Страница 36 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Верны ли следующие суждения об электролитах?

А. Электролитами являются кислоты, основания, соли, оксиды.

Б. Слабые электролиты диссоциируют обратимо.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

А. Электролитами являются кислоты, основания, соли, оксиды.

Электролиты — это вещества, которые в растворах или расплавах диссоциируют на ионы и поэтому проводят электрический ток. К электролитам относятся практически все растворимые соли, а также многие кислоты и основания. Однако утверждение, что все оксиды являются электролитами, неверно. Большинство оксидов (например, $CO_2$, $SO_2$, $SiO_2$, $P_2O_5$) являются неэлектролитами. Некоторые оксиды металлов (например, $Na_2O$) при взаимодействии с водой образуют основания (в данном случае $NaOH$), которые являются сильными электролитами, но сам оксид в твердом состоянии не является электролитом. Следовательно, данное утверждение неверно.

Ответ: утверждение неверно.

Б. Слабые электролиты диссоциируют обратимо.

Электролиты делятся на сильные и слабые по степени их диссоциации. Сильные электролиты в растворах диссоциируют практически полностью, и этот процесс считается необратимым (например, $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$). Слабые электролиты диссоциируют лишь частично. В их растворах устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами. Этот процесс является обратимым, что в уравнениях реакции обозначается знаком обратимости ($ \rightleftharpoons $). Например, диссоциация угольной кислоты: $H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$. Таким образом, данное утверждение верно.

Ответ: утверждение верно.

Поскольку утверждение А неверно, а утверждение Б верно, правильным является вариант ответа 2.

Ответ: 2

3. Катионы алюминия образуются при электролитической диссоциации вещества, формула которого

Электролитическая диссоциация — это процесс распада вещества (электролита) на ионы при его растворении или плавлении. Катионы — это положительно заряженные ионы. В данном вопросе требуется определить, какое из предложенных веществ при диссоциации в водном растворе образует катион алюминия $Al^{3+}$. Проанализируем каждый вариант.

1) $NaAlO_2$
Метаалюминат натрия является солью. При диссоциации в воде он распадается на катион натрия ($Na^+$) и сложный анион — метаалюминат-ион ($AlO_2^-$). Атом алюминия в данном случае входит в состав отрицательно заряженного иона, а не образует самостоятельный катион.
Уравнение диссоциации: $NaAlO_2 \rightleftharpoons Na^+ + AlO_2^-$

2) $Al(OH)_3$
Гидроксид алюминия — это амфотерное основание. Он практически нерастворим в воде и является очень слабым электролитом. Его диссоциация крайне незначительна, поэтому он не может служить источником заметной концентрации катионов алюминия в растворе.

3) $AlCl_3$
Хлорид алюминия — это соль, образованная сильной кислотой (соляной, $HCl$) и слабым основанием (гидроксидом алюминия, $Al(OH)_3$). Это вещество хорошо растворимо в воде и является сильным электролитом, то есть практически полностью диссоциирует на ионы. В результате диссоциации образуются катионы алюминия $Al^{3+}$ и хлорид-анионы $Cl^{-}$.
Уравнение диссоциации: $AlCl_3 \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^-$

4) $Al_2O_3$
Оксид алюминия — соединение с прочной кристаллической решеткой, нерастворимое в воде. Он не подвергается электролитической диссоциации в водных растворах.

Исходя из анализа, только хлорид алюминия ($AlCl_3$) при диссоциации образует катионы алюминия $Al^{3+}$.

Ответ: 3

4. Карбонат-ионы образуются при электролитической диссоциации вещества, формула которого

1) $CuCO_3$

2) $Na_2CO_3$

3) $CO_2$

4) $Al_4C_3$

Решение

Электролитическая диссоциация — это процесс распада вещества-электролита на ионы при его растворении или плавлении. Карбонат-ион — это сложный анион с формулой $CO_3^{2-}$. Для ответа на вопрос необходимо определить, какое из предложенных веществ является растворимым электролитом, содержащим в своем составе карбонат-ионы.

1) $CuCO_3$
Карбонат меди(II) ($CuCO_3$) — это соль. Однако, согласно таблице растворимости, она является нерастворимой в воде. Поскольку вещество практически не растворяется, оно не может диссоциировать на ионы в водном растворе в значительной степени.

2) $Na_2CO_3$
Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — это соль щелочного металла, которая хорошо растворима в воде. Будучи сильным электролитом, при растворении она полностью диссоциирует на ионы натрия ($Na^{+}$) и карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$). Уравнение диссоциации:
$Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^{+} + CO_3^{2-}$
Таким образом, при диссоциации карбоната натрия образуются карбонат-ионы.

3) $CO_2$
Диоксид углерода, или углекислый газ ($CO_2$), является ковалентным соединением (кислотным оксидом), а не солью. Он не содержит в своей структуре карбонат-ионов и не диссоциирует на них. При растворении в воде $CO_2$ образует слабую угольную кислоту ($H_2CO_3$), которая лишь в незначительной степени диссоциирует на ионы.

4) $Al_4C_3$
Карбид алюминия ($Al_4C_3$) — это бинарное соединение, состоящее из алюминия и углерода. В его составе нет кислорода и, соответственно, нет карбонат-ионов ($CO_3^{2-}$). При контакте с водой он подвергается полному необратимому гидролизу с образованием гидроксида алюминия и метана.

Следовательно, единственным веществом, которое при электролитической диссоциации образует карбонат-ионы, является карбонат натрия.

Ответ: 2

5. Из предложенных вариантов выберите название сложного аниона.

1) ион аммония

2) фосфат-ион

3) сульфид-ион

4) хлорид-ион

Для того чтобы выбрать правильный вариант, необходимо проанализировать каждый предложенный ион на соответствие двум критериям: он должен быть сложным и являться анионом.

• Сложный ион (или многоатомный ион) — это ион, который состоит из двух или более ковалентно связанных атомов.
• Анион — это ион с отрицательным электрическим зарядом.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) ион аммония

Химическая формула иона аммония — $NH_4^+$. Он состоит из одного атома азота (N) и четырех атомов водорода (H), то есть является сложным ионом. Однако его заряд положителен (+1), следовательно, это катион, а не анион. Данный вариант не подходит.

2) фосфат-ион

Химическая формула фосфат-иона — $PO_4^{3-}$. Он состоит из одного атома фосфора (P) и четырех атомов кислорода (O), что делает его сложным ионом. Его заряд отрицателен (-3), значит, это анион. Таким образом, фосфат-ион является сложным анионом. Данный вариант подходит.

3) сульфид-ион

Химическая формула сульфид-иона — $S^{2-}$. Он состоит всего из одного атома серы (S), поэтому является простым, а не сложным ионом. Хотя это анион, он не удовлетворяет первому критерию. Данный вариант не подходит.

4) хлорид-ион

Химическая формула хлорид-иона — $Cl^-$. Он состоит из одного атома хлора (Cl), поэтому является простым ионом. Это анион, но не сложный. Данный вариант не подходит.

Ответ: 2) фосфат-ион.

6. Из предложенных вариантов выберите формулу слабого электролита.

1) $NH_4Cl$

2) $HNO_3$

3) $NH_3 \cdot H_2O$

4) $KOH$

Решение

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток, так как они диссоциируют (распадаются) на ионы. Сила электролита характеризуется степенью его диссоциации, то есть долей молекул, распавшихся на ионы.

Сильные электролиты в растворах практически полностью ($>30\%$, условно принимают за 100%) диссоциируют на ионы. К ним относятся сильные кислоты, сильные основания (щелочи) и практически все растворимые соли.
Слабые электролиты диссоциируют лишь частично ($<3\%$), в растворе одновременно присутствуют и ионы, и недиссоциированные молекулы. К ним относятся слабые кислоты, слабые основания и вода.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) $NH_4Cl$
Хлорид аммония — это соль, образованная слабым основанием ($NH_3 \cdot H_2O$) и сильной кислотой ($HCl$). Большинство солей являются сильными электролитами, так как в водном растворе они полностью диссоциируют на ионы:
$NH_4Cl \rightarrow NH_4^+ + Cl^-$
Следовательно, это сильный электролит.

2) $HNO_3$
Азотная кислота — это сильная кислота. В водном растворе она необратимо и полностью диссоциирует:
$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$
Следовательно, это сильный электролит.

3) $NH_3 \cdot H_2O$
Гидрат аммиака (водный раствор аммиака, или гидроксид аммония) является слабым основанием. Его диссоциация в воде является обратимым и неполным процессом, устанавливается химическое равновесие:
$NH_3 \cdot H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$
Так как диссоциация частичная, гидрат аммиака — это слабый электролит.

4) $KOH$
Гидроксид калия — это гидроксид щелочного металла (калия), который является сильным основанием (щелочью). В водном растворе он диссоциирует полностью:
$KOH \rightarrow K^+ + OH^-$
Следовательно, это сильный электролит.

Таким образом, из предложенных вариантов единственным слабым электролитом является гидрат аммиака.

Ответ: 3

7. Наибольшее число ионов образуется при диссоциации 1 моль

1) сульфата магния ($MgSO_4$)

2) соляной кислоты ($HCl$)

3) хлорида калия ($KCl$)

4) карбоната натрия ($Na_2CO_3$)

Решение

Чтобы определить, какое из веществ образует наибольшее число ионов при диссоциации 1 моль, необходимо записать уравнения диссоциации для каждого соединения и подсчитать общее количество моль ионов. Все представленные вещества являются сильными электролитами (соли и сильная кислота), поэтому в водном растворе они диссоциируют практически полностью.

1) сульфат магния

Химическая формула сульфата магния — $MgSO_4$. Это соль, сильный электролит.

Уравнение диссоциации:

$MgSO_4 \leftrightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-}$

Из 1 моль сульфата магния образуется 1 моль катионов магния ($Mg^{2+}$) и 1 моль сульфат-анионов ($SO_4^{2-}$).

Общее количество моль ионов: $1 + 1 = 2$ моль.

2) соляная кислота

Химическая формула соляной кислоты — $HCl$. Это сильная кислота, сильный электролит.

Уравнение диссоциации:

$HCl \leftrightarrow H^{+} + Cl^{-}$

Из 1 моль соляной кислоты образуется 1 моль катионов водорода ($H^{+}$) и 1 моль хлорид-анионов ($Cl^{-}$).

Общее количество моль ионов: $1 + 1 = 2$ моль.

3) хлорид калия

Химическая формула хлорида калия — $KCl$. Это соль, сильный электролит.

Уравнение диссоциации:

$KCl \leftrightarrow K^{+} + Cl^{-}$

Из 1 моль хлорида калия образуется 1 моль катионов калия ($K^{+}$) и 1 моль хлорид-анионов ($Cl^{-}$).

Общее количество моль ионов: $1 + 1 = 2$ моль.

4) карбонат натрия

Химическая формула карбоната натрия — $Na_2CO_3$. Это соль, сильный электролит.

Уравнение диссоциации:

$Na_2CO_3 \leftrightarrow 2Na^{+} + CO_3^{2-}$

Из 1 моль карбоната натрия образуется 2 моль катионов натрия ($Na^{+}$) и 1 моль карбонат-анионов ($CO_3^{2-}$).

Общее количество моль ионов: $2 + 1 = 3$ моль.

Сравнив количество ионов, образующихся при диссоциации 1 моль каждого вещества, можно сделать вывод, что наибольшее число ионов (3 моль) образуется при диссоциации карбоната натрия.

Ответ: 4) карбонат натрия.

8. В растворе одновременно не могут присутствовать ионы

1) $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$

2) $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$

3) $Zn^{2+}$ и $NO_3^{-}$

4) $Na^{+}$ и $Cl^{-}$

Решение

Ионы не могут одновременно присутствовать в водном растворе, если в результате их взаимодействия образуется нерастворимое вещество (осадок), газ или слабый электролит (например, вода). Чтобы определить, какая пара ионов не может сосуществовать, необходимо проанализировать возможность протекания реакции для каждой пары, используя таблицу растворимости солей, кислот и оснований.

1) $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$
Эти ионы могли бы образовать сульфат меди(II), $CuSO_4$. Согласно таблице растворимости, сульфат меди(II) является растворимым в воде веществом. Следовательно, ионы $Cu^{2+}$ и $SO_4^{2-}$ могут одновременно присутствовать в растворе.

2) $Ba^{2+}$ и $SO_4^{2-}$
Эти ионы при встрече в растворе образуют сульфат бария, $BaSO_4$. Согласно таблице растворимости, сульфат бария является нерастворимым веществом, которое выпадает в виде белого осадка. Протекает следующая реакция в ионном виде:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$
Поскольку ионы связываются в нерастворимое соединение, они не могут одновременно существовать в растворе в значительных концентрациях.

3) $Zn^{2+}$ и $NO_3^{-}$
Эти ионы могли бы образовать нитрат цинка, $Zn(NO_3)_2$. Согласно правилу растворимости, все нитраты являются растворимыми солями. Следовательно, ионы $Zn^{2+}$ и $NO_3^{-}$ могут сосуществовать в растворе.

4) $Na^{+}$ и $Cl^{-}$
Эти ионы образуют хлорид натрия, $NaCl$. Эта соль (известная как поваренная соль) хорошо растворима в воде. Следовательно, ионы $Na^{+}$ и $Cl^{-}$ могут свободно сосуществовать в растворе.

Таким образом, единственная пара ионов, которая не может одновременно присутствовать в растворе, это ионы бария ($Ba^{2+}$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$).

Ответ: 2

9. Ступенчато диссоциирует электролит, формула которого

1) $H_2SiO_3$

2) $H_2SO_4$

3) $NaNO_3$

4) $Ba(OH)_2$

Ступенчатая диссоциация — это процесс распада на ионы многоосновных кислот или многокислотных оснований, который происходит в несколько стадий (ступеней). На каждой ступени от молекулы отщепляется один ион (катион водорода $H^+$ для кислот или гидроксид-анион $OH^-$ для оснований). Ступенчатая диссоциация наиболее характерна для слабых электролитов.

Рассмотрим каждый из предложенных электролитов:

1) H₂SiO₃
Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) является слабой двухосновной кислотой. Слабые многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, причем диссоциация по каждой последующей ступени протекает в значительно меньшей степени, чем по предыдущей.
1-я ступень: $H_2SiO_3 \rightleftharpoons H^+ + HSiO_3^-$
2-я ступень: $HSiO_3^- \rightleftharpoons H^+ + SiO_3^{2-}$
Это классический пример ступенчатой диссоциации, так как обе ступени являются обратимыми равновесными процессами.

2) H₂SO₄
Серная кислота ($H_2SO_4$) является сильной двухосновной кислотой. Ее диссоциация также происходит по ступеням, однако по первой ступени она диссоциирует практически полностью (необратимо), так как является сильным электролитом.
1-я ступень: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$
2-я ступень: $HSO_4^- \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$ (гидросульфат-ион является кислотой средней силы, и эта ступень обратима).

3) NaNO₃
Нитрат натрия ($NaNO_3$) — это соль, образованная сильным основанием (NaOH) и сильной кислотой (HNO₃). Это сильный электролит, который диссоциирует в водном растворе полностью и в одну стадию:
$NaNO_3 \rightarrow Na^+ + NO_3^-$
Ступенчатая диссоциация для этого вещества не характерна.

4) Ba(OH)₂
Гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) — это сильное основание (щёлочь). Как сильный электролит, он диссоциирует в растворе практически полностью. Хотя теоретически можно выделить две ступени, на практике этот процесс рассматривают как одностадийный и необратимый:
$Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^-$

Сравнивая все варианты, наиболее точным и классическим примером вещества, диссоциирующего ступенчато (где все ступени представляют собой равновесия), является слабая двухосновная кремниевая кислота.
Ответ: 1

10. Выберите утверждения, справедливые для процесса электролитической диссоциации.

1) Все электролиты диссоциируют ступенчато.

2) Причиной диссоциации служит гидратация электролита, т. е. его взаимодействие с водой.

3) При диссоциации солей всегда образуются катионы металла.

4) По способности к диссоциации электролиты делят на сильные и слабые.

5) Для любых электролитов процесс диссоциации обратим.

1) Все электролиты диссоциируют ступенчато.

Данное утверждение неверно. Ступенчато, то есть в несколько стадий, диссоциируют только многоосновные кислоты (например, ортофосфорная кислота $H_3PO_4$), многокислотные основания (например, гидроксид кальция $Ca(OH)_2$) и некоторые соли (например, кислые). Однако одноосновные кислоты ($HCl$), однокислотные основания ($NaOH$) и большинство средних солей ($NaCl$) диссоциируют в одну стадию. Пример одностадийной диссоциации: $HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$.

2) Причиной диссоциации служит гидратация электролита, т. е. его взаимодействие с водой.

Данное утверждение верно. Согласно теории электролитической диссоциации, при растворении электролита в воде полярные молекулы воды (диполи) ориентируются вокруг ионов или полярных частей молекул электролита. Этот процесс, называемый гидратацией, приводит к выделению энергии. Эта энергия способствует ослаблению и разрыву химических связей в электролите, вызывая его распад на гидратированные ионы. Таким образом, гидратация является основной причиной диссоциации в водных растворах.

3) При диссоциации солей всегда образуются катионы металла.

Данное утверждение неверно. Хотя большинство солей при диссоциации образуют катионы металла, существуют важные исключения. Главным примером являются соли аммония, в которых роль катиона выполняет сложный ион аммония $NH_4^+$. Например, диссоциация нитрата аммония: $NH_4NO_3 \rightarrow NH_4^+ + NO_3^-$. Так как ион аммония не является катионом металла, слово "всегда" делает утверждение ложным.

4) По способности к диссоциации электролиты делят на сильные и слабые.

Данное утверждение верно. Это ключевая классификация электролитов, основанная на степени их диссоциации ($\alpha$) в растворе. Электролиты, которые в растворе диссоциируют практически полностью (степень диссоциации близка к 1 или 100%), называют сильными (это сильные кислоты, щелочи, почти все растворимые соли). Электролиты, которые диссоциируют лишь частично (степень диссоциации мала), называют слабыми (это слабые кислоты, слабые основания, вода).

5) Для любых электролитов процесс диссоциации обратим.

Данное утверждение неверно. Обратимость процесса диссоциации характерна только для слабых электролитов. В их растворах устанавливается химическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами, что в уравнениях реакции обозначается знаком обратимости: $CH_3COOH \leftrightarrows H^+ + CH_3COO^-$. Диссоциацию сильных электролитов принято считать необратимым процессом, идущим до конца, что отражается стрелкой в одну сторону: $KOH \rightarrow K^+ + OH^-$. Таким образом, утверждение не справедливо для "любых" электролитов.

Ответ: 2, 4.