Страница 85 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

8. Концентрированная серная кислота не реагирует на холоду с веществом, формула которого

1) $Hg$

2) $Fe$

3) $BaCl_2$

4) $KOH$

Решение

Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) является сильной кислотой и сильным окислителем за счет серы в степени окисления +6. Её способность реагировать с различными веществами зависит от условий (температура, концентрация) и природы реагентов. Вопрос заключается в том, какое из предложенных веществ не будет реагировать с концентрированной $H_2SO_4$ на холоду (т.е. при комнатной температуре).

1) Hg
Ртуть — это металл, который находится в ряду электрохимических напряжений после водорода. Она не реагирует с разбавленными кислотами-неокислителями. Однако концентрированная серная кислота является кислотой-окислителем и способна окислять ртуть. Реакция возможна и на холоду, хотя и протекает медленно. При нагревании скорость реакции значительно возрастает.
$Hg + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow HgSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
Таким образом, ртуть реагирует с концентрированной серной кислотой.

2) Fe
Железо — это активный металл, который легко реагирует с разбавленной серной кислотой. Однако с концентрированной серной кислотой на холоду железо (а также алюминий и хром) не реагирует. Это явление называется пассивацией. На поверхности металла образуется тонкая, плотная и прочная оксидная пленка, которая защищает металл от дальнейшего контакта с кислотой и прекращает реакцию. Реакция становится возможной только при сильном нагревании.
Поэтому на холоду железо не реагирует с концентрированной серной кислотой.

3) BaCl₂
Хлорид бария ($BaCl_2$) — это растворимая соль. Серная кислота, как концентрированная, так и разбавленная, реагирует с солями бария с образованием белого нерастворимого осадка сульфата бария ($BaSO_4$). Это реакция ионного обмена, которая протекает мгновенно при смешивании растворов или при контакте кислоты с твердой солью.
$BaCl_2 + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl\uparrow$
Реакция протекает на холоду.

4) KOH
Гидроксид калия ($KOH$) — это сильное основание (щелочь). Реакция между сильной кислотой ($H_2SO_4$) и сильным основанием ($KOH$) является реакцией нейтрализации. Она протекает очень энергично, с выделением большого количества тепла, и не требует нагревания.
$2KOH + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$
Реакция протекает на холоду.

Таким образом, единственное вещество из списка, которое не реагирует с концентрированной серной кислотой на холоду, — это железо, так как оно пассивируется.

Ответ: 2) Fe

9. Разбавленная серная кислота реагирует с каждым из двух веществ, формулы которых

1) $Cu$ и $Cu(OH)_2$

2) $Fe$ и $Fe(OH)_2$

3) $BaCl_2$ и $CO_2$

4) $KOH$ и $K_2SO_4$

Решение

Разбавленная серная кислота ($H_2SO_4$) — это сильная кислота, которая проявляет ряд характерных химических свойств. Для решения задачи необходимо проверить, будет ли она реагировать с обоими веществами в каждой из предложенных пар.

1) Cu и Cu(OH)₂

Медь ($Cu$) — металл, находящийся в ряду электрохимической активности металлов после водорода. Поэтому медь не вытесняет водород из разбавленных кислот и не реагирует с разбавленной серной кислотой.
Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) — это нерастворимое основание. Основания реагируют с кислотами в реакции нейтрализации, образуя соль и воду.
$Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O$
Поскольку медь не вступает в реакцию, данный вариант не является правильным.
Ответ: неверно.

2) Fe и Fe(OH)₂

Железо ($Fe$) — металл, стоящий в ряду активности до водорода. Оно реагирует с разбавленной серной кислотой, вытесняя водород:
$Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$
Гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$) — нерастворимое основание, которое реагирует с серной кислотой:
$Fe(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + 2H_2O$
Оба вещества реагируют с разбавленной серной кислотой. Этот вариант подходит.
Ответ: верно.

3) BaCl₂ и CO₂

Хлорид бария ($BaCl_2$) — это соль. Реакция обмена между солью и кислотой возможна, если образуется осадок, газ или слабый электролит. При взаимодействии с серной кислотой выпадает белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$):
$BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$
Оксид углерода(IV) ($CO_2$) — это кислотный оксид. Кислотные оксиды не реагируют с кислотами.
Поскольку $CO_2$ не реагирует, этот вариант не подходит.
Ответ: неверно.

4) KOH и K₂SO₄

Гидроксид калия ($KOH$) — сильное основание (щёлочь). Щёлочи всегда реагируют с кислотами (реакция нейтрализации):
$2KOH + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2H_2O$
Сульфат калия ($K_2SO_4$) — это соль, образованная той же кислотой, с которой её смешивают. Реакция между солью и одноимённой кислотой не идёт.
Поскольку $K_2SO_4$ не реагирует, этот вариант не подходит.
Ответ: неверно.

10. Сокращённое ионное уравнение $Ba^{2+} + SO_{3}^{2-} = BaSO_3 \downarrow$ соответствует взаимодействию

1) гидроксида бария и сульфата натрия

2) хлорида бария и сульфита калия

3) оксида бария и оксида серы(IV)

4) нитрата бария и сульфида лития

Сокращенное ионное уравнение $Ba^{2+} + SO_3^{2-} = BaSO_3 \downarrow$ описывает процесс образования нерастворимого осадка сульфита бария ($BaSO_3$) из ионов бария ($Ba^{2+}$) и сульфит-ионов ($SO_3^{2-}$). Для того чтобы такая реакция произошла, исходные вещества должны быть растворимыми в воде и диссоциировать на соответствующие ионы. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) гидроксида бария и сульфата натрия

Гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) — растворимое основание (щелочь). Сульфат натрия ($Na_2SO_4$) — растворимая соль. При их взаимодействии в растворе происходит реакция ионного обмена:

Молекулярное уравнение: $Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaOH$

Полное ионное уравнение: $Ba^{2+} + 2OH^- + 2Na^+ + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2Na^+ + 2OH^-$

Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

В этой реакции образуется осадок сульфата бария, а не сульфита. Следовательно, это уравнение не соответствует заданному.

Ответ: не соответствует.

2) хлорида бария и сульфита калия

Хлорид бария ($BaCl_2$) и сульфит калия ($K_2SO_3$) — растворимые в воде соли. При их взаимодействии в растворе происходит следующая реакция:

Молекулярное уравнение: $BaCl_2 + K_2SO_3 \rightarrow BaSO_3 \downarrow + 2KCl$

Полное ионное уравнение: $Ba^{2+} + 2Cl^- + 2K^+ + SO_3^{2-} \rightarrow BaSO_3 \downarrow + 2K^+ + 2Cl^-$

Исключив одинаковые ионы (спектаторы $K^+$ и $Cl^-$) из обеих частей уравнения, получаем сокращенное ионное уравнение:

$Ba^{2+} + SO_3^{2-} \rightarrow BaSO_3 \downarrow$

Это уравнение полностью совпадает с уравнением, приведенным в условии задачи.

Ответ: соответствует.

3) оксида бария и оксида серы(IV)

Оксид бария ($BaO$) — основный оксид, оксид серы(IV) ($SO_2$) — кислотный оксид. Они могут реагировать между собой, но это не реакция ионного обмена в растворе между электролитами.

Уравнение реакции: $BaO + SO_2 \rightarrow BaSO_3$

Эта реакция протекает между твердым веществом и газом (или при сплавлении). В водном растворе реакция идет иначе: оксид бария реагирует с водой с образованием гидроксида бария ($Ba(OH)_2$), а оксид серы(IV) — с образованием сернистой кислоты ($H_2SO_3$). Затем они реагируют между собой. В любом случае, исходные вещества не являются растворами, содержащими свободные ионы $Ba^{2+}$ и $SO_3^{2-}$.

Ответ: не соответствует.

4) нитрата бария и сульфида лития

Нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$) и сульфид лития ($Li_2S$) — растворимые соли. При их взаимодействии в растворе происходит реакция:

Молекулярное уравнение: $Ba(NO_3)_2 + Li_2S \rightarrow BaS \downarrow + 2LiNO_3$

Полное ионное уравнение: $Ba^{2+} + 2NO_3^- + 2Li^+ + S^{2-} \rightarrow BaS \downarrow + 2Li^+ + 2NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + S^{2-} \rightarrow BaS \downarrow$

В реакции участвует сульфид-ион ($S^{2-}$), а не сульфит-ион ($SO_3^{2-}$), и образуется осадок сульфида бария ($BaS$).

Ответ: не соответствует.

Таким образом, единственная пара веществ, взаимодействие которых описывается заданным сокращенным ионным уравнением, — это хлорид бария и сульфит калия.

11. В схеме превращений

$SO_2 \xrightarrow{X} SO_3 \xrightarrow{Y} Na_2SO_4$

буквами X и Y обозначены вещества, формулы которых соответственно

1) $O_2$

2) $Na_2S$

3) $NaOH$

4) $H_2O$

5) $NaCl$

Решение

Для определения веществ X и Y необходимо последовательно рассмотреть каждый этап предложенной схемы химических превращений.

1. Превращение $SO_2 \xrightarrow{X} SO_3$

На первом этапе происходит превращение оксида серы(IV) ($SO_2$) в оксид серы(VI) ($SO_3$). В этой реакции степень окисления атома серы увеличивается с +4 до +6. Это означает, что $SO_2$ выступает в роли восстановителя, и для осуществления реакции требуется окислитель. Из предложенных вариантов веществ ($O_2$, $Na_2S$, $NaOH$, $H_2O$, $NaCl$) единственным веществом, способным окислить $SO_2$ до $SO_3$, является кислород ($O_2$).

Данная реакция является обратимой и экзотермической, она протекает при повышенной температуре (400–500 °C) и в присутствии катализатора, обычно оксида ванадия(V) ($V_2O_5$). Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

Таким образом, вещество X — это кислород $O_2$, что соответствует варианту 1).

2. Превращение $SO_3 \xrightarrow{Y} Na_2SO_4$

На втором этапе из оксида серы(VI) ($SO_3$) необходимо получить сульфат натрия ($Na_2SO_4$). $SO_3$ является типичным кислотным оксидом (ему соответствует сильная серная кислота $H_2SO_4$). Кислотные оксиды реагируют с основаниями или основными оксидами, образуя соль. Поскольку в продукте реакции ($Na_2SO_4$) присутствует катион натрия ($Na^+$), реагент Y должен быть соединением натрия с основными свойствами.

Рассмотрим предложенные варианты: гидроксид натрия ($NaOH$) является сильным основанием (щёлочью) и будет реагировать с кислотным оксидом $SO_3$ в реакции нейтрализации.

Уравнение реакции:

$SO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

Другие натрийсодержащие соединения из списка ($Na_2S$, $NaCl$) не подходят, так как являются солями и не вступают в такую реакцию с $SO_3$ с образованием сульфата натрия.

Следовательно, вещество Y — это гидроксид натрия $NaOH$, что соответствует варианту 3).

Ответ: В схеме превращений буквой X обозначен кислород ($O_2$), а буквой Y – гидроксид натрия ($NaOH$).

12. Установите соответствие между схемой реакции и изменением степени окисления серы.

СХЕМА РЕАКЦИИ

А) $SO_2 + O_2 \to SO_3$

Б) $S + H_2 \to H_2S$

В) $Al + S \to Al_2S_3$

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ СЕРЫ

1) $0 \to +4$

2) $-2 \to 0$

3) $+6 \to +4$

4) $0 \to -2$

5) $+4 \to +6$

А) $SO_2 + O_2 \rightarrow SO_3$

Решение:

Для того чтобы установить соответствие, необходимо определить степень окисления серы до и после реакции.

1. Определим степень окисления серы в оксиде серы(IV) ($SO_2$). Степень окисления кислорода в большинстве соединений равна $-2$. Молекула $SO_2$ электронейтральна, следовательно, сумма степеней окисления всех атомов в ней равна нулю. Обозначим степень окисления серы через $x$.

$x + 2 \cdot (-2) = 0$

$x - 4 = 0$

$x = +4$

Таким образом, сера в $SO_2$ имеет степень окисления $+4$ ($S^{+4}$).

2. Определим степень окисления серы в оксиде серы(VI) ($SO_3$). Степень окисления кислорода также равна $-2$. Обозначим степень окисления серы через $y$.

$y + 3 \cdot (-2) = 0$

$y - 6 = 0$

$y = +6$

Таким образом, сера в $SO_3$ имеет степень окисления $+6$ ($S^{+6}$).

В ходе реакции степень окисления серы изменяется с $+4$ на $+6$. Это изменение соответствует варианту 5) $+4 \rightarrow +6$.

Ответ: 5

Б) $S + H_2 \rightarrow H_2S$

Решение:

1. В левой части уравнения сера ($S$) представлена как простое вещество. Степень окисления атомов в простых веществах всегда равна $0$.

Следовательно, исходная степень окисления серы равна $0$ ($S^0$).

2. В правой части уравнения сера входит в состав сероводорода ($H_2S$). Степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна $+1$. Молекула $H_2S$ электронейтральна. Обозначим степень окисления серы через $x$.

$2 \cdot (+1) + x = 0$

$2 + x = 0$

$x = -2$

Таким образом, сера в $H_2S$ имеет степень окисления $-2$ ($S^{-2}$).

В ходе реакции степень окисления серы изменяется с $0$ на $-2$. Это изменение соответствует варианту 4) $0 \rightarrow -2$.

Ответ: 4

В) $Al + S \rightarrow Al_2S_3$

Решение:

1. В левой части уравнения сера ($S$) является простым веществом, поэтому ее степень окисления равна $0$ ($S^0$).

2. В правой части уравнения сера входит в состав сульфида алюминия ($Al_2S_3$). Алюминий — металл 3-й группы, его постоянная степень окисления в соединениях равна $+3$. Молекула $Al_2S_3$ электронейтральна. Обозначим степень окисления серы через $x$.

$2 \cdot (+3) + 3 \cdot x = 0$

$6 + 3x = 0$

$3x = -6$

$x = -2$

Таким образом, сера в $Al_2S_3$ имеет степень окисления $-2$ ($S^{-2}$).

В ходе реакции степень окисления серы изменяется с $0$ на $-2$. Это изменение соответствует варианту 4) $0 \rightarrow -2$.

Ответ: 4

13. При исследовании состава вещества его бесцветный раствор разделили на две порции. К одной порции добавили раствор карбоната натрия и наблюдали выделение газа без цвета и запаха, в котором гаснет горящая лучина. В другую порцию добавили раствор нитрата бария и наблюдали образование белого осадка.

Определите состав неизвестного вещества. Запишите соответствующие эксперименту уравнения реакций.

Решение:

Проанализируем результаты двух экспериментов для определения состава неизвестного вещества, бесцветный раствор которого был исследован.

1. Эксперимент с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$).

К первой порции раствора добавили раствор карбоната натрия. Наблюдалось выделение газа без цвета и запаха, в котором гаснет горящая лучина. Таким газом является углекислый газ ($CO_2$). Выделение углекислого газа при реакции с карбонатом свидетельствует о том, что в исследуемом растворе присутствуют ионы водорода ($H^+$), то есть вещество является кислотой. Реакция протекает по схеме: $2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$.

2. Эксперимент с нитратом бария ($Ba(NO_3)_2$).

Ко второй порции раствора добавили раствор нитрата бария. Наблюдалось образование белого осадка. Раствор нитрата бария является качественным реагентом на некоторые анионы, в частности, на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$), сульфит-ион ($SO_3^{2-}$) и карбонат-ион ($CO_3^{2-}$), так как их соли с барием ($BaSO_4$, $BaSO_3$, $BaCO_3$) являются белыми осадками.

3. Вывод.

Из первого эксперимента мы установили, что вещество является кислотой. Следовательно, в растворе кислая среда. В кислой среде осадки сульфита бария и карбоната бария растворились бы. Сульфат бария ($BaSO_4$) является единственным из перечисленных осадков, который нерастворим в кислотах. Таким образом, в растворе присутствуют сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$).

Соединив выводы из двух экспериментов (вещество является кислотой и содержит сульфат-ионы), мы можем заключить, что неизвестное вещество — это серная кислота ($H_2SO_4$).

Уравнения реакций, соответствующих эксперименту:

1. Реакция серной кислоты с карбонатом натрия:

$H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

2. Реакция серной кислоты с нитратом бария:

$H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$

Ответ: Неизвестное вещество — серная кислота ($H_2SO_4$). Уравнения реакций:

$H_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

$H_2SO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HNO_3$