Страница 69 - 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{Cl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{HCl} + \text{Na}_2\text{SO}_4 $

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Для того чтобы расставить коэффициенты в уравнении реакции методом электронного баланса, необходимо определить степени окисления элементов в веществах до и после реакции.

Схема реакции со степенями окисления:
$ \overset{0}{Cl_2} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_3} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} $

Элементы, которые изменили свои степени окисления:
1. Хлор ($Cl$) понизил степень окисления с 0 до -1.
2. Сера ($S$) повысила степень окисления с +4 до +6.

Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления (электронный баланс):
$ \overset{+4}{S} - 2e^- \rightarrow \overset{+6}{S} $ | 1 | процесс окисления
$ \overset{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Cl} $ | 1 | процесс восстановления

Число отданных электронов в процессе окисления равно числу принятых электронов в процессе восстановления. Наименьшее общее кратное равно 2, поэтому коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1.

- Вещество, в котором элемент отдает электроны (окисляется), является восстановителем. Восстановитель — $Na_2SO_3$ (за счет $S^{+4}$).
- Вещество, в котором элемент принимает электроны (восстанавливается), является окислителем. Окислитель — $Cl_2$.

Подставим найденные коэффициенты в уравнение. Коэффициент 1 перед $Cl_2$ и $Na_2SO_3$. Так как в процессе восстановления из одной молекулы $Cl_2$ образуется два атома $Cl^{-1}$, перед соляной кислотой $HCl$ необходимо поставить коэффициент 2.
$ 1 \cdot Cl_2 + 1 \cdot Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2HCl + 1 \cdot Na_2SO_4 $

Теперь проведем проверку и уравняем остальные атомы (водород и кислород).
Слева: 2 Na, 1 S, 3 O, 2 H, 1 O, 2 Cl. Всего: 2 Na, 1 S, 4 O, 2 H, 2 Cl.
Справа: 2 H, 2 Cl, 2 Na, 1 S, 4 O. Всего: 2 Na, 1 S, 4 O, 2 H, 2 Cl.
Количество атомов всех элементов в левой и правой частях уравнения равно. Следовательно, коэффициент перед $H_2O$ равен 1.

Ответ: Итоговое уравнение реакции: $ Cl_2 + Na_2SO_3 + H_2O = 2HCl + Na_2SO_4 $.
Окислитель: $Cl_2$ (хлор).
Восстановитель: $Na_2SO_3$ (сульфит натрия).

14. Определите объём хлора (н. у.), необходимого для синтеза 15 л хлороводорода.

Дано:

Объем хлороводорода $V(\text{HCl}) = 15 \text{ л}$

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

Объем хлора $V(\text{Cl}_2) - ?$

Решение:

Процесс синтеза хлороводорода из простых веществ (водорода и хлора) описывается следующим уравнением химической реакции:

$H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Все вещества в данной реакции являются газами. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака (следствие из закона Авогадро), объемы вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции газов относятся между собой как небольшие целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции (при одинаковых температуре и давлении).

Из уравнения реакции видно, что из 1 объема хлора ($Cl_2$) образуется 2 объема хлороводорода ($HCl$).

Составим пропорцию на основе объемных отношений:

$\frac{V(Cl_2)}{V(HCl)} = \frac{1}{2}$

Выразим из этой пропорции искомый объем хлора $V(Cl_2)$:

$V(Cl_2) = \frac{1}{2} \cdot V(HCl)$

Подставим заданное значение объема хлороводорода:

$V(Cl_2) = \frac{1}{2} \cdot 15 \text{ л} = 7.5 \text{ л}$

Ответ: для синтеза 15 л хлороводорода потребуется 7,5 л хлора (н. у.).

1. Химические знаки только элементов-неметаллов указаны в ряду

1) $O$, $Se$, $Cr$

2) $Li$, $B$, $C$

3) $As$, $P$, $N$

4) $S$, $Si$, $V$

Для определения правильного ответа необходимо проанализировать каждый ряд элементов и классифицировать их как металлы или неметаллы.

1) O, Se, Cr

В этом ряду представлены следующие элементы:

• O (кислород) — типичный неметалл.
• Se (селен) — неметалл.
• Cr (хром) — переходный металл.

Поскольку в ряду присутствует металл (хром), этот вариант не является правильным.

2) Li, B, C

В этом ряду представлены следующие элементы:

• Li (литий) — щелочной металл.
• B (бор) — неметалл (часто относят к металлоидам или полуметаллам из-за двойственных свойств).
• C (углерод) — типичный неметалл.

Поскольку в ряду присутствует металл (литий), этот вариант не является правильным.

3) As, P, N

В этом ряду представлены следующие элементы:

• As (мышьяк) — неметалл (относится к металлоидам/полуметаллам).
• P (фосфор) — типичный неметалл.
• N (азот) — типичный неметалл.

Все три элемента относятся к VА группе периодической системы. Азот и фосфор являются типичными неметаллами. Мышьяк проявляет свойства как неметаллов, так и металлов (является металлоидом), но в контексте общей химии его чаще рассматривают в группе неметаллов. Важно, что в этом ряду отсутствуют элементы, которые однозначно классифицируются как металлы. Следовательно, этот вариант является наиболее подходящим.

4) S, Si, V

В этом ряду представлены следующие элементы:

• S (сера) — типичный неметалл.
• Si (кремний) — неметалл (относится к металлоидам/полуметаллам).
• V (ванадий) — переходный металл.

Поскольку в ряду присутствует металл (ванадий), этот вариант не является правильным.

Таким образом, единственный ряд, в котором указаны химические знаки только элементов-неметаллов (включая металлоиды, которые часто группируют с ними), — это ряд под номером 3.

Ответ: 3

2. Какая электронная формула соответствует химическому элементу-неметаллу?

1) $2e$, $8e$, $3e$

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

3) $2e$, $1e$

4) $2e$, $8e$, $7e$

Чтобы определить, какая электронная формула соответствует химическому элементу-неметаллу, необходимо проанализировать количество электронов на внешнем (валентном) электронном уровне. У неметаллов на внешнем уровне обычно находится от 4 до 7 электронов, так как они склонны принимать электроны для завершения этого уровня. У металлов, наоборот, на внешнем уровне находится от 1 до 3 электронов, которые они склонны отдавать.

Рассмотрим каждый предложенный вариант:

1) 2e, 8e, 3e
На внешнем электронном уровне находится 3 электрона. Элементы с таким числом валентных электронов, как правило, являются металлами. Суммарное число электронов в атоме $2+8+3=13$, что соответствует химическому элементу алюминию (Al) — это металл.

2) 2e, 8e, 1e
На внешнем электронном уровне находится 1 электрон. Такое строение характерно для щелочных металлов. Суммарное число электронов $2+8+1=11$, что соответствует химическому элементу натрию (Na) — это типичный металл.

3) 2e, 1e
На внешнем электронном уровне находится 1 электрон. Такое строение также характерно для щелочных металлов. Суммарное число электронов $2+1=3$, что соответствует химическому элементу литию (Li) — это металл.

4) 2e, 8e, 7e
На внешнем электронном уровне находится 7 электронов. Такое строение характерно для галогенов, которые являются типичными неметаллами. Для завершения внешнего уровня атому не хватает одного электрона, поэтому он будет стремиться его принять. Суммарное число электронов $2+8+7=17$, что соответствует химическому элементу хлору (Cl) — это неметалл.

Ответ: 4

3. Сходные химические свойства проявляют

1) водород и кислород

2) алюминий и кремний

3) азот и фосфор

4) кремний и хлор

Решение

Сходство химических свойств элементов определяется в первую очередь строением их внешнего электронного уровня. Элементы, которые находятся в одной группе (и главной подгруппе) Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеют одинаковое число валентных электронов и поэтому проявляют сходные химические свойства.

Рассмотрим предложенные в вариантах ответа пары элементов.

1) водород и кислород

Водород ($H$) — это элемент 1-го периода, 1-й группы. На его внешнем электронном уровне находится 1 электрон. Кислород ($O$) — это элемент 2-го периода, 16-й группы, с 6 электронами на внешнем уровне. Так как водород и кислород находятся в разных группах, они имеют разное число валентных электронов и, следовательно, различные химические свойства.

Ответ: данная пара элементов не проявляет сходных химических свойств.

2) алюминий и кремний

Алюминий ($Al$) — элемент 3-го периода, 13-й группы. Это металл, на внешнем уровне которого 3 электрона. Кремний ($Si$) — элемент 3-го периода, 14-й группы. Это неметалл (металлоид), на внешнем уровне которого 4 электрона. Находясь в разных группах, они имеют различное число валентных электронов и разные химические свойства.

Ответ: данная пара элементов не проявляет сходных химических свойств.

3) азот и фосфор

Азот ($N$) и фосфор ($P$) оба являются элементами 15-й группы (главной подгруппы V группы). На их внешнем электронном уровне находится по 5 валентных электронов. Одинаковое строение внешнего электронного уровня обуславливает сходство их химических свойств. Оба являются неметаллами, образуют летучие водородные соединения состава $ЭH_3$ (аммиак $NH_3$ и фосфин $PH_3$), а также высшие оксиды состава $Э_2O_5$ (оксид азота(V) $N_2O_5$ и оксид фосфора(V) $P_2O_5$).

Ответ: данная пара элементов проявляет сходные химические свойства.

4) кремний и хлор

Кремний ($Si$) — элемент 3-го периода, 14-й группы, имеет 4 валентных электрона. Хлор ($Cl$) — элемент 3-го периода, 17-й группы, имеет 7 валентных электронов. Они находятся в разных группах и имеют совершенно разные химические свойства. Кремний — металлоид, а хлор — активный неметалл, галоген.

Ответ: данная пара элементов не проявляет сходных химических свойств.

4. В ряду химических элементов фосфор — сера — хлор не изменяется

1) число электронных слоёв

2) число электронов на внешнем электронном слое

3) электроотрицательность

4) радиус атомов

Чтобы определить, какая из характеристик не изменяется в ряду химических элементов фосфор — сера — хлор, необходимо проанализировать их положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и связанные с этим периодические свойства.

• Фосфор (P) — химический элемент с порядковым номером 15, расположен в 3-м периоде, 15-й группе (главной подгруппе).
• Сера (S) — химический элемент с порядковым номером 16, расположен в 3-м периоде, 16-й группе (главной подгруппе).
• Хлор (Cl) — химический элемент с порядковым номером 17, расположен в 3-м периоде, 17-й группе (главной подгруппе).

Все эти элементы находятся в одном, третьем, периоде. Рассмотрим, как изменяются предложенные в вариантах ответа свойства в периоде слева направо.

1) число электронных слоёв
Номер периода, в котором находится элемент, соответствует числу энергетических уровней (электронных слоёв) в его атоме. Так как фосфор, сера и хлор являются элементами 3-го периода, атомы каждого из них имеют по 3 электронных слоя. Эта величина является постоянной для данного ряда.

2) число электронов на внешнем электронном слое
Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем слое равно номеру группы.

• У фосфора (группа 15) на внешнем слое 5 электронов (конфигурация $3s^23p^3$).
• У серы (группа 16) на внешнем слое 6 электронов (конфигурация $3s^23p^4$).
• У хлора (группа 17) на внешнем слое 7 электронов (конфигурация $3s^23p^5$).

Следовательно, число электронов на внешнем слое увеличивается в ряду P → S → Cl. Эта характеристика изменяется.

3) электроотрицательность
В периоде слева направо с увеличением заряда ядра и усилением неметаллических свойств электроотрицательность атомов возрастает. В ряду P → S → Cl электроотрицательность увеличивается (2,19 у P; 2,58 у S; 3,16 у Cl по шкале Полинга). Эта характеристика изменяется.

4) радиус атомов
В периоде слева направо увеличивается заряд ядра, что вызывает более сильное притяжение электронов к ядру при одинаковом числе электронных слоёв. В результате радиус атомов уменьшается. В ряду P → S → Cl радиус атомов уменьшается. Эта характеристика изменяется.

Таким образом, единственной неизменной характеристикой для элементов в ряду фосфор — сера — хлор является число электронных слоёв.

Ответ: 1

5. Какая формула соответствует веществу с ковалентной полярной связью?

1) $F_2$2) $SO_3$3) $N_2$4) $NaCl$

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определить тип химической связи в каждом из предложенных веществ. Ковалентная полярная связь возникает между атомами разных химических элементов-неметаллов. Она образуется за счет смещения общей электронной пары к атому с большей электроотрицательностью.

Рассмотрим каждый вариант:

1) $F_2$
Молекула фтора ($F_2$) состоит из двух одинаковых атомов неметалла фтора. Поскольку атомы идентичны, их электроотрицательность одинакова, и разность электроотрицательностей равна нулю. Электронная плотность распределена между атомами равномерно. Следовательно, связь в молекуле $F_2$ является ковалентной неполярной.

2) $SO_3$
Оксид серы(VI) ($SO_3$) образован атомами двух разных неметаллов: серы (S) и кислорода (O). Электроотрицательность кислорода (3,44 по Полингу) выше, чем электроотрицательность серы (2,58 по Полингу). Из-за этой разницы общие электронные пары в связях S–O смещены в сторону более электроотрицательного атома кислорода. Это приводит к возникновению на атомах кислорода частичного отрицательного заряда ($\delta-$), а на атоме серы — частичного положительного заряда ($\delta+$). Таким образом, связь между серой и кислородом является ковалентной полярной.

3) $N_2$
Молекула азота ($N_2$) состоит из двух одинаковых атомов неметалла азота. Аналогично фтору, разность электроотрицательностей равна нулю, поэтому связь в молекуле азота является ковалентной неполярной.

4) $NaCl$
Хлорид натрия ($NaCl$) — это соединение, образованное атомом типичного металла (натрий, Na) и атомом типичного неметалла (хлор, Cl). Разница в их электроотрицательностях очень велика (3,16 у Cl против 0,93 у Na). Это приводит к полному переходу валентного электрона от атома натрия к атому хлора, в результате чего образуются ионы $Na^+$ и $Cl^-$. Связь между этими противоположно заряженными ионами является ионной.

Следовательно, из всех предложенных вариантов только в оксиде серы(VI) ($SO_3$) присутствует ковалентная полярная связь.

Ответ: 2) $SO_3$

6. Молекулярная кристаллическая решётка характерна для

1) алмаза

2) кремния

3) белого фосфора

4) поваренной соли

Решение

Молекулярная кристаллическая решётка образуется в веществах, которые в твёрдом состоянии состоят из отдельных молекул. В узлах такой решётки находятся молекулы, связанные между собой слабыми межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). Чтобы определить правильный ответ, проанализируем тип кристаллической решётки для каждого из предложенных веществ.

1) алмаза

Алмаз — это аллотропная модификация углерода ($C$). В его кристаллической решётке каждый атом углерода связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами. Это пример атомной кристаллической решётки. Этот вариант не подходит.

2) кремния

Кремний ($Si$) — простое вещество, расположенное в той же группе, что и углерод, и имеет схожую с алмазом структуру. Его кристаллическая решётка также является атомной. Этот вариант не подходит.

3) белого фосфора

Белый фосфор состоит из отдельных молекул состава $P_4$. В твёрдом состоянии эти молекулы образуют кристаллическую решётку, в узлах которой они и находятся. Связи между молекулами $P_4$ — это слабые межмолекулярные силы. Следовательно, белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решётку. Этот вариант является правильным.

4) поваренной соли

Поваренная соль (хлорид натрия, $NaCl$) — это ионное соединение. Её кристаллическая решётка состоит из чередующихся положительно заряженных ионов натрия ($Na^+$) и отрицательно заряженных ионов хлора ($Cl^-$), удерживаемых вместе сильными ионными связями. Это ионная кристаллическая решётка. Этот вариант не подходит.

Ответ: 3