Страница 44 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Наибольшее число катионов водорода образуется при диссоциации в воде

1) 1 моль серной кислоты

2) 1 моль уксусной кислоты

3) 1 моль угольной кислоты

4) 1 моль азотистой кислоты

Чтобы определить, какое из веществ образует наибольшее число катионов водорода ($H^+$) при диссоциации в воде, необходимо проанализировать два фактора для каждой кислоты: её основность (количество атомов водорода в молекуле, способных отщепляться в виде протона) и её силу (степень диссоциации, $\alpha$). Мы сравниваем диссоциацию 1 моль каждой кислоты.

1) 1 моль серной кислоты

Серная кислота ($H_2SO_4$) является сильной двухосновной кислотой. Сильные кислоты в водных растворах диссоциируют практически полностью. Диссоциация протекает ступенчато, но так как первая ступень полная, а вторая — в значительной степени, для упрощения можно записать суммарное уравнение: $H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$. Таким образом, из 1 моль серной кислоты образуется примерно 2 моль катионов водорода.

2) 1 моль уксусной кислоты

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это слабая одноосновная кислота. Слабые кислоты диссоциируют в воде лишь частично, то есть обратимо: $CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$. Поскольку степень диссоциации ($\alpha$) уксусной кислоты мала (значительно меньше 1), из 1 моль кислоты образуется гораздо меньше 1 моль катионов водорода.

3) 1 моль угольной кислоты

Угольная кислота ($H_2CO_3$) — это очень слабая и нестабильная двухосновная кислота. Она диссоциирует в очень малой степени, причём в основном по первой ступени: $H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$. Диссоциация по второй ступени ($HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}$) протекает в ещё меньшей степени. В результате из 1 моль угольной кислоты образуется очень малое количество катионов водорода, значительно меньше 1 моль.

4) 1 моль азотистой кислоты

Азотистая кислота ($HNO_2$) — это слабая одноосновная кислота. Её диссоциация также является обратимым процессом: $HNO_2 \rightleftharpoons H^+ + NO_2^-$. Хотя она сильнее, чем угольная и уксусная кислоты, она всё равно является слабой, и её степень диссоциации ($\alpha$) меньше 1. Следовательно, из 1 моль азотистой кислоты образуется меньше 1 моль катионов водорода.

Сравнивая количество образующихся катионов водорода из 1 моль каждой кислоты (Серная: $\approx 2$ моль; Уксусная: $<< 1$ моль; Угольная: $<< 1$ моль; Азотистая: $<< 1$ моль), становится очевидно, что наибольшее количество катионов водорода образуется при диссоциации серной кислоты.

Ответ: 1

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

1) $BaSO_4$

2) $H_2S$

3) $H_2SO_3$

4) $H_2SO_4$

Электролитическая диссоциация — это процесс распада вещества-электролита на ионы при его растворении или плавлении. Задачей является определение, какое из предложенных веществ в результате этого процесса образует сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$).

Проанализируем диссоциацию каждого вещества:

1) $BaSO_4$
Сульфат бария — это соль. Теоретически, при диссоциации она распадается на катион бария ($Ba^{2+}$) и сульфат-анион ($SO_4^{2-}$). Уравнение диссоциации:
$BaSO_4 \rightleftharpoons Ba^{2+} + SO_4^{2-}$
Однако сульфат бария является практически нерастворимым в воде соединением (произведение растворимости ПР = $1.1 \cdot 10^{-10}$), что делает его очень слабым электролитом. Таким образом, в растворе образуется крайне незначительное количество сульфат-ионов.

2) $H_2S$
Сероводородная (сульфидная) кислота — слабая двухосновная кислота. При диссоциации она образует катионы водорода ($H^+$) и сульфид-анионы ($S^{2-}$):
$H_2S \rightleftharpoons 2H^+ + S^{2-}$
В результате диссоциации этого вещества сульфат-ионы не образуются.

3) $H_2SO_3$
Сернистая кислота — слабая двухосновная кислота. При диссоциации она образует катионы водорода ($H^+$) и сульфит-анионы ($SO_3^{2-}$):
$H_2SO_3 \rightleftharpoons 2H^+ + SO_3^{2-}$
В результате диссоциации этого вещества сульфат-ионы не образуются.

4) $H_2SO_4$
Серная кислота — сильная двухосновная кислота. Она является сильным электролитом и в водном растворе практически полностью диссоциирует на ионы. Процесс диссоциации приводит к образованию катионов водорода ($H^+$) и сульфат-анионов ($SO_4^{2-}$):
$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$
Это вещество является значимым источником сульфат-ионов в растворе.

Сравнивая все варианты, мы видим, что сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$) образуются при диссоциации и сульфата бария ($BaSO_4$), и серной кислоты ($H_2SO_4$). Однако, учитывая, что серная кислота является сильным электролитом и диссоциирует в значительной степени, в то время как сульфат бария практически нерастворим, наиболее подходящим и корректным ответом является серная кислота.

Ответ: 4) $H_2SO_4$

5. Соляная кислота реагирует с веществом, формула которого

1) $Mg$

2) $SO_3$

3) $NaNO_3$

4) $H_2O$

Соляная кислота (химическая формула $HCl$) — это сильная кислота. Для ответа на вопрос необходимо проанализировать возможность её взаимодействия с каждым из предложенных веществ.

1) Mg

Магний ($Mg$) — это металл, который в ряду электрохимической активности металлов стоит значительно левее водорода ($H$). Кислоты (кроме концентрированной азотной и серной) реагируют с металлами, стоящими до водорода, с выделением газообразного водорода и образованием соли. Эта реакция является реакцией замещения. Уравнение реакции соляной кислоты с магнием выглядит следующим образом:

$Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrow$

В результате реакции образуются хлорид магния ($MgCl_2$) и водород ($H_2$). Таким образом, реакция протекает.

2) SO₃

Оксид серы(VI) ($SO_3$) является кислотным оксидом. Кислотные оксиды реагируют с основаниями, основными и амфотерными оксидами. С кислотами, как правило, они не взаимодействуют, так как оба вещества проявляют кислотные свойства. Следовательно, реакция между $HCl$ и $SO_3$ не идет.

3) NaNO₃

Нитрат натрия ($NaNO_3$) — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой (азотной, $HNO_3$). Реакция ионного обмена между кислотой и солью протекает только в том случае, если один из продуктов реакции уходит из сферы реакции (выпадает в осадок, выделяется в виде газа или является слабым электролитом, например, водой). Рассмотрим возможную реакцию:

$HCl + NaNO_3 \rightleftharpoons NaCl + HNO_3$

В данном случае все исходные вещества и продукты являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. Ни осадка, ни газа, ни воды не образуется. Поэтому данная реакция не протекает.

4) H₂O

Вода ($H_2O$) является полярным растворителем. Хлороводород ($HCl$) хорошо растворяется в воде, при этом происходит процесс диссоциации (ионизации) с образованием ионов гидроксония $H_3O^+$ и хлорид-ионов $Cl^-$. Этот процесс является обратимым, но поскольку $HCl$ — сильная кислота, равновесие сильно смещено вправо. Хотя это формально является химическим взаимодействием (кислотно-основная реакция по Брёнстеду-Лоури), в контексте выбора из предложенных вариантов обычно подразумевается реакция, приводящая к образованию принципиально новых соединений (соли, газа, осадка). Реакция с магнием является более наглядным и классическим примером химической реакции для кислоты.

Сравнивая все варианты, мы видим, что однозначная химическая реакция замещения происходит только с магнием.

Ответ: 1

6. Реакция ионного обмена протекает с образованием воды между растворами веществ, формулы которых

1) $KCl$ и $NaOH$

2) $LiOH$ и $H_2SO_4$

3) $CaCl_2$ и $AgNO_3$

4) $CuSO_4$ и $HCl$

Реакция ионного обмена протекает до конца, если в результате образуется малодиссоциирующее вещество (например, вода), осадок или газ. Реакция с образованием воды — это реакция нейтрализации, которая происходит между кислотой и основанием.

Проанализируем каждую пару веществ:

1) KCl и NaOH

Взаимодействие хлорида калия (соль, образованная сильным основанием $KOH$ и сильной кислотой $HCl$) и гидроксида натрия (сильное основание). Возможная реакция обмена: $KCl + NaOH \leftrightarrow KOH + NaCl$. Все исходные вещества и продукты являются сильными электролитами и хорошо растворимы в воде. Условия протекания реакции ионного обмена не выполняются, заметного смещения равновесия не происходит. Вода не образуется.

Ответ: реакция не протекает с образованием воды.

2) LiOH и H₂SO₄

Взаимодействие гидроксида лития (основание) и серной кислоты (кислота). Это классическая реакция нейтрализации. В результате образуется соль и вода — слабый электролит. Реакция протекает до конца.

Молекулярное уравнение реакции:

$2LiOH + H_2SO_4 \rightarrow Li_2SO_4 + 2H_2O$

Сокращенное ионное уравнение, показывающее суть процесса:

$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$

Ответ: реакция протекает с образованием воды.

3) CaCl₂ и AgNO₃

Взаимодействие хлорида кальция (соль) и нитрата серебра (соль). В результате реакции обмена образуется нерастворимый осадок хлорида серебра $AgCl$.

$CaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + 2AgCl \downarrow$

Реакция протекает, но с образованием осадка, а не воды.

Ответ: реакция не протекает с образованием воды.

4) CuSO₄ и HCl

Взаимодействие сульфата меди(II) (соль) и соляной кислоты (сильная кислота). Возможная реакция обмена: $CuSO_4 + 2HCl \leftrightarrow CuCl_2 + H_2SO_4$. Все вещества являются сильными электролитами и растворимы в воде. Реакция обратима и не смещена в сторону продуктов, так как не образуется ни осадок, ни газ, ни вода.

Ответ: реакция не протекает с образованием воды.

7. Сокращённое ионное уравнение $2H^+ + CO_3^{2-} = CO_2\uparrow + H_2O$ соответствует взаимодействию

1) азотной кислоты с карбонатом кальция

2) кремниевой кислоты с карбонатом калия

3) соляной кислоты с карбонатом натрия

4) серной кислоты с оксидом углерода(IV)

Решение

Представленное сокращенное ионное уравнение $2H^+ + CO_3^{2-} = CO_2 \uparrow + H_2O$ описывает реакцию обмена, которая происходит между сильной кислотой (которая в растворе полностью диссоциирует на ионы, поставляя катионы водорода $H^+$) и растворимой солью-карбонатом (которая поставляет карбонат-ионы $CO_3^{2-}$). Продуктами реакции являются молекулярные соединения — вода $H_2O$ и углекислый газ $CO_2$, который образуется при разложении слабой угольной кислоты $H_2CO_3$.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов взаимодействия.

1) азотной кислоты с карбонатом кальция

Азотная кислота ($HNO_3$) является сильной кислотой. Карбонат кальция ($CaCO_3$) — нерастворимая в воде соль, поэтому в ионных уравнениях она записывается в молекулярной форме.

Молекулярное уравнение реакции: $2HNO_3 + CaCO_3 = Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение: $2H^+ + 2NO_3^- + CaCO_3(тв.) = Ca^{2+} + 2NO_3^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Сокращенное ионное уравнение после исключения ионов $NO_3^-$: $2H^+ + CaCO_3(тв.) = Ca^{2+} + H_2O + CO_2 \uparrow$

Это уравнение не соответствует заданному.

2) кремниевой кислоты с карбонатом калия

Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — слабая, нерастворимая в воде кислота. Она слабее угольной кислоты ($H_2CO_3$) и не может вытеснить её из солей. Следовательно, эта реакция не протекает. Кроме того, слабая кислота не диссоциирует на ионы $H^+$ в уравнении.

$H_2SiO_3 + K_2CO_3 \nrightarrow$

3) соляной кислоты с карбонатом натрия

Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — растворимая соль. Оба реагента полностью диссоциируют в водном растворе.

Молекулярное уравнение реакции: $2HCl + Na_2CO_3 = 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Полное ионное уравнение: $2H^+ + 2Cl^- + 2Na^+ + CO_3^{2-} = 2Na^+ + 2Cl^- + H_2O + CO_2 \uparrow$

Сократив ионы-наблюдатели ($Na^+$ и $Cl^-$) с обеих сторон, получим:

Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + CO_3^{2-} = H_2O + CO_2 \uparrow$

Это уравнение полностью совпадает с заданным в условии.

4) серной кислоты с оксидом углерода(IV)

Серная кислота ($H_2SO_4$) и оксид углерода(IV) ($CO_2$) оба являются кислотными по своей природе (кислота и кислотный оксид). Реакция между ними не происходит.

$H_2SO_4 + CO_2 \nrightarrow$

Ответ: 3

8. Сульфат бария образуется при взаимодействии веществ, формулы которых

1) $Ba$ и $Na_2SO_4$

2) $Ba(NO_3)_2$ и $Na_2SO_3$

3) $BaCl_2$ и $H_2SO_4$

4) $Ba(OH)_2$ и $SO_2$

Решение

Для того чтобы определить, в какой из реакций образуется сульфат бария ($BaSO_4$), необходимо проанализировать продукты взаимодействия каждой пары предложенных веществ.

Взаимодействие металлического бария ($Ba$) с сульфатом натрия ($Na_2SO_4$). Барий является более активным металлом, чем натрий, и теоретически может вытеснить его из соли, но такая реакция замещения обычно требует высоких температур (проводится в расплаве). В водном растворе барий будет в первую очередь реагировать с водой: $Ba + 2H_2O \rightarrow Ba(OH)_2 + H_2 \uparrow$. Образовавшийся гидроксид бария затем может вступить в реакцию с сульфатом натрия с образованием сульфата бария ($Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaOH$). Однако это косвенный путь, и прямая реакция между указанными веществами в стандартных условиях не приводит к однозначному образованию целевого продукта. Поэтому этот вариант маловероятен как правильный ответ в рамках школьного курса.

Взаимодействие нитрата бария ($Ba(NO_3)_2$) и сульфита натрия ($Na_2SO_3$) является реакцией ионного обмена. В результате образуется нерастворимый сульфит бария и растворимый нитрат натрия. Уравнение реакции:
$Ba(NO_3)_2 + Na_2SO_3 \rightarrow BaSO_3 \downarrow + 2NaNO_3$
Продуктом является сульфит бария ($BaSO_3$), а не сульфат бария ($BaSO_4$). Следовательно, этот вариант неверен.

Взаимодействие хлорида бария ($BaCl_2$) и серной кислоты ($H_2SO_4$) также является реакцией ионного обмена. Ионы бария ($Ba^{2+}$) реагируют с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$) с образованием нерастворимого соединения. Уравнение реакции:
$BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$
В результате образуется белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$). Эта реакция является качественной реакцией на сульфат-ион и ион бария. Следовательно, этот вариант является правильным.

Взаимодействие гидроксида бария ($Ba(OH)_2$), являющегося основанием, и оксида серы(IV) ($SO_2$), являющегося кислотным оксидом. Такая реакция приводит к образованию соли и воды. Кислотным оксиду $SO_2$ соответствует сернистая кислота ($H_2SO_3$). Уравнение реакции:
$Ba(OH)_2 + SO_2 \rightarrow BaSO_3 \downarrow + H_2O$
Продуктом является сульфит бария ($BaSO_3$), а не сульфат бария ($BaSO_4$). Следовательно, этот вариант неверен.

Таким образом, сульфат бария образуется только в реакции между хлоридом бария и серной кислотой.

Ответ: 3

9. Соляная кислота реагирует с каждым из веществ, формулы ко-торых

1) $AgNO_3$, $Zn$, $CO_2$

2) $H_2SO_4$, $FeO$, $Fe$

3) $K_2CO_3$, $AgNO_3$, $NaOH$

4) $NaNO_3$, $Al$, $CO_2$

Соляная кислота ($HCl$) — это сильная кислота. Для того чтобы определить, с какими из предложенных наборов веществ она будет реагировать полностью, необходимо проанализировать химические свойства соляной кислоты и каждого из веществ в списке. Соляная кислота вступает в реакции с:

• металлами, стоящими в ряду активности до водорода;
• основными и амфотерными оксидами;
• основаниями и амфотерными гидроксидами;
• солями, если в результате реакции образуется осадок, газ или слабый электролит (например, вода).

Рассмотрим каждый вариант:

1) AgNO₃, Zn, CO₂

- С нитратом серебра ($AgNO_3$) реакция идет, так как образуется нерастворимый осадок хлорида серебра ($AgCl$): $HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$

- С цинком ($Zn$) реакция идет, так как цинк стоит в ряду активности металлов до водорода и вытесняет его: $2HCl + Zn \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

- С оксидом углерода(IV) ($CO_2$) реакция не идет. $CO_2$ — это кислотный оксид, а кислоты не реагируют с кислотными оксидами.

Поскольку реакция идет не со всеми веществами, этот вариант не подходит.

2) H₂SO₄, FeO, Fe

- С серной кислотой ($H_2SO_4$) реакция не идет. Обе кислоты являются сильными, и реакция обмена между ними невозможна, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни слабого электролита.

- С оксидом железа(II) ($FeO$) реакция идет. Это основный оксид, который реагирует с кислотой с образованием соли и воды: $2HCl + FeO \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

- С железом ($Fe$) реакция идет, так как железо — металл, стоящий в ряду активности до водорода: $2HCl + Fe \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Поскольку реакция идет не со всеми веществами, этот вариант не подходит.

3) K₂CO₃, AgNO₃, NaOH

- С карбонатом калия ($K_2CO_3$) реакция идет, так как выделяется углекислый газ ($CO_2$): $2HCl + K_2CO_3 \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

- С нитратом серебра ($AgNO_3$) реакция идет с образованием нерастворимого осадка хлорида серебра ($AgCl$): $HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl \downarrow + HNO_3$

- С гидроксидом натрия ($NaOH$) реакция идет. Это реакция нейтрализации между сильной кислотой и сильным основанием (щелочью): $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

Соляная кислота реагирует с каждым из веществ в данном списке. Следовательно, этот вариант является правильным.

4) NaNO₃, Al, CO₂

- С нитратом натрия ($NaNO_3$) реакция не идет. $NaNO_3$ — это соль, образованная сильной кислотой и сильным основанием. Продукты реакции ($NaCl$ и $HNO_3$) также являются сильными электролитами и хорошо растворимы, поэтому реакция обмена не протекает.

- С алюминием ($Al$) реакция идет, так как алюминий — активный металл, стоящий до водорода в ряду активности: $6HCl + 2Al \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$

- С оксидом углерода(IV) ($CO_2$) реакция не идет, так как это кислотный оксид.

Поскольку реакция идет не со всеми веществами, этот вариант не подходит.

Ответ: 3

10. Верны ли следующие суждения о реакциях ионного обмена?

А. Реакция между электролитами возможна только в случае образования осадка.

Б. Кислоты вступают в реакцию ионного обмена с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Реакция между электролитами возможна только в случае образования осадка.
Данное утверждение является неверным. Реакции ионного обмена — это реакции между растворами электролитов, которые протекают до конца (т.е. практически необратимы) при выполнении одного из трех условий:

1. Образование осадка (нерастворимого или малорастворимого вещества). Пример: $AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$.
2. Выделение газа. Пример: $K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$.
3. Образование слабого электролита, чаще всего воды. Пример (реакция нейтрализации): $NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$.

Б. Кислоты вступают в реакцию ионного обмена с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода.
Данное утверждение является неверным. Реакции ионного обмена характеризуются тем, что в ходе реакции степени окисления элементов не изменяются, происходит лишь обмен ионами. Реакция же между кислотой и металлом является реакцией замещения и относится к окислительно-восстановительным реакциям, так как в ней происходит изменение степеней окисления.
Рассмотрим пример взаимодействия цинка с соляной кислотой:
$Zn^0 + 2H^{+1}Cl^{-1} \rightarrow Zn^{+2}Cl_2^{-1} + H_2^0\uparrow$
В этой реакции цинк (простое вещество) отдает электроны и повышает свою степень окисления с $0$ до $+2$, а ионы водорода в кислоте принимают электроны и понижают свою степень окисления с $+1$ до $0$. Так как степени окисления изменяются, это не реакция ионного обмена.
Ответ: суждение неверно.

Оба суждения А и Б неверны. Следовательно, правильный вариант ответа — 4.
Ответ: 4