Страница 75 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между галогеном (простым веществом или элементом в составе сложного вещества) и областью его применения.

ГАЛОГЕН

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

А) фтор

1) обеззараживание питьевой воды

Б) иод

2) производство полимеров и хладагентов

В) хлор

3) обработка небольших ран (спиртовой раствор)

А) фтор – Фтор и его соединения являются основой для производства фторполимеров (например, тефлона) и фторорганических соединений, которые долгое время использовались в качестве хладагентов (фреонов). Поэтому данному галогену соответствует область применения "производство полимеров и хладагентов".
Ответ: 2

Б) иод – 5%-й спиртовой раствор иода (иодная настойка) является классическим и широко известным антисептическим средством для наружного применения. Его используют для обработки краев ран, ссадин и мелких порезов с целью предотвращения инфицирования.
Ответ: 3

В) хлор – Хлорирование – это самый распространенный в мире метод обеззараживания питьевой воды. Хлор эффективно уничтожает большинство патогенных бактерий и вирусов, обеспечивая эпидемиологическую безопасность воды в системах централизованного водоснабжения.
Ответ: 1

13. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции, соответствующее превращению

$F_2 + H_2O \rightarrow HF + O_2$

Укажите окислитель и восстановитель.

Дано:

Схема химической реакции: $F_2 + H_2O \rightarrow HF + O_2$

Найти:

1. Составить уравнение реакции, используя метод электронного баланса.
2. Указать окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Для составления уравнения реакции методом электронного баланса сначала определим степени окисления всех элементов в реагентах и продуктах:

$\overset{0}{F_2} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{+1}{H}\overset{-1}{F} + \overset{0}{O_2}$

2. Выявим элементы, которые изменили свою степень окисления в ходе реакции:
- Фтор (F) изменил степень окисления с 0 до -1.
- Кислород (O) изменил степень окисления с -2 до 0.

3. Составим полуреакции окисления и восстановления. Фтор принимает электроны, его степень окисления понижается — это процесс восстановления. Кислород отдает электроны, его степень окисления повышается — это процесс окисления. Запишем электронный баланс:

$F_2^0 + 2e^- \rightarrow 2F^{-1}$ | 2 | процесс восстановления, $F_2$ — окислитель
$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 | процесс окисления, $H_2O$ — восстановитель

4. Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, находим наименьшее общее кратное (НОК) для чисел 2 и 4. НОК(2, 4) = 4. Умножаем первую полуреакцию на 2, а вторую на 1. Эти числа являются коэффициентами в уравнении.

5. Подставим полученные коэффициенты в исходную схему реакции:

$2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$

6. Выполним проверку баланса атомов в уравнении:

- Атомы F: слева 2 × 2 = 4, справа 4 × 1 = 4.
- Атомы H: слева 2 × 2 = 4, справа 4 × 1 = 4.
- Атомы O: слева 2 × 1 = 2, справа 1 × 2 = 2.
Уравнение сбалансировано верно.

7. Определим окислитель и восстановитель:
Окислитель — вещество, атомы которого принимают электроны, понижая свою степень окисления. В данной реакции это фтор $F_2$.
Восстановитель — вещество, атомы которого отдают электроны, повышая свою степень окисления. В данной реакции это вода $H_2O$ (за счет атома кислорода).

Ответ: Уравнение реакции, составленное методом электронного баланса: $2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2$. Окислителем является фтор ($F_2$), восстановителем — вода ($H_2O$).

14. Порошок алюминия соединили с жидкостью красно-бурого цвета, произошла яркая вспышка. При взаимодействии водного раствора полученного продукта с раствором нитрата серебра образовался осадок светло-жёлтого цвета. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Решение

1. Порошок алюминия ($Al$) соединили с жидкостью красно-бурого цвета. Единственным простым веществом, которое является жидкостью такого цвета при нормальных условиях, является бром ($Br_2$). Реакция алюминия с бромом протекает очень бурно, с выделением большого количества тепла и света, что соответствует описанию "яркая вспышка". В результате реакции образуется соль — бромид алюминия ($AlBr_3$).

Уравнение первой химической реакции:
$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$

2. Водный раствор полученного продукта (бромида алюминия $AlBr_3$) вступает в реакцию с раствором нитрата серебра ($AgNO_3$). Это реакция ионного обмена. При взаимодействии ионов серебра ($Ag^+$) и бромид-ионов ($Br^−$) образуется нерастворимое в воде вещество — бромид серебра ($AgBr$). Согласно справочным данным, бромид серебра является осадком светло-жёлтого цвета, что совпадает с условием задачи. Второй продукт реакции — нитрат алюминия ($Al(NO_3)_3$) — растворим в воде.

Уравнение второй химической реакции:
$AlBr_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgBr \downarrow + Al(NO_3)_3$

Ответ:
$2Al + 3Br_2 \rightarrow 2AlBr_3$
$AlBr_3 + 3AgNO_3 \rightarrow 3AgBr \downarrow + Al(NO_3)_3$

1. Число валентных электронов в атомах галогенов равно

1) 7

2) 5

3) 3

4) 1

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к строению атомов галогенов.

Галогены — это химические элементы 17-й группы Периодической системы (или VIIA группы по старой классификации). К ним относятся фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), иод (I) и астат (At).

Валентными электронами называют электроны, расположенные на самом удаленном от ядра энергетическом уровне (внешней электронной оболочке). Они определяют химические свойства элемента и его способность образовывать химические связи.

Для элементов главных подгрупп, к которым относятся галогены, число валентных электронов совпадает с номером группы (в старой нотации). Таким образом, у всех галогенов на внешнем уровне находится 7 электронов.

Общая электронная формула внешнего энергетического уровня для атомов галогенов выглядит как $ns^2np^5$, где $n$ — номер периода. Сумма электронов на s- и p-подуровнях внешнего слоя составляет $2 + 5 = 7$.

Например:

• Атом фтора (F), 2-й период, имеет электронную конфигурацию внешнего слоя $2s^22p^5$ — 7 валентных электронов.
• Атом хлора (Cl), 3-й период, имеет электронную конфигурацию внешнего слоя $3s^23p^5$ — 7 валентных электронов.

Следовательно, число валентных электронов в атомах галогенов равно 7.

Ответ: 1) 7

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

1) увеличивается

2) не изменяется

3) уменьшается

4) изменяется бессистемно

Решение

Рассмотрим ряд химических элементов: йод ($I$), бром ($Br$), хлор ($Cl$), фтор ($F$). Все эти элементы являются галогенами и находятся в 17-й группе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны, участвующие в образовании химической связи. В периодической системе существуют чёткие закономерности изменения этого свойства. В пределах одной группы (вертикального столбца) электроотрицательность увеличивается при движении снизу вверх.

В 17-й группе элементы расположены в следующем порядке сверху вниз: фтор ($F$), хлор ($Cl$), бром ($Br$), йод ($I$). Следовательно, представленный в задании ряд $I \rightarrow Br \rightarrow Cl \rightarrow F$ соответствует движению по группе снизу вверх.

Увеличение электроотрицательности при движении вверх по группе объясняется уменьшением радиуса атома. Чем меньше атом, тем ближе его валентные электроны к положительно заряженному ядру и тем сильнее ядро притягивает электроны, в том числе и от других атомов в химическом соединении. Фтор является самым электроотрицательным элементом во всей периодической системе.

Таким образом, в ряду от йода к фтору электроотрицательность последовательно увеличивается.

Ответ: 1) увеличивается

3. Высшая и низшая степени окисления брома равны соответственно

1) $+1, -7$

2) $+7, -1$

3) $+1, -1$

4) $+4, 0$

Решение

Для определения высшей и низшей степеней окисления химического элемента необходимо знать его положение в Периодической системе.

Бром ($Br$) — химический элемент 17-й группы (по старой классификации — VII группы главной подгруппы).

Высшая (положительная) степень окисления для элементов главных подгрупп, как правило, численно равна номеру группы. Бром находится в VII группе, поэтому его высшая степень окисления равна $+7$. Это соответствует потере всех семи валентных электронов. Пример соединения, в котором бром проявляет степень окисления $+7$ — это бромная кислота ($HBrO_4$) или ее соли, перброматы.

Низшая (отрицательная) степень окисления для неметаллов определяется числом электронов, которые атом должен принять, чтобы завершить свой внешний электронный слой до восьми электронов (правило октета). Низшую степень окисления можно рассчитать по формуле: номер группы - 18. Для брома: $17 - 18 = -1$. Атом брома имеет 7 валентных электронов, и ему не хватает одного электрона до завершения электронной оболочки. Поэтому его низшая степень окисления равна $-1$. Пример соединения — бромоводород ($HBr$).

Следовательно, высшая и низшая степени окисления брома равны соответственно $+7$ и $-1$.

Ответ: 2

4. Верны ли следующие суждения о галогенах?

А. Все галогены — токсичные вещества.

Б. Простые вещества галогены в реакциях с металлами являются окислителями.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

А. Все галогены — токсичные вещества.

Данное утверждение является верным. Галогены (элементы 17-й группы) в виде простых веществ являются токсичными. Фтор ($F_2$) — чрезвычайно ядовитый и химически агрессивный газ. Хлор ($Cl_2$) — ядовитый газ, поражающий дыхательные пути. Бром ($Br_2$) — токсичная жидкость, пары которой вызывают сильное раздражение слизистых. Иод ($I_2$) менее токсичен, но его пары также ядовиты. Астат ($At_2$) является радиоактивным, и его токсичность в первую очередь обусловлена этим свойством. Таким образом, все галогены токсичны.

Б. Простые вещества галогены в реакциях с металлами являются окислителями.

Это утверждение также является верным. Атомы галогенов имеют на внешнем энергетическом уровне 7 электронов и обладают высокой электроотрицательностью, то есть сильной способностью притягивать к себе электроны. В реакциях с металлами, которые, наоборот, легко отдают электроны, галогены выступают в роли окислителей — они принимают электроны от атомов металла. В процессе реакции степень окисления галогена понижается с 0 до -1, что соответствует процессу восстановления. Вещество, которое восстанавливается, является окислителем. Например, в реакции образования хлорида натрия: $2Na^0 + Cl_2^0 \rightarrow 2Na^{+1}Cl^{-1}$. Здесь хлор принимает электроны и является окислителем.

Так как оба суждения (А и Б) являются верными, правильный вариант ответа находится под номером 3.

Ответ: 3