Страница 92 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Не является окислительно-восстановительной реакция, уравнение которой

1) $\text{NH}_3$ + $\text{HCl}$ = $\text{NH}_4\text{Cl}$

2) $\text{3Ca}$ + $\text{N}_2$ = $\text{Ca}_3\text{N}_2$

3) $\text{N}_2$ + $\text{O}_2$ = $\text{2NO}$

4) $\text{2NaNO}_3$ = $\text{O}_2\uparrow$ + $\text{2NaNO}_2$

Окислительно-восстановительной (ОВР) называется реакция, в результате которой изменяются степени окисления каких-либо химических элементов. Чтобы найти уравнение реакции, которая не является ОВР, необходимо определить степени окисления всех элементов до и после каждой из предложенных реакций.

1) $NH_3 + HCl = NH_4Cl$

Расставим степени окисления для каждого элемента до и после реакции:
До реакции: $N^{-3}H_3^{+1} + H^{+1}Cl^{-1}$
После реакции: $N^{-3}H_4^{+1}Cl^{-1}$ (в ионе аммония $NH_4^+$ степень окисления азота $-3$, водорода $+1$; в хлорид-ионе $Cl^-$ степень окисления хлора $-1$).
Степени окисления всех элементов (азота, водорода и хлора) не изменяются. Следовательно, эта реакция не является окислительно-восстановительной.

2) $3Ca + N_2 = Ca_3N_2$

Расставим степени окисления:
До реакции: $3Ca^0 + N_2^0$ (простые вещества).
После реакции: $Ca_3^{+2}N_2^{-3}$.
Кальций изменил степень окисления с $0$ до $+2$ (окислился), а азот - с $0$ до $-3$ (восстановился). Эта реакция является ОВР.

3) $N_2 + O_2 = 2NO$

Расставим степени окисления:
До реакции: $N_2^0 + O_2^0$ (простые вещества).
После реакции: $2N^{+2}O^{-2}$.
Азот изменил степень окисления с $0$ до $+2$ (окислился), а кислород - с $0$ до $-2$ (восстановился). Эта реакция является ОВР.

4) $2NaNO_3 = O_2\uparrow + 2NaNO_2$

Расставим степени окисления:
До реакции: $2Na^{+1}N^{+5}O_3^{-2}$.
После реакции: $O_2^0 + 2Na^{+1}N^{+3}O_2^{-2}$.
Азот изменил степень окисления с $+5$ до $+3$ (восстановился), а часть атомов кислорода изменила степень окисления с $-2$ до $0$ (окислилась). Эта реакция является ОВР.

Таким образом, единственная реакция, которая протекает без изменения степеней окисления элементов, — это реакция под номером 1.

Ответ: 1

10. Формулы солеобразующих оксидов азота представлены в ряду

1) $NO$, $N_2O_3$

2) $NO_2$, $NO$, $N_2O_5$

3) $N_2O$, $NO_2$

4) $N_2O_5$, $N_2O_3$, $NO_2$

Для ответа на этот вопрос необходимо классифицировать оксиды азота по их способности образовывать соли.

Оксиды делятся на две большие группы: солеобразующие и несолеобразующие.

• Несолеобразующие оксиды — это оксиды, которые не вступают в реакции с кислотами или основаниями с образованием солей. К таким оксидам азота относятся оксид азота(I) ($N_2O$) и оксид азота(II) ($NO$).
• Солеобразующие оксиды — это оксиды, которые при взаимодействии с кислотами или основаниями образуют соли. Они, в свою очередь, делятся на кислотные, основные и амфотерные. Оксиды азота, являющиеся солеобразующими, относятся к кислотным оксидам.

Рассмотрим солеобразующие оксиды азота:

• $N_2O_3$ (оксид азота(III)) — кислотный оксид. Он является ангидридом азотистой кислоты ($HNO_2$) и реагирует со щелочами с образованием солей-нитритов. Например: $N_2O_3 + 2KOH \rightarrow 2KNO_2 + H_2O$.
• $NO_2$ (оксид азота(IV)) — кислотный оксид. При реакции со щелочами он образует сразу две соли: нитрит и нитрат, так как ему соответствуют две кислоты - азотистая ($HNO_2$) и азотная ($HNO_3$). Например: $2NO_2 + 2NaOH \rightarrow NaNO_2 + NaNO_3 + H_2O$.
• $N_2O_5$ (оксид азота(V)) — кислотный оксид. Он является ангидридом азотной кислоты ($HNO_3$) и реагирует со щелочами с образованием солей-нитратов. Например: $N_2O_5 + 2NaOH \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$.

Теперь проанализируем предложенные ряды:

1) $NO, N_2O_3$

Этот ряд содержит несолеобразующий оксид $NO$. Следовательно, он неверный.

2) $NO_2, NO, N_2O_5$

Этот ряд также содержит несолеобразующий оксид $NO$. Следовательно, он неверный.

3) $N_2O, NO_2$

Этот ряд содержит несолеобразующий оксид $N_2O$. Следовательно, он неверный.

4) $N_2O_5, N_2O_3, NO_2$

Все оксиды в этом ряду — $N_2O_5$, $N_2O_3$ и $NO_2$ — являются кислотными, а значит, и солеобразующими. Этот ряд является верным.

Ответ: 4

11. С концентрированной азотной кислотой на холоду не взаимодействуют вещества, формулы которых

1) $BaO$

2) $Fe$

3) $Cu$

4) $Cr$

5) $Cu(OH)_2$

Для ответа на вопрос проанализируем взаимодействие каждого из предложенных веществ с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$) при низкой температуре (на холоду). Концентрированная азотная кислота — сильный окислитель, однако её ключевой особенностью является способность пассивировать некоторые металлы. Пассивация — это образование на поверхности металла тонкой, прочной и химически инертной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей реакции с кислотой.

1) BaO

Оксид бария ($BaO$) — это основный оксид. Он вступает в типичную реакцию кислотно-основного взаимодействия с азотной кислотой с образованием соли нитрата бария и воды. Эта реакция протекает активно и на холоду. Уравнение: $BaO + 2HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + H_2O$. Таким образом, данное вещество взаимодействует.

2) Fe

Железо ($Fe$) является одним из металлов (наряду с $Al$ и $Cr$), которые пассивируются холодной концентрированной азотной кислотой. Образующаяся на поверхности оксидная плёнка останавливает реакцию. Поэтому железо не взаимодействует с концентрированной $HNO_3$ на холоду.

3) Cu

Медь ($Cu$) — металл, который не пассивируется концентрированной азотной кислотой и активно с ней реагирует даже на холоду, поскольку $HNO_3$ является сильным окислителем. Уравнение: $Cu + 4HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$. Таким образом, данное вещество взаимодействует.

4) Cr

Хром ($Cr$), как и железо, пассивируется холодной концентрированной азотной кислотой. Защитная оксидная плёнка на его поверхности предотвращает дальнейшее химическое взаимодействие. Поэтому хром не взаимодействует с концентрированной $HNO_3$ на холоду.

5) Cu(OH)₂

Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$) является основанием. Он легко вступает в реакцию нейтрализации с сильной азотной кислотой, образуя соль нитрат меди(II) и воду. Эта реакция протекает на холоду. Уравнение: $Cu(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2H_2O$. Таким образом, данное вещество взаимодействует.

Следовательно, вещества, которые не взаимодействуют с концентрированной азотной кислотой на холоду, это железо и хром.

Ответ: 2, 4.

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

А) $NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$

Б) $Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$

В) $Hg + HNO_3(\text{конц}.) \rightarrow Hg(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O$

1) $0 \rightarrow -3$

2) $+5 \rightarrow +4$

3) $0 \rightarrow +3$

4) $-3 \rightarrow 0$

5) $+5 \rightarrow +2$

А) В реакции $NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$ необходимо определить изменение степени окисления азота. В исходном веществе, аммиаке ($NH_3$), водород имеет степень окисления $+1$, следовательно, для соблюдения электронейтральности молекулы степень окисления азота должна быть $-3$. В продуктах реакции азот представлен в виде простого вещества ($N_2$), где его степень окисления равна $0$. Таким образом, степень окисления азота изменяется с $-3$ на $0$. Ответ: 4.

Б) В реакции $Ca + N_2 \rightarrow Ca_3N_2$ азот ($N_2$) является простым веществом, поэтому его начальная степень окисления равна $0$. В продукте реакции, нитриде кальция ($Ca_3N_2$), кальций, как металл второй группы, имеет постоянную степень окисления $+2$. Исходя из электронейтральности соединения, рассчитаем степень окисления азота: $3 \cdot (+2) + 2x = 0$, где $x$ – степень окисления азота. Отсюда $6 + 2x = 0$, $2x = -6$, $x = -3$. Таким образом, степень окисления азота изменяется с $0$ на $-3$. Ответ: 1.

В) В реакции $Hg + HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow Hg(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O$ азот участвует в окислительно-восстановительном процессе. В исходной азотной кислоте ($HNO_3$) степень окисления водорода $+1$, кислорода $-2$, следовательно, степень окисления азота равна $+5$. В продуктах реакции азот присутствует в двух соединениях. В нитрате ртути($\text{II}$) ($Hg(NO_3)_2$) степень окисления азота остается $+5$. В диоксиде азота ($NO_2$) степень окисления кислорода $-2$, следовательно, степень окисления азота равна $+4$. Таким образом, в ходе реакции происходит изменение степени окисления азота с $+5$ на $+4$. Ответ: 2.

13. При нагревании технического хлорида аммония, содержащего 5 % примесей, с гидроксидом натрия выделилось 300 мл аммиака (н. у.). Определите массу технического хлорида аммония, взятого для реакции.

Дано:

Массовая доля примесей в техническом $NH_4Cl$, $\omega(примесей) = 5\% = 0.05$

Объем выделившегося аммиака, $V(NH_3) = 300 \text{ мл} = 0.3 \text{ л}$

Найти:

Массу технического хлорида аммония, $m(техн. NH_4Cl) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение реакции взаимодействия хлорида аммония с гидроксидом натрия при нагревании. В реакцию вступает только чистое вещество $NH_4Cl$, примеси считаются инертными.

$NH_4Cl + NaOH \xrightarrow{t} NaCl + H_2O + NH_3 \uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) выделившегося аммиака ($NH_3$). По условию, газ измерен при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22.4 л/моль.

$n(NH_3) = \frac{V(NH_3)}{V_m} = \frac{0.3 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 0.01339 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, стехиометрические коэффициенты перед хлоридом аммония и аммиаком равны 1. Это означает, что их количества вещества соотносятся как 1:1.

$n(чист. NH_4Cl) = n(NH_3)$

Следовательно, количество вещества чистого хлорида аммония, вступившего в реакцию, равно:

$n(чист. NH_4Cl) \approx 0.01339 \text{ моль}$

4. Вычислим молярную массу хлорида аммония ($NH_4Cl$).

$M(NH_4Cl) = M(N) + 4 \cdot M(H) + M(Cl) = 14 + 4 \cdot 1 + 35.5 = 53.5 \text{ г/моль}$

5. Найдем массу чистого хлорида аммония ($m(чист. NH_4Cl)$), который прореагировал.

$m(чист. NH_4Cl) = n(чист. NH_4Cl) \cdot M(NH_4Cl) \approx 0.01339 \text{ моль} \cdot 53.5 \text{ г/моль} \approx 0.7164 \text{ г}$

6. Определим массу исходного технического хлорида аммония. Если массовая доля примесей составляет 5%, то массовая доля чистого $NH_4Cl$ в образце равна:

$\omega(чист. NH_4Cl) = 100\% - \omega(примесей) = 100\% - 5\% = 95\% = 0.95$

Масса технического образца вычисляется по формуле:

$m(техн. \text{образца}) = \frac{m(\text{чистого вещества})}{\omega(\text{чистого вещества})}$

$m(техн. NH_4Cl) = \frac{m(чист. NH_4Cl)}{\omega(чист. NH_4Cl)} \approx \frac{0.7164 \text{ г}}{0.95} \approx 0.754 \text{ г}$

Ответ: масса технического хлорида аммония, взятого для реакции, составляет 0.754 г.

14. В состав смесей для салютов чаще всего входят нитраты калия или натрия, а также некоторые металлы: алюминий, магний, стронций. Напишите уравнения двух химических реакций, возможных при запуске салюта.

Решение

Смеси для салютов являются примером пиротехнических составов, в которых происходят экзотермические окислительно-восстановительные реакции. В указанных смесях нитраты калия ($KNO_3$) или натрия ($NaNO_3$) выполняют роль окислителя, а металлы, такие как алюминий ($Al$), магний ($Mg$) или стронций ($Sr$), служат топливом (восстановителем). При инициировании (нагревании) реакции нитрат разлагается, выделяя кислород, который мгновенно вступает в реакцию с металлом. Также возможна прямая реакция между нитратом и металлом.

Ниже приведены два примера возможных химических реакций.

1. Реакция между нитратом калия и магнием. Магний является активным восстановителем и при сгорании дает яркую белую вспышку. В ходе реакции магний окисляется до оксида магния, а нитрат калия восстанавливается, образуя оксид калия и газообразный азот.
$2KNO_3 + 5Mg \xrightarrow{t^\circ} K_2O + 5MgO + N_2\uparrow$

2. Реакция между нитратом калия и алюминием. Алюминий в виде порошка также является высокоэнергетическим топливом, создающим яркие искры и высокую температуру. В результате реакции образуются оксид алюминия, оксид калия и выделяется газообразный азот.
$6KNO_3 + 10Al \xrightarrow{t^\circ} 3K_2O + 5Al_2O_3 + 3N_2\uparrow$

Ответ:

$2KNO_3 + 5Mg \xrightarrow{t^\circ} K_2O + 5MgO + N_2\uparrow$

$6KNO_3 + 10Al \xrightarrow{t^\circ} 3K_2O + 5Al_2O_3 + 3N_2\uparrow$