Страница 208 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

7. Высшие степени окисления свинца и серы соответственно равны

1) $+4$ и $+6$

2) $+4$ и $+8$

3) $+2$ и $+6$

4) $+2$ и $+4$

Решение

Для определения высшей положительной степени окисления химического элемента необходимо найти его положение в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Для элементов главных подгрупп (А-групп) высшая степень окисления, как правило, равна номеру группы.

1. Свинец (Pb) является элементом 14-й группы (или IVА группы) Периодической системы. Электронная конфигурация его внешнего (валентного) электронного слоя: $6s^26p^2$. Максимальное количество электронов, которое атом свинца может отдать, равно 4. Следовательно, высшая степень окисления свинца равна +4. Пример соединения: оксид свинца(IV) – $PbO_2$.

2. Сера (S) является элементом 16-й группы (или VIА группы) Периодической системы. Электронная конфигурация её внешнего (валентного) электронного слоя: $3s^23p^4$. Максимальное количество электронов, которое атом серы может отдать, равно 6. Следовательно, высшая степень окисления серы равна +6. Пример соединения: оксид серы(VI) – $SO_3$, или серная кислота – $H_2SO_4$.

Таким образом, искомые высшие степени окисления для свинца и серы соответственно равны +4 и +6. Данная пара значений соответствует варианту ответа под номером 1.

Ответ: 1

8. Такую же степень окисления, как и в аммиаке, азот имеет в соединении

1) $NaNO_3$

2) $NH_4Cl$

3) $N_2O_3$

4) $HNO_2$

Дано:

Соединения: аммиак ($NH_3$), нитрат натрия ($NaNO_3$), хлорид аммония ($NH_4Cl$), оксид азота(III) ($N_2O_3$), азотистая кислота ($HNO_2$).

Найти:

Соединение из предложенных вариантов, в котором азот имеет такую же степень окисления, как и в аммиаке.

Решение:

1. Сначала определим степень окисления (С.О.) азота в молекуле аммиака ($NH_3$).

Молекула является электронейтральной, следовательно, сумма степеней окисления всех атомов в ней равна нулю. Степень окисления водорода в соединениях с неметаллами обычно равна +1. Обозначим степень окисления азота через $x$.

Составим и решим уравнение:

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

$x + 3 = 0$

$x = -3$

Таким образом, степень окисления азота в аммиаке составляет -3.

2. Теперь последовательно определим степень окисления азота в каждом из предложенных соединений.

1) $NaNO_3$

В нитрате натрия степень окисления натрия (Na), как щелочного металла, равна +1. Степень окисления кислорода (O) в большинстве соединений равна -2. Обозначим С.О. азота (N) через $y$.

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

$1 + y - 6 = 0$

$y - 5 = 0$

$y = +5$

Степень окисления азота в $NaNO_3$ равна +5.

2) $NH_4Cl$

В хлориде аммония степень окисления водорода (H) равна +1, а хлора (Cl) в хлоридах равна -1. Обозначим С.О. азота (N) через $z$.

$z + 4 \cdot (+1) + (-1) = 0$

$z + 4 - 1 = 0$

$z + 3 = 0$

$z = -3$

Степень окисления азота в $NH_4Cl$ равна -3.

3) $N_2O_3$

В оксиде азота(III) степень окисления кислорода (O) равна -2. Обозначим С.О. азота (N) через $w$.

$2 \cdot w + 3 \cdot (-2) = 0$

$2w - 6 = 0$

$2w = 6$

$w = +3$

Степень окисления азота в $N_2O_3$ равна +3.

4) $HNO_2$

В азотистой кислоте степень окисления водорода (H) равна +1, а кислорода (O) — -2. Обозначим С.О. азота (N) через $v$.

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

$1 + v - 4 = 0$

$v - 3 = 0$

$v = +3$

Степень окисления азота в $HNO_2$ равна +3.

3. Сравнив результаты, видим, что степень окисления азота, равная -3 (как в аммиаке), наблюдается в соединении $NH_4Cl$.

Ответ: 2

9. Кислотным оксидом и основанием соответственно являются

1) $MgO$, $KOH$

2) $SO_2$, $NaCl$

3) $Ba(OH)_2$, $P_2O_5$

4) $CO_2$, $NaOH$

Для решения этой задачи необходимо классифицировать каждое из предложенных веществ. Согласно заданию, нужно найти пару, в которой первое вещество является кислотным оксидом, а второе — основанием.

Кислотные оксиды — это оксиды, образованные неметаллами или металлами в высоких степенях окисления ($+5$ и выше). Они реагируют с основаниями и основными оксидами с образованием соли и воды.

Основания — это сложные вещества, состоящие из атомов металла (или иона аммония $NH_4^+$) и одной или нескольких гидроксогрупп ($OH^-$). Растворимые в воде основания называют щелочами.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) $MgO, KOH$
$MgO$ (оксид магния) — это оксид металла II группы главной подгруппы, он проявляет основные свойства, то есть является основным оксидом.
$KOH$ (гидроксид калия) — это гидроксид щелочного металла, является сильным растворимым основанием (щелочью).
Данная пара не подходит, так как первое вещество — основной оксид, а не кислотный.

2) $SO_2, NaCl$
$SO_2$ (оксид серы(IV)) — это оксид неметалла, является кислотным оксидом.
$NaCl$ (хлорид натрия) — это вещество, состоящее из катиона металла и аниона кислотного остатка, то есть является солью.
Данная пара не подходит, так как второе вещество — соль, а не основание.

3) $Ba(OH)_2, P_2O_5$
$Ba(OH)_2$ (гидроксид бария) — это гидроксид щелочноземельного металла, является сильным растворимым основанием (щелочью).
$P_2O_5$ (оксид фосфора(V)) — это оксид неметалла, является кислотным оксидом.
В этой паре вещества соответствуют требуемым классам, но их порядок обратный тому, что указан в условии ("кислотным оксидом и основанием соответственно").

4) $CO_2, NaOH$
$CO_2$ (оксид углерода(IV)) — это оксид неметалла, является кислотным оксидом.
$NaOH$ (гидроксид натрия) — это гидроксид щелочного металла, является сильным растворимым основанием (щелочью).
Эта пара полностью соответствует условию: первое вещество — кислотный оксид, второе — основание.

Ответ: 4

10. Гидроксиду кальция соответствует формула

1) $CaSO_4$

2) $Ca(OH)_2$

3) $CaO$

4) $CaCO_3$

Решение

Чтобы определить формулу гидроксида кальция, необходимо знать, из каких ионов состоит это соединение и как составить его формулу, исходя из зарядов этих ионов.

Гидроксиды — это класс химических соединений, которые состоят из катиона металла и одной или нескольких гидроксогрупп ($OH^{-}$).

1. Кальций ($Ca$) — это металл, находящийся во второй группе главной подгруппы периодической системы химических элементов. В соединениях он проявляет постоянную степень окисления +2, образуя катион $Ca^{2+}$.

2. Гидроксогруппа ($OH$) имеет заряд -1, то есть является анионом $OH^{-}$.

Для того чтобы молекула была электронейтральной, суммарный положительный заряд катионов должен быть равен суммарному отрицательному заряду анионов. У нас есть один катион кальция с зарядом $+2$ ($Ca^{2+}$). Чтобы скомпенсировать этот заряд, необходимо взять две гидроксогруппы, каждая с зарядом $-1$ ($2 \times (-1) = -2$).

Таким образом, формула гидроксида кальция будет состоять из одного иона кальция и двух гидроксогрупп. Формула записывается как $Ca(OH)_2$. Скобки используются для того, чтобы показать, что индекс 2 относится ко всей гидроксогруппе $OH$.

Теперь рассмотрим предложенные варианты ответов:

1) $CaSO_4$ — это сульфат кальция. Состоит из катиона кальция $Ca^{2+}$ и сульфат-аниона $SO_4^{2-}$.

2) $Ca(OH)_2$ — это гидроксид кальция. Состоит из катиона кальция $Ca^{2+}$ и двух гидроксид-анионов $OH^{-}$. Эта формула верна.

3) $CaO$ — это оксид кальция. Состоит из катиона кальция $Ca^{2+}$ и оксид-аниона $O^{2-}$.

4) $CaCO_3$ — это карбонат кальция. Состоит из катиона кальция $Ca^{2+}$ и карбонат-аниона $CO_3^{2-}$.

Следовательно, формула, соответствующая гидроксиду кальция, — $Ca(OH)_2$.

Ответ: 2.

11. Выберите верные утверждения.

В ряду химических элементов $O \to S \to Se$

1) увеличивается число электронных слоёв в атомах

2) уменьшается число протонов в ядрах атомов

3) ослабевают неметаллические свойства

4) увеличивается число валентных электронов

5) уменьшается радиус атома

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать изменение свойств химических элементов в ряду O → S → Se. Все эти элементы находятся в 16-й группе (VIA группе) периодической системы и расположены в порядке увеличения номера периода (2, 3 и 4 соответственно).

1) увеличивается число электронных слоёв в атомах

Число электронных слоёв в атоме элемента равно номеру периода, в котором он находится. Кислород (O) находится во 2-м периоде, у него 2 электронных слоя. Сера (S) — в 3-м периоде, у неё 3 электронных слоя. Селен (Se) — в 4-м периоде, у него 4 электронных слоя. Таким образом, в указанном ряду число электронных слоёв увеличивается.

Ответ: утверждение верное.

2) уменьшается число протонов в ядрах атомов

Число протонов в ядре атома определяется порядковым (атомным) номером элемента. Порядковый номер кислорода — 8, серы — 16, селена — 34. При движении по группе сверху вниз порядковый номер увеличивается, следовательно, число протонов также увеличивается.

Ответ: утверждение неверное.

3) ослабевают неметаллические свойства

Неметаллические свойства связаны со способностью атома принимать электроны (электроотрицательностью). В группе, при движении сверху вниз, увеличивается атомный радиус и количество электронных слоёв, что приводит к ослаблению притяжения валентных электронов ядром. В результате электроотрицательность уменьшается, а неметаллические свойства ослабевают.

Ответ: утверждение верное.

4) увеличивается число валентных электронов

Все три элемента — O, S, Se — находятся в одной и той же, 16-й, группе главной подгруппы. У элементов одной главной подгруппы число валентных электронов одинаково и равно номеру группы. У всех этих элементов по 6 валентных электронов (электронная конфигурация внешнего слоя $ns^2np^4$).

Ответ: утверждение неверное.

5) уменьшается радиус атома

При движении по группе сверху вниз с каждым новым периодом добавляется новый электронный слой. Это является основным фактором, который приводит к увеличению радиуса атома. Таким образом, в ряду O → S → Se радиус атома увеличивается.

Ответ: утверждение неверное.

12. Химические элементы расположены в порядке усиления восстановительных свойств в рядах

1) $Li \rightarrow Be \rightarrow B$

2) $Fe \rightarrow Mg \rightarrow Na$

3) $K \rightarrow Na \rightarrow Li$

4) $C \rightarrow B \rightarrow Be$

5) $Ca \rightarrow Mg \rightarrow Be$

Решение

Восстановительные свойства химических элементов — это их способность отдавать электроны в химических реакциях. Эти свойства закономерно изменяются в Периодической системе Д.И. Менделеева:
- По периоду (горизонтальный ряд) слева направо восстановительные свойства ослабевают, а справа налево — усиливаются.
- По группе (вертикальный столбец) сверху вниз восстановительные свойства усиливаются, а снизу вверх — ослабевают.
Сильнейшими восстановителями являются щелочные и щелочноземельные металлы, расположенные в левой нижней части таблицы.

Проанализируем каждый из предложенных рядов на предмет последовательного усиления восстановительных свойств.

1) Li → Be → B
Все три элемента находятся во втором периоде. Ряд представляет собой движение слева направо, что соответствует ослаблению восстановительных свойств.

2) Fe → Mg → Na
Натрий (Na) и магний (Mg) находятся в третьем периоде, а железо (Fe) — в четвертом. Na (группа I) является более сильным восстановителем, чем Mg (группа II), так как в периоде восстановительные свойства усиливаются справа налево. Металлы главных подгрупп, такие как Na и Mg, являются значительно более сильными восстановителями, чем переходные металлы, к которым относится Fe. Следовательно, в данном ряду восстановительные свойства последовательно усиливаются (Fe < Mg < Na).

3) K → Na → Li
Все три элемента — щелочные металлы (I группа). Ряд представляет собой движение по группе снизу вверх, что соответствует ослаблению восстановительных свойств.

4) C → B → Be
Все три элемента находятся во втором периоде. Движение происходит справа налево, что в целом соответствует усилению восстановительных свойств. Однако здесь есть исключение: у атома бериллия (Be) полностью заполнен 2s-подуровень, что делает его электронную конфигурацию ($1s^22s^2$) более устойчивой, чем у бора (B) ($1s^22s^22p^1$). Поэтому энергия ионизации у бериллия выше, и он является более слабым восстановителем, чем бор. Таким образом, последовательность усиления свойств в этом ряду нарушается.

5) Ca → Mg → Be
Все три элемента — щелочноземельные металлы (II группа). Ряд представляет собой движение по группе снизу вверх, что соответствует ослаблению восстановительных свойств.

Таким образом, единственным рядом, в котором химические элементы расположены в порядке усиления их восстановительных свойств, является ряд под номером 2.
Ответ: 2