Страница 99 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. На рисунке изображены приборы для собирания газов:

1) можно собрать, используя только прибор а

2) можно собрать, используя только прибор б

3) можно собрать, используя приборы а и б

4) нельзя собрать ни в один из изображённых приборов

Решение

На рисунке показаны два способа собирания газов методом вытеснения воздуха.

Прибор а предназначен для собирания газов, которые тяжелее (плотнее) воздуха. Сосуд (пробирка) располагается отверстием вверх, а газоотводная трубка опускается на дно. Более тяжелый газ, поступая в сосуд, скапливается внизу, вытесняя более легкий воздух вверх.

Прибор б предназначен для собирания газов, которые легче воздуха. Сосуд (пробирка) располагается вверх дном, а газоотводная трубка вводится в верхнюю часть перевернутого сосуда. Более легкий газ поднимается и заполняет сосуд, вытесняя более тяжелый воздух вниз.

Для того чтобы выбрать подходящий способ собирания углекислого газа ($CO_2$), необходимо сравнить его молярную массу со средней молярной массой воздуха. Плотность газа при одинаковых условиях прямо пропорциональна его молярной массе.

1. Молярная масса углекислого газа $M(CO_2)$ равна: $M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$.

2. Средняя молярная масса воздуха $M(\text{воздуха})$ составляет приблизительно $29 \text{ г/моль}$.

3. Сравнивая молярные массы, получаем: $M(CO_2) (44 \text{ г/моль}) > M(\text{воздуха}) (29 \text{ г/моль})$.

Поскольку углекислый газ тяжелее воздуха, для его собирания следует использовать прибор а.

Ответ: 1) можно собрать, используя только прибор а

10. Сокращённое ионное уравнение $Ca^{2+} + CO_3^{2-} = CaCO_3 \downarrow$ соответствует взаимодействию веществ, формулы которых

1) Ca и $CO_2$

2) $Ca(OH)_2$ и $K_2CO_3$

3) $CaCl_2$ и $MgCO_3$

4) Ca и $H_2CO_3$

Сокращенное ионное уравнение $Ca^{2+} + CO_3^{2-} = CaCO_3 \downarrow$ описывает реакцию, в результате которой из ионов кальция $Ca^{2+}$ и карбонат-ионов $CO_3^{2-}$ образуется нерастворимый осадок карбоната кальция $CaCO_3$. Для того чтобы реакция протекала в соответствии с этим уравнением, необходимо, чтобы исходные вещества были растворимы в воде и диссоциировали с образованием указанных ионов. Проанализируем предложенные варианты.

Решение

1) Ca и CO₂

Кальций ($Ca$) — это металл, а не ион, а оксид углерода(IV) ($CO_2$) — это газ (кислотный оксид). В водном растворе они могут реагировать, но уравнение будет другим. Например, при пропускании $CO_2$ через известковую воду ($Ca(OH)_2$) происходит реакция: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$. Полное ионное уравнение этой реакции: $Ca^{2+} + 2OH^- + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$. Это не соответствует заданному сокращенному ионному уравнению. Таким образом, этот вариант неверен.

2) Ca(OH)₂ и K₂CO₃

Гидроксид кальция $Ca(OH)_2$ является растворимым основанием (хотя и малорастворимым, но в растворе он диссоциирует на ионы), а карбонат калия $K_2CO_3$ — хорошо растворимая соль. Оба вещества являются сильными электролитами. Реакция обмена между ними в водном растворе записывается следующим молекулярным уравнением:

$Ca(OH)_2 + K_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2KOH$

Составим полное ионное уравнение. В нем мы записываем в виде ионов все сильные растворимые электролиты:

$Ca^{2+} + 2OH^- + 2K^+ + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2K^+ + 2OH^-$

Ионы $K^+$ и $OH^-$ присутствуют в обеих частях уравнения и не участвуют в образовании осадка, поэтому их можно сократить (это ионы-наблюдатели). После сокращения получаем сокращенное ионное уравнение:

$Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow$

Это уравнение в точности совпадает с уравнением, данным в условии задачи. Следовательно, этот вариант является правильным.

3) CaCl₂ и MgCO₃

Хлорид кальция $CaCl_2$ — растворимая соль, диссоциирующая на ионы $Ca^{2+}$ и $Cl^-$. Однако карбонат магния $MgCO_3$ является нерастворимой солью. Поскольку одно из исходных веществ нерастворимо, оно не может служить источником карбонат-ионов $CO_3^{2-}$ в растворе, и реакция ионного обмена в том виде, который требуется, не пойдет. Этот вариант неверен.

4) Ca и H₂CO₃

Кальций ($Ca$) — это металл (простое вещество), а угольная кислота ($H_2CO_3$) — слабая, нестабильная кислота. Во-первых, кальций в исходном состоянии является атомом, а не ионом $Ca^{2+}$. Во-вторых, угольная кислота является слабым электролитом и в ионных уравнениях записывается в молекулярной форме $H_2CO_3$. Реакция между ними является окислительно-восстановительной: $Ca + H_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2 \uparrow$. Ионное уравнение для этой реакции не будет соответствовать заданному. Этот вариант неверен.

Таким образом, единственная пара веществ, взаимодействие которых описывается данным сокращенным ионным уравнением, — это гидроксид кальция и карбонат калия.

Ответ: 2.

11. Кокс взаимодействует с веществами, формулы которых

1) $FeO$

2) $HCl$

3) $NaOH$

4) $H_2$

5) $KCl$

Решение

Кокс — это техническая форма углерода ($C$), которая широко используется в промышленности как восстановитель и топливо. Рассмотрим его химические свойства по отношению к предложенным веществам.

1) FeO

Углерод является сильным восстановителем при высоких температурах. Одним из важнейших промышленных процессов является восстановление железа из его оксидов с помощью кокса в доменных печах (карботермия). Реакция с оксидом железа(II) протекает при нагревании с образованием металлического железа и угарного газа: $FeO + C \xrightarrow{t^{\circ}} Fe + CO$. Следовательно, кокс взаимодействует с $FeO$.

2) HCl

Углерод, как простое вещество-неметалл, не реагирует с неокисляющими кислотами, к которым относится соляная кислота ($HCl$). Для реакции с кислотами углероду требуется сильный окислитель, например, концентрированная азотная или серная кислота.

3) NaOH

Углерод не реагирует с растворами щелочей, в том числе и с гидроксидом натрия ($NaOH$), в обычных условиях. Реакция возможна только при сплавлении с концентрированными щелочами при очень высоких температурах, что выходит за рамки типичных взаимодействий.

4) H₂

При высокой температуре и давлении, часто в присутствии катализатора, углерод реагирует с водородом, образуя метан. Эта реакция является примером гидрирования угля: $C + 2H_2 \xrightarrow{t^{\circ}, P, kat} CH_4$. Таким образом, кокс может взаимодействовать с водородом.

5) KCl

Калий — это очень активный щелочной металл. Углерод не может вытеснить калий из его соли ($KCl$), так как является значительно менее активным элементом. Реакция не протекает.

Из анализа вариантов следует, что кокс взаимодействует с оксидом железа(II) и водородом.

Ответ: 1, 4.

12. Установите соответствие между веществом и реагентом, с которым это вещество может взаимодействовать.

ВЕЩЕСТВО

А) оксид углерода(II)

Б) карбонат кальция

В) карбонат натрия

РЕАГЕНТ

1) $Fe_3O_4$

2) $MgO$

3) $O_2$

4) $HCl$

5) $KOH$

А) оксид углерода(II) Оксид углерода(II), или угарный газ ($CO$), является несолеобразующим оксидом, обладающим сильными восстановительными свойствами. Проанализируем его взаимодействие с предложенными реагентами:
1) $Fe_3O_4$ (железная окалина): $CO$ способен восстанавливать металлы из их оксидов при нагревании. Эта реакция лежит в основе доменного процесса: $4CO + Fe_3O_4 \xrightarrow{t} 3Fe + 4CO_2$. Реакция возможна.
2) $MgO$ (оксид магния): $CO$ не реагирует с оксидами активных металлов.
3) $O_2$ (кислород): $CO$ горит в кислороде, окисляясь до оксида углерода(IV): $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$. Реакция возможна.
4) $HCl$ (соляная кислота): $CO$ как несолеобразующий оксид не реагирует с кислотами.
5) $KOH$ (гидроксид калия): Взаимодействие возможно только в жестких условиях (высокое давление и температура), что обычно не рассматривается в рамках школьного курса.
Из возможных вариантов (1 и 3) выбираем реакцию с кислородом как одну из наиболее фундаментальных химических свойств угарного газа – горение.
Ответ: 3

Б) карбонат кальция Карбонат кальция ($CaCO_3$) – это нерастворимая в воде соль, образованная сильным основанием ($Ca(OH)_2$) и слабой кислотой ($H_2CO_3$).
Проанализируем его взаимодействие с реагентами:
1) $Fe_3O_4$, 2) $MgO$, 3) $O_2$, 5) $KOH$: с данными веществами карбонат кальция в обычных условиях не взаимодействует.
4) $HCl$ (соляная кислота): Карбонаты реагируют с сильными кислотами, так как более сильная кислота ($HCl$) вытесняет более слабую ($H_2CO_3$), которая сразу разлагается на углекислый газ и воду. Реакция протекает с выделением газа: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.
Таким образом, единственным подходящим реагентом является соляная кислота.
Ответ: 4

В) карбонат натрия Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) – это растворимая в воде соль, образованная сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($H_2CO_3$).
Проанализируем его взаимодействие с реагентами:
1) $Fe_3O_4$, 2) $MgO$, 3) $O_2$, 5) $KOH$: с данными веществами карбонат натрия в обычных условиях не взаимодействует.
4) $HCl$ (соляная кислота): Аналогично карбонату кальция, карбонат натрия реагирует с сильными кислотами с выделением углекислого газа: $Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$.
Единственный возможный реагент из списка – соляная кислота.
Ответ: 4

13. При обжиге 150 г известняка получили 30 л углекислого газа (н. у.). Определите массовую долю примесей в известняке.

Дано:

$m_{обр}(\text{известняка}) = 150 \text{ г}$

$V(CO_2) = 30 \text{ л}$ (н. у.)

Найти:

$\omega(\text{примесей}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции термического разложения известняка. Основным компонентом известняка является карбонат кальция ($CaCO_3$). Примеси, содержащиеся в известняке, в реакции не участвуют и углекислый газ не выделяют.

$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$

2. Рассчитаем количество вещества (моль) углекислого газа ($CO_2$), выделившегося в результате реакции. По условию, объем газа измерен при нормальных условиях (н. у.), где молярный объем газа $V_m$ равен 22,4 л/моль.

$n(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_m} = \frac{30 \text{ л}}{22.4 \text{ л/моль}} \approx 1.3393 \text{ моль}$

3. Согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции, количество вещества прореагировавшего карбоната кальция равно количеству вещества выделившегося углекислого газа, так как соотношение их количеств равно 1:1.

$n(CaCO_3) = n(CO_2) \approx 1.3393 \text{ моль}$

4. Вычислим молярную массу карбоната кальция ($CaCO_3$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы Д.И. Менделеева.

$M(CaCO_3) = M(Ca) + M(C) + 3 \cdot M(O) = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100 \text{ г/моль}$

5. Теперь найдем массу чистого карбоната кальция, который содержался в образце известняка и вступил в реакцию.

$m(CaCO_3) = n(CaCO_3) \cdot M(CaCO_3) \approx 1.3393 \text{ моль} \cdot 100 \text{ г/моль} \approx 133.93 \text{ г}$

6. Определим массу примесей в образце, вычитая массу чистого вещества из общей массы образца.

$m(\text{примесей}) = m_{обр} - m(CaCO_3) = 150 \text{ г} - 133.93 \text{ г} = 16.07 \text{ г}$

7. Рассчитаем массовую долю примесей ($\omega$) в известняке по формуле:

$\omega(\text{примесей}) = \frac{m(\text{примесей})}{m_{обр}} \cdot 100\% = \frac{16.07 \text{ г}}{150 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 10.71\%$

Ответ: массовая доля примесей в известняке составляет 10,71%.