Страница 65 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении химической реакции, схема которой

$\text{Br}_2 + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaBr} + \text{NaBrO}_3 + \text{H}_2\text{O}$

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Для того чтобы расставить коэффициенты в уравнении химической реакции $Br_2 + NaOH \rightarrow NaBr + NaBrO_3 + H_2O$ с помощью метода электронного баланса, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определяем степени окисления элементов в каждом соединении, чтобы найти, какие элементы изменяют свою степень окисления.

$ \stackrel{0}{Br_2} + \stackrel{+1}{Na}\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H} \rightarrow \stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Br} + \stackrel{+1}{Na}\stackrel{+5}{Br}\stackrel{-2}{O_3} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} $

Из схемы видно, что бром (Br) изменяет свою степень окисления: с 0 до -1 и с 0 до +5. Это реакция диспропорционирования, где один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем.

2. Составляем полуреакции окисления и восстановления.

Бром отдает электроны, его степень окисления повышается (окисление). Он является восстановителем.

$ \stackrel{0}{Br} - 5e^- \rightarrow \stackrel{+5}{Br} $

Бром принимает электроны, его степень окисления понижается (восстановление). Он является окислителем.

$ \stackrel{0}{Br} + 1e^- \rightarrow \stackrel{-1}{Br} $

3. Находим наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов, чтобы уравнять их. НОК для 5 и 1 равно 5. Полученные множители будут коэффициентами в уравнении.

$ \stackrel{0}{Br} - 5e^- \rightarrow \stackrel{+5}{Br} \quad | \quad 1 $ (процесс окисления)
$ \stackrel{0}{Br} + 1e^- \rightarrow \stackrel{-1}{Br} \quad | \quad 5 $ (процесс восстановления)

4. Расставляем коэффициенты в основном уравнении. Коэффициент 5 ставим перед продуктом восстановления ($NaBr$), а коэффициент 1 (не пишется) — перед продуктом окисления ($NaBrO_3$).

$ Br_2 + NaOH \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + H_2O $

Теперь уравниваем остальные элементы. Справа у нас $5 + 1 = 6$ атомов брома. Значит, слева перед $Br_2$ нужно поставить коэффициент 3.

$ 3Br_2 + NaOH \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + H_2O $

Справа $5 + 1 = 6$ атомов натрия (Na). Значит, слева перед $NaOH$ ставим коэффициент 6.

$ 3Br_2 + 6NaOH \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + H_2O $

Слева 6 атомов водорода (H). Чтобы уравнять их, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 3.

$ 3Br_2 + 6NaOH \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + 3H_2O $

Проверяем по кислороду: слева $6$ атомов O, справа $3 + 3 = 6$ атомов O. Уравнение сбалансировано.

5. Определяем окислитель и восстановитель.

Восстановитель — это вещество, в составе которого элемент отдает электроны. В данной реакции это $Br_2$, так как $Br^0$ окисляется до $Br^{+5}$.

Окислитель — это вещество, в составе которого элемент принимает электроны. В данной реакции это также $Br_2$, так как $Br^0$ восстанавливается до $Br^{-1}$.

Ответ:

Сбалансированное уравнение реакции: $3Br_2 + 6NaOH \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + 3H_2O$.

Окислителем является $Br_2$ (за счет процесса восстановления $Br^0 + 2e^- \rightarrow 2Br^{-1}$), и восстановителем также является $Br_2$ (за счет процесса окисления $Br_2 - 10e^- \rightarrow 2Br^{+5}$).

14. Определите объём воздуха (н. у.), необходимого для сжигания 25 л метана $CH_4$.

Дано:

Объём метана $V(CH_4) = 25$ л

Условия: нормальные (н. у.)

Перевод в систему СИ:

$V(CH_4) = 25 \text{ л} = 25 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.025 \text{ м}^3$

Найти:

Объём воздуха $V(\text{воздуха})$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полного сгорания метана в кислороде:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

2. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, для газов при одинаковых условиях (в данном случае, нормальных) отношение их объемов равно отношению их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Из уравнения следует, что для сжигания 1 объема метана требуется 2 объема кислорода.

$\frac{V(CH_4)}{1} = \frac{V(O_2)}{2}$

3. Рассчитаем объем чистого кислорода ($O_2$), необходимый для сжигания 25 л метана:

$V(O_2) = 2 \cdot V(CH_4) = 2 \cdot 25 \text{ л} = 50 \text{ л}$

4. Воздух является смесью газов. Для расчетов примем, что объемная доля кислорода ($\phi(O_2)$) в воздухе составляет 20% (или 0,2). Это общепринятое допущение в учебных задачах.

5. Зная объем кислорода, найдем объем воздуха по формуле:

$V(\text{воздуха}) = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)}$

Подставим числовые значения:

$V(\text{воздуха}) = \frac{50 \text{ л}}{0.2} = 250 \text{ л}$

Ответ: объем воздуха (н. у.), необходимый для сжигания 25 л метана, составляет 250 л.

1. Химические знаки только элементов-неметаллов указаны в ряду

1) $Se$, $Te$, $W$

2) $C$, $Cu$, $I$

3) $S$, $Se$, $Br$

4) $Mg$, $O$, $P$

Решение

Для того чтобы найти правильный ответ, необходимо проанализировать каждый предложенный ряд химических элементов и определить, состоит ли он исключительно из неметаллов.

1) Se, Te, W
Se (селен) – это неметалл.
Te (теллур) – это металлоид, который по свойствам близок к неметаллам.
W (вольфрам) – это переходный металл.
Так как в ряду присутствует металл (W), этот вариант не подходит.

2) C, Cu, I
C (углерод) – это неметалл.
Cu (медь) – это переходный металл.
I (иод) – это неметалл (относится к галогенам).
Так как в ряду присутствует металл (Cu), этот вариант не подходит.

3) S, Se, Br
S (сера) – это неметалл.
Se (селен) – это неметалл.
Br (бром) – это неметалл (относится к галогенам).
Все элементы в данном ряду являются неметаллами. Этот вариант является правильным.

4) Mg, O, P
Mg (магний) – это щелочноземельный металл.
O (кислород) – это неметалл.
P (фосфор) – это неметалл.
Так как в ряду присутствует металл (Mg), этот вариант не подходит.

Таким образом, единственный ряд, в котором указаны химические знаки только элементов-неметаллов, – это ряд под номером 3.

Ответ: 3

2. Какая электронная формула соответствует химическому элементу-неметаллу?

1) $2e$, $4e$

2) $2e$, $8e$, $1e$

3) $2e$, $8e$

4) $2e$, $8e$, $8e$, $1e$

Решение

Химические элементы делятся на металлы и неметаллы в зависимости от их свойств, которые определяются строением атома, в частности, количеством электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов). Металлы, как правило, имеют на внешнем слое небольшое количество электронов (1, 2 или 3) и стремятся их отдать. Неметаллы обычно имеют на внешнем слое 4 и более электронов (4, 5, 6, 7) и стремятся принять недостающие электроны до завершения слоя (до 8) или образовать общие электронные пары. Элементы с завершенным внешним слоем (8 электронов) — это благородные газы, которые также являются неметаллами.

Рассмотрим предложенные электронные формулы:

1) 2$e$, 4$e$
На внешнем слое 4 электрона. Это соответствует элементу 2-го периода, IVА группы — углероду (C). Углерод — типичный неметалл.

2) 2$e$, 8$e$, 1$e$
На внешнем слое 1 электрон. Это соответствует элементу 3-го периода, IА группы — натрию (Na). Натрий — типичный металл.

3) 2$e$, 8$e$
На внешнем слое 8 электронов (завершенный слой). Это соответствует элементу 2-го периода, VIIIА группы — неону (Ne). Неон — благородный газ, который является неметаллом.

4) 2$e$, 8$e$, 8$e$, 1$e$
На внешнем слое 1 электрон. Это соответствует элементу 4-го периода, IА группы — калию (K). Калий — типичный металл.

Из предложенных вариантов два (2 и 4) соответствуют металлам. Два других (1 и 3) соответствуют неметаллам. Однако, неон (3) является инертным газом с полностью завершенным внешним слоем, в то время как углерод (1) является типичным представителем неметаллов, активно образующим химические соединения. Следовательно, формула 1) является наилучшим ответом на вопрос.

Ответ: 1)

3. Сходные химические свойства проявляют элементы

1) хлор и кремний

3) сера и кислород

2) магний и литий

4) водород и гелий

Решение

Сходство химических свойств элементов определяется их положением в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Элементы, находящиеся в одной группе (особенно в главной подгруппе), имеют одинаковое количество валентных электронов, что обуславливает схожесть их химического поведения.

Проанализируем предложенные пары элементов:

1) хлор и кремний

Хлор ($Cl$) — элемент 17-й группы (VIIA), галоген. Электронная конфигурация его внешнего энергетического уровня — $3s^23p^5$. У хлора 7 валентных электронов. Это типичный неметалл, сильный окислитель.

Кремний ($Si$) — элемент 14-й группы (IVA). Электронная конфигурация его внешнего энергетического уровня — $3s^23p^2$. У кремния 4 валентных электрона. Это неметалл с некоторыми металлическими свойствами (металлоид).

Поскольку элементы находятся в разных группах, их химические свойства различны.

2) магний и литий

Магний ($Mg$) — элемент 2-й группы (IIA), щелочноземельный металл. На внешнем уровне у него 2 электрона ($3s^2$).

Литий ($Li$) — элемент 1-й группы (IA), щелочной металл. На внешнем уровне у него 1 электрон ($2s^1$).

Хотя оба элемента являются активными металлами, они принадлежат к разным группам, имеют разное число валентных электронов и образуют ионы с разным зарядом ($Mg^{2+}$ и $Li^+$). Их свойства не являются сходными.

3) сера и кислород

Сера ($S$) и кислород ($O$) — элементы 16-й группы (VIA), их называют халькогенами. У них одинаковое строение внешнего электронного уровня: 6 валентных электронов (у кислорода — $2s^22p^4$, у серы — $3s^23p^4$).

Благодаря одинаковому числу валентных электронов, они проявляют сходные химические свойства: оба являются типичными неметаллами, образуют водородные соединения состава $H_2Э$ (например, $H_2O$ и $H_2S$), в соединениях с металлами проявляют степень окисления -2. Эта пара элементов проявляет сходные химические свойства.

4) водород и гелий

Водород ($H$) — первый элемент периодической системы. Имеет 1 электрон на внешней оболочке ($1s^1$). Он химически активен.

Гелий ($He$) — элемент 18-й группы (VIIIA), благородный газ. Его внешний электронный слой ($1s^2$) является завершенным, что делает его химически инертным.

Химические свойства водорода и гелия кардинально различаются.

Таким образом, элементы, проявляющие сходные химические свойства, — это сера и кислород.

Ответ: 3

4. В ряду химических элементов углерод — азот — кислород

не изменяется

1) радиус атомов

2) электроотрицательность

3) число электронов на внешнем электронном слое

4) число электронных слоёв

Рассмотрим ряд химических элементов: углерод (C) — азот (N) — кислород (O). Все эти элементы находятся во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Углерод находится в 14-й группе, азот — в 15-й, кислород — в 16-й. Проанализируем, как изменяются указанные в вариантах ответа свойства в этом ряду при движении слева направо.

1) радиус атомов

В пределах одного периода при движении слева направо с увеличением порядкового номера элемента увеличивается заряд ядра атома (углерод Z=6, азот Z=7, кислород Z=8). Это приводит к усилению притяжения электронов к ядру, в результате чего атом сжимается, и его радиус уменьшается. Таким образом, в ряду C → N → O радиус атомов последовательно уменьшается. Эта величина изменяется.

2) электроотрицательность

Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе электроны от других атомов в химических соединениях. В периоде слева направо с увеличением заряда ядра и уменьшением радиуса атома способность притягивать электроны возрастает. Следовательно, в ряду C → N → O электроотрицательность увеличивается. Эта величина изменяется.

3) число электронов на внешнем электронном слое

Число электронов на внешнем слое (валентных электронов) для элементов главных подгрупп (А-групп) равно номеру группы. Углерод (C) находится в 14-й группе (IVA) и имеет 4 валентных электрона (электронная конфигурация внешнего слоя $2s^2 2p^2$). Азот (N) находится в 15-й группе (VA) и имеет 5 валентных электронов ($2s^2 2p^3$). Кислород (O) находится в 16-й группе (VIA) и имеет 6 валентных электронов ($2s^2 2p^4$). Таким образом, число электронов на внешнем слое увеличивается. Эта величина изменяется.

4) число электронных слоёв

Номер периода в периодической системе указывает на число электронных слоёв (энергетических уровней) в атоме. Углерод, азот и кислород — элементы 2-го периода. Это означает, что у атомов каждого из этих элементов электроны располагаются на двух электронных слоях. Электронная конфигурация углерода (C) — $1s^2 2s^2 2p^2$, азота (N) — $1s^2 2s^2 2p^3$, кислорода (O) — $1s^2 2s^2 2p^4$. Во всех случаях электроны занимают первый и второй электронные слои. Следовательно, число электронных слоёв в ряду C → N → O остаётся постоянным и равным двум. Эта величина не изменяется.

Ответ: 4

5. Укажите формулу вещества с ковалентной полярной связью.

1) $H_2$

2) $P_4$

3) $CO_2$

4) $I_2$

Чтобы определить вещество с ковалентной полярной связью, необходимо проанализировать атомы, образующие химические связи в каждом из предложенных соединений.

• Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же химического элемента (неметалла). В этом случае разница в их электроотрицательности равна нулю, и электронная плотность распределяется симметрично.
• Ковалентная полярная связь образуется между атомами разных химических элементов (неметаллов). Из-за разницы в электроотрицательности общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома, создавая на нем частичный отрицательный заряд ($\delta^-$), а на другом — частичный положительный ($\delta^+$).

Рассмотрим каждый вариант:

1) $H_2$

Молекула водорода состоит из двух одинаковых атомов водорода. Так как атомы одинаковы, их электроотрицательность равна. Следовательно, связь между ними является ковалентной неполярной.

2) $P_4$

Молекула белого фосфора состоит из четырех одинаковых атомов фосфора. Связи между атомами фосфора (P–P) образованы атомами одного и того же элемента, поэтому они являются ковалентными неполярными.

3) $CO_2$

Молекула диоксида углерода (углекислого газа) образована атомами разных неметаллов: одного атома углерода (C) и двух атомов кислорода (O). Электроотрицательность кислорода значительно выше, чем у углерода. Из-за этой разницы электронная плотность в связях C=O смещена к атомам кислорода. Таким образом, связи в этом веществе являются ковалентными полярными.

4) $I_2$

Молекула йода состоит из двух одинаковых атомов йода. Их электроотрицательность одинакова, поэтому связь между ними является ковалентной неполярной.

Ответ: Вещество с ковалентной полярной связью — это диоксид углерода ($CO_2$), что соответствует варианту 3.

6. Молекулярная кристаллическая решётка характерна для

1) хлорида натрия

2) озона

3) кремния

4) графита

Решение

Молекулярная кристаллическая решётка — это тип кристаллической структуры, в узлах которой находятся молекулы, связанные между собой слабыми межмолекулярными силами (например, силами Ван-дер-Ваальса). Вещества с такой решёткой, как правило, имеют низкие температуры плавления и кипения. Проанализируем предложенные варианты:

1) хлорида натрия

Хлорид натрия ($NaCl$) является ионным соединением. Его кристаллическая решётка — ионная. В её узлах находятся положительно заряженные ионы натрия ($Na^+$) и отрицательно заряженные хлорид-ионы ($Cl^-$), связанные сильными электростатическими силами.

2) озона

Озон ($O_3$) — это вещество, состоящее из отдельных молекул. В твёрдом состоянии (при очень низких температурах) эти молекулы образуют молекулярную кристаллическую решётку, где они удерживаются слабыми межмолекулярными силами. Этот вариант является правильным.

3) кремния

Кремний ($Si$) — это простое вещество-неметалл, которое образует атомную кристаллическую решётку (по типу алмаза). В узлах решётки находятся атомы кремния, соединённые между собой прочными ковалентными связями.

4) графита

Графит — это одна из аллотропных модификаций углерода ($C$). Он имеет атомную кристаллическую решётку слоистой структуры. В узлах находятся атомы углерода, которые образуют прочные ковалентные связи внутри слоёв. Хотя слои связаны между собой слабыми силами, тип решётки считается атомным, а не молекулярным.

Таким образом, из перечисленных веществ молекулярная кристаллическая решётка характерна только для озона.

Ответ: 2