Страница 97 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

1) $S$

2) $Zn$

3) $H_2O$

4) $CaCl_2$

5) $Fe$

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать взаимодействие каждого из предложенных веществ с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$) при низкой температуре («на холоду»). Концентрированная азотная кислота является сильным окислителем, и её реакции с различными веществами имеют свои особенности.

1) S

Сера (S) — это неметалл. Концентрированная азотная кислота способна окислять серу до серной кислоты. Однако эта реакция требует значительной энергии активации и, как правило, протекает при нагревании. Уравнение реакции:

$S + 6HNO_{3(конц.)} \xrightarrow{t} H_2SO_4 + 6NO_{2} \uparrow + 2H_2O$

На холоду эта реакция протекает крайне медленно, поэтому для практических целей можно считать, что сера не взаимодействует с холодной концентрированной азотной кислотой.

2) Zn

Цинк (Zn) — активный металл, который бурно реагирует с концентрированной азотной кислотой даже на холоду. Продукты реакции зависят от концентрации кислоты, но взаимодействие в любом случае происходит. Типичное уравнение реакции с концентрированной кислотой:

$Zn + 4HNO_{3(конц.)} \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2NO_{2} \uparrow + 2H_2O$

Следовательно, цинк взаимодействует с концентрированной азотной кислотой.

3) H₂O

Вода ($H_2O$) является растворителем для азотной кислоты. Концентрированная азотная кислота — это водный раствор $HNO_3$. Добавление воды к концентрированной кислоте приводит к её разбавлению, что является физическим процессом смешивания, а не химической реакцией с образованием новых веществ. Таким образом, вода не вступает в химическую реакцию с азотной кислотой.

4) CaCl₂

Хлорид кальция ($CaCl_2$) — это соль, образованная сильным основанием ($Ca(OH)_2$) и сильной кислотой (HCl). Реакция обмена между солью и кислотой протекает, если образуется осадок, газ или более слабая кислота. В данном случае реакция:

$CaCl_2 + 2HNO_3 \rightleftharpoons Ca(NO_3)_2 + 2HCl$

не имеет движущей силы. Все вещества в растворе являются сильными электролитами, нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$) хорошо растворим, а соляная кислота (HCl) является сильной кислотой, как и азотная. Поэтому заметного взаимодействия не происходит.

5) Fe

Железо (Fe), а также алюминий (Al) и хром (Cr), пассивируются холодной концентрированной азотной кислотой. Это означает, что на поверхности металла образуется очень тонкая, плотная оксидная плёнка (например, $Fe_2O_3$), которая является химически инертной и защищает металл от дальнейшего контакта с кислотой. Из-за этого явления железо не реагирует с холодной концентрированной $HNO_3$. Это свойство используется для транспортировки концентрированной азотной кислоты в стальной таре.

Таким образом, с концентрированной азотной кислотой на холоду не взаимодействуют железо (из-за пассивации), хлорид кальция (отсутствие движущей силы реакции), вода (является растворителем) и сера (реакция требует нагревания).

Ответ: 1, 3, 4, 5.

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

СХЕМА РЕАКЦИИ

А) $KNO_3 \to KNO_2 + O_2$

Б) $NO + O_2 \to NO_2$

В) $Cu + HNO_3$(разб.) $\to Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АЗОТА

1) $0 \to +4$

2) $+5 \to +2$

3) $+2 \to +4$

4) $-3 \to +2$

5) $+5 \to +3$

А) Рассмотрим схему реакции: $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2$.

1. Определим степень окисления азота в исходном веществе $KNO_3$ (нитрат калия). Степень окисления калия (K) в соединениях постоянна и равна $+1$. Степень окисления кислорода (O) равна $-2$. Пусть степень окисления азота (N) равна $x$. Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю:

$+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$

$x - 5 = 0$

$x = +5$.

Итак, в $KNO_3$ азот имеет степень окисления $+5$.

2. Определим степень окисления азота в продукте реакции $KNO_2$ (нитрит калия). Степень окисления калия $+1$, кислорода $-2$. Пусть степень окисления азота равна $y$.

$+1 + y + 2 \cdot (-2) = 0$

$y - 3 = 0$

$y = +3$.

Итак, в $KNO_2$ азот имеет степень окисления $+3$.

Таким образом, изменение степени окисления азота в данной реакции: $+5 \rightarrow +3$. Это соответствует варианту 5).

Ответ: 5

Б) Рассмотрим схему реакции: $NO + O_2 \rightarrow NO_2$.

1. Определим степень окисления азота в исходном веществе $NO$ (оксид азота(II)). Степень окисления кислорода равна $-2$. Пусть степень окисления азота равна $x$.

$x + (-2) = 0$

$x = +2$.

Итак, в $NO$ азот имеет степень окисления $+2$.

2. Определим степень окисления азота в продукте реакции $NO_2$ (оксид азота(IV)). Степень окисления кислорода равна $-2$. Пусть степень окисления азота равна $y$.

$y + 2 \cdot (-2) = 0$

$y - 4 = 0$

$y = +4$.

Итак, в $NO_2$ азот имеет степень окисления $+4$.

Таким образом, изменение степени окисления азота в данной реакции: $+2 \rightarrow +4$. Это соответствует варианту 3).

Ответ: 3

В) Рассмотрим схему реакции: $Cu + HNO_3(\text{разб.}) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$.

1. Определим степень окисления азота в исходном веществе $HNO_3$ (азотная кислота). Степень окисления водорода (H) равна $+1$, кислорода (O) равна $-2$. Пусть степень окисления азота равна $x$.

$+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$

$x - 5 = 0$

$x = +5$.

Итак, в $HNO_3$ азот имеет степень окисления $+5$.

2. В данной окислительно-восстановительной реакции азот из азотной кислоты ($N^{+5}$) восстанавливается до оксида азота(II) ($NO$). Часть атомов азота переходит в состав соли $Cu(NO_3)_2$, не меняя своей степени окисления. Нас интересует именно изменение степени окисления, которое происходит в ходе окислительно-восстановительного процесса. Определим степень окисления азота в $NO$. Степень окисления кислорода $-2$. Пусть степень окисления азота равна $y$.

$y + (-2) = 0$

$y = +2$.

Итак, в $NO$ азот имеет степень окисления $+2$.

Таким образом, изменение степени окисления азота в данной реакции: $+5 \rightarrow +2$. Это соответствует варианту 2).

Ответ: 2

13. Определите массу соли, образовавшейся при взаимодействии аммиака с раствором азотной кислоты массой 20 г и массовой долей кислоты 12,6 %.

Дано:

$m_{р-ра}(HNO_3) = 20 \text{ г}$
$\omega(HNO_3) = 12,6 \% = 0,126$

Найти:

$m(\text{соли}) - ?$

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции взаимодействия аммиака ($NH_3$) с азотной кислотой ($HNO_3$). В результате этой реакции нейтрализации образуется соль — нитрат аммония ($NH_4NO_3$):

$NH_3 + HNO_3 \rightarrow NH_4NO_3$

Из уравнения видно, что реагенты вступают в реакцию в мольном соотношении 1:1, и образуется 1 моль продукта. В условии не указано количество аммиака, поэтому будем считать, что он находится в избытке и вся азотная кислота прореагирует полностью.

2. Рассчитаем массу чистой азотной кислоты, содержащейся в 20 г ее 12,6%-го раствора. Для этого воспользуемся формулой массовой доли:

$m(HNO_3) = m_{р-ра}(HNO_3) \cdot \omega(HNO_3)$

$m(HNO_3) = 20 \text{ г} \cdot 0,126 = 2,52 \text{ г}$

3. Вычислим молярные массы азотной кислоты ($HNO_3$) и нитрата аммония ($NH_4NO_3$), используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(HNO_3) = 1 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N) + 3 \cdot Ar(O) = 1 + 14 + 3 \cdot 16 = 63 \text{ г/моль}$

$M(NH_4NO_3) = 2 \cdot Ar(N) + 4 \cdot Ar(H) + 3 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 14 + 4 \cdot 1 + 3 \cdot 16 = 28 + 4 + 48 = 80 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (в молях) азотной кислоты, которая вступила в реакцию:

$n(HNO_3) = \frac{m(HNO_3)}{M(HNO_3)} = \frac{2,52 \text{ г}}{63 \text{ г/моль}} = 0,04 \text{ моль}$

5. По уравнению реакции, количество вещества образовавшейся соли (нитрата аммония) равно количеству вещества прореагировавшей азотной кислоты:

$n(NH_4NO_3) = n(HNO_3) = 0,04 \text{ моль}$

6. Теперь можем рассчитать массу образовавшейся соли:

$m(NH_4NO_3) = n(NH_4NO_3) \cdot M(NH_4NO_3)$

$m(NH_4NO_3) = 0,04 \text{ моль} \cdot 80 \text{ г/моль} = 3,2 \text{ г}$

Ответ: масса образовавшейся соли составляет 3,2 г.

14. Почва частично обогащается азотом во время грозовых ливней благодаря азотной кислоте, содержащейся в дождевой воде. Напишите уравнения реакций, объясняющих процесс образования азотной кислоты во время грозы.

Процесс образования азотной кислоты в атмосфере во время грозы происходит в несколько стадий.

Решение

1. Атмосферный воздух состоит примерно на 78% из азота ($N_2$) и на 21% из кислорода ($O_2$). В обычных условиях эти газы не реагируют друг с другом из-за очень прочной тройной связи в молекуле азота. Однако во время грозы электрический разряд молнии создает чрезвычайно высокую температуру (до 3000°C), которая служит источником энергии для разрыва этой связи и запускает реакцию между азотом и кислородом с образованием оксида азота(II):
$N_2 + O_2 \leftrightarrows 2NO$

2. Образовавшийся оксид азота(II) является неустойчивым и при обычных температурах, после остывания воздуха, легко окисляется кислородом, содержащимся в атмосфере, до оксида азота(IV) — бурого газа:
$2NO + O_2 \to 2NO_2$

3. Затем оксид азота(IV) вступает в реакцию с водой (дождевой) и оставшимся кислородом, образуя азотную кислоту. Эта кислота растворяется в каплях дождя и выпадает на землю вместе с осадками.
$4NO_2 + O_2 + 2H_2O \to 4HNO_3$

Также возможна реакция оксида азота(IV) только с водой с образованием двух кислот — азотной и азотистой:
$2NO_2 + H_2O \to HNO_3 + HNO_2$
Азотистая кислота ($HNO_2$) является нестойкой и легко разлагается, но основной процесс, приводящий к значительному образованию азотной кислоты, описывается первой реакцией.

Таким образом, дождевая вода, содержащая разбавленную азотную кислоту, попадает в почву. Там кислота реагирует с минералами почвы (например, с карбонатом кальция), образуя нитраты, которые являются важным питательным элементом для растений.

Ответ:
Процесс образования азотной кислоты во время грозы описывается следующей последовательностью химических реакций:
1. $N_2 + O_2 \leftrightarrows 2NO$ (под действием электрического разряда молнии)
2. $2NO + O_2 \to 2NO_2$
3. $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \to 4HNO_3$

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

1) $2e$, $6e$

2) $2e$, $4e$

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

4) $2e$, $8e$, $2e$

1) Положение химического элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева позволяет определить строение его атома, в частности, распределение электронов по энергетическим уровням (электронным слоям).

Номер периода соответствует количеству электронных слоев в атоме. Поскольку элемент находится в третьем периоде, у его атома есть три электронных слоя.

Для элементов главных подгрупп (А-групп) номер группы равен числу электронов на внешнем (валентном) электронном слое. Элемент находится в IVA-группе, следовательно, на его внешнем (третьем) слое находится 4 электрона.

Элемент, расположенный в третьем периоде и IVA-группе, — это кремний (Si). Его порядковый номер 14. Это означает, что в ядре его атома 14 протонов, а вокруг ядра движутся 14 электронов.

Распределение электронов по слоям для атома кремния будет следующим:

• На первом слое (ближайшем к ядру) максимальное число электронов — 2.
• На втором слое максимальное число электронов — 8.
• На третий (внешний) слой остаются остальные электроны. Их количество равно 4, что соответствует номеру группы.

Проверим общее число электронов: $2 + 8 + 4 = 14$. Это соответствует порядковому номеру кремния.

Таким образом, распределение электронов в атоме данного элемента: 2e, 8e, 4e.

Сравнивая с предложенными вариантами, мы видим, что правильный ответ находится под номером 3.

Ответ: 3) 2e, 8e, 4e