Страница 86 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

14. Существует особый вид серобактерий, которые способствуют уничтожению вредного для животных и растений сероводорода. Необходимую для жизни энергию эти бактерии получают за счёт реакции окисления сероводорода кислородом. Образующаяся при этом сера откладывается в теле серобактерий. Напишите уравнение реакции, соответствующей этому процессу.

$2H_2S + O_2 \rightarrow 2S + 2H_2O$

В задаче описывается химический процесс, за счёт которого серобактерии получают энергию. Этот процесс представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, в которой сероводород окисляется кислородом.

Решение

Для того чтобы написать уравнение реакции, необходимо определить исходные вещества (реагенты) и конечные вещества (продукты).

1. Согласно тексту задачи, исходными веществами являются сероводород (химическая формула $H_2S$) и кислород ($O_2$).

2. Продуктами реакции являются сера ($S$), которая откладывается в клетках бактерий, и вода ($H_2O$), которая образуется как побочный продукт окисления водорода, входящего в состав сероводорода.

3. Запишем схему реакции, подставив химические формулы реагентов и продуктов:
$H_2S + O_2 \rightarrow S + H_2O$

4. Теперь необходимо уравнять количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения (расставить стехиометрические коэффициенты), чтобы соблюдался закон сохранения массы.

• Сначала уравняем атомы кислорода. Слева их 2 (в $O_2$), справа — 1 (в $H_2O$). Поставим коэффициент 2 перед $H_2O$:
  $H_2S + O_2 \rightarrow S + 2H_2O$
• Теперь справа 4 атома водорода ($2 \times 2 = 4$), а слева — 2. Поставим коэффициент 2 перед $H_2S$:
  $2H_2S + O_2 \rightarrow S + 2H_2O$
• Наконец, слева стало 2 атома серы ($2 \times 1 = 2$), а справа — 1. Поставим коэффициент 2 перед $S$:
  $2H_2S + O_2 \rightarrow 2S + 2H_2O$

5. Проверим правильность расстановки коэффициентов:
Слева: водорода — $2 \times 2 = 4$; серы — $2 \times 1 = 2$; кислорода — 2.
Справа: серы — $2 \times 1 = 2$; водорода — $2 \times 2 = 4$; кислорода — $2 \times 1 = 2$.
Количество атомов всех элементов в обеих частях уравнения равно. Уравнение составлено верно.

Ответ: $2H_2S + O_2 \rightarrow 2S + 2H_2O$

1. В атоме химического элемента, находящегося в третьем периоде, VIA-группе периодической системы Д. И. Менделеева, следующее распределение электронов:

1) $2e, 8e, 4e$ 2) $2e, 6e$ 3) $2e, 8e, 6e$ 4) $2e, 8e, 3e$

Решение

Чтобы определить правильное распределение электронов, необходимо проанализировать положение элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

1. Номер периода соответствует количеству энергетических уровней (электронных слоев) в атоме. Поскольку элемент находится в третьем периоде, у его атома есть три электронных слоя. Это сразу исключает вариант 2), где показано только два слоя.

2. Для элементов главных подгрупп (A-групп) номер группы равен числу электронов на внешнем энергетическом уровне (валентных электронов). Элемент находится в VIA-группе, следовательно, на его внешнем (третьем) слое должно быть 6 электронов.

3. Исходя из этих двух правил, мы ищем вариант с тремя слоями, на последнем из которых находится 6 электронов. Внутренние слои (первый и второй) должны быть полностью заполнены. Первый слой вмещает максимум 2 электрона, второй – 8 электронов.

Таким образом, распределение электронов по слоям будет следующим:

• Первый слой: 2 электрона ($2e$)
• Второй слой: 8 электронов ($8e$)
• Третий (внешний) слой: 6 электронов ($6e$)

Полученная конфигурация – $2e, 8e, 6e$. Сравним ее с предложенными вариантами:

• 1) $2e, 8e, 4e$ – неверно, соответствует элементу IVA-группы третьего периода (кремний).
• 2) $2e, 6e$ – неверно, соответствует элементу VIA-группы второго периода (кислород).
• 3) $2e, 8e, 6e$ – верно, соответствует элементу VIA-группы третьего периода (сера).
• 4) $2e, 8e, 3e$ – неверно, соответствует элементу IIIA-группы третьего периода (алюминий).

Ответ: 3) $2e, 8e, 6e$

2. В ряду химических элементов $Cl - S - P$

1) усиливаются неметаллические свойства

2) уменьшается число энергетических уровней

3) уменьшается число электронов на внешнем слое

4) уменьшаются радиусы атомов

Для ответа на вопрос проанализируем, как изменяются свойства химических элементов в ряду Cl – S – P. Для этого определим их положение в Периодической системе Д.И. Менделеева.

Хлор (Cl), сера (S) и фосфор (P) — это элементы одного, 3-го, периода. Их порядковые номера равны 17, 16 и 15 соответственно. Следовательно, ряд Cl → S → P представляет собой движение по периоду справа налево.

Рассмотрим последовательно каждое утверждение:

1) усиливаются неметаллические свойства
Неметаллические свойства (электроотрицательность, окислительные способности) в периоде усиливаются слева направо, так как увеличивается заряд ядра атома при неизменном числе электронных слоев. В ряду Cl → S → P движение происходит в обратном направлении, поэтому неметаллические свойства ослабевают. Утверждение неверно.

2) уменьшается число энергетических уровней
Число занятых электронами энергетических уровней в атоме определяется номером периода. Все три элемента находятся в 3-м периоде, значит, у атомов каждого из них 3 энергетических уровня. Их число постоянно в данном ряду. Утверждение неверно.

3) уменьшается число электронов на внешнем слое
Число электронов на внешнем слое (валентных электронов) для элементов главных подгрупп равно номеру группы (в короткопериодном варианте таблицы) или последней цифре номера группы (в длиннопериодном). У хлора (17-я или VIIA группа) — 7 электронов на внешнем слое. У серы (16-я или VIA группа) — 6 электронов на внешнем слое. У фосфора (15-я или VA группа) — 5 электронов на внешнем слое. В ряду Cl → S → P число внешних электронов уменьшается: 7 → 6 → 5. Утверждение верно.

4) уменьшаются радиусы атомов
В периоде при движении слева направо радиус атома уменьшается, так как растет заряд ядра и усиливается притяжение электронов к нему. При движении справа налево (Cl → S → P) заряд ядра уменьшается, и радиус атома, наоборот, увеличивается. Утверждение неверно.

Таким образом, единственным верным утверждением для данного ряда элементов является утверждение под номером 3.

Ответ: 3

3. Аллотропных модификаций не образует химический элемент

1) кислород

2) углерод

3) сера

4) хлор

Аллотропия — это способность химического элемента существовать в виде двух или более простых веществ, различных по строению и свойствам. Эти простые вещества называются аллотропными модификациями или аллотропными формами. Рассмотрим каждый из предложенных элементов.

1) кислород

Химический элемент кислород (O) образует две основные аллотропные модификации: двухатомный кислород (дикислород) с формулой $O_2$, которым мы дышим, и трехатомный кислород (озон) с формулой $O_3$, который образует озоновый слой в атмосфере. Эти вещества отличаются количеством атомов в молекуле, строением и, как следствие, физическими и химическими свойствами. Таким образом, кислород образует аллотропные модификации.

2) углерод

Углерод (C) известен большим разнообразием аллотропных модификаций, которые отличаются структурой кристаллической решетки. Наиболее известные из них — алмаз (атомы образуют тетраэдрическую структуру), графит (слоистая структура), а также фуллерены (например, $C_{60}$), графен и карбин. Все они состоят только из атомов углерода, но имеют совершенно разные свойства. Таким образом, углерод образует аллотропные модификации.

3) сера

Сера (S) также образует множество аллотропных модификаций. Наиболее устойчивыми являются ромбическая и моноклинная сера, которые состоят из циклических молекул $S_8$, но имеют разное строение кристаллов. Существует также пластическая сера, которая является аморфной формой. Следовательно, сера образует аллотропные модификации.

4) хлор

Хлор (Cl) относится к галогенам. В виде простого вещества хлор существует в виде двухатомных молекул $Cl_2$. В твердом, жидком и газообразном состояниях основной структурной единицей остается молекула $Cl_2$. Хотя твердый хлор образует кристаллическую решетку, она состоит из этих молекул, и других устойчивых молекулярных или кристаллических форм, состоящих из атомов хлора (т.е. аллотропов), для него не известно. Таким образом, хлор не образует аллотропных модификаций.

Из предложенных химических элементов только хлор не образует аллотропных модификаций.

Ответ: 4

4. Степень окисления +4 сера проявляет в каждом из двух веществ, формулы которых

1) $H_2S$ и $Al_2S_3$

2) $Al_2S_3$ и $Na_2SO_3$

3) $Na_2SO_3$ и $SO_2$

4) $SO_2$ и $H_2S$

Для решения данной задачи необходимо определить степень окисления серы (S) в каждом из предложенных соединений. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все химические связи в соединении являются ионными. Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле всегда равна нулю.

Для расчетов будем использовать следующие правила:

• Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами равна +1.
• Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений (оксидах, солях кислородсодержащих кислот) равна -2.
• Степень окисления щелочных металлов (например, Na) в соединениях постоянна и равна +1.
• Степень окисления алюминия (Al) в соединениях постоянна и равна +3.

Проанализируем поочередно каждую пару веществ.

В сероводороде $H_2S$ степень окисления водорода +1. Пусть степень окисления серы $x$. Составим уравнение, учитывая, что молекула электронейтральна: $2 \cdot (+1) + x = 0$. Отсюда $x = -2$.
В сульфиде алюминия $Al_2S_3$ степень окисления алюминия +3. Пусть степень окисления серы $y$. Составим уравнение: $2 \cdot (+3) + 3 \cdot y = 0$. Отсюда $6 + 3y = 0$, $3y = -6$, $y = -2$.
В обоих веществах степень окисления серы равна -2, что не соответствует условию задачи (+4).

Степень окисления серы в $Al_2S_3$ равна -2 (рассчитано в пункте 1).
В сульфите натрия $Na_2SO_3$ степень окисления натрия +1, кислорода -2. Пусть степень окисления серы $x$. Составим уравнение: $2 \cdot (+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $2 + x - 6 = 0$, $x - 4 = 0$, $x = +4$.
Степени окисления серы в веществах (-2 и +4) не одинаковы. Этот вариант не подходит.

Степень окисления серы в $Na_2SO_3$ равна +4 (рассчитано в пункте 2).
В диоксиде серы (оксиде серы(IV)) $SO_2$ степень окисления кислорода -2. Пусть степень окисления серы $x$. Составим уравнение: $x + 2 \cdot (-2) = 0$. Отсюда $x - 4 = 0$, $x = +4$.
В обоих веществах, $Na_2SO_3$ и $SO_2$, степень окисления серы равна +4. Этот вариант является правильным.

Степень окисления серы в $SO_2$ равна +4 (рассчитано в пункте 3).
Степень окисления серы в $H_2S$ равна -2 (рассчитано в пункте 1).
Степени окисления серы в веществах (+4 и -2) не одинаковы. Этот вариант не подходит.

Таким образом, единственная пара веществ, в которой сера в обоих соединениях имеет степень окисления +4, указана под номером 3.

Ответ: 3

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

1) $Zn$, $H_2O$

2) $Fe$, $NaOH$

3) $Al$, $H_2$

4) $O_2$, $H_2O$

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать химические свойства серы (S) и её способность взаимодействовать с каждым из предложенных веществ. Сера — это типичный неметалл, который может проявлять как окислительные свойства (в реакциях с металлами и водородом), так и восстановительные (в реакциях с более электроотрицательными элементами, например, с кислородом). Также для серы характерна реакция диспропорционирования в растворах щелочей.

1) Zn, H₂O

Сера реагирует с металлами, такими как цинк (Zn), при нагревании с образованием сульфида цинка:
$S + Zn \xrightarrow{t} ZnS$
Однако сера не взаимодействует с водой (H₂O) в обычных условиях. Поскольку сера реагирует только с одним веществом из пары, данный вариант является неверным.

2) Fe, NaOH

Сера взаимодействует с железом (Fe) при нагревании, образуя сульфид железа(II):
$S + Fe \xrightarrow{t} FeS$
Также сера вступает в реакцию диспропорционирования в горячем концентрированном растворе гидроксида натрия (NaOH). В ходе этой реакции сера одновременно является и окислителем, и восстановителем:
$3S + 6NaOH \xrightarrow{t} 2Na_2S + Na_2SO_3 + 3H_2O$
Сера взаимодействует с обоими веществами, следовательно, этот вариант является правильным.

3) Al, H₂

Сера реагирует с активным металлом алюминием (Al) при нагревании с образованием сульфида алюминия:
$2Al + 3S \xrightarrow{t} Al_2S_3$
Сера также реагирует с водородом (H₂) при нагревании (150–200 °C) с образованием сероводорода:
$S + H_2 \rightleftharpoons H_2S$
Хотя обе реакции возможны, реакция с водородом является обратимой. В контексте выбора единственно верного ответа, вариант 2 является более предпочтительным, так как обе реакции в нём протекают практически необратимо и являются классическими примерами химических свойств серы.

4) O₂, H₂O

Сера горит в кислороде (O₂), проявляя восстановительные свойства и образуя оксид серы(IV):
$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$
Как было указано ранее, сера не реагирует с водой (H₂O). Следовательно, этот вариант не подходит.

Таким образом, единственная пара веществ, с каждым из которых взаимодействует сера, — это железо и гидроксид натрия.

Ответ: 2

6. Верны ли следующие суждения о свойствах оксида серы(IV)?

А. В окислительно-восстановительных реакциях оксид серы(IV) может проявлять и восстановительные, и окислительные свойства.

Б. Оксид серы(IV) обесцвечивает красители, является дезинфицирующим средством.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

А. В окислительно-восстановительных реакциях оксид серы(IV) может проявлять и восстановительные, и окислительные свойства.

Оксид серы(IV), химическая формула которого $SO_2$, содержит атом серы в степени окисления +4. Эта степень окисления является промежуточной для серы, так как ее возможные степени окисления варьируются от -2 (например, в сероводороде $H_2S$) до +6 (например, в оксиде серы(VI) $SO_3$). Вещества, содержащие элементы в промежуточной степени окисления, могут проявлять двойственные окислительно-восстановительные свойства, то есть могут быть как окислителями (понижая свою степень окисления), так и восстановителями (повышая свою степень окисления).

Пример реакции, где $SO_2$ является восстановителем:

При взаимодействии с более сильными окислителями, например, с кислородом в присутствии катализатора, сера окисляется до +6.

$2\overset{+4}{S}O_2 + O_2 \rightleftharpoons 2\overset{+6}{S}O_3$

Пример реакции, где $SO_2$ является окислителем:

При взаимодействии с сильными восстановителями, например, с сероводородом, сера восстанавливается до 0.

$\overset{+4}{S}O_2 + 2H_2\overset{-2}{S} \rightarrow 3\overset{0}{S} \downarrow + 2H_2O$

Таким образом, суждение А является верным.

Б. Оксид серы(IV) обесцвечивает красители, является дезинфицирующим средством.

Оксид серы(IV) обладает свойством обесцвечивать многие органические красители (например, фуксин, цветочные лепестки). Это свойство основано на его восстановительной способности. В отличие от хлора, который является окислительным отбеливателем, $SO_2$ — восстановительный отбеливатель. Это свойство используется для отбеливания деликатных материалов, таких как шерсть, шелк и бумага.

Кроме того, $SO_2$ токсичен для микроорганизмов, включая бактерии и грибки. Благодаря этому его широко применяют в качестве дезинфицирующего средства (для обработки хранилищ, подвалов, винных бочек) и как консервант (пищевая добавка E220) для предотвращения порчи вин, соков и сухофруктов.

Таким образом, суждение Б также является верным.

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

Ответ: 3