстановительная способность.

Поскольку в ряду O → S → P электроотрицательность последовательно уменьшается, то восстановительная способность, наоборот, последовательно увеличивается. Данный вариант не подходит.

Ответ: неверно.

Из анализа всех вариантов следует, что в ряду химических элементов O – S – P уменьшается электроотрицательность.

Ответ: 2

3. Аллотропные модификации образуют все элементы ряда

1) хлор, азот, кислород

2) сера, фосфор, аргон

3) сера, кремний, хлор

4) кислород, углерод, фосфор

Аллотропия — это способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ, которые называются аллотропными модификациями. Эти модификации отличаются друг от друга строением (например, числом атомов в молекуле или типом кристаллической решетки) и, как следствие, физическими и химическими свойствами.

Проанализируем каждый из предложенных рядов элементов на способность к образованию аллотропных модификаций.

1) хлор, азот, кислород
В этом ряду только кислород однозначно образует аллотропные модификации.

• Хлор (Cl) в стандартных условиях существует в виде двухатомных молекул $Cl_2$ и не образует других устойчивых аллотропных форм.
• Азот (N) в основном существует в виде очень прочной двухатомной молекулы $N_2$. Другие формы, такие как тетраазот ($N_4$), были получены лишь в экстремальных условиях и крайне нестабильны.
• Кислород (O) образует две хорошо известные аллотропные модификации: кислород ($O_2$), которым мы дышим, и озон ($O_3$).

2) сера, фосфор, аргон
В этом ряду аргон не образует аллотропных модификаций.

• Сера (S) известна большим количеством аллотропных модификаций, таких как ромбическая и моноклинная (обе состоят из молекул $S_8$), а также пластическая сера.
• Фосфор (P) также имеет несколько аллотропов: белый фосфор (молекулярная решетка, $P_4$), красный и черный фосфор (атомарные решетки).
• Аргон (Ar) — это благородный газ. Его атомы не соединяются друг с другом, поэтому он не может образовывать различные по строению простые вещества.

3) сера, кремний, хлор
В этом ряду хлор является исключением.

• Сера (S) и Кремний (Si) (имеющий кристаллический и аморфный аллотропы) образуют аллотропные модификации.
• Хлор (Cl), как было сказано ранее, аллотропов не образует.

4) кислород, углерод, фосфор
Все элементы в этом ряду образуют аллотропные модификации.

• Кислород (O) образует кислород ($O_2$) и озон ($O_3$).
• Углерод (C) — рекордсмен по числу аллотропов, среди которых алмаз, графит, графен, фуллерены, карбин и другие.
• Фосфор (P) образует белый, красный и черный аллотропы.

Ответ: 4

4. Железо может взаимодействовать с каждым из двух веществ:

1) бромом и гидроксидом магния

2) водой и сульфатом кальция

3) соляной кислотой и кислородом

4) хлоридом цинка и серной кислотой

Решение

Для ответа на вопрос необходимо последовательно рассмотреть химические свойства железа и его способность взаимодействовать с каждой парой предложенных веществ.

1) бромом и гидроксидом магния

Железо ($Fe$) — металл, который реагирует с сильными окислителями, такими как галогены. При нагревании железо взаимодействует с бромом ($Br_2$) с образованием бромида железа(III):

$2Fe + 3Br_2 \xrightarrow{t^\circ} 2FeBr_3$

Гидроксид магния ($Mg(OH)_2$) — это нерастворимое основание. Железо не реагирует с ним. Кроме того, в электрохимическом ряду активности металлов магний стоит левее железа, что означает, что железо менее активно и не может вытеснить магний из его соединений. Так как железо реагирует только с одним веществом из двух, этот вариант не подходит.

Ответ: Неверно.

2) водой и сульфатом кальция

Железо может реагировать с водой, но только при высокой температуре (в виде водяного пара). При этом образуется железная окалина ($Fe_3O_4$) и выделяется водород:

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$

Железо не может вытеснить кальций из его соли, сульфата кальция ($CaSO_4$), так как кальций — значительно более активный металл, чем железо. Так как железо не реагирует с сульфатом кальция, этот вариант не подходит.

Ответ: Неверно.

3) соляной кислотой и кислородом

Железо стоит в ряду активности металлов до водорода, поэтому оно реагирует с кислотами-неокислителями, такими как соляная кислота ($HCl$), с выделением водорода и образованием соли железа(II):

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Железо также легко взаимодействует с кислородом ($O_2$). Во влажном воздухе оно медленно окисляется (ржавеет), а при сильном нагревании горит, образуя железную окалину (смешанный оксид железа(II) и железа(III)):

$3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} Fe_3O_4$

Поскольку железо взаимодействует с обоими веществами, этот вариант является правильным.

Ответ: Верно.

4) хлоридом цинка и серной кислотой

Железо не взаимодействует с раствором хлорида цинка ($ZnCl_2$), так как цинк в ряду активности металлов стоит левее железа и является более активным металлом. Железо может реагировать с серной кислотой ($H_2SO_4$). С разбавленной кислотой реакция идет с выделением водорода:

$Fe + H_2SO_4 (разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

Так как железо не реагирует с хлоридом цинка, этот вариант не подходит.

Ответ: Неверно.

5. Свойства гидроксидов в ряду $NaOH$ — $Mg(OH)_2$ — $Al(OH)_3$ изменяются

1) от кислотных к амфотерным

2) от основных к амфотерным

3) от основных к кислотным

4) от кислотных к основным

Решение

Чтобы определить, как меняются свойства гидроксидов в ряду $NaOH \text{—} Mg(OH)_2 \text{—} Al(OH)_3$, необходимо проанализировать положение химических элементов (натрия, магния и алюминия) в Периодической системе Д.И. Менделеева и характер их гидроксидов.

Элементы Na, Mg и Al находятся в 3-м периоде. При движении по периоду слева направо радиус атомов уменьшается, электроотрицательность возрастает, а металлические свойства ослабевают. Это напрямую влияет на свойства их гидроксидов: основные свойства ослабевают, а кислотные усиливаются.

1. $NaOH$ (гидроксид натрия). Натрий (Na) — щелочной металл, находится в I группе. Его гидроксид является сильным основанием (щёлочью), проявляет ярко выраженные основные свойства.

2. $Mg(OH)_2$ (гидроксид магния). Магний (Mg) — элемент II группы. Его гидроксид — это основание, но оно слабее, чем $NaOH$, и нерастворимо в воде.

3. $Al(OH)_3$ (гидроксид алюминия). Алюминий (Al) — элемент III группы. Его гидроксид является амфотерным, то есть он способен вступать в реакции и с кислотами (проявляя себя как основание), и со щелочами (проявляя себя как кислота).

Таким образом, в указанном ряду происходит закономерное ослабление основных свойств и переход от типичного сильного основания через более слабое основание к амфотерному гидроксиду. Следовательно, свойства меняются от основных к амфотерным.

Ответ: 2) от основных к амфотерным

6. Хлор проявляет свойства окислителя в следующей схеме превращений:

1) $Cl^{+1} \rightarrow Cl^{+3}$

2) $Cl^{-1} \rightarrow Cl^{0}$

3) $Cl^{+3} \rightarrow Cl^{+5}$

4) $Cl^{0} \rightarrow Cl^{-1}$

Решение

Окислитель в ходе химической реакции принимает электроны, при этом его степень окисления понижается. Восстановитель, наоборот, отдает электроны, и его степень окисления повышается. Для того чтобы определить, в какой из предложенных схем хлор является окислителем, необходимо проанализировать изменение его степени окисления в каждом варианте.

1) $Cl^{+1} \rightarrow Cl^{+3}$

Степень окисления хлора повышается с $+1$ до $+3$. Это означает, что атом хлора отдает 2 электрона ($Cl^{+1} - 2e^{-} \rightarrow Cl^{+3}$). В данном процессе хлор является восстановителем.

2) $Cl^{-1} \rightarrow Cl^{0}$

Степень окисления хлора повышается с $-1$ до $0$. Это означает, что ион хлора отдает 1 электрон ($Cl^{-1} - 1e^{-} \rightarrow Cl^{0}$). В данном процессе хлор является восстановителем.

3) $Cl^{+3} \rightarrow Cl^{+5}$

Степень окисления хлора повышается с $+3$ до $+5$. Это означает, что атом хлора отдает 2 электрона ($Cl^{+3} - 2e^{-} \rightarrow Cl^{+5}$). В данном процессе хлор является восстановителем.

4) $Cl^{0} \rightarrow Cl^{-1}$

Степень окисления хлора понижается с $0$ до $-1$. Это означает, что атом хлора принимает 1 электрон ($Cl^{0} + 1e^{-} \rightarrow Cl^{-1}$). В данном процессе хлор является окислителем.

Таким образом, хлор проявляет свойства окислителя в схеме, где его степень окисления понижается.

Ответ: 4