Страница 227 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Для создания классного банка данных были найдены электронные адреса, раскрывающие содержание основных ключевых слов и словосочетаний по теме "Базы данных":

База данных (БД)

Электронный адрес, раскрывающий содержание понятия: https://ru.wikipedia.org/wiki/База_данных. Этот ресурс (Википедия) предоставляет фундаментальное определение, описывает историю, классификацию и архитектуру баз данных, что является отличной отправной точкой для изучения темы.

Ответ:https://ru.wikipedia.org/wiki/База_данных

Система управления базами данных (СУБД)

Электронный адрес, раскрывающий содержание понятия: https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_управления_базами_данных. Статья в Википедии, которая подробно объясняет, что такое СУБД, какие функции она выполняет, для чего предназначена и какие существуют типы систем.

Ответ:https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_управления_базами_данных

Таблица, поле, запись

Электронный адрес, раскрывающий содержание понятий: https://younglinux.info/msaccess/tables. Учебный материал наглядно и на конкретных примерах объясняет основные структурные элементы реляционной базы данных: таблицы, а также их составляющие — поля (столбцы) и записи (строки).

Ответ:https://younglinux.info/msaccess/tables

Первичный ключ

Электронный адрес, раскрывающий содержание понятия: https://selectel.ru/blog/primary-keys/. Статья в блоге технологической компании, которая доступным языком разъясняет, что такое первичный ключ, зачем он нужен для уникальной идентификации записей и какие к нему предъявляются требования.

Ответ:https://selectel.ru/blog/primary-keys/

Типы данных

Электронный адрес, раскрывающий содержание понятия: https://younglinux.info/msaccess/tables-fields-datatypes. Ресурс посвящен различным типам данных (например, текстовый, числовой, дата/время), которые определяют, какая информация может храниться в каждом поле таблицы.

Ответ:https://younglinux.info/msaccess/tables-fields-datatypes

Запрос

Электронный адрес, раскрывающий содержание понятия: https://younglinux.info/msaccess/query. На данной странице объясняется, что такое запрос и как он используется в качестве мощного инструмента для поиска, фильтрации, сортировки и обработки информации, хранящейся в таблицах базы данных.

Ответ:https://younglinux.info/msaccess/query

Формы и Отчеты

Электронные адреса, раскрывающие содержание понятий: https://younglinux.info/msaccess/form (для форм) и https://younglinux.info/msaccess/reports (для отчетов). Эти страницы описывают важные объекты баз данных, которые служат для взаимодействия с пользователем: формы — для удобного ввода, редактирования и просмотра данных, а отчеты — для представления информации в наглядном и готовом к печати виде.

Ответ:https://younglinux.info/msaccess/form, https://younglinux.info/msaccess/reports

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Это задание представляет собой творческую исследовательскую работу. Поскольку конкретная тема урока и ключевые слова из параграфа неизвестны, ниже представлен подробный план и пример выполнения задания на основе гипотетической темы из курса физики — «Электромагнитная индукция».

Предположим, ключевые слова (словосочетания) для этой темы: магнитный поток, закон Фарадея, правило Ленца, самоиндукция, вихревые токи (токи Фуко).

Вам необходимо выбрать один из двух предложенных форматов: презентация или сообщение.

Презентация — это визуальный способ подачи материала, состоящий из последовательности слайдов. Она должна быть структурированной, наглядной и лаконичной.

План подготовки презентации на тему «Электромагнитная индукция»:

1. Сбор информации: Найдите материал по теме, используя надёжные интернет-ресурсы (образовательные порталы, научные статьи, онлайн-энциклопедии).

2. Структурирование: Разделите найденную информацию на логические блоки. Каждый блок станет основой для одного или нескольких слайдов.

3. Оформление: Создайте слайды в любой программе для презентаций (например, Microsoft PowerPoint, Google Slides). Используйте не только текст, но и изображения, схемы, графики для наглядности.

Примерная структура слайдов:

Слайд 1: Титульный лист

- Название темы: «Электромагнитная индукция».

- Информация об авторе (ФИО, класс).

Слайд 2: Введение

- Определение явления электромагнитной индукции.

- Краткая история открытия: опыты Майкла Фарадея в 1831 году.

Слайд 3: Магнитный поток

- Определение понятия «магнитный поток» (величина, характеризующая количество линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность).

- Формула для расчёта: $\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$, где $B$ — модуль вектора магнитной индукции, $S$ — площадь контура, $\alpha$ — угол между вектором $B$ и нормалью к плоскости контура.

- Наглядная схема, поясняющая все величины в формуле.

Слайд 4: Закон электромагнитной индукции

- Формулировка закона Фарадея: ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

- Формула: $\mathcal{E}_i = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$.

Слайд 5: Правило Ленца

- Объяснение смысла знака «минус» в законе Фарадея.

- Формулировка правила: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван.

- Схема, иллюстрирующая правило (например, внесение магнита в катушку).

Слайд 6: Вихревые токи (токи Фуко)

- Определение: индукционные токи, возникающие в сплошных массивных проводниках.

- Вред и польза: нагрев сердечников трансформаторов (вред) и работа индукционных печей (польза).

Слайд 7: Применение электромагнитной индукции

- Генераторы электрического тока.

- Трансформаторы.

- Индукционные плиты, металлоискатели, электромагнитные тормоза.

Слайд 8: Заключение

- Основные выводы по теме.

- Значение открытия для развития науки и техники.

Слайд 9: Источники

- Список использованных сайтов и литературы.

Сообщение (доклад) — это более подробное и сфокусированное изложение информации по узкой теме. Оно готовится в виде текста для устного выступления или для сдачи в письменном виде.

План подготовки сообщения на тему «Вихревые токи (токи Фуко)»:

1. Сбор информации: Найдите в интернете детальную информацию о вихревых токах: история открытия, физическая природа, причины возникновения, полезное и вредное проявление, способы борьбы и области применения.

2. Составление плана: Разделите текст на введение, основную часть и заключение.

3. Написание текста: Напишите связный и логичный текст сообщения, следуя плану.

Примерный текст сообщения:

Тема: Вихревые токи (токи Фуко)

Введение. Вихревые токи, также известные как токи Фуко, являются одним из проявлений фундаментального явления электромагнитной индукции. Они представляют собой замкнутые электрические токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока. Открытые в 1851 году французским физиком Леоном Фуко, эти токи играют важную, но двойственную роль в современной технике.

Основная часть. Природа возникновения токов Фуко кроется в законе Фарадея. Если поместить сплошной проводник в переменное магнитное поле или двигать его в постоянном поле, изменяющийся магнитный поток индуцирует в нем ЭДС. Это, в свою очередь, порождает электрические токи. Так как проводник сплошной, эти токи замыкаются прямо в его толще, образуя вихреподобные контуры. Согласно правилу Ленца, направление этих токов всегда таково, что их собственное магнитное поле стремится скомпенсировать изменение внешнего магнитного потока.

Одним из главных следствий протекания вихревых токов является нагрев проводника по закону Джоуля-Ленца. Этот эффект может быть как вредным, так и полезным.

Вредное действие токов Фуко особенно заметно в электротехнике. В сердечниках трансформаторов, генераторов и электродвигателей, которые находятся в переменных магнитных полях, вихревые токи приводят к значительным потерям энергии на нагрев, снижая КПД устройств. Для борьбы с этим явлением сердечники изготавливают не из цельного куска металла, а набирают из тонких пластин, изолированных друг от друга лаком или оксидной пленкой. Такое строение значительно увеличивает сопротивление на пути вихревых токов и уменьшает потери.

Однако человечество научилось использовать токи Фуко с пользой. На их тепловом действии основана работа индукционных плавильных печей для металлургии и бытовых индукционных плит. Силовое взаимодействие магнитного поля с вихревыми токами нашло применение в электромагнитных тормозах (в поездах), демпферах (успокоителях колебаний) в чувствительных измерительных приборах и в асинхронных двигателях.

Заключение. Таким образом, токи Фуко — яркий пример того, как глубокое понимание физических законов позволяет не только бороться с нежелательными эффектами, но и ставить их на службу человеку, создавая эффективные и полезные технологии.

Ответ:

Для выполнения задания выберите один из двух форматов: презентация или сообщение. Определите тему урока и ключевые слова, указанные в вашем параграфе. Используя интернет-ресурсы, соберите необходимую информацию. Затем, следуя представленным выше планам и примерам, структурируйте и оформите собранный материал в выбранном формате. Главное — сделать информационный продукт понятным, логичным и содержательным.

1. Сравните строение алмаза и графита и их физические свойства: твёрдость, оптические свойства, электропроводность.

Алмаз и графит — это аллотропные модификации углерода, то есть они полностью состоят из атомов углерода, но имеют разное строение кристаллической решётки. Это различие в строении является причиной их кардинально разных физических свойств.

В кристаллической решётке алмаза каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и связан с четырьмя другими атомами прочными ковалентными связями, образуя объёмную тетраэдрическую структуру. Это придаёт кристаллу исключительную прочность во всех направлениях.

В графите атомы углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации и соединены в плоские слои, состоящие из шестиугольных ячеек. Внутри слоя связи очень прочные, но сами слои связаны между собой лишь слабыми межмолекулярными силами. Каждый атом углерода отдаёт один электрон в общую систему, которая делокализована (свободно перемещается) в пределах слоя.

Твёрдость

Различие в твёрдости алмаза и графита напрямую следует из их строения. Алмаз обладает высочайшей твёрдостью (10 по шкале Мооса), так как его трёхмерная атомная решётка состоит из очень прочных и равномерно распределённых ковалентных связей. Чтобы поцарапать или разрушить алмаз, необходимо разорвать эти связи, что требует огромной энергии. Графит, напротив, очень мягкий (1–2 по шкале Мооса). Его слоистая структура позволяет слоям легко скользить друг относительно друга, так как их удерживают лишь слабые межмолекулярные силы. Именно это свойство позволяет использовать графит в карандашах: при письме слои графита отслаиваются и остаются на бумаге.

Ответ: Алмаз — самый твёрдый природный минерал из-за прочной трёхмерной атомной решётки. Графит — один из самых мягких минералов из-за слабо связанных между собой слоёв в его кристаллической решётке.

Оптические свойства

Алмаз прозрачен и бесцветен (в идеале) с сильным "алмазным" блеском. Это объясняется тем, что все валентные электроны в его структуре жёстко зафиксированы в ковалентных связях. Энергии фотонов видимого света недостаточно, чтобы "выбить" электрон из связи и поглотиться, поэтому свет проходит сквозь кристалл. Высокий показатель преломления и дисперсия света создают знаменитую "игру" камня. Графит же непрозрачен, имеет тёмно-серый цвет и металлический блеск. В его структуре присутствуют делокализованные электроны, которые могут свободно перемещаться в пределах слоёв и взаимодействовать с фотонами света любой энергии в видимом диапазоне, поглощая их. Это и обуславливает его непрозрачность и тёмный цвет.

Ответ: Алмаз прозрачен, так как в нём нет свободных электронов для поглощения света. Графит непрозрачен и имеет тёмный цвет из-за наличия делокализованных электронов, которые поглощают видимый свет.

Электропроводность

Различие в электропроводности также объясняется особенностями химических связей. В алмазе все четыре валентных электрона каждого атома углерода участвуют в образовании прочных локализованных ковалентных связей. Свободных носителей заряда нет, поэтому алмаз является диэлектриком (не проводит электрический ток). В графите каждый атом углерода использует только три из четырёх валентных электронов для образования связей внутри слоя. Четвёртый электрон становится делокализованным и может свободно перемещаться вдоль слоя. Эти подвижные электроны делают графит хорошим проводником электрического тока (сравним по проводимости с металлами), но только вдоль слоёв.

Ответ: Алмаз — диэлектрик, так как все его электроны задействованы в ковалентных связях и не могут перемещаться. Графит — проводник, так как имеет делокализованные электроны, способные переносить электрический заряд.

2. Напишите уравнения реакций с участием углерода, которые характеризуют отдельно его восстановительные и окислительные свойства. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы для них.

Углерод ($C$) как простое вещество имеет степень окисления 0. В окислительно-восстановительных реакциях он может как отдавать электроны (повышая степень окисления), так и принимать их (понижая степень окисления). Таким образом, углерод проявляет двойственные окислительно-восстановительные свойства.

Восстановительные свойства

Углерод проявляет восстановительные свойства, взаимодействуя с веществами, которые являются более сильными окислителями, например, с кислородом, оксидами металлов, некоторыми кислотами. В этих реакциях углерод отдает электроны, и его степень окисления повышается до +2 или +4.

Примером может служить реакция восстановления меди из оксида меди(II) при нагревании:

$C + 2CuO \xrightarrow{t} CO_2 + 2Cu$

Рассмотрим окислительно-восстановительные процессы, указав степени окисления элементов:

$C^0 + 2Cu^{+2}O^{-2} \xrightarrow{t} C^{+4}O_2^{-2} + 2Cu^0$

Составим электронный баланс:

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1 | процесс окисления, C - восстановитель
$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 2 | процесс восстановления, CuO - окислитель

Ответ: Уравнение реакции, характеризующее восстановительные свойства углерода: $C + 2CuO \xrightarrow{t} CO_2 + 2Cu$.

Окислительные свойства

Углерод проявляет окислительные свойства, взаимодействуя с веществами, которые являются более сильными восстановителями, например, с активными металлами или водородом. В этих реакциях углерод принимает электроны, и его степень окисления понижается (чаще всего до -4).

Примером может служить реакция с алюминием при сильном нагревании с образованием карбида алюминия:

$3C + 4Al \xrightarrow{t} Al_4C_3$

Рассмотрим окислительно-восстановительные процессы, указав степени окисления элементов:

$3C^0 + 4Al^0 \xrightarrow{t} Al_4^{+3}C_3^{-4}$

Составим электронный баланс:

$C^0 + 4e^- \rightarrow C^{-4}$ | 3 | процесс восстановления, C - окислитель
$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 4 | процесс окисления, Al - восстановитель

Ответ: Уравнение реакции, характеризующее окислительные свойства углерода: $3C + 4Al \xrightarrow{t} Al_4C_3$.

3. Вспомните из курса биологии, какой период в истории Земли носит название каменноугольного или карбона. Каково происхождение каменного угля?

Каменноугольный период в истории Земли

Каменноугольный период, также известный как карбон, является пятым геологическим периодом палеозойской эры. Он начался примерно 359 миллионов лет назад и продолжался около 60 миллионов лет, до начала пермского периода (около 299 миллионов лет назад). Своё название (от лат. carbo — «уголь») он получил из-за интенсивного образования в это время огромных залежей каменного угля.

В каменноугольном периоде на суше господствовал тёплый и влажный климат, а содержание кислорода в атмосфере достигало рекордно высоких значений (до 35%). Это способствовало бурному развитию растительности. Огромные территории были покрыты густыми заболоченными лесами, состоявшими из гигантских древовидных папоротников, хвощей (каламитов) и плаунов (лепидодендронов и сигиллярий), достигавших в высоту десятков метров. Именно из остатков этих лесов в дальнейшем и образовался каменный уголь. Животный мир также был разнообразен: этот период известен как время расцвета земноводных (амфибий) и появления первых пресмыкающихся (рептилий). Высокая концентрация кислорода позволила развиться гигантским формам насекомых и других членистоногих.

Ответ: Каменноугольный период (карбон) — это пятый геологический период палеозойской эры (примерно 359–299 млн лет назад), получивший название из-за массового образования в это время залежей каменного угля.

Происхождение каменного угля

Каменный уголь — это осадочная порода органического происхождения. Его образование — это длительный процесс, называемый углефикацией. Он начался сотни миллионов лет назад, преимущественно в каменноугольном периоде.

Процесс формирования угля можно разделить на несколько этапов:

1. Накопление органического материала. Огромные массы отмерших растений (стволы, листья, споры) падали в болота и мелководные водоёмы, образуя толстые слои органики.
2. Образование торфа. Вода и новые слои растительных остатков перекрывали доступ кислорода, создавая анаэробные условия. В такой среде полное разложение древесины бактериями и грибами было невозможно, и она медленно превращалась в торф.
3. Превращение в уголь. Со временем торфяники покрывались слоями песка, глины и других осадков. Под весом этих вышележащих слоёв давление и температура в пластах торфа значительно возрастали. Под действием этих факторов торф постепенно уплотнялся, терял воду, летучие компоненты (водород, кислород, азот) и обогащался углеродом. В зависимости от степени метаморфизма (глубины залегания, давления и температуры) последовательно образовывались разные виды угля: сначала бурый уголь (лигнит), затем каменный уголь и, при наиболее сильном воздействии, антрацит — уголь с самым высоким содержанием углерода.

Ответ: Каменный уголь имеет органическое происхождение. Он образовался из остатков древних растений (в основном древовидных папоротников, хвощей и плаунов каменноугольного периода), которые накапливались в болотистых условиях без доступа кислорода и под действием высокого давления и температуры в недрах Земли постепенно превращались сначала в торф, а затем в уголь.

4. Почему в домашние холодильники рекомендуют помещать по нескольку таблеток карболена?

4 Карболен, также известный как активированный уголь, является отличным адсорбентом. Адсорбция — это физическое явление, при котором молекулы различных веществ (в данном случае — газов, являющихся носителями запахов) поглощаются поверхностью твёрдого тела (адсорбента).

В холодильнике хранятся разнообразные продукты. Многие из них, например, рыба, сыр, лук или готовые блюда, выделяют летучие органические соединения, которые мы воспринимаем как запахи. В замкнутом пространстве холодильной камеры эти запахи могут смешиваться и впитываться в другие продукты (например, в масло или творог), портя их вкус и аромат.

Таблетки карболена обладают чрезвычайно пористой структурой. Благодаря этому они имеют очень большую удельную площадь поверхности. Помещённый в холодильник карболен своей поверхностью активно поглощает и удерживает молекулы летучих веществ, эффективно очищая воздух от посторонних запахов. Рекомендация использовать несколько таблеток связана с необходимостью обеспечить достаточную площадь адсорбции для эффективной нейтрализации запахов во всём объёме холодильника.

Ответ: Таблетки карболена рекомендуют помещать в холодильники, так как он является сильным адсорбентом и благодаря своей пористой структуре эффективно поглощает молекулы газов, устраняя неприятные запахи от продуктов и предотвращая их смешивание.

5. Напишите уравнения реакций взаимодействия угля с оксидом железа $(III)$ и оксидом олова $(IV)$. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Взаимодействие угля с оксидом железа(III)

Решение
Уголь (углерод, C) является сильным восстановителем при высоких температурах и способен восстанавливать металлы из их оксидов. Взаимодействие угля с оксидом железа(III) ($Fe_2O_3$) — это классический пример карботермии, лежащий в основе доменного процесса производства чугуна. Продуктами реакции являются чистое железо и, в зависимости от соотношения реагентов, угарный газ ($CO$) или углекислый газ ($CO_2$). Рассмотрим вариант с образованием углекислого газа.

Уравнение реакции:
$2Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 4Fe + 3CO_2$

Рассмотрим окислительно-восстановительный процесс, определив степени окисления элементов до и после реакции:
$2\overset{+3}{Fe_2}\overset{-2}{O_3} + 3\overset{0}{C} \rightarrow 4\overset{0}{Fe} + 3\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2}$

Изменение степеней окисления показывает, что железо восстанавливается, а углерод окисляется. Составим электронный баланс:
$Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0$ | 4 | процесс восстановления
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 3 | процесс окисления

Вещество, в котором элемент понижает свою степень окисления, является окислителем. В данном случае это оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), так как ион $Fe^{+3}$ принимает электроны.
Вещество, в котором элемент повышает свою степень окисления, является восстановителем. В данном случае это углерод ($C$), так как атом $C^0$ отдает электроны.

Ответ: Уравнение реакции: $2Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 4Fe + 3CO_2$. Окислитель — $Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$), восстановитель — $C$ (углерод).

Взаимодействие угля с оксидом олова(IV)

Решение
Аналогично реакции с оксидом железа, углерод при нагревании восстанавливает олово из оксида олова(IV) ($SnO_2$). Этот процесс исторически использовался для получения олова.

Уравнение реакции:
$SnO_2 + C \xrightarrow{t} Sn + CO_2$

Рассмотрим окислительно-восстановительный процесс, определив степени окисления элементов:
$\overset{+4}{Sn}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{C} \rightarrow \overset{0}{Sn} + \overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2}$

Составим электронный баланс для этой реакции:
$Sn^{+4} + 4e^- \rightarrow Sn^0$ | 1 | процесс восстановления
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1 | процесс окисления

Количество отданных и принятых электронов равно, поэтому дополнительные коэффициенты в уравнении не требуются. Олово в степени окисления +4 (в составе $SnO_2$) является окислителем, так как принимает электроны. Углерод в степени окисления 0 является восстановителем, так как отдает электроны.

Ответ: Уравнение реакции: $SnO_2 + C \xrightarrow{t} Sn + CO_2$. Окислитель — $SnO_2$ (за счет $Sn^{+4}$), восстановитель — $C$ (углерод).

6. При сжигании 8 г угля было получено 10,64 л (н. у.) углекислого газа, что составляет 95% от теоретически возможного. Вычислите массовую долю примесей в угле.

Дано:

Масса угля, $m(угля) = 8 \text{ г}$

Практический объем углекислого газа, $V_{практ}(CO_2) = 10,64 \text{ л}$ (н. у.)

Выход реакции, $\eta = 95\% = 0,95$

Найти:

Массовую долю примесей, $\omega(примесей) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения углерода, который является основным компонентом угля. Примеси считаем негорючими и не образующими $CO_2$.

$C + O_2 \rightarrow CO_2$

2. По условию, практический объем полученного углекислого газа ($V_{практ}$) составляет 95% от теоретически возможного ($V_{теор}$). Найдем теоретический объем $CO_2$, который образовался бы при полном сгорании всего углерода, содержащегося в угле.

Выход реакции ($\eta$) определяется по формуле:

$\eta = \frac{V_{практ}(CO_2)}{V_{теор}(CO_2)}$

Отсюда выражаем теоретический объем:

$V_{теор}(CO_2) = \frac{V_{практ}(CO_2)}{\eta} = \frac{10,64 \text{ л}}{0,95} = 11,2 \text{ л}$

3. Вычислим количество вещества (в молях) углекислого газа, соответствующее теоретическому объему. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем газа ($V_m$) равен 22,4 л/моль.

$\nu(CO_2) = \frac{V_{теор}(CO_2)}{V_m} = \frac{11,2 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,5 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции $C + O_2 \rightarrow CO_2$ стехиометрическое соотношение между углеродом и углекислым газом составляет 1:1. Это означает, что количество вещества прореагировавшего углерода равно количеству вещества образовавшегося углекислого газа.

$\nu(C) = \nu(CO_2) = 0,5 \text{ моль}$

5. Найдем массу чистого углерода в образце угля, используя его молярную массу ($M(C) = 12 \text{ г/моль}$).

$m(C) = \nu(C) \cdot M(C) = 0,5 \text{ моль} \cdot 12 \text{ г/моль} = 6 \text{ г}$

6. Теперь можно найти массу примесей в исходном образце угля, вычитая массу чистого углерода из общей массы угля.

$m(примесей) = m(угля) - m(C) = 8 \text{ г} - 6 \text{ г} = 2 \text{ г}$

7. Наконец, рассчитаем массовую долю примесей в угле.

$\omega(примесей) = \frac{m(примесей)}{m(угля)} \cdot 100\% = \frac{2 \text{ г}}{8 \text{ г}} \cdot 100\% = 0,25 \cdot 100\% = 25\%$

Ответ: массовая доля примесей в угле составляет 25%.

7. При недостатке кислорода углерод взаимодействует с углекислым газом согласно уравнению: $C + CO_2 = 2CO$. Какая форма существования элемента углерода проявляет в этой реакции окислительные свойства, а какая — восстановительные?

Решение

Чтобы определить, какая форма существования углерода проявляет окислительные свойства, а какая — восстановительные, необходимо проанализировать изменение степеней окисления атомов углерода в ходе реакции.

Уравнение реакции:

$C + CO_2 = 2CO$

Определим степени окисления углерода в каждом веществе:

1. C (углерод) — это простое вещество, поэтому его степень окисления равна 0 ($C^0$).

2. $CO_2$ (углекислый газ) — степень окисления кислорода в оксидах, как правило, равна -2. Молекула электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов равна 0. Обозначив степень окисления углерода за $x$, получаем: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. Таким образом, степень окисления углерода в $CO_2$ равна +4 ($C^{+4}$).

3. CO (угарный газ) — степень окисления кислорода -2. Тогда степень окисления углерода будет +2 ($C^{+2}$), чтобы молекула была электронейтральной.

Теперь запишем схему изменения степеней окисления для атомов углерода:

$ \stackrel{0}{C} + \stackrel{+4}{C}O_2 \rightarrow 2\stackrel{+2}{C}O $

- Углерод в виде простого вещества ($C^0$) повышает свою степень окисления с 0 до +2. Процесс, в котором степень окисления повышается, называется окислением. Вещество, содержащее атом, который окисляется (отдает электроны), является восстановителем.
$C^0 - 2e^- \rightarrow C^{+2}$ (процесс окисления)

- Углерод в составе углекислого газа ($C^{+4}$) понижает свою степень окисления с +4 до +2. Процесс, в котором степень окисления понижается, называется восстановлением. Вещество, содержащее атом, который восстанавливается (принимает электроны), является окислителем.
$C^{+4} + 2e^- \rightarrow C^{+2}$ (процесс восстановления)

Таким образом, форма существования углерода, которая проявляет восстановительные свойства, — это простое вещество C, а форма, проявляющая окислительные свойства, — это углерод в составе углекислого газа $CO_2$.

Ответ: Окислительные свойства проявляет углерод в составе углекислого газа ($CO_2$), а восстановительные свойства — углерод в виде простого вещества (С).

8. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$C \xrightarrow{1} CaC_2 \xrightarrow{2} C_2H_2 \xrightarrow{3} CO_2 \xrightarrow{4} CO$.

Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

1. $C \rightarrow CaC_2$

Для получения карбида кальция из углерода необходимо провести реакцию углерода (в виде кокса) с оксидом кальция при высокой температуре (в электропечах). Это промышленный способ получения карбида кальция.

Уравнение реакции: $CaO + 3C \xrightarrow{t^\circ} CaC_2 + CO\uparrow$.

Рассмотрение окислительно-восстановительных процессов:

Определим степени окисления элементов до и после реакции: $Ca^{+2}O^{-2} + 3\overset{0}{C} \rightarrow Ca^{+2}\overset{-1}{C_2} + \overset{+2}{C}O^{-2}$.

В этой реакции углерод выступает и как окислитель, и как восстановитель (реакция диспропорционирования).

Процесс восстановления: $2\overset{0}{C} + 2e^- \rightarrow \overset{-1}{C_2}$ (углерод является окислителем).

Процесс окисления: $\overset{0}{C} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{C}$ (углерод является восстановителем).

Следовательно, данная реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: $CaO + 3C \xrightarrow{t^\circ} CaC_2 + CO\uparrow$

2. $CaC_2 \rightarrow C_2H_2$

Ацетилен (этин) получают в результате реакции гидролиза карбида кальция, то есть при его взаимодействии с водой.

Уравнение реакции: $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$.

Рассмотрение окислительно-восстановительных процессов:

Определим степени окисления элементов: $\overset{+2}{Ca}\overset{-1}{C_2} + 2\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{-1}{C_2}\overset{+1}{H_2} + \overset{+2}{Ca}(\overset{-2}{O}\overset{+1}{H})_2$.

В ходе реакции степени окисления всех химических элементов остаются неизменными: $Ca$ был и остался $+2$, $C$ был и остался $-1$, $H$ был и остался $+1$, $O$ был и остался $-2$.

Следовательно, данная реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция ионного обмена.

Ответ: $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$

3. $C_2H_2 \rightarrow CO_2$

Превращение ацетилена в диоксид углерода происходит в результате реакции полного сгорания в избытке кислорода.

Уравнение реакции: $2C_2H_2 + 5O_2 \xrightarrow{t^\circ} 4CO_2 + 2H_2O$.

Рассмотрение окислительно-восстановительных процессов:

Определим степени окисления элементов: $2\overset{-1}{C_2}\overset{+1}{H_2} + 5\overset{0}{O_2} \rightarrow 4\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2} + 2\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$.

В ходе реакции изменяют свои степени окисления углерод и кислород.

Процесс окисления: $2\overset{-1}{C} - 10e^- \rightarrow 2\overset{+4}{C}$ (атомы углерода в ацетилене являются восстановителем).

Процесс восстановления: $\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ (молекулярный кислород является окислителем).

Это окислительно-восстановительная реакция.

Ответ: $2C_2H_2 + 5O_2 \xrightarrow{t^\circ} 4CO_2 + 2H_2O$

4. $CO_2 \rightarrow CO$

Для получения оксида углерода(II) из оксида углерода(IV) необходимо провести реакцию восстановления. В качестве восстановителя можно использовать углерод (раскаленный уголь).

Уравнение реакции: $CO_2 + C \xrightarrow{t^\circ} 2CO$.

Рассмотрение окислительно-восстановительных процессов:

Определим степени окисления элементов: $\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{C} \rightarrow 2\overset{+2}{C}\overset{-2}{O}$.

В этой реакции один и тот же элемент (углерод) в разных степенях окисления ($+4$ и $0$) переходит в одну степень окисления ($+2$). Это реакция сопропорционирования.

Процесс восстановления: $\overset{+4}{C} + 2e^- \rightarrow \overset{+2}{C}$ ($CO_2$ является окислителем).

Процесс окисления: $\overset{0}{C} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{C}$ (углерод $C$ является восстановителем).

Это окислительно-восстановительная реакция.

Ответ: $CO_2 + C \xrightarrow{t^\circ} 2CO$