Страница 93 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Низшая и высшая степень окисления азота в соединениях соответственно равны

1) $-3$ и $+5$

2) $0$ и $+5$

3) $+1$ и $+5$

4) $-3$ и $+3$

Решение

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что все химические связи в нем имеют ионный характер. Для определения возможных степеней окисления элемента необходимо рассмотреть его положение в периодической системе и строение его атома.

Азот (N) расположен в 15-й группе (VА группе) периодической системы. Электронная конфигурация его внешнего энергетического уровня — $2s^22p^3$. Это означает, что у атома азота 5 валентных электронов.

Высшая степень окисления элемента главной подгруппы, как правило, равна номеру группы. Для азота, элемента V группы, высшая степень окисления равна $+5$. Она проявляется в соединениях, где азот условно отдает все свои 5 валентных электронов. Примерами таких соединений являются оксид азота(V) $N_2O_5$ и азотная кислота $HNO_3$.

Низшая степень окисления для неметаллов определяется числом электронов, недостающих до завершения внешнего электронного уровня (до 8 электронов). Атому азота не хватает $8 - 5 = 3$ электрона. Принимая их, азот приобретает низшую степень окисления, равную $-3$. Примерами соединений, в которых азот проявляет степень окисления $-3$, являются аммиак $NH_3$ и нитриды (например, нитрид лития $Li_3N$).

Таким образом, низшая и высшая степени окисления азота в соединениях соответственно равны $-3$ и $+5$.
Среди предложенных вариантов этот соответствует варианту под номером 1.

Ответ: 1) $-3$ и $+5$

2. Электроотрицательность азота меньше, чем электроотрицательность

1) фосфора

2) бора

3) кремния

4) фтора

Решение

Электроотрицательность (ЭО) — это способность атома химического элемента смещать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи. Для решения задачи необходимо сравнить электроотрицательность азота с электроотрицательностью предложенных элементов, используя общие закономерности её изменения в Периодической системе Д.И. Менделеева:

• В периоде (горизонтальный ряд) с увеличением порядкового номера (слева направо) электроотрицательность элементов возрастает.
• В главной подгруппе (вертикальный столбец) с увеличением порядкового номера (сверху вниз) электроотрицательность элементов уменьшается.

Азот (N) — это элемент 2-го периода, 15-й (VA) группы. Рассмотрим каждый из предложенных вариантов.

1) фосфора

Фосфор (P) расположен в 15-й (VA) группе, но в 3-м периоде, то есть под азотом. Так как в группе электроотрицательность уменьшается сверху вниз, то электроотрицательность азота больше, чем у фосфора. Обозначив электроотрицательность как $\chi$, получаем: $\chi(\text{N}) > \chi(\text{P})$.

2) бора

Бор (B) расположен во 2-м периоде, как и азот, но в 13-й (IIIA) группе, то есть левее азота. Так как в периоде электроотрицательность возрастает слева направо, то электроотрицательность азота больше, чем у бора: $\chi(\text{N}) > \chi(\text{B})$.

3) кремния

Кремний (Si) расположен в 3-м периоде и 14-й (IVA) группе. Он находится в таблице ниже и левее азота. Оба этих фактора указывают на то, что его электроотрицательность меньше, чем у азота: $\chi(\text{N}) > \chi(\text{Si})$.

4) фтора

Фтор (F) расположен во 2-м периоде, как и азот, но в 17-й (VIIA) группе, то есть правее азота. Так как в периоде электроотрицательность возрастает слева направо, электроотрицательность фтора будет больше, чем у азота: $\chi(\text{N}) < \chi(\text{F})$. Фтор является самым электроотрицательным элементом.

Таким образом, единственным элементом из списка, чья электроотрицательность больше электроотрицательности азота, является фтор.

Ответ: 4) фтора

3. В молекуле азота химическая связь

1) ковалентная полярная

2) ковалентная неполярная

3) металлическая

4) ионная

Решение

Чтобы определить тип химической связи в молекуле азота ($N_2$), необходимо проанализировать состав молекулы и разницу в электроотрицательности между атомами, образующими связь.

Молекула азота состоит из двух атомов одного и того же химического элемента — азота (N). Азот является неметаллом.

Рассмотрим типы химических связей:

• Ионная связь образуется, как правило, между атомами металла и неметалла из-за большой разницы в их электроотрицательности (более 1.7 по шкале Полинга). В молекуле азота нет атомов металла, поэтому этот тип связи исключается.
• Металлическая связь характерна для металлов и их сплавов, где валентные электроны обобществлены и свободно перемещаются по всему кристаллу. Азот — неметалл, поэтому металлическая связь для него невозможна.
• Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов за счет образования общих электронных пар. Эта связь может быть полярной или неполярной.
  • Ковалентная полярная связь возникает между атомами разных неметаллов. Из-за различий в электроотрицательности общая электронная пара смещается к более электроотрицательному атому, что приводит к появлению на атомах частичных зарядов.
  • Ковалентная неполярная связь возникает между атомами одного и того же неметалла. Поскольку атомы идентичны, их электроотрицательность одинакова. В результате общая электронная пара не смещается и располагается симметрично между ядрами атомов.

В молекуле азота $N_2$ связь образована двумя одинаковыми атомами азота. Разница электроотрицательностей между ними равна нулю. Следовательно, химическая связь в молекуле азота является ковалентной неполярной.

Ответ: 2

4. Верны ли следующие суждения об азоте?

А. Атомы азота входят в состав молекул белков.

Б. Азот — газ без цвета, запаха и вкуса.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Для выбора правильного ответа проанализируем каждое суждение.

А. Атомы азота входят в состав молекул белков.

Белки являются биополимерами, мономерами которых служат аминокислоты. Каждая аминокислота обязательно содержит в своей структуре аминогруппу ($-NH_2$), в состав которой входит атом азота. Так как белки представляют собой цепи из аминокислот, то и все белковые молекулы содержат атомы азота. Таким образом, это суждение является верным.

Ответ: суждение А верно.

Б. Азот — газ без цвета, запаха и вкуса.

Азот как простое вещество ($N_2$) при нормальных условиях — это газ. Он является основной составляющей атмосферы Земли (около 78% по объему). Физические свойства азота: это газ без цвета, без запаха и без вкуса. Таким образом, это суждение также является верным.

Ответ: суждение Б верно.

Поскольку оба суждения (А и Б) верны, то итоговый правильный ответ — 3.

Ответ: 3

5. Аммиак не взаимодействует с веществом, формула которого

1) $H_2O$

2) $H_3PO_4$

3) $O_2$

4) $Ca(OH)_2$

Решение

Для ответа на вопрос необходимо рассмотреть химические свойства аммиака ($NH_3$) и его возможное взаимодействие с каждым из предложенных веществ. Аммиак — это слабое основание и сильный восстановитель (азот в степени окисления -3).

1) H₂O

Аммиак обратимо взаимодействует с водой, образуя гидрат аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$), который является слабым основанием и в водном растворе частично диссоциирует на ионы аммония и гидроксид-ионы. Эта реакция является причиной основных свойств водного раствора аммиака.

Уравнение реакции: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

Таким образом, аммиак реагирует с водой.

2) H₃PO₄

Аммиак, как основание, вступает в реакцию нейтрализации с кислотами. Ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$) является трёхосновной кислотой. В результате их взаимодействия образуются различные соли — фосфаты аммония.

Примеры реакций:

$NH_3 + H_3PO_4 \rightarrow (NH_4)H_2PO_4$ (дигидрофосфат аммония)

$2NH_3 + H_3PO_4 \rightarrow (NH_4)_2HPO_4$ (гидрофосфат аммония)

$3NH_3 + H_3PO_4 \rightarrow (NH_4)_3PO_4$ (фосфат аммония)

Таким образом, аммиак реагирует с ортофосфорной кислотой.

3) O₂

Аммиак проявляет восстановительные свойства и может быть окислен кислородом. В зависимости от условий (температура, наличие катализатора) продукты реакции могут быть разными.

При горении аммиака в кислороде без катализатора образуется свободный азот:

$4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t} 2N_2 + 6H_2O$

При каталитическом окислении (например, на платиновом катализаторе) образуется оксид азота(II):

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt, t} 4NO + 6H_2O$

Таким образом, аммиак реагирует с кислородом.

4) Ca(OH)₂

Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) является основанием (щёлочью). Аммиак ($NH_3$) также проявляет основные свойства. Два основания не вступают в реакцию друг с другом, так как отсутствует кислотно-основное взаимодействие. Оба вещества при диссоциации в воде образуют гидроксид-ионы ($OH^-$), поэтому реакция между ними невозможна.

Таким образом, аммиак не реагирует с гидроксидом кальция.

Ответ: 4) Ca(OH)₂.

6. Лабораторному способу получения аммиака соответствует уравнение реакции

1) $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} = \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{NH}_3\uparrow + 2\text{H}_2\text{O}$

2) $\text{NH}_3 \cdot \text{H}_2\text{O} = \text{NH}_3\uparrow + \text{H}_2\text{O}$

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

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

Для определения уравнения, соответствующего лабораторному способу получения аммиака, необходимо рассмотреть каждый из предложенных вариантов.

1) $(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH = Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O$

Данное уравнение описывает реакцию обмена между солью аммония (сульфатом аммония) и сильным основанием (гидроксидом натрия). В результате взаимодействия выделяется аммиак. Этот метод, основанный на реакции солей аммония со щелочами (например, $NaOH$ или $Ca(OH)_2$) при нагревании, является классическим и наиболее распространенным лабораторным способом получения аммиака. Аммиак — летучий газ, который легко удаляется из реакционной смеси.

2) $NH_3 \cdot H_2O = NH_3\uparrow + H_2O$

Это уравнение показывает процесс разложения гидрата аммиака (нашатырного спирта) при нагревании. По сути, это не химический синтез, а физический процесс выделения растворенного газа из раствора. Этот способ не является методом получения аммиака из других реагентов, а лишь способом его выделения из водного раствора.

3) $N_2 + 3H_2 = 2NH_3$

Это уравнение реакции прямого синтеза аммиака из простых веществ — азота и водорода. Данный процесс, известный как процесс Габера-Боша, является основой промышленного производства аммиака. Он требует экстремальных условий: очень высокого давления (150-350 атмосфер), высокой температуры (400-500 °C) и использования катализатора (например, на основе железа). Такие условия невоспроизводимы в стандартной школьной или университетской лаборатории, поэтому этот метод является промышленным, а не лабораторным.

4) $NH_4Cl = NH_3\uparrow + HCl\uparrow$

Это уравнение термического разложения хлорида аммония. При нагревании твердое вещество разлагается на два газа: аммиак и хлороводород. Однако эта реакция обратима. При охлаждении газообразные продукты немедленно реагируют друг с другом, вновь образуя твердый хлорид аммония. Это делает процесс непрактичным для выделения и сбора чистого аммиака.

Таким образом, единственное уравнение, которое описывает стандартный лабораторный способ получения аммиака, — это реакция соли аммония со щелочью.

Ответ: 1

7. Сульфат аммония от нитрата аммония можно отличить с помощью реактива

1) $H_2SO_4$

2) $BaCl_2$

3) $NaOH$

4) $HCl$

Задача состоит в том, чтобы выбрать реагент, который позволит различить два вещества: сульфат аммония ($(NH_4)_2SO_4$) и нитрат аммония ($NH_4NO_3$).

Оба вещества являются солями, образованными катионом аммония ($NH_4^+$), но разными кислотными остатками: сульфат-анионом ($SO_4^{2-}$) и нитрат-анионом ($NO_3^{-}$). Следовательно, для их распознавания необходимо использовать качественную реакцию на один из этих анионов, которая даст различный видимый эффект.

Решение

Рассмотрим поочередно каждый из предложенных реагентов.

1) $H_2SO_4$
Серная кислота не будет вступать в видимую реакцию ни с сульфатом аммония (так как они содержат одноименный сульфат-анион), ни с нитратом аммония (реакция обмена не приведет к образованию осадка, газа или слабого электролита). Таким образом, этот реагент не подходит.

2) $BaCl_2$
Хлорид бария является качественным реагентом на сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), так как ионы бария ($Ba^{2+}$) образуют с ними нерастворимый в воде и кислотах белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$).
- При добавлении раствора хлорида бария к раствору сульфата аммония произойдет реакция с образованием белого осадка. Молекулярное уравнение:
$(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NH_4Cl$
Сокращенное ионное уравнение:
$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$
- При добавлении раствора хлорида бария к раствору нитрата аммония видимых изменений не произойдет, так как все продукты реакции (нитрат бария и хлорид аммония) хорошо растворимы в воде.
$2NH_4NO_3 + BaCl_2 \nrightarrow$
Следовательно, этот реагент позволяет четко различить два вещества.

3) $NaOH$
Гидроксид натрия является щелочью и качественным реагентом на ионы аммония ($NH_4^+$). При реакции щелочи с солями аммония, особенно при нагревании, выделяется газообразный аммиак ($NH_3$) с характерным резким запахом.
$(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{\Delta} Na_2SO_4 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$
$NH_4NO_3 + NaOH \xrightarrow{\Delta} NaNO_3 + NH_3 \uparrow + H_2O$
Так как оба исходных вещества содержат ион аммония, реакция будет протекать в обоих случаях одинаково (с выделением газа). Следовательно, гидроксид натрия не поможет их различить.

4) $HCl$
Соляная кислота, как сильная кислота, не будет давать видимых признаков реакции ни с одним из данных веществ, так как в результате возможного обмена не образуются ни осадки, ни газы, ни слабые электролиты.

Вывод: Единственный реагент из списка, который дает разный наблюдаемый эффект с сульфатом и нитратом аммония, — это хлорид бария.

Ответ: 2) $BaCl_2$

8. Способом распознавания аммиака не является

1) обнаружение запаха

2) изменение окраски индикатора

3) воспламенение тлеющей лучины

4) образование белого дыма при контакте с хлороводородом

Для решения этой задачи необходимо проанализировать каждый предложенный вариант и определить, является ли он характерным свойством аммиака, позволяющим его идентифицировать.

1) обнаружение запаха

Аммиак ($NH_3$) обладает очень резким, характерным и легко узнаваемым запахом, который часто сравнивают с запахом нашатырного спирта. Обнаружение этого запаха является одним из самых простых и быстрых способов идентификации аммиака. Следовательно, это действительный способ распознавания аммиака.

2) изменение окраски индикатора

Аммиак является основанием. При взаимодействии с водой он образует гидроксид аммония, создавая щелочную среду в растворе:

$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4OH \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$

Щелочная среда вызывает изменение цвета кислотно-основных индикаторов. Например, влажная красная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака, а раствор фенолфталеина приобретает малиновую окраску. Это является стандартной качественной реакцией на аммиак. Следовательно, это действительный способ распознавания аммиака.

3) воспламенение тлеющей лучины

Тест с тлеющей лучиной является классическим методом обнаружения кислорода ($O_2$). Кислород — газ, поддерживающий горение, поэтому тлеющая лучина в его атмосфере ярко вспыхивает. Аммиак же, наоборот, не поддерживает горение. Если внести тлеющую лучину в сосуд с аммиаком, она потухнет. Таким образом, этот метод не является способом распознавания аммиака.

4) образование белого дыма при контакте с хлороводородом

Газообразный аммиак бурно реагирует с газообразным хлороводородом ($HCl$), образуя твёрдое вещество — хлорид аммония ($NH_4Cl$). Мельчайшие кристаллики этого вещества выглядят как густой белый дым. Эта эффектная реакция является специфическим тестом на аммиак (и на хлороводород).

Уравнение реакции: $NH_3(г) + HCl(г) \rightarrow NH_4Cl(т)$

Следовательно, это действительный способ распознавания аммиака.

Таким образом, единственным методом из перечисленных, который не применяется для распознавания аммиака, является тест с тлеющей лучиной.

Ответ: 3