Страница 90 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. С концентрированной азотной кислотой взаимодействуют вещества, формулы которых

1) $H_2O$

2) $Na_2CO_3$

3) $CO_2$

4) $Al$

5) $CuO$

Для определения, какие из предложенных веществ взаимодействуют с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$), проанализируем каждое вещество отдельно.

Вода ($H_2O$) является растворителем для азотной кислоты. Концентрированная азотная кислота — это водный раствор с высокой концентрацией $HNO_3$ (обычно около 68%). Смешивание концентрированной кислоты с водой приводит к её разбавлению, что является физическим процессом, а не химической реакцией с образованием новых химических соединений.

Ответ: не взаимодействует.

Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — это соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($H_2CO_3$). Азотная кислота является сильной кислотой и вступает в реакцию с карбонатами, вытесняя из них слабую угольную кислоту, которая тут же разлагается на воду и углекислый газ. Это типичная реакция ионного обмена.

Уравнение реакции:

$$Na_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2CO_3$$

$$H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$$

Суммарное уравнение:

$$Na_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$$

Ответ: взаимодействует.

Оксид углерода(IV) ($CO_2$), или углекислый газ, является кислотным оксидом. Кислотные оксиды не вступают в реакцию с кислотами. Поэтому взаимодействия между $CO_2$ и $HNO_3$ не происходит.

Ответ: не взаимодействует.

Алюминий ($Al$) — это металл, который пассивируется концентрированной азотной кислотой при обычных условиях. Это означает, что на поверхности алюминия образуется очень тонкая, но прочная и химически инертная оксидная плёнка ($Al_2O_3$), которая предохраняет металл от дальнейшего контакта с кислотой и прекращает реакцию. Реакция возможна только при нагревании, но в стандартных условиях алюминий с концентрированной азотной кислотой не реагирует.

Ответ: не взаимодействует (пассивируется).

Оксид меди(II) ($CuO$) — это основный оксид. Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды. Эта реакция является примером реакции нейтрализации.

Уравнение реакции:

$$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$$

В результате реакции образуется нитрат меди(II) и вода.

Ответ: взаимодействует.

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

СХЕМА РЕАКЦИИ

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АЗОТА

А) $N_2 + O_2 \rightarrow NO$

1) $0 \rightarrow +4$

Б) $NaNO_3 \rightarrow NaNO_2 + O_2$

2) $+3 \rightarrow +2$

В) $HNO_3 \rightarrow NO_2 + H_2O + O_2$

3) $+5 \rightarrow +4$

4) $0 \rightarrow +2$

5) $+5 \rightarrow +3$

Решение

Для того чтобы установить соответствие, необходимо определить степени окисления атома азота в исходных веществах (реагентах) и в продуктах реакции для каждой схемы.

А) $N_2 + O_2 \rightarrow NO$

В левой части уравнения азот находится в виде простого вещества $N_2$, поэтому его степень окисления равна 0.

В правой части уравнения азот входит в состав оксида азота(II) $NO$. Степень окисления кислорода в большинстве соединений равна -2. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления атомов в ней равна нулю. Обозначим степень окисления азота за $x$: $x + (-2) = 0$, следовательно, $x = +2$.

Таким образом, степень окисления азота изменяется с 0 до +2. Этому соответствует вариант 4) $0 \rightarrow +2$.

Ответ: 4

Б) $NaNO_3 \rightarrow NaNO_2 + O_2$

В левой части уравнения азот входит в состав нитрата натрия $NaNO_3$. Степень окисления натрия (щелочной металл) всегда +1, а кислорода -2. Обозначим степень окисления азота за $y$: $(+1) + y + 3 \cdot (-2) = 0$. Решая уравнение, получаем: $1 + y - 6 = 0$, откуда $y = +5$.

В правой части уравнения азот входит в состав нитрита натрия $NaNO_2$. Степень окисления натрия +1, кислорода -2. Обозначим степень окисления азота за $z$: $(+1) + z + 2 \cdot (-2) = 0$. Решая уравнение, получаем: $1 + z - 4 = 0$, откуда $z = +3$.

Таким образом, степень окисления азота изменяется с +5 до +3. Этому соответствует вариант 5) $+5 \rightarrow +3$.

Ответ: 5

В) $HNO_3 \rightarrow NO_2 + H_2O + O_2$

В левой части уравнения азот входит в состав азотной кислоты $HNO_3$. Степень окисления водорода +1, кислорода -2. Обозначим степень окисления азота за $a$: $(+1) + a + 3 \cdot (-2) = 0$. Решая уравнение, получаем: $1 + a - 6 = 0$, откуда $a = +5$.

В правой части уравнения азот входит в состав диоксида азота $NO_2$. Степень окисления кислорода -2. Обозначим степень окисления азота за $b$: $b + 2 \cdot (-2) = 0$. Решая уравнение, получаем: $b - 4 = 0$, откуда $b = +4$.

Таким образом, степень окисления азота изменяется с +5 до +4. Этому соответствует вариант 3) $+5 \rightarrow +4$.

Ответ: 3

13. Определите массу осадка, образовавшегося при взаимодействии 250 г 12%-ного раствора нитрата серебра с раствором хлорида натрия.

Дано:

$m_{р-ра}(AgNO_3) = 250 \text{ г}$

$\omega(AgNO_3) = 12\%$

$m_{р-ра}(AgNO_3) = 0.25 \text{ кг}$

$\omega(AgNO_3) = 0.12$

Найти:

$m(осадка) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение химической реакции взаимодействия нитрата серебра ($AgNO_3$) и хлорида натрия ($NaCl$). Это реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый осадок хлорида серебра ($AgCl$) белого цвета и растворимая соль нитрат натрия ($NaNO_3$).

$AgNO_3 + NaCl \rightarrow AgCl \downarrow + NaNO_3$

Уравнение сбалансировано, стехиометрические коэффициенты перед всеми веществами равны 1. Поскольку количество раствора хлорида натрия не уточнено, будем считать, что он взят в избытке, и расчеты будем вести по нитрату серебра, который является лимитирующим реагентом.

2. Рассчитаем массу чистого нитрата серебра ($AgNO_3$) в исходном растворе. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) связана с массой вещества ($m_{вещества}$) и массой раствора ($m_{раствора}$) следующим соотношением:

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Отсюда находим массу нитрата серебра:

$m(AgNO_3) = m_{р-ра}(AgNO_3) \times \omega(AgNO_3)$

$m(AgNO_3) = 250 \text{ г} \times 0.12 = 30 \text{ г}$

3. Для дальнейших расчетов нам понадобятся молярные массы нитрата серебра ($AgNO_3$) и хлорида серебра ($AgCl$). Рассчитаем их, используя относительные атомные массы элементов из Периодической таблицы (округлим для удобства): $Ar(Ag) = 108$, $Ar(N) = 14$, $Ar(O) = 16$, $Ar(Cl) = 35.5$.

$M(AgNO_3) = Ar(Ag) + Ar(N) + 3 \times Ar(O) = 108 + 14 + 3 \times 16 = 170 \text{ г/моль}$

$M(AgCl) = Ar(Ag) + Ar(Cl) = 108 + 35.5 = 143.5 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) нитрата серебра, содержащегося в растворе:

$n(AgNO_3) = \frac{m(AgNO_3)}{M(AgNO_3)}$

$n(AgNO_3) = \frac{30 \text{ г}}{170 \text{ г/моль}} \approx 0.1765 \text{ моль}$

5. Согласно уравнению реакции, из 1 моль $AgNO_3$ образуется 1 моль осадка $AgCl$. Следовательно, их количества вещества соотносятся как 1:1.

$\frac{n(AgNO_3)}{1} = \frac{n(AgCl)}{1}$

$n(AgCl) = n(AgNO_3) \approx 0.1765 \text{ моль}$

6. Зная количество вещества и молярную массу хлорида серебра, найдем массу образовавшегося осадка:

$m(AgCl) = n(AgCl) \times M(AgCl)$

$m(AgCl) \approx 0.1765 \text{ моль} \times 143.5 \text{ г/моль} \approx 25.32 \text{ г}$

Округлим полученное значение до одного знака после запятой.

Ответ: масса образовавшегося осадка составляет 25.3 г.

14. Неизвестную кислоту нейтрализовали раствором гидроксида натрия. Выделенная из раствора соль при нагревании разложилась с образованием простого и сложного вещества. Укажите формулу и название кислоты. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Решение

В задаче описан двухстадийный процесс. На первой стадии неизвестная кислота, которую можно обозначить как $H_xA$, вступает в реакцию нейтрализации с гидроксидом натрия ($NaOH$) с образованием соли $Na_xA$ и воды.

$H_xA + xNaOH \rightarrow Na_xA + xH_2O$

На второй стадии полученную соль $Na_xA$ нагревают, и она разлагается на простое и сложное вещество.

$Na_xA \xrightarrow{t^{\circ}} \text{простое вещество} + \text{сложное вещество}$

Ключевым для определения кислоты является анализ продуктов разложения соли. Многие соли кислородсодержащих кислот при нагревании разлагаются с выделением кислорода ($O_2$), который является простым веществом. Предположим, что в данном случае простое вещество — это кислород.

Рассмотрим в качестве примера разложение нитрата натрия $NaNO_3$:

$2NaNO_3 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NaNO_2 + O_2\uparrow$

Продуктами этой реакции являются нитрит натрия ($NaNO_2$) — сложное вещество (состоит из трех элементов: Na, N, O) и кислород ($O_2$) — простое вещество (состоит из атомов одного элемента). Этот вариант полностью соответствует условию задачи.

Если образовавшаяся соль — это нитрат натрия ($NaNO_3$), то она была получена в результате нейтрализации азотной кислоты ($HNO_3$) гидроксидом натрия. Таким образом, неизвестная кислота — азотная.

Укажите формулу и название кислоты.

Исходя из проведенного анализа, неизвестной кислотой является азотная кислота.

Ответ: Азотная кислота, $HNO_3$.

Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

1. Реакция нейтрализации азотной кислоты гидроксидом натрия:

$HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$

2. Реакция термического разложения нитрата натрия:

$2NaNO_3 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NaNO_2 + O_2\uparrow$

Ответ: $HNO_3 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + H_2O$; $2NaNO_3 \xrightarrow{t^{\circ}} 2NaNO_2 + O_2\uparrow$.

1. Все возможные степени окисления азота в соединениях с кислородом указаны в ряду

1) $-3, 0, +5$

2) $0, +1, +2, +3, +4, +5$

3) $+1, +2, +3, +4, +5$

4) $+1, +3, +5$

Решение

Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи в соединении являются ионными. Кислород является одним из самых электроотрицательных элементов (уступает только фтору). Азот менее электроотрицателен, чем кислород. Следовательно, в соединениях с кислородом атом азота будет отдавать валентные электроны и иметь положительную степень окисления.

Это позволяет сразу исключить варианты ответа, содержащие отрицательные ($–3$) или нулевую ($0$) степени окисления, так как:

• Степень окисления $–3$ азот проявляет в соединениях с менее электроотрицательными элементами, например, с водородом в аммиаке ($NH_3$) или с металлами в нитридах ($Mg_3N_2$).
• Степень окисления $0$ азот имеет в простом веществе ($N_2$).

Азот образует с кислородом ряд оксидов, в которых он проявляет все целочисленные степени окисления от +1 до +5. Приведем примеры таких соединений:

• $N_2O$ (оксид азота(I), закись азота) — степень окисления азота +1.
• $NO$ (оксид азота(II), монооксид азота) — степень окисления азота +2.
• $N_2O_3$ (оксид азота(III), триоксид диазота) — степень окисления азота +3.
• $NO_2$ (оксид азота(IV), диоксид азота) — степень окисления азота +4.
• $N_2O_5$ (оксид азота(V), пентаоксид диазота) — степень окисления азота +5.

Таким образом, полный перечень всех возможных степеней окисления азота в его соединениях с кислородом включает: +1, +2, +3, +4, +5. Этот набор соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3

2. Электроотрицательность азота больше, чем электроотрицательность

1) фосфора

2) углерода

3) мышьяка

4) все предыдущие ответы верны

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать положение азота и предложенных элементов в Периодической системе химических элементов и вспомнить закономерности изменения электроотрицательности.

Электроотрицательность — это способность атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары. В Периодической системе существуют две основные закономерности изменения электроотрицательности:

• Она увеличивается при движении по периоду слева направо.
• Она уменьшается при движении по главной подгруппе сверху вниз.

Теперь сравним электроотрицательность азота (N) с каждым из предложенных элементов.

1) фосфора
Азот (N) и фосфор (P) находятся в одной группе (15-я, или VA-группа). Азот расположен во втором периоде, а фосфор — в третьем, то есть ниже азота. Согласно закономерности, электроотрицательность в группе уменьшается сверху вниз. Следовательно, электроотрицательность азота больше, чем у фосфора.

2) углерода
Азот (N) и углерод (C) находятся в одном периоде (втором). Углерод находится в 14-й (IVA) группе, а азот — в 15-й (VA), то есть правее углерода. Согласно закономерности, электроотрицательность в периоде увеличивается слева направо. Следовательно, электроотрицательность азота больше, чем у углерода.

3) мышьяка
Азот (N) и мышьяк (As) находятся в одной группе (15-я, или VA-группа). Азот расположен во втором периоде, а мышьяк — в четвертом, то есть значительно ниже азота. Электроотрицательность в группе уменьшается сверху вниз. Следовательно, электроотрицательность азота больше, чем у мышьяка.

Таким образом, все три утверждения верны: электроотрицательность азота больше, чем электроотрицательность фосфора, углерода и мышьяка. Это означает, что правильным является четвертый вариант ответа.

4) все предыдущие ответы верны
Поскольку все предыдущие пункты (1, 2 и 3) являются верными утверждениями, этот вариант ответа является правильным.

Ответ: 4