Страница 321 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

6. Медь из раствора сульфата меди (II) вытесняет каждый из металлов ряда

1) Na, Cr, Zn

2) K, Fe, Cu

3) Fe, Zn, Al

4) Zn, Fe, Au

Способность одного металла вытеснять другой из раствора его соли определяется их взаимным положением в электрохимическом ряду активности металлов. Металл, стоящий в этом ряду левее (более активный), вытесняет металлы, стоящие правее (менее активные), из растворов их солей. Для того чтобы металл вытеснял медь (Cu) из раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$), он должен быть более активным, то есть находиться в ряду активности левее меди.

Краткий ряд активности металлов для данной задачи (активность уменьшается слева направо):
... K > Na > Al > Zn > Cr > Fe > (H) >Cu > Au ...

Проанализируем каждый предложенный ряд металлов:

1) Na, Cr, Zn

Все три металла — натрий (Na), хром (Cr) и цинк (Zn) — стоят в ряду активности левее меди и, следовательно, активнее её. Однако щелочные металлы, как натрий, в водных растворах в первую очередь бурно реагируют с водой: $2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2\uparrow$. Образовавшийся гидроксид натрия затем вступает в реакцию обмена с сульфатом меди: $2NaOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$. Таким образом, происходит не прямое вытеснение металлической меди, а образование её нерастворимого гидроксида. Поэтому этот вариант не является полностью корректным.

2) K, Fe, Cu

Этот ряд содержит саму медь (Cu). Металл не может вытеснить сам себя из раствора своей соли. Следовательно, этот вариант неверен.

3) Fe, Zn, Al

Железо (Fe), цинк (Zn) и алюминий (Al) — все эти металлы расположены в ряду активности левее меди. Каждый из них способен вытеснить медь из раствора сульфата меди(II) в ходе реакции замещения, образуя металлическую медь:
$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$
$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu\downarrow$
$2Al + 3CuSO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3Cu\downarrow$
Этот вариант полностью соответствует условию задачи.

4) Zn, Fe, Au

Этот ряд содержит золото (Au). Золото является благородным металлом и стоит в ряду активности правее меди. Оно менее активно, чем медь, и не способно вытеснить её из раствора соли. Следовательно, этот вариант неверен.

Ответ: 3

7. И с соляной кислотой, и с водой реагирует

1) аммиак

2) хлор

3) никель

4) карбонат кальция

Проанализируем взаимодействие каждого из предложенных веществ с соляной кислотой ($HCl$) и водой ($H_2O$), чтобы найти то, которое реагирует с обоими реагентами.

1) аммиак

Аммиак ($NH_3$) — это газ с основными свойствами. При растворении в воде аммиак обратимо реагирует с ней, образуя слабое основание — гидрат аммиака, который частично диссоциирует на ионы аммония и гидроксид-ионы. Это приводит к созданию щелочной среды: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$. Как основание, аммиак вступает в реакцию нейтрализации с соляной кислотой, образуя соль — хлорид аммония: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$. Следовательно, аммиак реагирует и с водой, и с соляной кислотой.

2) хлор

Хлор ($Cl_2$) — это неметалл, сильный окислитель. Хлор обратимо реагирует с водой в реакции диспропорционирования, образуя две кислоты — соляную и хлорноватистую: $Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$. С соляной кислотой хлор не реагирует. Более того, добавление $HCl$ в раствор сместит равновесие реакции с водой влево. Следовательно, хлор не удовлетворяет условию задачи.

3) никель

Никель ($Ni$) — это металл средней активности. В обычных условиях (с холодной или горячей водой) никель не реагирует. Никель стоит в ряду активности металлов до водорода, поэтому он реагирует с соляной кислотой, вытесняя из неё водород: $Ni + 2HCl \rightarrow NiCl_2 + H_2\uparrow$. Следовательно, никель не удовлетворяет условию задачи.

4) карбонат кальция

Карбонат кальция ($CaCO_3$) — это соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой. Карбонат кальция практически нерастворим в воде и химически с ней не взаимодействует. Как соль слабой кислоты, он реагирует с сильной соляной кислотой с выделением углекислого газа: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$. Следовательно, карбонат кальция не удовлетворяет условию задачи.

Из всех предложенных вариантов только аммиак вступает в реакцию как с водой, так и с соляной кислотой.

Ответ: 1

8. В схеме превращений

$SO_2 \xrightarrow{X_1} SO_3 \xrightarrow{X_2} H_2SO_4 \xrightarrow{X_3} (NH_4)_2SO_4$

веществами $X_1$, $X_2$ и $X_3$ являются соответственно

1) $O_2, H_2O, NH_3$

2) $NO_2, H_2, NH_3$

3) $O_2, H_2O, N_2$

4) $O_2, H_2, NH_3 \cdot H_2O$

Решение

Для определения веществ $X_1$, $X_2$ и $X_3$ необходимо последовательно рассмотреть каждый этап химических превращений.

1. Первое превращение: $SO_2 \xrightarrow{X_1} SO_3$.

В этой реакции происходит повышение степени окисления серы с +4 до +6. Это реакция окисления оксида серы(IV) до оксида серы(VI). В качестве окислителя обычно используют кислород. Реакция является каталитической и обратимой.

Уравнение реакции: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

Следовательно, вещество $X_1$ — это кислород ($O_2$).

2. Второе превращение: $SO_3 \xrightarrow{X_2} H_2SO_4$.

Оксид серы(VI) ($SO_3$) является кислотным оксидом. При его взаимодействии с водой образуется соответствующая кислота — серная ($H_2SO_4$).

Уравнение реакции: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

Следовательно, вещество $X_2$ — это вода ($H_2O$).

3. Третье превращение: $H_2SO_4 \xrightarrow{X_3} (NH_4)_2SO_4$.

Для получения соли, сульфата аммония ($(NH_4)_2SO_4$), из серной кислоты ($H_2SO_4$) необходимо провести реакцию с веществом, содержащим аммонийную группу. Таким веществом является аммиак ($NH_3$), который проявляет основные свойства. Это реакция нейтрализации.

Уравнение реакции: $H_2SO_4 + 2NH_3 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Следовательно, вещество $X_3$ — это аммиак ($NH_3$).

Таким образом, вещества $X_1$, $X_2$ и $X_3$ — это соответственно $O_2$, $H_2O$ и $NH_3$. Этот набор соответствует варианту ответа под номером 1.

Ответ: 1

9. Установите соответствие между названием оксида (левый столбец) и формулами веществ, с которыми он может взаимодействовать (правый столбец).

А) оксид цинка

Б) оксид кремния (IV)

В) оксид натрия

Г) оксид фосфора (V)

1) $K_2O$, $NaOH$, $H_2O$

2) $NaOH$, $H_2SO_4$, $KCl$

3) $KOH$, $HCl$, $Li_2O$

4) $CO_2$, $H_2O$, $HNO_3$

5) $Na_2CO_3$, $HF$, $NaOH$

6) $SO_3$, $HCl$, $Na_2SO_4$

А) оксид цинка

Оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным оксидом. Это означает, что он способен реагировать как с кислотами, так и с основаниями (щелочами), а также с кислотными и основными оксидами. Рассмотрим вещества из группы 3: $KOH, HCl, Li_2O$.

• Реакция с гидроксидом калия ($KOH$), сильным основанием (щелочью): $ZnO + 2KOH \xrightarrow{t} K_2ZnO_2 + H_2O$ (цинкат калия, при сплавлении) или $ZnO + 2KOH + H_2O \rightarrow K_2[Zn(OH)_4]$ (тетрагидроксоцинкат калия, в растворе).

• Реакция с соляной кислотой ($HCl$), сильной кислотой: $ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O$ (хлорид цинка).

• Реакция с оксидом лития ($Li_2O$), основным оксидом: $ZnO + Li_2O \xrightarrow{t} Li_2ZnO_2$ (цинкат лития, при сплавлении).

Оксид цинка реагирует со всеми веществами из данной группы.

Ответ: 3

Б) оксид кремния (IV)

Оксид кремния (IV) ($SiO_2$) — это кислотный оксид, который не реагирует с водой и большинством кислот. Его характерными свойствами являются реакции со щелочами, основными оксидами, карбонатами щелочных металлов при сплавлении и плавиковой кислотой. Рассмотрим вещества из группы 5: $Na_2CO_3, HF, NaOH$.

• Реакция с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) при сплавлении (как более летучий оксид $CO_2$ вытесняется менее летучим $SiO_2$): $SiO_2 + Na_2CO_3 \xrightarrow{t} Na_2SiO_3 + CO_2\uparrow$ (силикат натрия).

• Реакция с плавиковой (фтороводородной) кислотой ($HF$), являющаяся исключением из правила о нерастворимости $SiO_2$ в кислотах: $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4\uparrow + 2H_2O$ (фторид кремния (IV)).

• Реакция с гидроксидом натрия ($NaOH$), сильным основанием: $SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$ (силикат натрия).

Оксид кремния (IV) реагирует со всеми веществами из данной группы.

Ответ: 5

В) оксид натрия

Оксид натрия ($Na_2O$) — это типичный основный оксид, образованный щелочным металлом. Он активно реагирует с водой, кислотами и кислотными оксидами. Рассмотрим вещества из группы 4: $CO_2, H_2O, HNO_3$.

• Реакция с оксидом углерода (IV) ($CO_2$), кислотным оксидом: $Na_2O + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3$ (карбонат натрия).

• Реакция с водой ($H_2O$): $Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$ (гидроксид натрия).

• Реакция с азотной кислотой ($HNO_3$), сильной кислотой: $Na_2O + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O$ (нитрат натрия).

Оксид натрия реагирует со всеми веществами из данной группы.

Ответ: 4

Г) оксид фосфора (V)

Оксид фосфора (V) ($P_2O_5$) — это типичный кислотный оксид. Он является сильным водоотнимающим средством и активно реагирует с водой, основаниями и основными оксидами. Рассмотрим вещества из группы 1: $K_2O, NaOH, H_2O$.

• Реакция с оксидом калия ($K_2O$), основным оксидом: $P_2O_5 + 3K_2O \rightarrow 2K_3PO_4$ (ортофосфат калия).

• Реакция с гидроксидом натрия ($NaOH$), сильным основанием: $P_2O_5 + 6NaOH \rightarrow 2Na_3PO_4 + 3H_2O$ (ортофосфат натрия).

• Реакция с водой ($H_2O$): $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$ (ортофосфорная кислота).

Оксид фосфора (V) реагирует со всеми веществами из данной группы.

Ответ: 1

10. Установите соответствие между названием соли (левый столбец) и формулами веществ, с которыми она может взаимодействовать в водном растворе (правый столбец).

А) сульфат натрия

Б) хлорид железа (II)

В) нитрат меди (II)

Г) сульфид калия

1) $Pb(NO_3)_2$, $HCl$

2) $Cl_2$, $NaOH$

3) $KOH$, $NaCl$

4) $Fe$, $KOH$

5) $HCl$, $KNO_3$

6) $Ba(OH)_2$, $SrCl_2$

А) сульфат натрия

Формула сульфата натрия — $Na_2SO_4$. Это растворимая в воде соль. Сульфат-ион ($SO_4^{2-}$) образует нерастворимые осадки с катионами бария ($Ba^{2+}$), стронция ($Sr^{2+}$), свинца ($Pb^{2+}$) и кальция ($Ca^{2+}$). Проверим предложенные варианты.

В паре под номером 6) представлены гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) и хлорид стронция ($SrCl_2$).

1. С гидроксидом бария происходит реакция ионного обмена с образованием нерастворимого сульфата бария:

$Na_2SO_4 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2NaOH$

2. С хлоридом стронция также идёт реакция ионного обмена с образованием нерастворимого сульфата стронция:

$Na_2SO_4 + SrCl_2 \rightarrow SrSO_4 \downarrow + 2NaCl$

Поскольку сульфат натрия реагирует с обоими веществами из пары 6, этот вариант является верным.

Ответ: 6.

Б) хлорид железа (II)

Формула хлорида железа(II) — $FeCl_2$. Это растворимая соль. Ион железа(II) ($Fe^{2+}$) может окисляться до иона железа(III) ($Fe^{3+}$) и образовывать осадок с гидроксид-ионами ($OH^-$). Проверим предложенные варианты.

В паре под номером 2) представлены хлор ($Cl_2$) и гидроксид натрия ($NaOH$).

1. Хлор является сильным окислителем и окисляет железо(II) до железа(III):

$2FeCl_2 + Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$

2. С гидроксидом натрия (щёлочью) происходит реакция ионного обмена с образованием нерастворимого гидроксида железа(II):

$FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Поскольку хлорид железа(II) реагирует с обоими веществами из пары 2, этот вариант является верным.

Ответ: 2.

В) нитрат меди (II)

Формула нитрата меди(II) — $Cu(NO_3)_2$. Это растворимая соль. Ион меди ($Cu^{2+}$) может быть вытеснен из раствора более активными металлами (стоящими левее меди в ряду активности металлов), а также образует осадок с гидроксид-ионами ($OH^-$).

В паре под номером 4) представлены железо ($Fe$) и гидроксид калия ($KOH$).

1. Железо является более активным металлом, чем медь, поэтому вытесняет её из раствора соли в реакции замещения:

$Cu(NO_3)_2 + Fe \rightarrow Fe(NO_3)_2 + Cu \downarrow$

2. С гидроксидом калия (щёлочью) происходит реакция ионного обмена с образованием нерастворимого гидроксида меди(II):

$Cu(NO_3)_2 + 2KOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2KNO_3$

Поскольку нитрат меди(II) реагирует с обоими веществами из пары 4, этот вариант является верным.

Ответ: 4.

Г) сульфид калия

Формула сульфида калия — $K_2S$. Это растворимая соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и слабой летучей кислотой ($H_2S$). Сульфид-ион ($S^{2-}$) образует нерастворимые осадки с ионами многих металлов (например, $Pb^{2+}$, $Cu^{2+}$) и реагирует с сильными кислотами с выделением газа.

В паре под номером 1) представлены нитрат свинца(II) ($Pb(NO_3)_2$) и соляная кислота ($HCl$).

1. С нитратом свинца(II) происходит реакция ионного обмена с образованием нерастворимого сульфида свинца(II):

$K_2S + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbS \downarrow + 2KNO_3$

2. С соляной кислотой (сильная кислота) происходит реакция ионного обмена с выделением газообразного сероводорода:

$K_2S + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2S \uparrow$

Поскольку сульфид калия реагирует с обоими веществами из пары 1, этот вариант является верным.

Ответ: 1.