Страница 71 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

$C + H_2SO_4 \rightarrow SO_2 + CO_2 + H_2O$

Укажите окислитель и восстановитель.

Решение

1. Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, сначала определим степени окисления всех элементов в реакции:

$ \stackrel{0}{C} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{+6}{S}\stackrel{-2}{O_4} \rightarrow \stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} $

2. Элементы, которые изменили свою степень окисления, — это углерод (C) и сера (S). Составим полуреакции окисления и восстановления:

Углерод отдает 4 электрона, его степень окисления повышается с 0 до +4. Он является восстановителем.

$ \stackrel{0}{C} - 4e^- \rightarrow \stackrel{+4}{C} $ (окисление)

Сера принимает 2 электрона, ее степень окисления понижается с +6 до +4. Она является окислителем.

$ \stackrel{+6}{S} + 2e^- \rightarrow \stackrel{+4}{S} $ (восстановление)

3. Теперь составим электронный баланс. Найдем наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (4 и 2), оно равно 4. Умножим полуреакции на соответствующие множители:

$ \stackrel{0}{C} - 4e^- \rightarrow \stackrel{+4}{C} \quad | \cdot 1 $
$ \stackrel{+6}{S} + 2e^- \rightarrow \stackrel{+4}{S} \quad | \cdot 2 $

Таким образом, перед соединениями углерода (C и CO₂) должен стоять коэффициент 1, а перед соединениями серы, изменившей степень окисления (H₂SO₄ и SO₂), — коэффициент 2.

4. Подставим эти коэффициенты в исходное уравнение:

$ C + 2H_2SO_4 \rightarrow 2SO_2 + CO_2 + H_2O $

5. Уравняем количество атомов водорода (H) и кислорода (O). Слева у нас 4 атома H, справа — 2. Поставим коэффициент 2 перед водой (H₂O):

$ C + 2H_2SO_4 \rightarrow 2SO_2 + CO_2 + 2H_2O $

6. Проверим количество атомов кислорода. Слева $2 \cdot 4 = 8$. Справа $2 \cdot 2 + 2 + 2 \cdot 1 = 4 + 2 + 2 = 8$. Баланс достигнут.

Итоговое уравнение с расставленными коэффициентами:

$ C + 2H_2SO_4 = 2SO_2 + CO_2 + 2H_2O $

В этой реакции углерод C является восстановителем (отдает электроны), а серная кислота H₂SO₄ (за счет серы в степени окисления +6) является окислителем (принимает электроны).

Ответ: $ C + 2H_2SO_4 = 2SO_2 + CO_2 + 2H_2O $. Окислитель: H₂SO₄ (серная кислота), восстановитель: C (углерод).

14. Определите объём кислорода (н. у.), необходимого для превращения 8 л оксида серы(IV) в оксид серы(VI).

Дано:

Объем оксида серы(IV), $V(SO_2) = 8$ л

Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

Объем кислорода, $V(O_2)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции окисления оксида серы(IV) до оксида серы(VI). В этой реакции оксид серы(IV) ($SO_2$) взаимодействует с кислородом ($O_2$), образуя оксид серы(VI) ($SO_3$).

Сбалансированное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$

2. Поскольку все вещества в реакции являются газами и находятся при нормальных условиях (н. у.), мы можем применить закон объемных отношений газов (закон Гей-Люссака). Этот закон гласит, что объемы вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции газов относятся друг к другу как простые целые числа, равные их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

Из уравнения реакции следует, что 2 моль (или 2 объемные части) $SO_2$ реагируют с 1 моль (или 1 объемной частью) $O_2$.

3. Составим пропорцию для нахождения объема кислорода, необходимого для реакции с 8 л оксида серы(IV):

$\frac{V(SO_2)}{V(O_2)} = \frac{2}{1}$

где 2 и 1 – это коэффициенты перед $SO_2$ и $O_2$ в уравнении реакции.

4. Выразим из пропорции искомый объем кислорода $V(O_2)$:

$V(O_2) = \frac{V(SO_2) \cdot 1}{2} = \frac{1}{2} V(SO_2)$

5. Подставим заданное значение объема оксида серы(IV) и рассчитаем объем кислорода:

$V(O_2) = \frac{1}{2} \cdot 8 \text{ л} = 4 \text{ л}$

Ответ: для превращения 8 л оксида серы(IV) в оксид серы(VI) потребуется 4 л кислорода.

1. Число электронов на внешнем слое атомов галогенов равно

1) 1

2) 3

3) 5

4) 7

Решение

Галогены — это химические элементы, расположенные в 17-й группе (по устаревшей классификации — в главной подгруппе VII группы) периодической таблицы химических элементов. К ним относятся фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), иод (I) и астат (At).

Номер группы для элементов главных подгрупп (А-групп) в периодической системе указывает на количество электронов на их внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Поскольку галогены находятся в VIIA группе, у атомов этих элементов на внешнем электронном слое находится 7 электронов.

Рассмотрим электронные конфигурации некоторых галогенов:

• Атом фтора (F), порядковый номер 9, имеет электронную конфигурацию: $1s^2 2s^2 2p^5$. Внешний уровень — второй ($n=2$), на нём находится $2+5=7$ электронов.
• Атом хлора (Cl), порядковый номер 17, имеет электронную конфигурацию: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$. Внешний уровень — третий ($n=3$), на нём находится $2+5=7$ электронов.

Общая электронная формула внешнего слоя для атомов всех галогенов имеет вид $ns^2 np^5$, где $n$ — номер периода. Суммарное число электронов на s- и p-подуровнях внешнего слоя равно $2+5=7$.

Следовательно, число электронов на внешнем слое атомов галогенов равно 7. Из предложенных вариантов правильным является вариант 4).

Ответ: 4) 7

2. В ряду $F - Cl - Br - I$ электроотрицательность

1) возрастает

2) не изменяется

3) убывает

4) изменяется бессистемно

Решение

Представленный ряд элементов F — Cl — Br — I представляет собой элементы 17-й группы (галогены) периодической системы Д.И. Менделеева, расположенные в порядке увеличения их порядковых номеров (сверху вниз по группе).

Электроотрицательность — это мера способности атома в молекуле притягивать к себе электроны, участвующие в образовании химической связи. В периодической системе существуют чёткие закономерности изменения этого свойства.

При движении по группе сверху вниз происходит увеличение числа электронных слоев в атоме, что ведет к увеличению атомного радиуса. Валентные (внешние) электроны оказываются всё дальше от положительно заряженного ядра. Кроме того, усиливается экранирующий эффект внутренних электронов, которые ослабляют притяжение валентных электронов к ядру. В результате способность ядра притягивать к себе электроны от других атомов (т.е. электроотрицательность) ослабевает.

Таким образом, в ряду галогенов от фтора (F) к йоду (I) электроотрицательность закономерно уменьшается. Фтор является самым электроотрицательным элементом во всей периодической системе, а у последующих элементов этой группы — хлора, брома и йода — это значение последовательно убывает.

Исходя из этой закономерности, правильным вариантом ответа является тот, который указывает на убывание электроотрицательности.

Ответ: 3) убывает

3. Для фтора характерны степени окисления

1) $-1, 0$

2) $-1, +3$

3) $0, -1, +7$

4) $-1, +7$

Решение

Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, который вычисляется исходя из предположения, что все связи являются ионными. Для определения характерных степеней окисления фтора необходимо рассмотреть его электронное строение и электроотрицательность.

1. Электронное строение. Фтор (F) находится во 2-м периоде, VIIA группе периодической системы. Электронная конфигурация его внешнего слоя — $2s^22p^5$. До завершения внешнего энергетического уровня ему не хватает одного электрона. Принимая один электрон, атом фтора приобретает стабильную электронную конфигурацию инертного газа неона и степень окисления -1.

2. Электроотрицательность. Фтор — самый электроотрицательный химический элемент. Это означает, что в соединениях с любыми другими элементами он всегда будет притягивать к себе общую электронную пару, приобретая отрицательную степень окисления. Из-за этого фтор не может проявлять положительные степени окисления, в отличие от других галогенов (хлора, брома, иода), которые могут образовывать соединения с более электроотрицательными кислородом или фтором.

Исходя из этого, можно сделать следующие выводы о степенях окисления фтора:

• В виде простого вещества (молекула $F_2$) степень окисления фтора, как и у любого простого вещества, равна 0.
• Во всех своих соединениях фтор проявляет единственную и постоянную степень окисления -1 (например, в $HF$, $CaF_2$, $OF_2$).

Таким образом, для фтора характерны только две степени окисления: 0 и -1.

Проанализируем предложенные варианты ответа:

1. -1, 0: Верно. Эти степени окисления характерны для фтора.
2. -1, +3: Неверно. Фтор не может иметь положительную степень окисления.
3. 0, -1, +7: Неверно. Фтор не может иметь положительную степень окисления.
4. -1, +7: Неверно. Фтор не может иметь положительную степень окисления.

Следовательно, правильный ответ находится под номером 1.

Ответ: 1

4. Верны ли следующие суждения о галогенах?

А. Раствор хлора в воде называют хлорной водой.

Б. Интенсивность окраски галогенов усиливается с увеличением атомного номера элемента.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Раствор хлора в воде называют хлорной водой.
Это суждение является верным. Водный раствор хлора ($Cl_2$) действительно носит название "хлорная вода". В этом растворе хлор не только растворяется, но и обратимо реагирует с водой, образуя соляную ($HCl$) и хлорноватистую ($HClO$) кислоты. Уравнение реакции: $Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$. Использование термина "хлорная вода" является общепринятым в химии.
Ответ: суждение верно.

Б. Интенсивность окраски галогенов усиливается с увеличением атомного номера элемента.
Это суждение также является верным. Если рассмотреть галогены в порядке возрастания их атомного номера, можно заметить четкую закономерность в изменении их цвета:
Фтор ($F_2$) — очень бледный желто-зеленый газ.
Хлор ($Cl_2$) — желто-зеленый газ, заметно интенсивнее фтора.
Бром ($Br_2$) — красно-бурая жидкость.
Йод ($I_2$) — темно-серые кристаллы с фиолетовыми парами.
Таким образом, окраска галогенов становится глубже и интенсивнее по мере продвижения вниз по группе в Периодической системе.
Ответ: суждение верно.

Поскольку оба суждения (А и Б) являются верными, правильным вариантом ответа является тот, в котором указано, что оба суждения верны.
Ответ: 3

5. В отличие от хлора при нормальных условиях бром представляет собой

1) газ 2) жидкость 3) твёрдое вещество

Решение

Вопрос касается агрегатного состояния брома при нормальных условиях (н.у.) в сравнении с хлором. Нормальные условия в химии — это температура 0 °C (273,15 K) и давление 1 атмосфера (101 325 Па).

Хлор ($Cl_2$) и бром ($Br_2$) — это химические элементы, принадлежащие к 17-й группе периодической системы, группе галогенов. Для галогенов характерна закономерность изменения агрегатного состояния простых веществ при переходе вниз по группе. Это связано с увеличением атомной массы и числа электронов в молекулах ($F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$), что ведёт к усилению межмолекулярного взаимодействия (сил Ван-дер-Ваальса).

При нормальных условиях:
- Фтор ($F_2$) — светло-жёлтый газ.
- Хлор ($Cl_2$) — желто-зелёный газ.
- Бром ($Br_2$) — красно-бурая жидкость.
- Иод ($I_2$) — тёмно-серые кристаллы (твёрдое вещество).

Таким образом, в отличие от хлора, который при нормальных условиях является газом, бром представляет собой жидкость.

Ответ: 2) жидкость.