Страница 82 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Число валентных электронов в атоме серы равно

1) 16 2) 2 3) 6 4) 4

Решение

Чтобы определить число валентных электронов в атоме серы, необходимо обратиться к Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Валентными называются электроны, расположенные на внешней электронной оболочке атома.

Существует два основных способа найти их количество:

1. По номеру группы. Сера (S) находится в VIА группе (16-й группе) Периодической системы. Для элементов главных подгрупп (А-групп) число валентных электронов равно номеру группы. Таким образом, у серы 6 валентных электронов.

2. По электронной конфигурации. Порядковый номер серы — 16, следовательно, в её атоме 16 протонов и 16 электронов. Электронная формула атома серы:
$1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$

Внешним энергетическим уровнем для атома серы является третий уровень (n=3). На этом уровне находятся электроны на $3s$-подуровне (2 электрона) и $3p$-подуровне (4 электрона). Суммарное число электронов на внешнем уровне: $2 + 4 = 6$.

Оба способа дают одинаковый результат. Из предложенных вариантов правильным является вариант 3).

Ответ: 3) 6.

2. В ряду химических элементов $ \text{Si} - \text{P} - \text{S} $

1) ослабевают неметаллические свойства

2) уменьшаются радиусы атомов

3) не изменяется число электронов на внешнем слое

4) увеличивается число энергетических уровней

Для того чтобы определить, какое из утверждений является верным, проанализируем положение элементов кремния ($Si$), фосфора ($P$) и серы ($S$) в периодической системе и рассмотрим закономерности изменения их свойств.

Все три элемента — $Si$, $P$, $S$ — находятся в одном, 3-м периоде. Их порядковые номера и, соответственно, заряды ядер увеличиваются: у кремния ($Si$) — 14, у фосфора ($P$) — 15, у серы ($S$) — 16. Они расположены в 14-й, 15-й и 16-й группах соответственно. Ряд $Si \rightarrow P \rightarrow S$ представляет собой движение по периоду слева направо.

1) ослабевают неметаллические свойства

Неметаллические свойства — это способность атомов принимать электроны. При движении по периоду слева направо заряд ядра увеличивается, а число электронных слоев остается неизменным. Это приводит к усилению притяжения валентных электронов к ядру и увеличению электроотрицательности. Следовательно, способность принимать электроны растет, а значит, неметаллические свойства усиливаются. Утверждение неверно.

2) уменьшаются радиусы атомов

В пределах одного периода с увеличением порядкового номера элемента растет заряд его ядра. Электроны продолжают заполнять тот же самый внешний энергетический уровень (в данном случае — третий). Усиление притяжения между положительно заряженным ядром и электронами приводит к сжатию электронной оболочки, то есть к уменьшению радиуса атома. Таким образом, в ряду $Si \rightarrow P \rightarrow S$ радиусы атомов действительно уменьшаются. Утверждение верно.

3) не изменяется число электронов на внешнем слое

Число электронов на внешнем слое для элементов главных подгрупп соответствует номеру группы. Кремний ($Si$) находится в 14-й группе и имеет 4 валентных электрона. Фосфор ($P$) — в 15-й группе, имеет 5 валентных электронов. Сера ($S$) — в 16-й группе, имеет 6 валентных электронов. Очевидно, что число электронов на внешнем слое увеличивается. Утверждение неверно.

4) увеличивается число энергетических уровней

Число заполняемых электронами энергетических уровней в атоме элемента определяется номером периода. Поскольку все три элемента ($Si$, $P$, $S$) находятся в 3-м периоде, у каждого из них электроны расположены на трех энергетических уровнях. Таким образом, число энергетических уровней в данном ряду не изменяется. Утверждение неверно.

На основе проведенного анализа можно заключить, что единственное верное утверждение — второе.

Ответ: 2

3. Аллотропные модификации образует химический элемент

1) водород

2) сера

3) хлор

4) аргон

Аллотропия — это способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ, которые называются аллотропными модификациями. Эти модификации различаются по строению (расположению атомов в кристалле или числу атомов в молекуле) и, как следствие, по свойствам.

Рассмотрим предложенные химические элементы:

1) водород

Водород в виде простого вещества представляет собой двухатомные молекулы $H_2$. У водорода есть изотопы (протий, дейтерий, тритий) и спиновые изомеры (орто- и параводород), но это не является аллотропией. Аллотропных модификаций, отличающихся строением молекул или кристаллической решетки, для водорода не описано.

2) сера

Сера — классический пример элемента, обладающего аллотропией. Она образует большое количество аллотропных модификаций. Наиболее известными являются ромбическая и моноклинная сера, состоящие из коронообразных молекул $S_8$, но имеющие разное кристаллическое строение. При нагревании также образуется пластическая сера, имеющая полимерное строение. Существуют и другие модификации, состоящие из молекул с разным числом атомов ($S_6$, $S_7$ и др.).

3) хлор

Хлор, как и все галогены, в свободном состоянии существует в виде двухатомных молекул $Cl_2$. Аллотропных модификаций для хлора не существует.

4) аргон

Аргон — это инертный (благородный) газ. Его простое вещество состоит из отдельных, не связанных друг с другом атомов ($Ar$). Поскольку атомы аргона не образуют молекул или устойчивых кристаллических структур с разным строением, аллотропия для него не характерна.

Таким образом, из перечисленных элементов аллотропные модификации образует только сера.

Ответ: 2

4. Высшую степень окисления сера имеет в соединении, формула которого

1) $SO_2$

2) $K_2S$

3) $BaSO_3$

4) $Na_2SO_4$

Для того чтобы определить, в каком из предложенных соединений сера имеет высшую степень окисления, необходимо рассчитать степень окисления атома серы в каждом из них. Высшая степень окисления для серы, как элемента 16-й группы (VIА подгруппы) периодической системы, равна номеру группы и составляет +6.

Для расчета степеней окисления воспользуемся следующими правилами:

1. Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральном соединении равна нулю.

2. Степень окисления кислорода в большинстве соединений (в частности, в оксидах и солях кислородсодержащих кислот) равна –2.

3. Металлы IA группы (щелочные металлы, такие как K и Na) в соединениях всегда имеют степень окисления +1.

4. Металлы IIA группы (щелочноземельные металлы, такие как Ba) в соединениях всегда имеют степень окисления +2.

Проведем расчет степени окисления серы (обозначим ее как $x$) для каждого соединения.

1) SO₂

Это оксид серы(IV). Степень окисления кислорода –2. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления равна нулю. Составим уравнение: $x + 2 \cdot (-2) = 0$. Решая его, получаем: $x - 4 = 0$, откуда $x = +4$. Степень окисления серы в $SO_2$ равна +4.

2) K₂S

Это сульфид калия. Степень окисления калия (металл IA группы) равна +1. Составим уравнение: $2 \cdot (+1) + x = 0$. Решая его, получаем: $2 + x = 0$, откуда $x = -2$. Степень окисления серы в $K_2S$ равна –2 (это низшая степень окисления для серы).

3) BaSO₃

Это сульфит бария. Степень окисления бария (металл IIA группы) равна +2, а степень окисления кислорода равна –2. Составим уравнение: $(+2) + x + 3 \cdot (-2) = 0$. Решая его, получаем: $2 + x - 6 = 0$, откуда $x - 4 = 0$ и $x = +4$. Степень окисления серы в $BaSO_3$ равна +4.

4) Na₂SO₄

Это сульфат натрия. Степень окисления натрия (металл IA группы) равна +1, а степень окисления кислорода равна –2. Составим уравнение: $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$. Решая его, получаем: $2 + x - 8 = 0$, откуда $x - 6 = 0$ и $x = +6$. Степень окисления серы в $Na_2SO_4$ равна +6.

Сравнивая полученные значения степеней окисления серы: +4 (в $SO_2$), –2 (в $K_2S$), +4 (в $BaSO_3$) и +6 (в $Na_2SO_4$), можно заключить, что высшую степень окисления (+6) сера имеет в сульфате натрия.

Ответ: 4) Na₂SO₄

5. Сера реагирует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $O_2$ и $H_2O$

2) $Fe$ и $O_2$

3) $Mg$ и $KOH$

4) $H_2$ и $Ne$

Для решения этой задачи необходимо проанализировать химические свойства серы и её способность вступать в реакции с веществами, предложенными в каждом из вариантов ответа. Сера (S) является неметаллом, который может проявлять как окислительные (в реакциях с металлами, водородом), так и восстановительные свойства (в реакциях с более электроотрицательными элементами, такими как кислород, фтор).

Сера реагирует с кислородом ($O_2$) при нагревании (горение), образуя оксид серы(IV). В этой реакции сера является восстановителем.
$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$
С водой ($H_2O$) в обычных условиях сера не реагирует. Поэтому данный вариант ответа не является правильным.

Сера реагирует с железом ($Fe$) при нагревании. В этой реакции сера выступает в роли окислителя, образуя сульфид железа(II).
$Fe + S \xrightarrow{t} FeS$
Как уже было показано, сера также реагирует с кислородом ($O_2$).
$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$
Поскольку сера реагирует с каждым из этих двух веществ, данный вариант является верным.

Сера реагирует с активным металлом магнием ($Mg$) при нагревании, выступая в роли окислителя, с образованием сульфида магния.
$Mg + S \xrightarrow{t} MgS$
Сера также способна реагировать с водными растворами щелочей при нагревании. В реакции с гидроксидом калия ($KOH$) происходит диспропорционирование серы, где она одновременно и окисляется, и восстанавливается.
$3S + 6KOH \xrightarrow{t} 2K_2S + K_2SO_3 + 3H_2O$
Таким образом, сера реагирует с обоими веществами, и этот вариант также является химически корректным.

Сера реагирует с водородом ($H_2$) при нагревании, образуя сероводород. Сера в данном случае является окислителем.
$H_2 + S \rightleftharpoons H_2S$
Неон ($Ne$) — это благородный (инертный) газ, который обладает очень низкой химической активностью и с серой не реагирует. Следовательно, этот вариант неверен.

Итак, мы имеем два химически верных варианта ответа: 2 и 3. В подобных тестовых заданиях, как правило, требуется выбрать вариант, отражающий наиболее общие и фундаментальные свойства элемента. Реакции серы с металлом (железом) и кислородом — это классические примеры, демонстрирующие её двойственную окислительно-восстановительную природу. Реакция со щелочью (диспропорционирование) также является важным свойством, но представляет собой более сложный процесс. Поэтому наиболее вероятным правильным ответом является вариант 2.

Ответ: 2

6. Верны ли следующие суждения о свойствах серной кислоты?

А. Концентрированная серная кислота очень гигроскопичное вещество.

Б. При разбавлении серной кислоты её следует вливать тонкой струёй в воду (а не наоборот) при постоянном помешивании.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Для определения правильного ответа необходимо проанализировать каждое из предложенных суждений.

А. Концентрированная серная кислота очень гигроскопичное вещество.

Данное утверждение является верным. Гигроскопичность — это способность вещества поглощать водяные пары из окружающей среды. Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) является одним из самых сильных осушителей, так как она жадно поглощает воду, образуя с ней прочные гидраты ($H_2SO_4 \cdot nH_2O$). Этот процесс настолько интенсивен, что кислота способна отнимать воду даже от органических соединений (например, обугливать сахар).

Б. При разбавлении серной кислоты её следует вливать тонкой струёй в воду (а не наоборот) при постоянном помешивании.

Данное утверждение также является верным и представляет собой ключевое правило техники безопасности при работе с кислотами. Растворение концентрированной серной кислоты в воде — это сильно экзотермический процесс, то есть он сопровождается выделением большого количества тепла. Плотность концентрированной $H_2SO_4$ (около $1,84 \text{ г/см}^3$) намного выше плотности воды ($H_2O$, около $1 \text{ г/см}^3$).
Если лить воду в кислоту, то вода, как менее плотная жидкость, окажется на поверхности кислоты. Выделяющееся тепло сконцентрируется в этом тонком слое воды, что приведёт к её мгновенному вскипанию и разбрызгиванию капель едкой кислоты.
При правильном разбавлении кислоту медленно вливают в воду. Более плотная кислота опускается на дно и равномерно перемешивается с большим объемом воды. Вода обладает высокой теплоёмкостью и эффективно поглощает выделяющееся тепло, предотвращая опасное закипание.

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

7. Какая формула соответствует сильной кислоте, способной обугливать бумагу, ткани и древесину?

1) $H_2SO_4$

2) $H_2SO_3$

3) $H_2S$

4) $HCl$

Решение

В вопросе требуется указать сильную кислоту, которая обладает способностью обугливать органические материалы, такие как бумага, ткани и древесина. Это свойство обусловлено сильным водоотнимающим (дегидратирующим) действием кислоты. Рассмотрим предложенные варианты:

1) $H_2SO_4$
Серная кислота является сильной двухосновной кислотой. Концентрированная серная кислота — это очень сильное водоотнимающее средство. Она способна отнимать элементы воды от органических соединений, в частности от углеводов (целлюлозы), из которых состоят бумага, ткани и древесина. В результате этого процесса остается черный пористый уголь. Процесс обугливания, например, сахарозы (бытового сахара) можно описать уравнением:
$C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.)} 12C + 11H_2O$
Этот вариант полностью соответствует условиям вопроса, так как серная кислота является и сильной кислотой, и сильным дегидратирующим агентом.

2) $H_2SO_3$
Сернистая кислота — это слабая, неустойчивая кислота. Она существует только в водных растворах и не обладает выраженными водоотнимающими свойствами, необходимыми для обугливания органических веществ. Таким образом, она не подходит.

3) $H_2S$
Сероводородная кислота — это очень слабая кислота. Она не является окислителем или водоотнимающим средством в данных условиях и не способна обугливать органические материалы. Этот вариант неверный.

4) $HCl$
Соляная (хлороводородная) кислота является сильной одноосновной кислотой. Однако, в отличие от концентрированной серной кислоты, она не является сильным водоотнимающим средством и не вызывает обугливания бумаги, тканей или древесины. Следовательно, этот вариант не подходит, несмотря на то, что кислота сильная.

Таким образом, единственной кислотой из предложенного списка, которая является сильной и при этом способна обугливать органические вещества за счет своих мощных водоотнимающих свойств, является серная кислота.

Ответ: 1) $H_2SO_4$.

8. Концентрированная серная кислота пассивирует каждый из двух металлов:

1) Cu, Mg

2) Fe, Al

3) Ba, Zn

4) Ca, Hg

Решение:

Пассивация — это явление, при котором на поверхности металла образуется тонкая, плотная и химически инертная плёнка (чаще всего оксидная), которая защищает металл от дальнейшего взаимодействия с агрессивной средой. В данном случае, речь идет о пассивации концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$). При обычных условиях (без нагревания) она пассивирует такие металлы, как железо (Fe), алюминий (Al), хром (Cr). Это означает, что реакция между этими металлами и холодной концентрированной $H_2SO_4$ практически не идет. При нагревании пассивирующая пленка разрушается, и реакция становится возможной.

Проанализируем предложенные пары металлов:

1) Cu, Mg
Медь (Cu) и магний (Mg) являются активными металлами, которые реагируют с концентрированной серной кислотой, а не пассивируются.
$Mg + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow MgSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$
$Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$
Этот вариант не подходит.

2) Fe, Al
И железо (Fe), и алюминий (Al) пассивируются холодной концентрированной серной кислотой. На их поверхности образуются прочные оксидные пленки, которые препятствуют дальнейшей реакции.
$Fe + H_2SO_4(конц., холодн.) \rightarrow$ пассивация
$Al + H_2SO_4(конц., холодн.) \rightarrow$ пассивация
Этот вариант является правильным.

3) Ba, Zn
Цинк (Zn) активно реагирует с концентрированной серной кислотой и не пассивируется. Барий (Ba) также реагирует, но на его поверхности образуется пленка нерастворимого сульфата бария ($BaSO_4$), что замедляет реакцию. Однако, поскольку цинк не пассивируется, этот вариант не подходит.
$Zn + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow ZnSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

4) Ca, Hg
Ртуть (Hg) не реагирует с холодной концентрированной серной кислотой из-за своей низкой химической активности, а не вследствие пассивации. Кальций (Ca) реагирует с кислотой, но реакция замедляется из-за образования малорастворимого сульфата кальция ($CaSO_4$). Этот вариант не подходит.

Таким образом, единственная пара металлов из предложенных, где оба металла пассивируются концентрированной серной кислотой, — это железо и алюминий.

Ответ: 2

9. Разбавленная серная кислота не реагирует с веществом, формула которого

1) $Cu$

2) $Cu(OH)_2$

3) $BaCl_2$

4) $HgO$

Решение

Для ответа на вопрос необходимо последовательно рассмотреть взаимодействие разбавленной серной кислоты ($H_2SO_4$) с каждым из предложенных веществ.

1) Cu

Разбавленная серная кислота, как и другие кислоты-неокислители, реагирует только с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода. Медь ($Cu$) находится в этом ряду после водорода, поэтому она не способна вытеснять водород из разбавленной $H_2SO_4$.

$Cu + H_2SO_4(\text{разб.}) \nrightarrow$

Следовательно, эта реакция не идет.

2) Cu(OH)₂

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) является основанием. Серная кислота вступает с ним в реакцию нейтрализации, в результате которой образуются соль и вода. Это типичная реакция "кислота + основание".

$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$

Эта реакция протекает.

3) BaCl₂

Хлорид бария ($BaCl_2$) – это соль. Реакция обмена между кислотой и солью протекает, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит. В данном случае образуется нерастворимый в воде и кислотах белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

$BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$

Эта реакция протекает и является качественной на сульфат-ион.

4) HgO

Оксид ртути(II) ($HgO$) относится к классу основных оксидов. Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды.

$HgO + H_2SO_4 \rightarrow HgSO_4 + H_2O$

Эта реакция протекает.

Таким образом, единственное вещество, с которым разбавленная серная кислота не реагирует, это медь.

Ответ: 1