Страница 88 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. При исследовании состава вещества его бесцветный разбавленный раствор разделили на две порции. К одной порции добавили раствор хлорида бария и наблюдали образование белого осадка. В другую порцию поместили кусочек цинка и наблюдали выделение газа без цвета и запаха. Определите состав неизвестного вещества. Запишите соответствующие эксперименту уравнения реакций.

Решение

Для того чтобы определить состав неизвестного вещества, проанализируем последовательно результаты двух проведенных экспериментов.

1. К первой порции бесцветного раствора добавили раствор хлорида бария ($BaCl_2$), в результате чего выпал белый осадок. Реакция с солями бария, приводящая к образованию белого осадка, является качественной реакцией на сульфат-ион ($SO_4^{2-}$). При этом образуется сульфат бария ($BaSO_4$) — белое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и кислотах. Таким образом, можно сделать вывод, что в исследуемом растворе содержится сульфат-ион.

2. Во вторую порцию раствора поместили кусочек цинка ($Zn$). Наблюдалось выделение газа без цвета и запаха. Цинк — это металл, который в электрохимическом ряду активности металлов стоит левее водорода. Это означает, что он способен вытеснять водород из растворов кислот. Выделяющийся газ — это водород ($H_2$), который действительно является бесцветным и не имеет запаха. Это наблюдение указывает на то, что исследуемый раствор является кислотой, то есть содержит катионы водорода ($H^+$).

Объединив выводы из двух экспериментов, мы получаем, что неизвестное вещество является кислотой (содержит ионы $H^+$) и в его состав входит сульфат-анион ($SO_4^{2-}$). Единственным веществом, удовлетворяющим этим условиям, является серная кислота, формула которой $H_2SO_4$. Разбавленный раствор серной кислоты бесцветен, что соответствует исходным данным задачи.

Запишем уравнения реакций, которые проводились в ходе эксперимента:

1. Взаимодействие серной кислоты с хлоридом бария:

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

2. Взаимодействие серной кислоты с цинком:

$H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$

Ответ: Неизвестное вещество — серная кислота ($H_2SO_4$). Уравнения соответствующих реакций: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$ и $H_2SO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$.

14. Выбросы газообразных продуктов сжигания серосодержащих видов топлива в атмосферу приводят к выпадению кислотных дождей. Кислотные дожди наносят ущерб окружающей среде — живым организмам, населяющим водоёмы, наземной растительности, способствуют разрушению мрамора, известняка, бетона. Поясните образование кислотных дождей уравнениями реакций. Напишите уравнение реакции разрушения мрамора под действием кислоты.

Поясните образование кислотных дождей уравнениями реакций.

Кислотные дожди образуются в результате промышленных выбросов, в основном оксидов серы и азота, которые вступают в реакцию с водой в атмосфере. Процесс образования кислотного дождя из-за сжигания серосодержащего топлива можно описать следующими этапами:

1. Сжигание ископаемого топлива (угля, мазута), содержащего серу ($S$), приводит к образованию диоксида серы (сернистого газа) $SO_2$:
$S + O_2 \rightarrow SO_2$

2. В атмосфере диоксид серы медленно окисляется кислородом воздуха до триоксида серы $SO_3$. Этот процесс ускоряется под действием солнечного света и катализаторов (например, частиц пыли или оксидов азота):
$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

3. Триоксид серы является кислотным оксидом и, реагируя с атмосферной влагой (водяным паром), образует серную кислоту $H_2SO_4$, которая затем выпадает на землю в виде кислотного дождя:
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Также возможен и другой путь: диоксид серы растворяется в воде, образуя слабую сернистую кислоту $H_2SO_3$, которая затем окисляется в атмосфере до более сильной серной кислоты.

$SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$
$2H_2SO_3 + O_2 \rightarrow 2H_2SO_4$

Ответ: Образование кислотных дождей происходит по реакциям:
$S + O_2 \rightarrow SO_2$
$2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Напишите уравнение реакции разрушения мрамора под действием кислоты.

Мрамор, известняк и бетон содержат в своей основе карбонат кальция ($CaCO_3$). Кислотные дожди, содержащие серную кислоту ($H_2SO_4$), реагируют с карбонатом кальция. В результате этой реакции образуется сульфат кальция ($CaSO_4$), вода ($H_2O$) и углекислый газ ($CO_2$).

Сульфат кальция (гипс) является более растворимым в воде, чем карбонат кальция, и постепенно вымывается, а также имеет больший объем, что создает внутренние напряжения в материале, приводя к его растрескиванию и разрушению.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: $CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow$

1. Высшая и низшая степень окисления азота в соединениях соответственно равны

1) $0$ и $+4$

2) $+4$ и $-3$

3) $+5$ и $-3$

4) $+5$ и $0$

Решение

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

Азот (N) находится во 2-м периоде, 15-й группе (по старой классификации — главной подгруппе V группы) Периодической системы химических элементов. Электронная конфигурация его атома: $1s^22s^22p^3$. На внешнем электронном уровне у азота находится 5 валентных электронов.

Высшая (максимальная положительная) степень окисления элемента, как правило, равна номеру группы, в которой он находится. Для азота, элемента 15-й (VА) группы, высшая степень окисления равна $+5$. Это соответствует условной полной отдаче всех пяти валентных электронов. Примером соединения, в котором азот проявляет высшую степень окисления, является оксид азота(V) ($N_2O_5$) или азотная кислота ($HNO_3$).

Низшая (минимальная отрицательная) степень окисления для неметаллов V-VII групп рассчитывается по формуле: Номер группы $- 8$. Для азота, находящегося в 15-й (V) группе, это будет $5 - 8 = -3$. Эта степень окисления соответствует условному принятию трех электронов для завершения внешнего электронного слоя до стабильного состояния (октета). Примером соединения с низшей степенью окисления азота является аммиак ($NH_3$) или нитриды металлов (например, нитрид магния $Mg_3N_2$).

Следовательно, высшая и низшая степени окисления азота в соединениях соответственно равны $+5$ и $-3$. Этот вариант соответствует пункту 3) в предложенных ответах.

Ответ: 3) +5 и -3

2. Электроотрицательность азота меньше, чем электроотрицатель-ность

1) фосфора 2) углерода 3) кислорода 4) мышьяка

Решение

Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе общие электронные пары в химическом соединении. Чтобы определить, у какого элемента электроотрицательность выше, чем у азота, необходимо рассмотреть их положение в периодической системе Д. И. Менделеева и учесть закономерности изменения этого свойства.

Основные закономерности изменения электроотрицательности:

• В периодах (горизонтальных рядах) с увеличением порядкового номера элемента (слева направо) электроотрицательность возрастает.
• В группах (вертикальных столбцах) с увеличением порядкового номера элемента (сверху вниз) электроотрицательность убывает.

Азот ($N$) находится во 2-м периоде, 15-й (VА) группе. Сравним его с каждым из предложенных элементов.

1) фосфора
Фосфор ($P$) находится в 15-й группе, но в 3-м периоде, то есть расположен в таблице под азотом. При движении по группе сверху вниз электроотрицательность уменьшается, следовательно, электроотрицательность азота больше, чем у фосфора ($ЭО(N) > ЭО(P)$).

2) углерода
Углерод ($C$) находится в том же 2-м периоде, что и азот, но в 14-й (IVА) группе, то есть левее азота. При движении по периоду слева направо электроотрицательность увеличивается, следовательно, электроотрицательность азота больше, чем у углерода ($ЭО(N) > ЭО(C)$).

3) кислорода
Кислород ($O$) находится в том же 2-м периоде, что и азот, но в 16-й (VIА) группе, то есть правее азота. При движении по периоду слева направо электроотрицательность увеличивается, следовательно, электроотрицательность азота меньше, чем у кислорода ($ЭО(N) < ЭО(O)$). Это соответствует условию задачи.

4) мышьяка
Мышьяк ($As$) находится в 15-й группе, но в 4-м периоде. Он расположен значительно ниже азота. Электроотрицательность в группе уменьшается сверху вниз, поэтому электроотрицательность азота больше, чем у мышьяка ($ЭО(N) > ЭО(As)$).

Таким образом, единственный элемент из предложенного списка, у которого электроотрицательность выше, чем у азота, — это кислород.

Ответ: 3) кислорода.

3. В молекуле аммиака химическая связь

1) ковалентная полярная

2) ковалентная неполярная

3) металлическая

4) ионная

Решение

Чтобы определить тип химической связи в молекуле аммиака ($NH_3$), необходимо проанализировать атомы, из которых она состоит, и разницу их электроотрицательностей ($\Delta\text{ЭО}$).

Молекула аммиака состоит из одного атома неметалла — азота ($N$) — и трех атомов неметалла — водорода ($H$). Связь, образующаяся между атомами неметаллов за счет формирования общих электронных пар, называется ковалентной. Это позволяет исключить варианты с металлической и ионной связью.

Ковалентная связь бывает двух видов. Неполярная связь возникает между атомами с одинаковой электроотрицательностью (например, в молекулах $H_2$, $N_2$). Полярная связь возникает между атомами с разной электроотрицательностью. В этом случае общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома.

Атомы азота и водорода имеют разные значения электроотрицательности: по шкале Полинга электроотрицательность азота ЭО(N) $\approx 3.04$, а водорода ЭО(H) $\approx 2.20$. Рассчитаем разницу:

$\Delta\text{ЭО} = \text{ЭО(N)} - \text{ЭО(H)} = 3.04 - 2.20 = 0.84$

Поскольку разница электроотрицательностей ($\Delta\text{ЭО} = 0.84$) не равна нулю, общая электронная пара в каждой связи $N-H$ смещена к более электроотрицательному атому азота. Следовательно, связь является ковалентной полярной.

1) ковалентная полярная

Ответ: 1.

4. Верны ли следующие суждения о свойствах азота?

А. Азот взаимодействует с литием при комнатной температуре.

Б. Азот — химически активное вещество.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Проанализируем каждое утверждение.

А. Азот взаимодействует с литием при комнатной температуре.
Молекула азота ($N_2$) содержит очень прочную тройную ковалентную связь ($N \equiv N$), энергия разрыва которой составляет 945 кДж/моль. Это обусловливает низкую химическую активность (инертность) азота в обычных условиях. Однако литий (Li) — это очень активный щелочной металл, который является исключением. Он единственный из металлов, способный реагировать с газообразным азотом уже при комнатной температуре, хотя и достаточно медленно, с образованием нитрида лития ($Li_3N$).
Уравнение реакции: $6Li + N_2 \rightarrow 2Li_3N$.
Таким образом, данное суждение является верным.
Ответ: суждение верно.

Б. Азот — химически активное вещество.
Как указано выше, из-за наличия прочной тройной связи в молекуле, азот является химически малоактивным (инертным) веществом при нормальных условиях. Он вступает в реакции с большинством веществ только при нагревании, высоком давлении или в присутствии катализаторов. Например, реакция с водородом (процесс Габера-Боша) протекает при температуре ~400–500 °C и давлении в сотни атмосфер. По сравнению с такими веществами, как кислород, галогены или щелочные металлы, азот проявляет значительно меньшую реакционную способность. Поэтому утверждение, что азот — химически активное вещество, является неверным.
Ответ: суждение неверно.

Итак, суждение А верно, а суждение Б неверно. Следовательно, из предложенных вариантов правильным является тот, который гласит "верно только А".

Ответ: 1