Страница 288 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Степень окисления хрома в соединении, формула которого $(NH_4)_2Cr_2O_7$, равна

1) $+7$

2) $+2$

3) $+6$

4) $+5$

Дано:

Химическое соединение: $(NH_4)_2Cr_2O_7$

Найти:

Степень окисления хрома (Cr).

Решение:

Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все химические связи в соединении являются ионными. Для нейтральной молекулы сумма степеней окисления всех атомов равна нулю.

Соединение $(NH_4)_2Cr_2O_7$ (дихромат аммония) представляет собой соль, образованную катионом аммония $NH_4^+$ и дихромат-анионом $Cr_2O_7^{2-}$.

Чтобы найти степень окисления хрома, можно рассмотреть дихромат-анион $Cr_2O_7^{2-}$. Сумма степеней окисления всех атомов в многоатомном ионе равна заряду этого иона.

Обозначим неизвестную степень окисления хрома (Cr) как $x$. Степень окисления кислорода (O) в подавляющем большинстве соединений равна -2.

Составим алгебраическое уравнение, учитывая, что в ионе два атома хрома, семь атомов кислорода, а общий заряд иона равен -2:

$2 \cdot x + 7 \cdot (-2) = -2$

Теперь решим это уравнение относительно $x$:

$2x - 14 = -2$

$2x = 14 - 2$

$2x = 12$

$x = \frac{12}{2}$

$x = +6$

Таким образом, степень окисления хрома в соединении $(NH_4)_2Cr_2O_7$ равна +6.

Ответ: +6

3. Степень окисления азота уменьшается в ряду веществ, формулы которых

1) $NH_3$, $NO_2$, $KNO_3$

2) $N_2O_4$, $KNO_2$, $NH_4Cl$

3) $N_2$, $N_2O$, $NH_3$

4) $HNO_3$, $HNO_2$, $NO_2$

Решение:

Чтобы найти правильный ряд, необходимо определить степень окисления азота ($N$) в каждом соединении и проверить, в каком из рядов она последовательно уменьшается. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи ионные. В расчетах будем использовать следующие правила: сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна 0; степень окисления кислорода (O) равна -2, водорода (H) равна +1, щелочных металлов (K) равна +1.

1) NH₃, NO₂, KNO₃

Для $NH_3$ (аммиак): пусть степень окисления азота $x$. Тогда $x + 3 \cdot (+1) = 0$, откуда $x = -3$.
Для $NO_2$ (диоксид азота): $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$.
Для $KNO_3$ (нитрат калия): $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +5$.
Полученный ряд степеней окисления: -3, +4, +5. Степень окисления азота увеличивается.

2) N₂O₄, KNO₂, NH₄Cl

Для $N_2O_4$ (тетраоксид диазота): $2x + 4 \cdot (-2) = 0$, откуда $2x = 8$, и $x = +4$.
Для $KNO_2$ (нитрит калия): $(+1) + x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +3$.
Для $NH_4Cl$ (хлорид аммония): рассматриваем ион аммония $NH_4^+$, заряд которого +1. $x + 4 \cdot (+1) = +1$, откуда $x = -3$.
Полученный ряд степеней окисления: +4, +3, -3. Степень окисления азота последовательно уменьшается. Этот вариант является верным.

3) N₂, N₂O, NH₃

Для $N_2$ (азот): это простое вещество, поэтому степень окисления равна 0.
Для $N_2O$ (оксид азота(I)): $2x + (-2) = 0$, откуда $2x = 2$, и $x = +1$.
Для $NH_3$ (аммиак): степень окисления равна -3.
Полученный ряд степеней окисления: 0, +1, -3. Степень окисления сначала возрастает, а затем уменьшается.

4) HNO₃, HNO₂, NO₂

Для $HNO_3$ (азотная кислота): $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +5$.
Для $HNO_2$ (азотистая кислота): $(+1) + x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +3$.
Для $NO_2$ (диоксид азота): степень окисления равна +4.
Полученный ряд степеней окисления: +5, +3, +4. Степень окисления сначала уменьшается, а затем возрастает.

Таким образом, единственным рядом, в котором степень окисления азота последовательно уменьшается, является ряд под номером 2.

Ответ: 2

4. Степень окисления хлора увеличивается в ряду веществ, формулы которых

1) $HClO, HClO_4, KClO_3$

2) $Cl_2, Cl_2O_7, KClO_3$

3) $Ca(ClO)_2, KClO_3, HClO_4$

4) $KCl, KClO_3, KClO$

Для того чтобы определить, в каком ряду степень окисления хлора увеличивается, необходимо рассчитать степень окисления хлора в каждом соединении для каждого варианта ответа. Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи в соединении являются ионными.

Основные правила для расчета степеней окисления, используемые в данной задаче:

• Степень окисления водорода ($H$) в соединениях с неметаллами равна $+1$.
• Степень окисления кислорода ($O$) в большинстве соединений равна $-2$.
• Степень окисления щелочных металлов (например, калия $K$) в соединениях равна $+1$.
• Степень окисления щелочноземельных металлов (например, кальция $Ca$) в соединениях равна $+2$.
• Степень окисления элемента в простом веществе (например, $Cl_2$) равна $0$.
• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна $0$.

Решение

Проанализируем каждый ряд веществ, вычисляя степень окисления (С.О.) хлора.

1) HClO, HClO₄, KClO₃

• В $HClO$ (хлорноватистая кислота): С.О.(H) = $+1$, С.О.(O) = $-2$. Пусть С.О.(Cl) = $x$. Тогда $(+1) + x + (-2) = 0$, откуда $x = +1$.
• В $HClO_4$ (хлорная кислота): С.О.(H) = $+1$, С.О.(O) = $-2$. Тогда $(+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$, откуда $x - 7 = 0$ и $x = +7$.
• В $KClO_3$ (хлорат калия): С.О.(K) = $+1$, С.О.(O) = $-2$. Тогда $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x - 5 = 0$ и $x = +5$.

Ряд степеней окисления хлора: $+1, +7, +5$. Этот ряд не является возрастающим, так как $+7 > +5$.

2) Cl₂, Cl₂O₇, KClO₃

• В $Cl_2$ (хлор) степень окисления хлора равна $0$, так как это простое вещество.
• В $Cl_2O_7$ (оксид хлора(VII)): С.О.(O) = $-2$. Пусть С.О.(Cl) = $x$. Тогда $2x + 7 \cdot (-2) = 0$, откуда $2x = 14$ и $x = +7$.
• В $KClO_3$ (хлорат калия): С.О.(K) = $+1$, С.О.(O) = $-2$. С.О.(Cl) = $+5$ (рассчитано выше).

Ряд степеней окисления хлора: $0, +7, +5$. Этот ряд не является возрастающим, так как $+7 > +5$.

3) Ca(ClO)₂, KClO₃, HClO₄

• В $Ca(ClO)_2$ (гипохлорит кальция): С.О.(Ca) = $+2$, С.О.(O) = $-2$. Пусть С.О.(Cl) = $x$. Тогда $(+2) + 2 \cdot (x + (-2)) = 0$, откуда $2 + 2x - 4 = 0$, $2x = 2$ и $x = +1$.
• В $KClO_3$ (хлорат калия): С.О.(Cl) = $+5$ (рассчитано выше).
• В $HClO_4$ (хлорная кислота): С.О.(Cl) = $+7$ (рассчитано выше).

Ряд степеней окисления хлора: $+1, +5, +7$. Этот ряд является строго возрастающим ($+1 < +5 < +7$).

4) KCl, KClO₃, KClO

• В $KCl$ (хлорид калия): С.О.(K) = $+1$. Пусть С.О.(Cl) = $x$. Тогда $(+1) + x = 0$, откуда $x = -1$.
• В $KClO_3$ (хлорат калия): С.О.(Cl) = $+5$ (рассчитано выше).
• В $KClO$ (гипохлорит калия): С.О.(K) = $+1$, С.О.(O) = $-2$. Тогда $(+1) + x + (-2) = 0$, откуда $x - 1 = 0$ и $x = +1$.

Ряд степеней окисления хлора: $-1, +5, +1$. Этот ряд не является возрастающим, так как $+5 > +1$.

Таким образом, единственный ряд, в котором степень окисления хлора последовательно увеличивается, представлен в варианте 3.

Ответ: 3

5. Наиболее полярна химическая связь в молекуле

1) аммиака

2) сероводорода

3) бромоводорода

4) фтороводорода

Решение

Полярность ковалентной химической связи определяется разностью электроотрицательностей (ЭО) атомов, образующих эту связь. Чем больше разность электроотрицательностей ($Δχ$), тем более полярной является связь.

Для ответа на вопрос необходимо сравнить полярность связей в каждой из предложенных молекул. Все связи образованы атомом водорода и атомом другого неметалла. Полярность будет максимальной для той связи, где разность электроотрицательностей между атомами наибольшая.

В периодической системе химических элементов электроотрицательность возрастает при движении по периоду слева направо и уменьшается при движении по группе сверху вниз. Среди элементов, образующих связь с водородом (азот, сера, бром, фтор), фтор ($F$) является самым электроотрицательным элементом. Следовательно, можно предположить, что связь H–F будет наиболее полярной.

Проверим это, сравнив разности электроотрицательностей ($Δχ$) для каждой связи, используя значения по шкале Полинга. Электроотрицательность водорода $χ(H) \approx 2.20$.

1) аммиака ($NH_3$)

Связь N-H. Электроотрицательность азота $χ(N) \approx 3.04$.
Разность электроотрицательностей: $Δχ = |3.04 - 2.20| = 0.84$.

2) сероводорода ($H_2S$)

Связь S-H. Электроотрицательность серы $χ(S) \approx 2.58$.
Разность электроотрицательностей: $Δχ = |2.58 - 2.20| = 0.38$.

3) бромоводорода ($HBr$)

Связь H-Br. Электроотрицательность брома $χ(Br) \approx 2.96$.
Разность электроотрицательностей: $Δχ = |2.96 - 2.20| = 0.76$.

4) фтороводорода ($HF$)

Связь H-F. Электроотрицательность фтора $χ(F) \approx 3.98$.
Разность электроотрицательностей: $Δχ = |3.98 - 2.20| = 1.78$.

Сравнивая полученные значения $Δχ$, видим, что наибольшая разность ($1.78$) соответствует связи H-F в молекуле фтороводорода. Таким образом, эта связь является наиболее полярной.

Ответ: 4) фтороводорода.

6. Вещество с ковалентной неполярной связью

1) белый фосфор

2) фосфид алюминия

3) хлорид фосфора (V)

4) фосфат кальция

Ковалентная неполярная связь образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью, то есть между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) белый фосфор
Белый фосфор является аллотропной модификацией фосфора и имеет молекулярную формулу $P_4$. Молекула состоит из четырех атомов фосфора, связанных между собой. Поскольку все атомы в молекуле одинаковы, связь $P-P$ является ковалентной неполярной.

2) фосфид алюминия
Формула фосфида алюминия — $AlP$. Это соединение образовано атомами металла (Al) и неметалла (P). Связь между ними является ковалентной сильно полярной, близкой к ионной, так как электроотрицательности алюминия и фосфора различны.

3) хлорид фосфора (V)
Формула хлорида фосфора (V) — $PCl_5$. Соединение образовано атомами двух разных неметаллов — фосфора и хлора. Электроотрицательность хлора (3,16) выше, чем у фосфора (2,19), поэтому связь $P-Cl$ является ковалентной полярной.

4) фосфат кальция
Формула фосфата кальция — $Ca_3(PO_4)_2$. Это ионное соединение, состоящее из катионов кальция $Ca^{2+}$ и фосфат-анионов $PO_4^{3-}$. Связь между ионами — ионная. Внутри фосфат-иона существуют ковалентные полярные связи между атомами фосфора и кислорода ($P-O$), так как их электроотрицательности различны.

Таким образом, веществом с ковалентной неполярной связью является белый фосфор.

Ответ: 1

7. Формулы веществ только с ионной связью записаны в ряду

1) хлорид натрия ($NaCl$), хлорид фосфора (V) ($PCl_5$), фосфат натрия ($Na_3PO_4$)

2) оксид натрия ($Na_2O$), гидроксид натрия ($NaOH$), пероксид натрия ($Na_2O_2$)

3) сероуглерод ($CS_2$), карбид кальция ($CaC_2$), оксид кальция ($CaO$)

4) фторид кальция ($CaF_2$), оксид кальция ($CaO$), хлорид кальция ($CaCl_2$)

Ионная химическая связь образуется, как правило, между атомами типичных металлов и типичных неметаллов, электроотрицательности которых значительно различаются. В результате взаимодействия атом металла отдает валентные электроны, превращаясь в положительно заряженный ион (катион), а атом неметалла принимает электроны, превращаясь в отрицательно заряженный ион (анион). Связь между этими ионами осуществляется за счет электростатического притяжения. Если в состав вещества входит сложный ион (например, гидроксид-ион $OH^{-}$, фосфат-ион $PO_4^{3-}$), то между катионом металла и этим сложным анионом связь будет ионной, однако внутри самого сложного иона атомы неметаллов связаны между собой ковалентной полярной связью. Рассмотрим предложенные ряды веществ.

1) хлорид натрия, хлорид фосфора (V), фосфат натрия

Хлорид натрия ($NaCl$): связь между катионом натрия $Na^{+}$ и анионом хлора $Cl^{-}$ является ионной.

Хлорид фосфора (V) ($PCl_5$): связь между атомами неметаллов фосфора и хлора является ковалентной полярной.

Фосфат натрия ($Na_3PO_4$): в данном соединении присутствует как ионная связь (между катионами $Na^{+}$ и фосфат-анионом $PO_4^{3-}$), так и ковалентная полярная связь (между атомами фосфора и кислорода внутри фосфат-иона).

Данный ряд не является верным, так как содержит вещества с ковалентной связью.

2) оксид натрия, гидроксид натрия, пероксид натрия

Оксид натрия ($Na_2O$): связь между катионами натрия $Na^{+}$ и анионом кислорода $O^{2-}$ является ионной.

Гидроксид натрия ($NaOH$): содержит ионную связь (между катионом $Na^{+}$ и гидроксид-анионом $OH^{-}$) и ковалентную полярную связь (между атомами кислорода и водорода в гидроксид-ионе).

Пероксид натрия ($Na_2O_2$): содержит ионную связь (между катионами $Na^{+}$ и пероксид-анионом $O_2^{2-}$) и ковалентную неполярную связь (между атомами кислорода в пероксид-ионе).

Данный ряд не является верным, так как содержит вещества с ковалентными связями.

3) сероуглерод, карбид кальция, оксид кальция

Сероуглерод ($CS_2$): связь между атомами неметаллов углерода и серы является ковалентной полярной.

Карбид кальция ($CaC_2$): содержит ионную связь (между катионом $Ca^{2+}$ и карбид-анионом $C_2^{2-}$) и ковалентную неполярную связь (между атомами углерода в карбид-ионе).

Оксид кальция ($CaO$): связь между катионом кальция $Ca^{2+}$ и анионом кислорода $O^{2-}$ является ионной.

Данный ряд не является верным, так как содержит вещества с ковалентной связью.

4) фторид кальция, оксид кальция, хлорид кальция

Фторид кальция ($CaF_2$): связь между катионом металла кальция $Ca^{2+}$ и анионами неметалла фтора $F^{-}$ является ионной.

Оксид кальция ($CaO$): связь между катионом металла кальция $Ca^{2+}$ и анионом неметалла кислорода $O^{2-}$ является ионной.

Хлорид кальция ($CaCl_2$): связь между катионом металла кальция $Ca^{2+}$ и анионами неметалла хлора $Cl^{-}$ является ионной.

Все вещества в этом ряду являются бинарными соединениями, образованными типичным металлом (кальций) и типичными неметаллами (фтор, кислород, хлор). Во всех этих соединениях присутствует только ионный тип химической связи.

Ответ: 4

8. Атомную кристаллическую решётку имеет

1) оксид натрия

2) оксид кальция

3) оксид серы (IV)

4) оксид алюминия

Решение

Атомная кристаллическая решётка характеризуется тем, что в её узлах находятся атомы, соединённые между собой прочными ковалентными связями. Вещества с такой решёткой обладают высокой твёрдостью, тугоплавкостью и нерастворимы в большинстве растворителей. Типичные примеры: алмаз ($C$), кремний ($Si$), оксид кремния(IV) ($SiO_2$). Рассмотрим предложенные варианты.

1) оксид натрия

Оксид натрия ($Na_2O$) — это соединение типичного металла (натрия) и неметалла (кислорода). Связь между ними является ионной. Следовательно, оксид натрия имеет ионную кристаллическую решётку, в узлах которой находятся ионы $Na^+$ и $O^{2-}$.
Ответ: неверно.

2) оксид кальция

Оксид кальция ($CaO$) — это соединение типичного металла (кальция) и неметалла (кислорода). Связь между атомами ионная. Кристаллическая решётка оксида кальция — ионная, состоящая из ионов $Ca^{2+}$ и $O^{2-}$.
Ответ: неверно.

3) оксид серы (IV)

Оксид серы(IV) ($SO_2$) — это вещество, образованное двумя неметаллами. Связи внутри молекулы $SO_2$ ковалентные полярные. В твёрдом состоянии это вещество состоит из отдельных молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными силами. Такая структура соответствует молекулярной кристаллической решётке.
Ответ: неверно.

4) оксид алюминия

Оксид алюминия ($Al_2O_3$) — это соединение металла и неметалла. Хотя связь в нём имеет ионный характер, она также обладает значительной долей ковалентности. Кристаллическая структура оксида алюминия (корунд) представляет собой трёхмерный каркас из атомов алюминия и кислорода, связанных очень прочными связями. Это придаёт веществу свойства, характерные для соединений с атомной решёткой: очень высокую твёрдость (9 по шкале Мооса, уступая только алмазу) и высокую температуру плавления (около $2072$ °C). Среди предложенных вариантов оксид алюминия является наилучшим примером вещества, которое классифицируют как имеющее атомную кристаллическую решётку из-за его свойств и строения.
Ответ: верно.

9. Соединение с ионной кристаллической решёткой образуется при взаимодействии хлора с

1) фосфором

2) барием

3) водородом

4) серой

Решение

Ионная кристаллическая решётка характерна для соединений с ионным типом химической связи. Ионная связь, как правило, образуется между атомами типичных металлов и типичных неметаллов. При таком взаимодействии атом металла отдает свои валентные электроны, превращаясь в положительно заряженный ион (катион), а атом неметалла принимает электроны, становясь отрицательно заряженным ионом (анионом). Возникающие при этом разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу, формируя ионное соединение с ионной кристаллической решёткой.

Хлор ($Cl_2$) — это типичный неметалл. Рассмотрим его взаимодействие с каждым из предложенных веществ.

1) фосфором

Фосфор ($P$) — это неметалл. Связь между двумя разными неметаллами является ковалентной полярной. В результате реакции образуются хлориды фосфора, например, $PCl_3$ или $PCl_5$. Эти вещества состоят из молекул и в твердом состоянии имеют молекулярную кристаллическую решётку.

2) барием

Барий ($Ba$) — это щелочноземельный металл, то есть типичный металл. При взаимодействии типичного металла и типичного неметалла образуется ионная связь. Атом бария отдает два электрона и становится катионом $Ba^{2+}$, а два атома хлора принимают по одному электрону, превращаясь в анионы $Cl^-$. Образуется хлорид бария ($BaCl_2$) — соединение с ионной кристаллической решёткой.

3) водородом

Водород ($H$) — это неметалл. Взаимодействие водорода и хлора приводит к образованию хлороводорода ($HCl$). Связь в молекуле $HCl$ является ковалентной полярной. В твердом состоянии хлороводород имеет молекулярную кристаллическую решётку.

4) серой

Сера ($S$) — это неметалл. Взаимодействие серы и хлора приводит к образованию соединений с ковалентной полярной связью (например, $SCl_2$ или $S_2Cl_2$), которые в твердом состоянии имеют молекулярную кристаллическую решётку.

Ответ: 2

10. Верны ли следующие суждения о хлориде аммония?

А. Хлорид аммония — вещество ионного строения, образованное за счёт ковалентной полярной и ионной связей.

Б. Хлорид аммония — вещество ионного строения, а потому твёрдое, тугоплавкое и нелетучее.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

Решение

Для определения верности суждений проанализируем каждое из них.

А. Хлорид аммония — вещество ионного строения, образованное за счёт ковалентной полярной и ионной связей.

Хлорид аммония ($NH_4Cl$) — это соль, состоящая из катиона аммония ($NH_4^+$) и хлорид-аниона ($Cl^-$).
Связь между положительно заряженным катионом аммония и отрицательно заряженным хлорид-анионом является ионной. За счет этой связи в твердом состоянии хлорид аммония образует ионную кристаллическую решетку, следовательно, это вещество ионного строения.
Внутри самого катиона аммония ($NH_4^+$) атом азота связан с четырьмя атомами водорода. Поскольку азот и водород — это разные неметаллы с различной электроотрицательностью, связи N-H являются ковалентными полярными. Стоит отметить, что одна из этих связей образуется по донорно-акцепторному механизму, но в итоге все четыре связи N-H в ионе аммония равноценны.
Таким образом, в хлориде аммония действительно одновременно присутствуют и ионная, и ковалентные полярные связи.
Ответ: суждение верно.

Б. Хлорид аммония — вещество ионного строения, а потому твёрдое, тугоплавкое и нелетучее.

Хлорид аммония является веществом ионного строения и при обычных условиях представляет собой твёрдое кристаллическое вещество. Вещества с ионной решёткой, как правило, характеризуются высокими температурами плавления (тугоплавкостью) и нелетучестью из-за сильного электростатического притяжения между ионами.
Однако хлорид аммония обладает особенностью: при нагревании при атмосферном давлении он не плавится, а сублимирует (возгоняется) при температуре 338 °C, то есть переходит из твёрдого состояния непосредственно в газообразное. Этот процесс сопровождается разложением на аммиак и хлороводород:
$NH_4Cl(тв.) \rightleftharpoons NH_3(г.) + HCl(г.)$
Способность к сублимации означает, что вещество является летучим. Поэтому утверждение, что хлорид аммония "нелетучее", неверно. Также свойство "тугоплавкое" к нему применимо с оговорками, так как его температура плавления (520 °C) наблюдается только под давлением.
Ответ: суждение неверно.

Поскольку верно только суждение А, а суждение Б неверно, правильным является вариант ответа 1.

Ответ: 1